Αλφαβητάριο Γενετικής Βιολογίας (Εν όψει της Πανδημίας του Κορωναιού COVID19)__Μέρος Α

Ποταμίτου Διονυσία09-03-2021

Τι είναι το DNA και το RΝΑ;

Είναι μεγάλα οργανικά μόρια (στο εξής και γενετικά μόρια) που τα ονομάζουμε νουκλεινικά οξέα που μπορούμε να τα παρομοιάσουμε με τεράστια μακρόσυρτα με ορισμένο τρόπο συντεταγμένα «κείμενα» που περιέχουν «λέξεις» στη σειρά που κωδικοποιούν πληροφορίες για την σύνθεση πολύ σημαντικών ουσιών μέσα στα κύτταρα μας από τις οποίες ρυθμίζονται οι λειτουργίες των κυττάρων μας.
Οι λέξεις αυτές είναι γραμμένες με «γράμματα» χημικών ομάδων (ομάδων χημικών στοιχείων).
Για τα βιοχημικά λοιπόν αυτά «κείμενα» της γενετικής πληροφορίας (γενετικά κείμενα) έχουμε:
- τα «βιοχημικά γράμματα» είναι ομάδες χημικές που τις λέμε νουκλεοτίδια
(έχουμε 4 τέτοια είδη νουκλεοτιδίων «γραμμάτων»)
- τις «βιοχημικές λέξεις» που είναι ομάδες βιοχημικών γραμμάτων που τις λέμε γονίδια
- τις «βιοχηχικες προτάσεις και παραγράφους» που είναι ομάδες βιοχημικών λέξεων που άρα γονιδίων που από αυτές απορρέει το νόημα της γενετικής πληροφορίας που ρυθμίζει μια κυτταρική λειτουργία

Πώς συντάσσονται τα γενετικά κείμενα;

Ένας ορισμένος αριθμός νουκλεοτιδίων από τα 4 είδη που υπάρχουν δίνει τις «βιοχημικές λέξεις» που είναι τα γονίδια.
Ο συνδυασμός γονιδίων δίνει το πακέτο πληροφοριών που ελέγχει συγκεκριμένες κυτταρικές λειτουργίες και αυτός ο συνδυασμός αποτελεί τις «βιοχημικές προτάσεις και παραγράφους» του γενετικού κειμένου των οργανισμών
Η σειρά είναι:
νουκλεοτίδια-->γονίδια-->συνδυασμοί γονιδίων
κατά αναλογίαν
βιοχημικά γράμματα-->βιοχημικές λέξεις-->βιοχημικές προτάσεις και παράγραφοι

Τι είναι τα Νουκλεοτίδια;

Είναι το βασικό δομικό στοιχείο του DNA και RNA τα «βιοχημικά γράμματα» με τα οποία φτιάχνεται το «κείμενο» των γενετικών πληροφοριών.
Αποτελούνται από 3 συγκεκριμένες χημικές ομάδες.
Για το DNA αυτές οι χημικές ομάδες είναι:
-μια οργανική βάση (θυμίνη, αδενίνη κυτοσίνη, γουανίνη)
-ένα σάκχαρο (πεντόζη δεσοξυριβόζη)
-φωσφορικό οξύ
Για το RNA αυτές οι χημικές ομάδες είναι:
-μια οργανική βάση (θυμίνη, αδενίνη, κυτοσίνη, oυρακίλη)
-ένα σάκχαρο (πεντόζη ριβόζη)
-φωσφορικό οξύ

Τι είναι το γονιδίωμα ενός οργανισμού;

Είναι το συνολικό «κείμενο» πληροφοριών (ενεργών ή μη εκδηλωμένων ή εντελώς κρυμμένων) με την μορφή του ολικού DNA ενός οργανισμού που βρίσκεται φυλαγμένο στον πυρήνα των κυττάρων του μαζί με όλες τι άλλες ουσίες που το βοηθούν να πακετάρεται μέσα στον πυρήνα (δεν αποτελείται επομένως από καθαρό DNA)

Τι είναι το χρωμόσωμα;

Είναι ένα γενετικό μόριο χιλιάδων πολλές φορές νουκλεοτιδίων («βιοχημικών» γραμμάτων) συνδεδεμένο με διάφορες πρωτεΐνες βοηθητικές στο πακετάρισμα και τη συμπύκνωση του και παράλληλα προστατευτικές.
Όλα μαζί τα γενετικά μόρια του πυρήνα των κυττάρων ενός οργανισμού με την μορφή χρωμοσωμάτων αποτελούν το γονιδίωμα του οργανισμού.

Πόσα γενετικά μόρια DNA υπάρχουν σε ένα πυρήνα;

Σε πολυκύτταρους οργανισμούς υπάρχουν πολλά γενετικά μόρια όχι μόνο ένα πχ στον άνθρωπο, στον πυρήνα των σωματικών του κυττάρων, υπάρχουν 23 ζευγάρια γενετικών μορίων – DNA και άρα χρωμοσωμάτων που όταν το κύτταρο δεν ετοιμάζεται να πολλαπλασιαστεί είναι συμπυκνωμένα όχι ξεδιπλωμένα.
Για να καταλάβουμε πόσο σημαντικό είναι αυτό το πακετάρισμα-συμπύκνωμα, αρκεί να σκεφτούμε πχ ότι ένα ανθρώπινο γενετικό μόριο αν ξεδιπλωθεί πλήρως έχει μήκος 2 μέτρα, αυτό λοιπόν το μακρύ μόριο είναι πακεταρισμένο και συμπυκνωμένο ώστε να χωράει σε ένα πυρήνα διαμέτρου 10 εκατομμυριοστά του μέτρου.
Αυτό το πακετάρισμα είναι και μια μορφή υψηλής προστασίας των γενετικών μορίων από την εισβολή ξένων γονιδίων και συμπληρώνει την προστασία του πυρηνικού φακέλου μέσα στον οποίο είναι κλεισμένα τα μόρια των ευκαρυωτικών κυττάρων (αυτά που έχουν πυρήνα).

Ποιες οι διαφορές του DNA από το RNA;

- το DNA χημικό «κείμενο» αποτελείται από κάποιους ορισμένους τύπους «γραμμάτων» νουκλεοτιδίων δηλαδή, που διαφέρουν από εκείνους του RNA αν και νοηματοδοτικά είναι ίδιοι, σαν να λέμε διαφορά στη γραφή του γραμμάτων όχι στην ουσία και το νόημα τους
- τα DNA μόρια ενός οργανισμού είναι πολύ μεγαλύτερα από τα RNA
- τα DNA μόρια είναι η αρχειακή βάση βιβλιοθήκη των πληροφοριών της ταυτότητας ενός οργανισμού και περιέχει όχι μόνο πληροφορίες για το τι λειτουργίες μπορούν να επιτελέσουν τα κύτταρα του επί του παρόντος, αλλά και πληροφορίες για τις λειτουργίες που επιτελούσαν στο μακρινό παρελθόν οι γενετικοί πρόγονοι του οργανισμού ή που μπορούν να επιτελέσουν στο μακρινό μέλλον οι γενετικοί απόγονοι του
-τα RNA μόρια είναι οι ευκίνητοι εξυπηρετητές της έκφρασης της γενετικής πληροφορίας που φέρει το DNA, την μεταγράφουν τμηματικά, την μεταφέρουν έξω από το πυρήνα και την μεταφράζουν για την σύνθεση ουσιών, βοηθούν στην σύνθεση πρωτεϊνών
- το DNA ενός οργανισμού αυτοδιπλασιάζεται με μια διαδικασία που λέμε αντιγραφή που λαμβάνει χώρα μέσα στον πυρήνα και μεταγράφεται τμηματικά από το RNA μόρια που μεταφέρουν την πληροφορία έξω από τον πυρήνα
-το RNA σπανίως αυτοδιπλασιάζεται (σε ορισμένες περιπτώσεις ιών) και μετατρέπεται σε μικρού μήκους DNA κι αυτό μπορεί να γίνεται κι εκτός του πυρήνα
- το RNA βρίσκεται και μέσα και έξω από τον πυρήνα, το DNA τμηματικά μόνο μπορεί να βρίσκεται εκτός πυρήνα, ενώ ως ολότητα βρίσκεται μέσα στο πυρήνα προστατευμένο (το γονιδίωμα)
-το DNA ενός οργανισμού στα διάφορα κύτταρα του οργανισμού είναι τμηματικά μόνο ενεργό
- το RNA μπορεί να βγαίνει από τον πυρήνα αλλά δεν μπορεί να μπαίνει σε αυτόν εκτός αν έχει πάρει την μορφή τμηματικού DNA

Είναι μετατρέψιμα αυτά τα γενετικά μόρια το ένα στο άλλο;

Το DNA μπορεί να μεταγράφεται σε RNA αλλά κι αντίστροφα, το RNA μπορεί σε κάποιες περιπτώσεις οργανισμών (πχ περιπτώσεις ιών) να μεταγράφεται σε DNA και μάλιστα εκτός πυρήνα.

Τι τύπους DNA και το RΝΑ μπορoύμε να έχουμε;

H βασική διάκριση γίνεται με κριτήριο τους κλώνους χημικές αλυσίδες δεδομένου ότι τα μόρια αυτά μοιάζουν με ελισσόμενες σκάλες αν τα ξετυλίξουμε μικροσκοπικά
Έχουμε έτσι:
-τα δίκλωνα DNA και RNA
-τα μονόκλωνα DNA και RNA
Μια άλλη διάκριση γίνεται με κριτήριο την λειτουργία κι αυτή η διάκριση αφορά στα RNA μόρια
Έτσι έχουμε διάφορους τύπους τέτοιων RNA μορίων με πιο σημαντικούς:
• τα αγγελιοφόρα m RNA που μεταφέρουν τις πληροφορίες του DNA εκτός του πυρήνα για την σύνθεση πρωτεϊνών, έχουν μήκος 500-2.000 νουκλεοτίδια για τον άνθρωπο κι αποτελούν λιγότερο από το 5% του ολικού RNA
• τα ριβοσωμικά r RNA που βρίσκονται σε ειδικά οργανίδια των κυττάρων και βοηθούν στην σύνθεση πρωτεϊνών κι αποτελούν περίπου το 80% του ολικού RNA του κυττάρων κι έχουν μήκος 100-3.000 νουκλεοτίδια
• τα μεταφορικά t RNA που μεταφέρουν τις δομικές μονάδες των πρωτεϊνών στην κατάλληλη θέση για να γίνει η σύνθεση των πρωτεϊνών, αποτελούν το 15% περίπου του ολικού RNA έχουν μήκους 70-85 βάσεις.

Πού βρίσκονται αυτά τα μόρια της γενετικής πληροφορίας (γενετικά μόρια);

To DNA ενός οργανισμού ως ολότητα μακρομοριακή βρίσκεται καλά προστατευμένο μέσα στο άβατο των κυττάρων μας δηλαδή τον πυρήνα και είναι η γενετική μας ταυτότητα.
Το RNA βρίσκεται με διάφορες μορφές αναλόγως πώς λειτουργεί μέσα στον πυρήνα και έξω από αυτόν.
Τμηματικό όμως DNA μπορεί να βρίσκεται και μέσα στο κύτταρο εκτός πυρήνα.

Ποιες είναι οι βασικές γενετικές διεργασίες στις οποίες παίρνουν μέρος τα μόρια DNA και RNA;

α) η αντιγραφή μια διεργασία που συμβαίνει στο DNA και συνδέεται με τον αυτοδιπλασιασμό του
β) η μεταγραφή μια διεργασία τοπικής περιστασιακής διάσπασης-ανοίγματος της διπλής αλυσίδα του DNA και σύνθεσης μορίων m RNA με καλούπι την αλληλουχία νουκλεοτιδίων του «ανοιγμένου» τμήματος του DNA
γ)η μετάφραση όπου το m RNA που έχει εξελθει από τον πυρήνα μεταφέρει την γενετική πληροφορία σε ειδικά οργανίδια των κυττάρων εκεί που γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών

Τι γενετικά μακρομόρια ή τμήματα αυτών κυκλοφορούν μέσα στα κύτταρα ενός οργανισμού;

Κυκλοφορούν στο κυτταρόπλασμα ή στο πυρήνα
- διάφορα μόρια RNA όλων των τύπων
- τμηματικά μόρια DNA στο κυτταρόπλασμα
- νουκλεοτίδια ασύνδετα
- τμήματα νουκλεοτιδίων ενωμένα ή μεμονωμένα

Μόνο γενετικά μόρια του οργανισμού κυκλοφορούν μέσα στα κύτταρα;

Δεδομένου ότι ένας οργανισμός στη διάρκεια της βιολογικής ιστορίας του μολύνεται από το γενετικό υλικό άλλων μικροοργανισμών μέσα στα κύτταρα είναι δυνατόν να υπάρχουν γενετικά μόρια αυτών των μικροοργανισμών.

Τι είναι τα νουκλεοσίδια;

Είναι χημικές οργανικές ομάδες που αποτελούνται από μια οργανική βάση (αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη, ουρακίλη) ενωμένη με μια πεντόζη (ριβόζη ή δεσοξυριβόζη) και αποτελούν τμηματικές ομάδες των νουκλεοτιδίων και το υπόστρωμα για την σύνθεση τους.

ΠΗΓΕΣ:

Βιβλία:
• Βιολογία Θετικής Κατεύθυνσης Γ΄ Λυκείου
• Μοριακή Κυτταρική Βιολογία ( εκδ.Utopia 2019)

Διαδίκτυο:
• Για τους βιολογικούς εκτυπωτές
https://b3d.gr/3d-bioprinter-prints-living-tissue/
• Για τα τεχνητά γονίδια
https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_gene_synthesis
https://www.in.gr/2012/04/20/b-science/synthetiko-analogo-toy-dna-genetiko-yliko-gia-nees-morfes-zwis/
https://www.kathimerini.gr/life/science/1011290/synthetiko-genetiko-alfavito-dimioyrgisan-epistimones/
• για τα νουκλεοσίδια και νουκλεοτίδια
http://users.sch.gr/dgspanos/DNA/nouklotidia.htm
• για τα εμβόλια κατά του covid19
https://physicsgg.me/
https://www.nytimes.com/interactive/2020/health/moderna-covid-19-vaccine.html
https://www.nytimes.com/interactive/2020/health/johnson-johnson-covid-19-vaccine.html
https://www.nytimes.com/interactive/2020/health/moderna-covid-19-vaccine.html