Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης Κεφάλαιο 1 ο -Το γενετικό υλικό
Το γενετικό υλικό Ιστορική αναδρομή 1869: Το DNA εντοπίζεται στον πυρήνα των κυττάρων 1944: Μέχρι τότε δεν ήταν γνωστό ότι αποτελεί το γενετικό υλικό Μέχρι τότε φαινόταν πιο πιθανό, οι πρωτεΐνες να είναι το γενετικό υλικό λόγω της μεγαλύτερης ποικιλομορφίας.
Frederick Griffith Βρετανός γιατρός και γενετιστής 1879 1941 Πέθανε κατά το βομβαρδισμό του Λονδίνου από τους Γερμανούς κατά το Β Παγκόσμιο Πόλεμο
1928 Πείραμα του Griffith Δούλεψε με δύο στελέχη του βακτηρίου πνευμονιόκοκκος (Diplococcus pneumoniae), τα οποία ξεχωρίζουν μορφολογικά όταν καλλιεργηθούν σε θρεπτικό υλικό. Στέλεχος Α: Παρουσία προστατευτικού καλύμματος, «λείες» αποικίες και ήταν παθογόνο Στέλεχος Β: Απουσία προστατευτικού καλύμματος, «αδρές» αποικίες και δεν ήταν παθογόνο Αποικία ονομάζουμε ένα σύνολο από μικροοργανισμούς που έχουν προέλθει από διαδοχικές διαιρέσεις ενός κυττάρου όταν αναπτύσσεται σε στερεό θρεπτικό υλικό. Οι αποικίες είναι ορατές με γυμνό οφθαλμό
1928 Πείραματου Griffith
1944 Πείραμα Avery, Mac-Leod& McCarthy Επανέλαβαν το πείραμα του Griffith in vitro. Διαχώρισαν τα συστατικά των νεκρών λείων βακτηρίων σε υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λιπίδια, RNA,DNAκλπ Έλεγξαν ποιο από τα παραπάνω συστατικά έχει την ικανότητα μετασχηματισμού ΔιαπίστωσανότιαυτόήταντοDNA
Βιοχημικά δεδομένα Η ποσότητα του DNA σε κάθε οργανισμό είναι σταθερή και δε μεταβάλλεται από αλλαγές στο περιβάλλον. Η ποσότητα επίσης είναι ίδια σε όλα τα είδη κυττάρων ενός οργανισμού. Οι γαμέτες των ανώτερων οργανισμών που είναι απλοειδείς, περιέχουν τη μισή ποσότητα DNA από τα σωματικά που είναι διπλοειδή Η ποσότητα του DNA είναι κατά κανόνα ανάλογη της πολυπλοκότητας του οργανισμού 3x10 9 1.6x10 8 1.4x10 7 4x10 6
1952 Πείραμα Hershey -Chase Μελέτησαν τον κύκλο ζωής του φάγου Τ 2 (Βακτηριοφάγο ή φάγο ονομάζουμε έναν ιό ο οποίος προσβάλλει βακτήρια).
1952 Πείραμα Hershey -Chase Ιχνηθέτησαν τους φάγους με ραδιενεργό θείο (Α=35) που ενσωματώνεται μόνο στις πρωτεΐνες και με ραδιενεργό φώσφορο (Α=32) που ενσωματώνεται μόνο στο DNA. Με τους ραδιενεργούς φάγους μόλυναν βακτήρια. ΑπέδειξανότιμόνοτοDNAεισέρχεταιμέσασταβακτήριακαιείναι ικανό να δώσει τις απαραίτητες εντολές για τη δημιουργία νέων φάγων.
1952 Πείραμα Hershey -Chase
Martha Chase & Alfred Hershey Martha Chase (1927-2003) Γεννήθηκε στο Οχάιο Alfred Hershey (1908-1997) Γεννήθηκε στο Μίτσιγκαν Νόμπελ Ιατρικής το 1969
Χρήσιμοι όροι in vivo: Χρησιμοποιείται για την περιγραφή μίας διαδικασίας που πραγματοποιείται σε ένα ζωντανό οργανισμό (Παράδειγμα: Η απόδειξη του ημισυντηρητικού μηχανισμού της αντιγραφής του DNA) in vitro: Χρησιμοποιείται για την περιγραφή μίας διαδικασίας που πραγματοποιείται στο δοκιμαστικό σωλήνα (Παράδειγμα: Η ανάλυση των ενζύμων της αντιγραφής του DNA) Ιχνηθέτηση: Η σήμανση χημικών μορίων με τη χρήση ραδιενεργών ισοτόπων, φθοριζουσών ουσιών κλπ. (Παράδειγμα: Η χρήση ραδιενεργού φωσφόρου στα νουκλεοτίδια για την ιχνηθέτηση του DNA
Δομή DNA Είναι μακρομόριο που αποτελείται από νουκλεοτίδια. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από μία πεντόζη (τη δεσοξυριβόζη), που ενώνεται με μία φωσφορική ομάδα και μία αζωτούχο βάση. Στα νουκλεοτίδια του DNA η αζωτούχος βάση μπορεί να είναι: Αδενίνη (Α), Γουανίνη (G), Κυτοσίνη (C) και Θυμίνη(Τ). Σε κάθε νουκλεοτίδιο, η αζωτούχος βάση συνδέεται με το 1 άνθρακα της πεντόζης και η φωσφορική ομάδαμετο5 άνθρακα.
Δομή νουκλεοτιδίου
Πολυνουκλεοτιδικήαλυσίδα Σχηματίζεται από την ένωση πολλών νουκλεοτιδίων με ομοιοπολικό δεσμό Ο δεσμός αυτός δημιουργείται ΠΑΝΤΑ μεταξύ του υδροξυλίου του 3 άνθρακα της πεντόζης του πρώτου νουκλεοτιδίου και της φωσφορικής ομάδας που είναι ενωμένη στο 5 άνθρακα της πεντόζης του επόμενου νουκλεοτιδίου Ο δεσμός αυτός ονομάζεται 3-5 φωσφοδιεστερικός δεσμός
Πολυνουκλεοτιδικήαλυσίδα Έτσι δημιουργείται ένας σκελετός από επανάληψη φωσφορικής ομάδας πεντόζης φωσφορικής ομάδας πεντόζης Ανεξάρτητα από τον αριθμό των νουκλεοτιδίων που συμμετέχουν στο σχηματισμός της, το 1 ο νουκλεοτίδιο έχει ΠΑΝΤΑ μία ελεύθερη φωσφορική ομάδα στο 5 άνθρακα της πεντόζης του και το τελευταίο έχει ελεύθερο υδροξύλιο στο 3 άνθρακα της πεντόζης του Για αυτό το λόγο ο προσανατολισμός της αλυσίδας είναι 5 3
Ανακάλυψη διπλής έλικας Αν και η χημική σύσταση και οι ιδιότητες του DNA ήταν γνωστές, δεν υπήρχε κοινά αποδεκτή πρόταση γιατηδομήτουστοχώρο Για τη διατύπωση της θεωρίας της διπλής έλικας χρησιμοποιήθηκαν αποτελέσματα από διάφορες έρευνες
Ανακάλυψη διπλής έλικας Δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν Η ανάλυση του ποσοστού των βάσεων σε μόρια DNA από διαφορετικούς οργανισμούς έδειχνεότια=τκαιg=c Επίσης, βρέθηκε ότι η αναλογία των βάσεων (A+T)/(G+C) διέφερε από είδος σε είδος και σχετίζεται με το είδος του οργανισμού. Αποτελέσματα της απεικόνισης του μορίου του DNA με χρήση ακτίνων-χ
Wilkins & Franklin Maurice Wilkins 1916-2004 Νέα Ζηλανδία Νόμπελ Ιατρικής 1962 Rosalind Franklin 1920 1958 Μεγάλη Βρετανία Δεν έλαβε βραβείο Νόμπελ
Watson & Crick James Watson 1928 - Ηνωμένες Πολιτείες Νόμπελ Ιατρικής 1962 Francis Crick 1916-2004 Μεγάλη Βρετανία Νόμπελ Ιατρικής 1962
1953 Μοντέλο της διπλής έλικας Σύμφωνα με αυτό: 1. Το DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες που σχηματίζουν στο χώρο μία δεξιόστροφη διπλή έλικα 2. Η διπλή έλικα έχει ένα σταθερό σκελετό από επαναλαμβανόμενα μόρια φωσφορικής ομάδας δεσοξυριβόζης που ενώνονται με φωσφοδιεστερικό δεσμό. Ο σκελετός είναι υδρόφιλος και βρίσκεται στο εξωτερικό του μορίου. Προς το εσωτερικό υπάρχουν οι αζωτούχες βάσεις που είναι υδρόφοβες 3. Οι αζωτούχες βάσεις της μίας αλυσίδας ενώνονται με δεσμούς υδρογόνου με τις αζωτούχες βάσεις της απέναντι αλυσίδας βάση του κανόνα της συμπληρωματικότητας. Η αδενίνη συνδέεται μόνο με θυμίνη και αντίστροφα και η γουανίνη συνδέεται μόνο με κυτοσίνη και αντίστροφα. Οι δεσμοί υδρογόνου σταθεροποιούν τη δευτεροταγή δομή του μορίου 4. Ανάμεσα σε αδενίνη και θυμίνη αναπτύσσονται δύο δεσμοί υδρογόνου, ενώ ανάμεσα σε γουανίνη και κυτοσίνη τρεις 5. Οι δύο αλυσίδες του μορίου του DNA είναι συμπληρωματικές. Η αλληλουχία της μίας καθορίζει και την αλληλουχία της άλλης 6. Οι δύο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή το 3 άκρο της μίας βρίσκεται απέναντι από το5 άκρο τηςάλλης
Αζωτούχες Βάσεις
Δεσμοί υδρογόνου
Λειτουργίες γενετικού υλικού Η αποθήκευση της γενετικής πληροφορίας. Στο DNA ή το RNA περιέχονται οι πληροφορίες για όλα τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού και οι οποίες οργανώνονται σε λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια. Η διατήρηση και η μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας από κύτταρο σε κύτταρο και από οργανισμό σε οργανισμό (εξασφαλίζονται με τον αυτοδιπλασιασμό του DNA) Η έκφραση των γενετικών πληροφοριών που επιτυγχάνεται με τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών
Λίγη ορολογία Γονιδίωμα: Το γενετικό υλικό ενός κυττάρου. Σημείωση: Στα ευκαρυωτικά κύτταρα το γενετικό υλικό κατανέμεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες. Συνήθως όμως ο όρος γονιδίωμα αναφέρεται στο γενετικό υλικό του πυρήνα. Απλοειδή κύτταρα: Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει μόνο σε ένα αντίγραφο (προκαρυωτικά κύτταρα και γαμέτες διπλοειδών οργανισμών) Διπλοειδή κύτταρα: Τα κύτταρα στα οποία το γονιδίωμα υπάρχει σε δύο αντίγραφα ονομάζονται (σωματικά κύτταρα ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών) Αριθμός ή αλληλουχία βάσεων: Χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του μήκους ή της αλληλουχίας ενός νουκλεϊκού οξέος αντίστοιχα
Γενετικό υλικό προκαρυωτικών Δίκλωνο κυκλικό μόριο DNA μήκους περίπου 1 mm (Πακετάρεται και αναδιπλώνεται με τη βοήθεια πρωτεϊνών ώστε το τελικό μήκος μέσα στο κύτταροναείναι1μm=10-3 mm) Περιέχει ένα αντίγραφο του γονιδιώματος Σε πολλά βακτήρια εκτός από το κύριο κυκλικό μόριο DNA υπάρχουν και τα πλασμίδια
Πλασμίδια Δίκλωνα κυκλικά μόρια DNA διαφόρων μεγεθών Περιέχουν μικρό ποσοστό της γενετικής πληροφορίας Αποτελούν το 1-2% του βακτηριακού DNA Ο αριθμός τους μέσα στο κύτταρο ποικίλλει Αντιγράφονται ανεξάρτητα από τοκύριομόριοdna Περιέχουν γονίδια όπως: ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά και γονίδια που σχετίζονται με τη μεταβίβαση γενετικού υλικού απόέναβακτήριοσεάλλο Αποτελούν πολύτιμο εργαλείο στη Γενετική Μηχανική
Γενετικό υλικό ευκαρυωτικών Έχει μεγαλύτερο μέγεθος από αυτό των προκαρυωτικών Το συνολικό DNA δεν είναι ένα ενιαίο μόριο Αποτελείται από πολλά γραμμικά μόρια (αριθμός και μήκος είναι χαρακτηριστικά του είδους) Τα μόρια του DNA πακετάρονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν τα ινίδια χρωματίνης Το συνολικό DNA έχει μήκος περίπου 2m και συσπειρώνεται ώστε να χωρέσει στον πυρήνα πουέχειδιάμετρο10-5 m
Νουκλεόσωμα Αποτελεί τη βασική μονάδα οργάνωσης της χρωματίνης Αποτελείται από DNA μήκους 146 ζευγών βάσεων και 8 μόρια πρωτεϊνών που λέγονται ιστόνες Τα νουκλεοσώματα αναδιπλώνονται με αποτέλεσμα το μεγαλύτερο πακετάρισμα του DNA σχηματίζοντας τα ινίδια χρωματίνης. Στην αναδίπλωση συμμετέχουν και άλλα είδη πρωτεϊνών
Κυτταρικός κύκλος
Διαφορετικές όψεις ίδιου νομίσματος Φάση κύκλου Βαθμός συσπείρωσης Ονομασία Μεσόφαση Μικρός Ινίδια χρωματίνης Τέλος αντιγραφής Υψηλός Αδελφές χρωματίδες Μετάφαση Μέγιστος Χρωμοσώματα Μετά το τέλος μίτωσης Μικρός Ινίδια χρωματίνης
Καρυότυπος Το ανθρώπινο γονιδίωμα σε ένα απλοειδές κύτταρο αποτελείται από 3x10 9 ζεύγηβάσεωνdna,οργανωμένασε23χρωμοσώματα Ημελέτητουςείναιδυνατήμόνοσεκύτταραπουδιαιρούνται Τα κύτταρα μπορούν να προέρχονται είτε από ιστούς που διαιρούνται φυσιολογικά, είτε από κυτταροκαλλιέργειες όπου γίνεται in vitro επαγωγή με ουσίες που έχουν μιτογόνο δράση Επίδραση με ουσίες που σταματούν την κυτταρική διαίρεση στο στάδιο της μετάφασης Επώαση με υποτονικό διάλυμα Χρήση αντικειμενοφόρου πλάκας Χρώση με ειδικές χρωστικές Παρατήρηση στο μικροσκόπιο Ταξινόμηση ανά ζεύγη κατά ελαττούμενο μέγεθος
Φυσιολογικό μεταφασικόχρωμόσωμα Αποτελείται από δύο αδελφές χρωματίδες που είναι ενωμένες στο κεντρομερίδιο Το κεντρομερίδιο διαιρεί κάθε χρωματίδα σε δύο βραχίονες, ένα μεγάλο και ένα μικρό Τα μεταφασικά χρωμοσώματα ποικίλλουν ως προς το μέγεθος και τη θέση του κεντρομεριδίου Ο αριθμός και η μορφολογία τους είναι χαρακτηριστική του είδους
Ανθρώπινα χρωμοσώματα 22 ζεύγη όμοια σε άνδρα γυναίκα(αυτοσωμικά) 1 ζεύγος διαφέρει(φυλετικά) Υ χρωμόσωμα μικρότερο από το Χ Τα φυλετικά καθορίζουν το φύλο Παρουσία Υ χρωμοσώματος σημαίνει Απουσία Υ χρωμοσώματος σημαίνει
Μιτοχόνδρια -Χλωροπλάστες Έχουν DNA Σχετίζεται με τις λειτουργίες τους και κωδικοποιεί μικρό αριθμό πρωτεϊνών Είναι ημιαυτόνομα οργανίδια Μιτοχονδριακό DNA (mtdna) είναι κυκλικό. 2 10 αντίγραφα / μιτοχόνδριο. Σε κατώτερα πρωτόζωα μπορεί να είναι και γραμμικό. Στο ζυγωτό είναι μητρικής προέλευσης DNA χλωροπλαστών είναι κυκλικό και μεγαλύτερο από το μιτοχονδριακό DNA
ΜιτοχονδριακόDNA
ΜιτοχονδριακόDNA
ΧλωροπλαστικόDNA
Γενετικό υλικό ιών DNA ή RNA DNA: κυκλικό ή γραμμικό, μονόκλωνο ή δίκλωνο RNA: συνήθως γραμμικό(σπάνια κυκλικό), μονόκλωνο ή δίκλωνο