Πέμπτη
12 Δεκεμβρίου 2019
Ημερήσια ηλεκτρονική εφημερίδα, Αρ. φύλλου 3371RSS FEED
Το DNA
Γράφει ο
Νίκος Καλλιακμάνης

Δεσοξυριβοζονουκλεϊνικό οξύ αποτελεί το «κληρονομικό υλικό» των ανθρώπων και όλων των εν ζωή οργανισμών.

Η ανακάλυψη της δομής του DNA έγινε το έτος 1963 από τους James D. Watson και Francis Crick. Ειδικά η ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA θεωρείται σαν η μεγαλύτερη Βιολογική ανακάλυψη του 20ου αιώνα.  

Το μεγαλύτερο μέρος DNA εδράζεται στον πυρήνα των κυττάρων (πυρηνικό DNA) και μικρή ποσότητα DNA βρίσκεται στα μιτοχόνδρια των κυττάρων (μιτοχονδριακού DNA ή mtDNA).

Οι γενετικές πληροφορίες που κατευθύνονται, κωδικοποιούνται από κώδικα που αποτελείται από 4 χημικές βάσεις → ΑΔΕΝΙΝΗ (Α) → ΓΟΥΑΝΙΝΗ (G) → ΚΥΤΟΣΙΝΗ (Κ) → ΘΥΜΙΝΗ (Θ).

Το ανθρώπινο DNA αποτελείται από (τρις εκατομμύρια βάσεις «3 billion βάσεις») και ποσοστό 90% των γενετικών αυτών βάσεων είναι κοινές για όλους τους ανθρώπους.

Η διάταξη – η αλληλουχία των βάσεων αυτών προσδιορίζει τις πληροφορίες που «κτίζουν» «δημιουργούν» «συντηρούν» κάθε ζωντανό οργανισμό.

Η όλη αυτή λειτουργεία προσομοιάζεται με τα γράμματα του αλφαβήτου όπου η τοποθέτησή τους κατά συγκεκριμένη διάταξη δημιουργεί λέξεις και προτάσεις.

Οι βάσεις του DNA συνδυάζονται ως εξής :

ΑΔΕΝΙΝΗ (Α) – ΘΥΜΙΝΗ (Θ) [Α – Τ]

και ΚΥΤΟΣΙΝΗ (C) – ΓΟΥΑΝΙΝΗ (G) [C – G]

δημιουργώντας ενώσεις που καλούνται Βασικά Ζεύγη Βάσεων.

Κάθε Βάση ενώνεται με μόριο σακχάρου και μόριο φωσφόρου.

Όλα μαζί τα παραπάνω αποτελούν το «ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΟ».

Τα νουκλεοτίδια διατάσσονται σε 2 μακριές αλυσίδες που σχηματίζουν σπειροειδή διάταξη ΤΗ ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ.

 

Η ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ DNA : εμφανίζει τα ακόλουθα τέσσερα βασικά συστατικά.

  1. 1.     Αποτελείται από 2 πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες σε μορφή αντιτακτών κλώνων που σχηματίζουν δεξιόστροφη διπλή έλικα.
  2. 2.     Οι αζωτούχες ουσίες κάθε κλώνου είναι κάθετες ως προς τον άξονα του μορίου και προεξέχουν προς το εσωτερικό της συστροφής αφού είναι υδρόφοβες ενώ ο σκελετός που σχηματίζεται από επαναλαμβανόμενα μόρια φωσφορικής ομάδας – πεντόζης είναι υδρόφιλος.
  3. 3.     Οι κλώνοι που δημιουργούνται συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Τα ζευγάρια των αζωτούχων βάσεων όπου συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου είναι καθορισμένα :

Αδενίνη – Θυμίνη (Α – Θ)

Γουανίνη – Κυτοσίνη (G – T)

  1. 4.     Μεταξύ της αδενίνης και θυμίνης σχηματίζονται 2 δεσμοί υδρογόνου ενώ μεταξύ γουανίνης – κυτοσίνης 3 σύνθεσμοι υδρογόνου.

Οι δεσμοί αυτοί υδρογόνου σταθεροποιούν την δευτερογενή δομή DNA.

 

DNA

Το δεσοξυριβοζυνουκλεϊνικό οξύ, είναι νουκλεϊκό οξύ το οποίο

περιέχει όλες τις γενετικές πληροφορίες οι οποίες καθορίζουν

την Βιολογική Ανάπτυξη όλων των κυτταρικών μορφών ζωής και των περισσότερων ιών. Το DNA συνήθως έχει την μορφή διπλής έλικας.

 

Ο σχηματισμός, η δομή αυτής της διπλής έλικας σχηματίζουν κλιμακωτούς δακτυλίους ενώ το σάκχαρο και το μόριο του φωσφόρου παριστάνουν τις κάθετες συνδετικές γραμμές της παραπάνω διάταξης.

Από τις κυριότερες λειτουργίες του DNA είναι η ικανότητα αναδίπλωσης που εμφανίζει αυτό και η δημιουργία «αντίγραφου» και εικόνα καθ’ ομοίωση αυτού.

Κάθε ταινία DNA της διπλής έλικας του, χρησιμεύει σαν «καλούπι» για τον διπλασιασμό της σταθερής αλληλουχίας των βάσεων DNA.

Αυτό αποτελεί ουσιαστική βασική λειτουργία κατά τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων και τούτο διότι κάθε νέο κύτταρο πρέπει να διαθέτει ένα «παραπάνω αντίγραφο» του DNA που βρίσκεται στο προγονικό κύτταρο.

Έτσι, λοιπόν οι οργανισμοί (ευκαρυωτικοί) διαθέτουν στον πυρήνα των κυττάρων τους το DNA (πυρηνικό DNA).

Επειδή τώρα τα κύτταρα είναι μικρά σε μέγεθος και οι οργανισμοί διαθέτουν πολυάριθμα μόρια DNA ανά κύτταρο το DNA «συρρικνώνεται – αποθηκεύεται» σχηματίζοντας το ΧΡΩΜΟΣΩΜΑ.

Το σύνολο του DNA των πυρήνων των κυττάρων κάθε οργανισμού καλείται ΓΕΝΟΜΙΟ. Υπενθυμίζεται ότι μέρος του DNA βρίσκεται στα μιτοχόνδρια των κυττάρων τα οποία προσδίδουν ενέργεια για τις φυσιολογικές λειτουργίες του κυττάρου κατά την αναπαραγωγή τους οι οργανισμοί κληρονομούν το μισό αριθμό DNA από τον πατέρα και τον μισό αριθμό DNA από την μητέρα.

Οι οργανισμοί κληρονομούν όλη την ποσότητα του DNA που βρίσκεται στα μιτοχόνδρια από την μητέρα τους.

Αυτό συμβαίνει διότι τα κύτταρα των ωαρίων και όχι τα σπερματικά κύτταρα διατηρούν τα μιτοχόνδρια τους κατά την γονιμοποίηση.

ΣΥΜΠΕΡΑΜΑΤΙΚΑ

Το DNA είναι χημική ένωση που σχηματίζεται από δομικά στοιχεία τα ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ.

Αυτά τα δομικά στοιχεία περιλαμβάνουν 3 μέρη :

1ο μέρος : Φώσφορος.

2ο μέρος : Μόριο σακχάρου.

3ο μέρος : 4 τύπους βάσεων – Αζώτου.

Η δημιουργία μονάδων DNA προέρχεται από την σύνδεση των αλυσίδων των νουκλεοτιδίων με την εναλλαγή ομάδων φωσφόρου και σακχάρου.

Οι 4 τύποι βάσεων Αζώτου που βρίσκονται στα νουκλεοτίδια είναι Ademine (A) – Thymine (T) – Guamine (G) – Cystine (C).

Η διάταξη η αλληλουχία αυτής της βάσης προσδιορίζει απόλυτα τις βιολογικές «οδηγίες» που περιέχονται σε ένα σχηματισμό DNA.

Σαν παράδειγμα συνδυασμός ATCGTT δημιουργεί τον μπλέ χρώμα στα μάτια ενώ ο συνδυασμός ATCGCT δημιουργεί καφέ χρώμα. Πλήρες DNA ή γενόμιο για τον άνθρωπο περιέχει 3 τρίς-εκατομμύρια βάσεις και 20.000 γονίδια πάνω σε 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων.

Η κύρια λειτουργία του DNA προς ανάπτυξη και αναπαραγωγή του οργανισμού μας, μεταβιβάζεται από «αγγελιοφόρους» ΤΙΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ (αυτά τα τόσο σύνθετα και παραγωγικά για όλες τις μεταβολικές διεργασίες του ανθρώπινου οργανισμού – μόρια).

Η διάταξη – αλληλουχία του DNA που περιλαμβάνει «οδηγίες δημιουργίας» μίας πρωτεΐνης καλείται γονίδιο (gene).

Το μέγεθος κάθε γονιδίου ποικίλλει από περίπου 1000 βάσεις ως στο 1.000.000 βάσεων. Τα γονίδια αποτελούν 1% της αλληλουχίας DNA. Αλληλουχία DNA 2/20 του 1% είναι υπεύθυνα για την ρύθμιση του ποσού και ποιόν της πρωτεΐνης που κατασκευάζονται στον οργανισμό.

Οι «οδηγίες» του DNA για την κατασκευή πρωτεϊνών, έχουν 2 στάδια :

1ο : ένζυμα «διαβάζουν» την πληροφορία στο μόριο DNA και καταγράφουν αυτές σε «διάμεσο μόριο» που καλείται αγγελιοφόρος RNA (mRNA : messenger DNA).

2ο: η πληροφορία που περιέχεται στο mRNA μόριο μεταφράζεται σε γλώσσα – αντιστοιχία αμινοξέων που είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Αυτή η «γλώσσα» λέει στο κύτταρο την κατασκευή της ειδικής πρωτεΐνης με την κατάλληλη διάταξη των αμινοξέων που αποτελούν την πρωτεΐνη αυτή.

Αυτή είναι η μεγαλύτερη δραστηριότητα και τούτο διότι υπάρχουν 20 τύποι αμινοξέων που μπορεί να τοποθετηθούν σε πολλές διαφορετικές θέσεις και διατάξεις δημιουργώντας σωρεία πρωτεϊνών.

Η αποκωδικοποίηση του DNA, δηλαδή ο τρόπος που έχει δομηθεί αυτό καθορίζει συγκεκριμένα γενετικές επιλογές. Αυτό επίτρεψε στους επιστήμονες να κατανοήσουν την γενετική και δημιουργία της ζωής όπως και την κληρονομικότητα ορισμένων νόσων.

Το DNA σε ορισμένα δομικά στοιχεία του είναι ξεχωριστό, μοναδικό για κάθε άνθρωπο.

Από την εποχή της ανακάλυψης του DNA από Watson και Crick οι οποίοι προτείνουν το μοντέλο της τρισδιάστατης μορφής του DNA η επιστήμη της Βιολογίας έχει κάνει αλματώδεις εξελίξεις.

Η απομόνωση και η χρήση πολυάριθμων ενζύμων έδωσε στους ερευνητές της δυνατότητα αντίστροφης μετεγγραφής – μεταγραφής και μετάφρασης in vitro (στο εργαστήριο).

Η απομόνωση των ενδονουκλεασών (ενζύμων που «κόβουν» το DNA σε κομμάτια με συγκεκριμένη αλληλουχία βάσεων) καθώς και ειδικών φορέων οι οποίοι μεταφέρουν το DNA από κύτταρο σε άλλο κύτταρο, δημιούργησε την ανάπτυξή της ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΥ ΑΝΑΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ DNA γεγονός που έδινε στον άνθρωπο την δυνατότητα όχι μόνον της έρευνας αλλά και της επέμβασης και τροποποίησης του γενετικού υλικού του οργανισμού.

Πρακτικά αυτό σημαίνει δυνατότητα δημιουργίας φυτών και ζώων «με βελτιωμένες ιδιότητες».

Σήμερα πρακτικά μπορεί να κατασκευάσομε στο εργαστήριο ένα «ανασυνδυασμένο μόριο DNA» (τεχνητό μόριο DNA που περιέχει γονίδια από 2 ή περισσότερους οργανισμούς!!!

Το «καινούργιο» από DNA μπορεί να τοποθετηθεί σε μικρόβιο ή ευκαρυωτικό κύτταρο.

Αυτά τα γενετικώς τροποποιημένα μικρόβια ή ευκαρυωτικά κύτταρα είναι ικανά να διατηρηθούν στη ζωή και να αναπαραχθούν «μεταφέροντας» κληρονομούνται στους απογόνους τους τις καινούργιες ιδιότητες τους.

Το σύνολο των τεχνικών με τις οποίες ο άνθρωπος επεμβαίνει

στο γενετικό υλικό αποτελούν τη ΓΕΝΕΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ