Κεφάλαιο 2: Αντιγραφή, έκφραση και ρύθμιση της γενετικής πληροφορίας

ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ

Οι DNA ελικάσες ξετυλίγουν την διπλή έλικα DNA στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής.

Το πριµόσωµα (ειδικό σύµπλοκο ενζύµων που αποτελείται από πολλά ένζυµα) τοποθετεί συµπληρωµατικά ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις µητρικές αλυσίδες του DNΑ στις θέσεις Α στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής (µε προσανατολισµό 5’ -3’).

Οι DNA πολυμεράσες:

1.Επιµηκύνουν τα πρωταρχικά τµήµατα τοποθετώντας συµπληρωµατικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις µητρικές αλυσίδες του DNΑ (µε προσανατολισµό 5’ 3’).

2. Επιδιορθώνουν λάθη που συµβαίνουν κατά την αντιγραφή.

3. Αποµακρύνουν τα πρωταρχικά τµήµατα RNA και ταα αντικαθιστούν µε τµήµατα µε τµήµατα DNA.

Η DNA δεσμάση συνδέει:

1.τα τμήματα της ασυνεχούς αλυσίδας.

2. όλα τα τμήματα που προκύπτουν από τις διάφορες θέσεις της έναρξης της αντιγραφής.

3. τμήματα ασυνεχών και συνεχών τμημάτων του ίδιου κλώνου.

ΜΕΤΑΓΡΑΦΗ

H RNA πολυµεράση:

1. προσδένεται σε ειδικές περιοχές του DNA που ονοµάζονται υποκινητές. Η RNA πολυµεράση πολυµεράση συνδέεται στον υποκινητή µε τη βοήθεια πρωτεϊνών, τους µεταγραφικούς παράγοντες.

2. προσδένεται στον υποκινητή και προκαλεί τοπικό ξετύλιγµα της διπλής έλικας του της διπλής έλικας του DNA.

3. τοποθετεί συµπληρωµατικά ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια της µιας αλυσίδας µιας αλυσίδας του DNA σύµφωνα µε τον κανόνα της συµπληρωµατικότητας των βάσεων.

1. Αντιγραφή DNA

1. Τι είναι η αντιγραφή του DNA;

2. Ποιος είναι ο ρόλος της ελικάσης και της DNA πολυμεράσης κατά την αντιγραφή;

3. Τι εννοούμε με τον όρο «ημισυντηρητικός μηχανισμός αντιγραφής»;

4. Ποια είναι η κατεύθυνση σύνθεσης της νέας αλυσίδας DNA και γιατί;

5. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της συνεχούς και της ασυνεχούς αντιγραφής του DNA;

2. Μεταγραφή DNA

1. Τι είναι η μεταγραφή του DNA και πού πραγματοποιείται στα ευκαρυωτικά κύτταρα;

2. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μήτρας DNA και της κωδικής αλυσίδας κατά τη μεταγραφή;

3. Ποιος είναι ο ρόλος της RNA πολυμεράσης στη μεταγραφή;

4. Τι είναι το mRNA και ποιος είναι ο ρόλος του στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών;

5. Ποια είναι τα κύρια βήματα της μεταγραφής (έναρξη, επιμήκυνση, τερματισμός);

3. Μετάφραση του mRNA

1. Τι είναι η μετάφραση και πού πραγματοποιείται;

2. Ποιος είναι ο ρόλος των ριβοσωμάτων και του tRNA στη μετάφραση;

3. Ποια είναι η σχέση μεταξύ των κωδικονίων του mRNA και των αμινοξέων;

4. Ποιά είναι τα χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα;

5. Τι σημαίνει ότι ο γενετικός κώδικας είναι «εκφυλισμένος» και «καθολικός»;

6. Ποια είναι τα βήματα της μετάφρασης (έναρξη, επιμήκυνση, τερματισμός);

4. Σύγκριση Αντιγραφής, Μεταγραφής και Μετάφρασης

1. Ποιες είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ της αντιγραφής και της μεταγραφής του DNA;

2. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του DNA, του mRNA και του τελικού προϊόντος της μετάφρασης;

3. Τι διαφορές υπάρχουν στον ρόλο της DNA πολυμεράσης και της RNA πολυμεράσης;

5. Συμπληρωματικές Ερωτήσεις

1. Τι είναι τα εσώνια και τα εξόνια, και ποιος είναι ο ρόλος τους στα ευκαρυωτικά κύτταρα;

2. Τι είναι η ώριμη μορφή του mRNA και πώς διαμορφώνεται;

3. Ποια είναι η σημασία της ακριβούς αντιγραφής του DNA για τη λειτουργία του κυττάρου;

4. Τι είναι τα σημεία έναρξης και τερματισμού στη μεταγραφή και μετάφραση;

5. Ποια ένζυμα και μόρια συμμετέχουν στη μετατροπή της γενετικής πληροφορίας σε πρωτεΐνες;

6. Τι είναι το πολύσωμα;

Ασκήσεις στην Αντιγραφή του DNA

Συνεχής Αντιγραφή

• Η συνεχής αντιγραφή αφορά τη σύνθεση της αλυσίδας του DNA που γίνεται σε μία συνεχιζόμενη κατεύθυνση, χωρίς διακοπές.

• Η αλυσίδα αυτή είναι η κωδική αλυσίδα.

• Η αντιγραφή γίνεται στην κατεύθυνση 5' → 3' της νέας αλυσίδας. Δηλαδή, η σύνθεση του νέου DNA γίνεται στην κατεύθυνση από 5' προς 3' (ενώ η μητρική αλυσίδα διαβάζεται αντίθετα, 3' → 5').

• Η αντιγραφή είναι συνεχής και δεν απαιτεί αποσπασματική σύνθεση.

• Το RNA πολυμεράση μπορεί να προχωρήσει αδιάκοπα και να συνθέσει την αλυσίδα του DNA χωρίς να σταματάει.

• Βήματα για τη Συνεχή Αντιγραφή:

Η μητρική αλυσίδα διαβάζεται 3' → 5'.

Η νέα αλυσίδα συντίθεται 5' → 3'.

Η σύνθεση της νέας αλυσίδας γίνεται αδιάκοπα.

Ασυνεχής Αντιγραφή

• Η ασυνεχής αντιγραφή αφορά τη σύνθεση της αλυσίδας του DNA που γίνεται αποσπασματικά, καθώς η αντιγραφή προχωρά σε αντίθετη κατεύθυνση από την κατεύθυνση της κωδικής αλυσίδας.

• Η αλυσίδα αυτή είναι η μη κωδική αλυσίδα.

• Η αντιγραφή της γίνεται στην κατεύθυνση 3' → 5' της μητρικής αλυσίδας, οπότε η νέα αλυσίδα πρέπει να συντίθεται σε τμήματα, αφού η πολυμεράση μπορεί να προσθέτει νουκλεοτίδια μόνο στην κατεύθυνση 5' → 3'.

• Επειδή η σύνθεση του νέου DNA προχωρά στην αντίθετη κατεύθυνση, η αντιγραφή γίνεται ασύμμετρα και δημιουργούνται τμήματα, που ονομάζονται τμήματα Okazaki.

• Βήματα για την Ασύμμετρη Αντιγραφή:

Η μητρική αλυσίδα διαβάζεται 5' → 3'.

Η νέα αλυσίδα πρέπει να συντίθεται 5' → 3', αλλά επειδή η κατεύθυνση της μητρικής αλυσίδας είναι αντίθετη, η σύνθεση γίνεται σε μικρά τμήματα.

Τα τμήματα Okazaki συντίθενται και συνδέονται αργότερα από την DNA λιγάση.

Ασκήσεις για τη Μεταγραφή DNA → RNA

Η μεταγραφή γίνεται πάνω στη μη κωδική αλυσίδα DNA, η οποία λειτουργεί ως μήτρα.

Βήματα:

1. Γράψε τις δύο αλυσίδες DNA που δίνονται στην εκφώνηση:

   • Κωδική αλυσίδα: Αυτή που έχει την ίδια αλληλουχία με το mRNA (αντικαθιστώντας το Τ με U).

   • Μη κωδική αλυσίδα (μήτρα): Αυτή που χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του RNA.

2. Καθοδήγησε τη μεταγραφή:

   • Το RNA συντίθεται αντίθετα από τη μη κωδική αλυσίδα (δηλαδή 5' → 3').

3. Αντικατέστησε τις βάσεις για RNA:

   • A → U, T → A, G → C, C → G.

4. Επιβεβαίωσε το αποτέλεσμα:

   • Το mRNA θα έχει την ίδια αλληλουχία με την κωδική αλυσίδα (με Τ → U).

Παράδειγμα: Δίνεται DNA:

• Κωδική: 5' - ATGCGT - 3'

• Μη κωδική: 3' - TACGCA - 5'
  Το mRNA θα είναι:
  5' - AUGCGU - 3'.

Ασκήσεις RNA → Πρωτεΐνη

Βήματα:

1. Χώρισε το mRNA σε κωδικόνια (τριάδες βάσεων):

   • Ξεκίνα από το κωδικόνιο έναρξης (5'AUG3').

2. Χρησιμοποίησε τον γενετικό κώδικα:

   • Μετέφρασε κάθε κωδικόνιο σε αμινοξύ, σύμφωνα με τον πίνακα γενετικού κώδικα.

3. Σταμάτα στο κωδικόνιο λήξης (UAA, UAG, UGA):

   • Τα κωδικόνια λήξης δεν κωδικοποιούν αμινοξέα.

4. Πρόσεξε την κατεύθυνση του mRNA:

   • Το mRNA διαβάζεται από 5' προς 3'.

Παράδειγμα:
mRNA: 5' - AUG CCU GUA UGA - 3'

• Κωδικόνια: AUG (Μεθειονίνη), CCU (Προλίνη), GUA (Βαλίνη), UGA (Τερματισμός).

• Πρωτεΐνη: Μεθειονίνη - Προλίνη - Βαλίνη.

Συνοπτικά Βήματα για Αναγνώριση της Κωδικής και Μη Κωδικής Αλυσίδας:

• Εντόπισε το ATG στην αλυσίδα του DNA.

• Η αλυσίδα που περιέχει το ATG είναι η κωδική αλυσίδα.

• Η άλλη αλυσίδα, χωρίς το ATG, είναι η μη κωδική αλυσίδα.

Παράδειγμα:

Ας υποθέσουμε ότι έχουμε τις εξής δύο αλυσίδες DNA (χωρίς προσανατολισμό):

Αλυσίδα 1: 5' - ATGCGTACG - 3'

Αλυσίδα 2: 3' - TACGCATGC - 5'

Βήματα:

Αναγνώριση του ATG: Η αλυσίδα 1 περιέχει το 5'ATG3' στην αρχή της αλυσίδας. Επομένως, η αλυσίδα 1 είναι η κωδική αλυσίδα.

Η άλλη αλυσίδα (Αλυσίδα 2): Η αλυσίδα 2 είναι η μη κωδική αλυσίδα, αφού δεν περιέχει το ATG και είναι συμπληρωματική προς την κωδική αλυσίδα.

Η παρουσία του ATG στην αλυσίδα του DNA επιτρέπει να αναγνωρίσουμε ποια αλυσίδα είναι η κωδική. Η αλυσίδα που περιέχει το ATG είναι πάντα η κωδική, ενώ η άλλη είναι η μη κωδική, η οποία θα χρησιμεύσει ως μήτρα για την παραγωγή του mRNA.