Δομή Αντιγραφή Μεταγραφή Μετάφραση DNA ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ

Transcript

1 Δομή Αντιγραφή Μεταγραφή Μετάφραση DNA ΤΟ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ

2 ΝΟΥΚΛΕΪΝΙΚΑ ΟΞΕΑ Είναι τα βιοπολυμερή που η δομική τους μονάδα είναι τα νουκλεοτίδια Διακρίνονται στο DNA (δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ), στο RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) και στο ATP (αδενινοτριφωσφορικό οξύ)

3 Ρόλος των νουκλεοτιδίων Η αποθήκευση των πληροφοριών που αφορούν τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των οργανισμών μέσω των γονιδίων (DNA) Η διατήρηση και η μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας από κύτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό (DNA). Η σύνθεση πρωτεϊνών (RNA) H παραγωγή ενέργειας (ATP)

4 Το γενετικό υλικό Παρ' όλο που το DNA εντοπίστηκε στον πυρήνα των κυττάρων το 1869 έως και το 1944 δεν ήταν γνωστό ότι αποτελεί το γενετικό υλικό των οργανισμών. Οι επιστήμονες πίστευαν ότι τα μόρια που μεταφέρουν τη γενετική πληροφορία είναι οι πρωτεΐνες, που παρουσιάζουν μεγαλύτερη ποικιλομορφία, επειδή είναι αποτέλεσμα συνδυασμού 20 διαφορετικών αμινοξέων, ενώ το DNA είναι συνδυασμός 4 μόνο νουκλεοτιδίων.

5 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Αποθήκευση: οι πληροφορίες οργανώνονται σε λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια Διατήρηση: με την αντιγραφή μεταβιβάζεται η γενετική πληροφορία από κύτταρο σε κύτταρο, από οργανισμό σε οργανισμό Έκφραση: επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών Στα ευκαρυωτικά κύτταρα το γενετικό υλικό βρίσκεται : στον πυρήνα, στα μιτοχόνδρια, στους χλωροπλάστες Περιγραφή του μήκους ή της αλληλουχίας ενός νουκλεϊκού οξέος: αριθμός ή αλληλουχία βάσεων

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29 Διαφορές DNA RNA

30 Αντιγραφή -Διπλασιασμός του DNA

31

32 Αντιγραφή διαιώνιση γενετικής πληροφορίας Μεταγραφή καθορίζει: ποια γονίδια θα εκφραστούν σε ποιους ιστούς σε ποιο στάδιο ανάπτυξης Μετάφραση: χρησιμοποιεί την πληροφορία σύνθεση πολυπεπτιδίου Δύο κατηγορίες γονιδίων 1. Γονίδια που μεταγράφονται σε mrna και μεταφράζονται σε πρωτεΐνες 2. Γονίδια που μεταγράφονται και παράγουν trna, rrna και snrna

33 ΤΟ ΚΕΝΤΡΙΚΟ ΔΟΓΜΑ ΤΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΟΙ ΠΑΡΑΛΛΑΓΕΣ ΤΟΥ Κεντρικό δόγμα Βιολογίας ( F. Crick ) DNA RNA πρωτεΐνες Σήμερα λόγω: 1) ύπαρξης ιών με γενετικό υλικό RNA 2) του ενζύμου αντίστροφη - μεταγραφάση που χρησιμοποιεί ως καλούπι το RNA για να συνθέσει DNA 3) ύπαρξης ορισμένων ιών στους οποίους το RNA αυτοδιπλασιάζεται Το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας γίνεται: DNA RNA πρωτεΐνες Νουκλεϊνικά οξέα πρωτεΐνες

34 Η ΡΟΗ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΚΟΙΝΗ ΣΕ ΟΛΟΥΣ ΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ

35 ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA

36 ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA

37 ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA

38 ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA Γίνεται μόνο μια φορά πριν την κυτταρική διαίρεση, στη διάρκεια της Μεσόφασης Η Αντιγραφή του DNA (διπλασιασμός) πραγματοποιείται στα: Ευκαρυωτικά κύτταρα: πυρήνας, μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες Προκαρυωτικά κύτταρα: κυτταρόπλασμα Ιοί: εσωτερικό του κυττάρου ξενιστή Ημισυντηρητικός μηχανισμός διπλασιασμού του DNA: Δύο μόρια DNA, πανομοιότυπα με το μητρικό Κάθε θυγατρικό DNA περιέχει από μία μητρική (παλιά) αλυσίδα και από μία θυγατρική (νέα) αλυσίδα

39 Κατά την αντιγραφή ακολουθείται ο κανόνας της συμπληρωματικότητας των βάσεων

40 ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA Το DNA έχει μια αντιπαράλληλη δομή διπλής έλικας, οι βάσεις των νουκλεοτιδίων είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου και κάθε κλώνος συμπληρώνει το άλλο. Το DNA αντιγράφεται με ημισυντηρητικό τρόπο δηλαδή κάθε μητρική έλικα χρησιμοποιείται ως εκμαγείο (καλούπι) για τις νέο-συντιθέμενες έλικες

41 Αντιγραφή του DNA Όταν ένα κύτταρο διαιρείται, είναι σημαντικό το ότι κάθε θυγατρικό κύτταρο λαμβάνει ένα πανομοιότυπο αντίγραφο του DNA. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διαδικασία της αντιγραφής του DNA. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα η αντιγραφή του DNA πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια της S φάσης του κυτταρικού κύκλου, πριν από την είσοδο του κυττάρου στη μίτωση ή την μείωση. Στα βακτήρια και τα αρχαία, η αντιγραφή του DNA ρυθμίζεται από τις ενεργειακές απαιτήσεις τη βιομάζας του κυττάρου. Ανεξάρτητα από το πώς ρυθμίζεται η διαδικασία της σύνθεσης του DNA είναι μια παρόμοια διαδικασία, αν και οι πρωτεΐνες και τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται από κάθε ποικίλλει.

42 Έναρξη της αντιγραφής Υπάρχουν ειδικές νουκλεοτιδικές αλληλουχίες, κατά μήκος του DNA, στις οποίες αρχίζει η αντιγραφή που ονομάζονται αφετηρίες ή σημεία έναρξης της αντιγραφής. Σε αυτές τις περιοχές, ένα ένζυμο που ονομάζεται ελικάση ξετυλίγει και ανοίγει τις δύο έλικες του DNA. Καθώς το DNA ανοίγει, σχηματίζονται δομές που ονομάζονται διχάλες αντιγραφής ή διπλασιασμού. Δύο διχάλες αντιγραφής σχηματίζονται στο σημείο έναρξης της αντιγραφής και επεκτείνονται και προς τις δύο κατευθύνσεις καθώς προχωρεί η αντιγραφή. Υπάρχουν πολλαπλές αφετηρίες αντιγραφής στο ευκαρυωτικό χρωμόσωμα, έτσι ώστε να μπορεί να συμβεί αντιγραφή ταυτόχρονα σε διάφορα σημεία στο γονιδίωμα. Στο βακτήριο E. coli υπάρχει μόνο ένα σημείο έναρξης.

43 Επιμήκυνση της αντιγραφής Κατά τη διάρκεια της επιμήκυνσης, ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA-πολυμεράση ΙΙΙ συνθέτει (πολυμερίζει) το νέο (θυγατρικό) κλώνο του DNA. Το κύριο συνθετικό ένζυμο ονομάζεται DNA- πολυμεράση III. Η DNA-πολυμεράση ΙΙΙ, όπως και κάθε πολυμεράση, θα «διαβάσει» τον κλώνο-εκμαγείο (μητρικό καλούπι) από την κατεύθυνση 3 προς 5 Εξαιτίας της αντιπαράλληλης φύσης της διπλής έλικας του DNA, η DNA-πολυμεράση ΙΙΙ θα πολυμερίσει το νέο κλώνο προς την κατεύθυνση 5 προς 3'. Ουσιαστικά, η DNA πολυμεράση ΙΙΙ προσθέτει την φωσφορική ομάδα (5 ') από το εισερχόμενο νουκλεοτίδιο στην υπάρχουσα ομάδα υδροξυλίου (3') του προηγούμενου νουκλεοτιδίου (που προηγουμένως προστέθηκε). Η DNA πολυμεράση ΙΙΙ καταλύει την προσθήκη της 5 'φωσφορικής ομάδας από ένα εισερχόμενο νουκλεοτίδιο στην 3' υδροξυλομάδα του προηγούμενου νουκλεοτιδίου. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί ένα φωσφοδιεστερικό δεσμό μεταξύ των νουκλεοτιδίων ενώ υδρολύει τον φωσφοανυδρίτη στο νουκλεοτίδιο.

44 Επιμήκυνση της αντιγραφής

45 Επιμήκυνση της αντιγραφής (συνέχεια) Η DNA- πολυμεράση ΙΙΙ μπορεί να προσθέσει νέα νουκλεοτίδια μόνο στην ομάδα υδροξυλίου 3 Αυτό σημαίνει ότι η DNA- πολυμεράση ΙΙΙΙ δεν μπορεί να ξεκινήσει από μόνη της την δημιουργία ενός νεοσυντιθέμενου κλώνου, πρέπει να έχει μια 3 υδροξυλομάδα ήδη παρούσα προκειμένου να ξεκινήσει αντιγραφή. Δηλαδή, οι DNA- πολυμεράσες δεν μπορούν ν αρχίσουν βιοσύνθεση DNA de novo καταλύοντας απλά τον πολυμερισμό ελεύθερων νουκλεοτιδίων (dntps datp, dgtp, dttp, dctp) Αντίθετα, οι RNA- πολυμεράσες μπορούν ν αρχίσουν τη σύνθεση μιας νέας αλυσίδας RNA με απουσία πρωταρχικού τμήματος Ένα ένζυμο που ονομάζεται πριμάση τροφοδοτεί μ ένα εκκινητή (primer) RNA, το οποίο καθορίζει το σημείο εκκίνησης. Αυτός ο εκκινητής RNA αφαιρείται αργότερα και τα νουκλεοτίδια RNA αντικαθίστανται με νουκλεοτίδια DNA.

46 Επιμήκυνση της αντιγραφής Οδηγός και συνοδός κλώνος Καθώς η διχάλα αντιγραφής επιμηκύνεται, ένας κλώνος συντίθεται συνεχώς. Ο κλώνος αυτός ονομάζεται οδηγός κλώνος. Στον οδηγό κλώνο, η DNA- πολυμεράση ΙΙΙ συνθέτει (πολυμερίζει ) το DNA προς την ίδια κατεύθυνση που η διχάλα αντιγραφής ξετυλίγεται. Όσο η ελικάση συνεχίζει να ξετυλίγει το DNA προς μία κατεύθυνση, η DNAπολυμεράση ΙΙΙ συνθέτει τον οδηγό-κλώνο ακολουθώντας (από κοντά) πίσω από την ελικάση. Συνοδός κλώνος Επειδή η DNA- πολυμεράση ΙΙΙ μπορεί να συνθέσει μόνο προς την κατεύθυνση 5 προς 3', ο πολυμερισμός (σύνθεση) του άλλου κλώνου μπορεί να συμβεί μόνο προς την αντίθετη κατεύθυνση που ξεδιπλώνει η ελικάση. Ο κλώνος αυτός ονομάζεται συνοδός κλώνος και μπορεί να συντίθεται σε μικρά τμήματα που ονομάζονται θραύσματα (κομμάτια) Okazaki. Το κάθε τμήμα Okazaki απαιτεί έναν εκκινητή RNA για να ξεκινήσει τη σύνθεση. Καθώς προχωρά η σύνθεση μία διαφορετική πολυμεράση (πολυμεράση Ι ) απομακρύνει τον εκκινητή (primer) RNA, και τον αντικαθιστά με νουκλεοτίδια DNA. Τα κενά στον σκελετό μεταξύ των θραυσμάτων σφραγίζονται από ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA λιγάση

47 (Α) οι συνοδοί κλώνοι δημιουργούνται με πολλά μικρά τμήματα Επιμήκυνση της αντιγραφής

48 (B) Διχάλα αντιγραφής (ή διπλασιασμού) στην οποία φαίνονται ο οδηγός- κλώνος και ο συνοδός-κλώνος Επιμήκυνση της αντιγραφής

49 (C) Κάθε μια μητρική αλυσίδα DNA συντίθεται σε ένα τμήμα της συνεχώς και στο άλλο ασυνεχώς, εκατέρωθεν του σημείου έναρξης του διπλασιασμού Επιμήκυνση της αντιγραφής

50 H πρόκληση της Αντιγραφής είναι η διόρθωση της Όταν το κύτταρο ξεκινά το έργο της αντιγραφής του DNA, το κάνει απαντώντας σε περιβαλλοντικά σήματα που λένε ότι το κύτταρο είναι καιρός να διαιρεθεί. Ο στόχος στην αντιγραφή του DNA είναι να παράγει δύο πανομοιότυπα αντίγραφα του προτύπου (μητρικού) DNA. Αυτό είναι ένα δύσκολο έργο, αν σκεφτεί κανείς ότι υπάρχουν 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων στο ανθρώπινο γονιδίωμα. Όταν η DNA-πολυμεράση συνθέτει την θυγατρική αλυσίδα, υπάρχουν δύο χαρακτηριστικά της αντιγραφής που μπαίνουν στο παιχνίδι: Ι) το γεγονός ότι η αντιγραφή πρέπει να είναι ακριβής και ΙΙ) η αντικρουόμενη επιθυμία να είναι και γρήγορη.

51 Τερματισμός της αντιγραφής Τελομερή και τελομεράση Τα άκρα των γραμμικών ευκαρυωτικών χρωμοσωμάτων αποτελούν ένα ιδιαίτερο πρόβλημα στην αντιγραφή του DNA. Επειδή η DNA - πολυμεράση ΙΙΙ μπορεί να προσθέσει νουκλεοτίδια προς μία μόνο κατεύθυνση, ο οδηγός-κλώνος επιτρέπει τη συνεχή σύνθεση μέχρι το τέλος του χρωμοσώματος. Στον συνοδό-κλώνο όμως δεν υπάρχει θέση για έναν εκκινητή DNA που πρόκειται να αντιγραφεί στο τέλος του χρωμοσώματος. Αυτή η χρωμοσωμική άκρη παραμένει αζευγάρωτη και με την πάροδο του χρόνου αυτά τα άκρα γίνονται σταδιακά μικρότερα, όσο τα κύτταρα συνεχίζουν να διαιρούνται. Τα άκρα των γραμμικών χρωμοσωμάτων που είναι γνωστά ως τελομερή, έχουν επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που δεν κωδικοποιούν για ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Κατά συνέπεια, τα τελομερή (οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες) είναι που "κονταίνουν" σε κάθε γύρο αντιγραφής του DNA και όχι τα γονίδια. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους, μία αλληλουχία έξι ζευγών βάσεων, TTAGGG, επαναλαμβάνεται από 100 έως 1000 φορές.

52 Τερματισμός της αντιγραφής Η ανακάλυψη του ενζύμου τελομεράση, βοήθησε στην κατανόηση του πώς διατηρούνται τα άκρα των χρωμοσωμάτων. Η τελομεράση είναι ένα ένζυμο που αποτελείται από πρωτεΐνη και RNA. Η τελομεράση αποδίδει στο τέλος του χρωμοσώματος, ένα συμπληρωματικό ζεύγος βάσεων μεταξύ του συστατικού RNA της τελομεράσης και του εκμαγείου (μητρικού) DNA. Μόλις το εκμαγείο του συνοδού-κλώνου έχει επαρκώς επιμηκυνθεί από την τελομεράση, τότε μια πριμάση θα δημιουργήσει έναν εκκινητή (primer) που ακολουθείται από μια DNA-πολυμεράση η οποία πλέον μπορεί να προσθέσει συμπληρωματικά νουκλεοτίδια στα άκρα των χρωμοσωμάτων. Μ αυτόν τον τρόπο αντιγράφονται τα άκρα των χρωμοσωμάτων.

53 Τα άκρα των γραμμικών χρωμοσωμάτων διατηρούνται από την δράση του ενζύμου τελομεράση

54 Η τελομεράση δεν είναι ενεργή στα ενήλικα σωματικά κύτταρα. Τα ενήλικα σωματικά κύτταρα που υφίστανται κυτταρική διαίρεση εξακολουθούν να έχουν πιο κοντά (βραχέα) τα τελομερή τους. Αυτό ουσιαστικά σημαίνει ότι η βράχυνση των τελομερών σχετίζεται με τη γήρανση. Το 2010, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η τελομεράση μπορεί να αντιστρέψει κάποιες καταστάσεις που σχετίζονται με την ηλικία, κάνοντας πειράματα σε ποντίκια, και αυτό μπορεί να δώσει νέες δυνατότητες στην αναγεννητική ιατρική. Σε αυτές τις μελέτες χρησιμοποιήθηκαν ποντίκια με ανεπαρκή τελομεράση. Αυτά τα ποντίκια παρουσίαζαν ατροφία των ιστών τους, εξάντληση των βλαστικών κυττάρων τους, βλάβες σε συστήματα οργάνων και μειωμένες αποκρίσεις στις βλάβες των ιστών τους. Η επανενεργοποίηση της τελομεράσης σε αυτά τα ποντίκια προκάλεσε επέκταση των τελομερών, μειωμένη βλάβη του DNA, αντιστροφή του εκφυλισμού των νευρικών κυττάρων και βελτίωση της λειτουργίας των όρχεων, της σπλήνας και των εντέρων. Έτσι, η επανενεργοποίηση της τελομεράσης μπορεί να δώσει νέες δυνατότητες στη θεραπεία ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία.

55

56 Μεταγραφή του DNA

57

58 Μεταγραφή (έκφραση γονιδίων) Μεταγραφή είναι η διαδικασία κατασκευής ενός αντιγράφου RNA μιας γονιδιακής αλληλουχίας. Αυτό το αντίγραφο, που ονομάζεται αγγελιαφόρο RNA (mrna) αφήνει τον πυρήνα των κυττάρων και εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα, όπου κατευθύνει τη σύνθεση της πρωτεΐνης, την οποία κωδικοποιεί. Μεταγραφή λοιπόν είναι η σύνθεση των mrna, trna, rrna και του snrna Είδη RNA Αγγελιοφόρο RNA (mrna): μεταφέρει την γενετική πληροφορία σύνθεση πρωτεΐνης Ριβοσωμικό RNA (rrna): συνδέεται με πρωτεΐνες σχηματίζει το ριβόσωμα (απαραίτητο για την πρωτεϊνοσύνθεση) Μεταφορικό RNA (trna): μεταφέρει συγκεκριμένο αμινοξύ στο σημείο της πρωτεϊνοσύνθεσης Μικρό πυρηνικό RNA (snrna): συνδέεται με πρωτεΐνες σχηματίζει μικρά ριβονουκλεο-πρωτεϊνικά σύμπλοκα καταλύει την ωρίμανση του mrna (μόνο στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς)

59 ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ Η μεταγραφή καταλύεται από ειδικά ένζυμα τις RNA- πολυμεράσες Μια RNA- πολυμεράση είναι ένα πολυενζυμικό σύμπλοκο που αποτελείται από 4 υπομονάδες (2α, β, β ) και πρωτεϊνικούς παράγοντες (σ, ρ) που είτε συμμετέχουν στην έναρξη της μεταγραφής, αναγνωρίζοντας τον υποκινητή, ενώ άλλοι παράγοντες συμμετέχουν στη λήξη της μεταγραφής. Η έναρξη της μεταγραφής ξεκινάει από ένα ειδικό εναρκτήριο τμήμα του DNA που ονομάζεται υποκινητής (promoter)

60 Έναρξη: Αρχικά η RNA-πολυμεράση αναγνωρίζει τον υποκινητή (βρίσκεται αριστερά του γονιδίου που θα μεταγραφεί), όπου προσδένεται σφιχτά και προκαλεί τοπικό άνοιγμα της διπλής έλικας του DNA. Ανοίγουν περίπου δέκα ζευγάρια βάσεων. Κατόπιν η πολυμεράση αρχίζει τη συνένωση των μονομερών. Το πρώτο μονομερές είναι συνήθως τριφωσφορικό νουκλεοτίδιο πουρίνης (αδενίνη ή γουανίνη). Ακολουθεί η πρόσδεση του δεύτερου μονομερούς, με τον σχηματισμό του πρώτου φωσφοδιεστερικού δεσμού της αλυσίδας RNA που συντίθεται. Αρκετά νουκλεοτίδια μπορούν να ενωθούν πριν η πολυμεράση αφήσει τον υποκινητή και αρχίσει η επιμήκυνση.

61 Η Μεταγραφή βήμα-βήμα 1) Ο παράγοντας Σίγμα προσδένεται στην ειδική περιοχή του υποκινητή DNA (κουτί -35 έως -10)

62 Η Μεταγραφή βήμα-βήμα 2) Η διπλή έλικα του DNA ανοίγει και ο κλώνος-μήτρα τοποθετείται στο ενεργό κέντρο της RNA πολυμεράσης. Η σύνθεση του mrna ξεκινά.

63 Η Μεταγραφή βήμα-βήμα 3) Η έναρξη της μεταγραφής ολοκληρώνεται. Ο παράγοντας Σίγμα αποσυνδέεται από την RNA πολυμεράση Η σύνθεση του mrna (Mεταγραφή) συνεχίζεται

64 Η Μεταγραφή βήμα-βήμα H RNA πολυμεράση μετακινείται κατά μήκος της έλικας-μήτρας του DNA και συνεχίζει να καταλύει την προσθήκη των ριβονουκλεοτιδίων στο αυξανόμενο μετάγραφο RNA

65

66

67 Η μεταγραφή παράγει ένα μόριο RNA συμπληρωματικό με το ένα κλώνο του DNA. O κλώνος που δεν χρησιμοποιείται ως εκμαγείο καλείται και κωδικοποιητικός επειδή η αλληλουχία του είναι ισοδύναμη με την αλληλουχία του προϊόντος RNA

68 Επιμήκυνση: Στη φάση αυτή η RNA πολυμεράση κατευθύνει τη διαδοχική συνένωση των ριβονουκλεοτιδίων στην αυξανόμενη αλυσίδα, με κατεύθυνση 5 προς 3. Έτσι μετακινείται η πολυμεράση κατά μήκος της μήτρας DNA και μαζί της μετακινείται και η «φουσκάλα» του ανοιγμένου DNA. Καθώς η μεταγραφή τελειώνει σε κάθε τμήμα του DNA, οι αλυσίδες ξανατυλίγονται σχηματίζοντας τη διπλή έλικα. Λήξη: Περιοχές DNA στο τέλος των γονιδίων σηματοδοτούν τη λήξη της μεταγραφής. Σε συνεργασία με την RNA πολυμεράση χαλαρώνουν τον σύνδεσμο του συντεθέντος RNA από τη μήτρα DNA, το RNA και η πολυμεράση αποχωρίζονται και η μεταγραφή λήγει.

69 H RNA πολυμεράση συναντά το σήμα τερματισμού στον κλώνο-μήτρα του DNA το οποίο κωδικοποιεί για το RNA σχηματίζοντας μια δομή φουρκέτας Η δομή φουρκέτας είναι η αιτία του αποχωρισμού της RNA πολυμεράσης από το μετάγραφο του RNA (mrna)

70 ΣΥΝΟΨΗ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ

71 Ωρίμανση του RNA: Μετά τη λήξη της μεταγραφής ακολουθεί μια διαδικασία γνωστή ως μέταμεταγραφική ωρίμανση, όπου το RNA υφίσταται διάφορες τροποποιήσεις πριν αποκτήσει τη λειτουργική του μορφή. Στο ευκαρυωτικό κύτταρο, όλα τα είδη RNA είναι αρχικά μεγαλύτερα απ ότι εμφανίζονται στην τελική τους μορφή. Τα άχρηστα κομμάτια του RNA αποκόβονται και τα χρήσιμα ενώνονται μεταξύ τους. Οι μετά-μεταγραφικές τροποποιήσεις που υφίστανται όλα τα είδη του RNA έχουν σκοπό να τα καταστήσουν πιο ανθεκτικά στη δράση νουκλεασών και να αυξήσουν την εξειδίκευσή τους, ώστε να εξασφαλίζεται με τον πιο άριστο τρόπο η πιστότητα της μετάφρασης.

72

73 Δομή και ρόλος του mrna Το ευκαρυωτικό mrna, μετά την απομάκρυνση των εσωνίων και ενώ βρίσκεται ακόμη στον πυρήνα αποκτάει μια «ουρά» poly A. Η σημασία του poly A σχετίζεται: με την ευχέρεια διέλευσης του mrna μέσω πυρηνικής μεμβράνης στο κυτταρόπλασμα, την προστασία του mrna από τις νουκλεάσες και την πρόσδεσή του με τη μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα. Επίσης το ευκαρυωτικό mrna αποκτά ένα πρόσθιο «κάλυμμα» (5 cap) Μια μέθυλο-γουανοσίνη προστίθεται καλύπτοντας ένα σύμπλοκο ένζυμο Η σημασία του 5 cap σχετίζεται: Προστατεύει τo mrna από την προσβολή ενζύμων Σηματοδοτεί την πρόσδεση του mrna στο ριβόσωμα Το ευκαρυωτικό mrna περιέχει πληροφορία για ένα μόνο γονίδιο (cistron) και γι αυτό

74 Μετάφραση του DNA

75

76

77

78 Μετάφραση: Ονομάζεται η διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης στα ριβοσώματα Ονομάζεται μετάφραση επειδή η γλώσσα των νουκλεϊνικών οξέων (με τέσσερις αζωτούχες βάσεις) μεταφράζεται στη διαφορετική γλώσσα των πρωτεϊνών που αποτελείται από 20 διαφορετικά αμινοξέα. Η διαδικασία της μετάφρασης είναι μια πολύπλοκη διαδικασία, πολύ περισσότερο από εκείνες της μεταγραφής και του διπλασιασμού του DNA. Η Μετάφραση γίνεται μέσω του Γενετικού Κώδικα.

79 Ο γενετικός κώδικας συσχετίζει τα αμινοξέα με τριπλέτες των βάσεων του mrna και έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Είναι τριπλέτα, δηλαδή η αλληλουχία τριών βάσεων καθορίζει ένα αμινοξύ. Είναι συνεχής, δηλαδή η μετάφραση του mrna γίνεται τριπλέτα αμινοξέος, μετά ξανά τριπλέτα χωρίς καμία διακοπή, με αρχή την τριπλέτα έναρξης του μηνύματος (AUG). Είναι μη επικαλυπτόμενος, δηλαδή μια δεδομένη βάση αποτελεί τμήμα μιας μόνο τριπλέτας. Είναι εκφυλισμένος, δηλαδή το ίδιο αμινοξύ κωδικοποιείται από περισσότερες της μιας τριπλέτας. Οι διαφορετικές τριπλέτες που κωδικοποιούν το ίδιο αμινοξύ ονομάζονται συνώνυμα κωδικά. Οι 61 από τις 64 τριπλέτες κωδικοποιούν τα 4 αμινοξέα, ενώ 3 τριπλέτες UAA, UAG και UGA καθορίζουν τη λήξη του μηνύματος. Είναι γενικευμένος, δηλαδή ο ίδιος κώδικας ισχύει σε όλες τις μορφές ζωής. Παράδειγμα, το αμινοξύ λευκίνη κωδικοποιείται από τα ίδια κωδικά σε όλους τους οργανισμούς, από τους κατώτερους μέχρι τον άνθρωπο. Ο γενετικός

80

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91 Δομή και ρόλος του trna Επειδή υπάρχει διαφορά στη μοριακή δομή ανάμεσα την πολυνουκλεοτιδική και πολυπεπτιδική αλυσίδα, η άμεση προσέγγιση των αμινοξέων στο mrna είναι αδύνατη. Για το λόγο αυτό είναι απαραίτητη η μεσολάβηση ενός μορίου προσαρμοστή Τέτοιος προσαρμοστής είναι το trna. Για κάθε ένα αμινοξύ υπάρχει ειδικό trna, στο ένα άκρο του οποίου προσδένεται το αμινοξύ ενώ στο απέναντι άκρο μια ομάδα τριών νουκλεοτιδίων, το αντικωδικόνιο, αναγνωρίζει το κωδικόνιο στο mrna. Κάθε αμινοξύ αναγνωρίζεται από ειδικό trna.

92 Ριβόσωμα: Δομή και Λειτουργία Το αντικωδικόνιο που φέρει κάθε trna, συνδέεται με το ανάλογο κωδικόνιο του mrna και μεταφέρει το αμινοξύ του σε μια αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα

93

94 Ρόλος των ριβοσωμάτων: Ο ρόλος των ριβοσωμάτων είναι ο σωστός προσανατολισμός των προδρόμων trna, mrna και της αναπτυσσόμενης πολυπεπτιδικής αλυσίδας, έτσι ώστε ο γενετικός κώδικας να διαβάζεται με ακρίβεια. Πολλά ριβοσώματα ενωμένα σε ένα μόριο mrna συνιστούν ένα πολυριβόσωμα. Ο αριθμός των ριβοσωμάτων του πολυριβοσώματος εξαρτάται από το μέγεθος του mrna (11-18 στα ευκαρυωτικά, στα προκαρυωτικά).

95 Μηχανισμός πρωτεϊνοσύνθεσης: Περιλαμβάνει τρία στάδια: Έναρξη, Επιμήκυνση και Λήξη. Έναρξη: Πραγματοποιείται ο σχηματισμός ενός συμπλόκου έναρξης. Το σύμπλοκο έναρξης αποτελείται από τα: 70S ριβόσωμα, το mrna και το ειδικό trna Σχηματίζεται σε δύο διαδοχικά στάδια. Πρώτα, το 30S σύμπλοκο έναρξης και μετά το 70S σύμπλοκο έναρξης. Η τριπλέτα έναρξης είναι πάντα το AUG το οποίο κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη

96 Επιμήκυνση: Μετά το σχηματισμό του 70s συμπλόκου έναρξης, αρχίζει η σύνθεση της πεπτιδικής αλυσίδας με το διαδοχικό σχηματισμό πεπτιδικών δεσμών ανάμεσα στα αμινοξέα. Διακρίνεται σε τρεις φάσεις: Α) Πρόσδεση του trna στο σύμπλοκο έναρξης Β) Σχηματισμός πεπτιδικού δεσμού Γ) Μετάθεση του trna από την Α στην P θέση με μια σχετική μετακίνηση mrna και ριβοσώματος.

97 Λήξη: Η διαδικασία της επιμήκυνσης συνεχίζεται μέχρι να βρεθεί στο mrna ένα από τα τρία κωδικόνια λήξης UAA, UGA, UAG. Τότε η σύνθεση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας σταματά με τη βοήθεια παραγόντων απελευθέρωσης της αλυσίδας και με υδρόλυση του δεσμού του πολυπεπτιδίου με το trna που το κρατά ενωμένο. Animation για την πρωτεϊνοσύνθεση

98