Aντιγραφή DNA!

Η αντιγραφή του DNA είναι η διαδικασία κατά την οποία το DNA αυτοδιπλασιάζεται προκειμένου να διατήρησει και να μεταβιβάσει τη γενετική πληροφορία από κύτταρο σε κύτταρο.
Η συμπληρωματικότητα των βάσεων του DNA οδήγησε τους Τζέιμς Γουάτσον και Φράνσις Κρικ, όταν περιέγραφαν το μοντέλο τους για τη δομή του γενετικού υλικού το 1953, να γράψουν: «Είναι φανερό ότι το ειδικό ζευγάρωμα που έχουμε υποθέσει ότι δημιουργείται μεταξύ των βάσεων του DNA προτείνει έναν απλό μηχανισμό αντιγραφής του γενετικού υλικού.» Οι Τζέιμς Γουάτσον και Φράνσις Κρικ φαντάστηκαν μια διπλή έλικα η οποία ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί σαν καλούπι για τη σύνθεση μιας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας. Έτσι τα δύο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και μεταξύ τους και καθένα αποτελείται από μια παλιά και μια καινούργια αλυσίδα. Ο μηχανισμός αυτός ονομάστηκε ημισυντηρητικός μηχανισμός και αποδείχθηκε πειραματικά in vivo. 

Αντιγραφή:

Για να αρχίσει η αντιγραφή του DNA, είναι απαραίτητο να ξετυλιχθούν στις θέσεις έναρξης της αντιγραφής οι δύο αλυσίδες. Αυτό επιτυγχάνεται με τη βοήθεια ειδικών ενζύμων, που σπάζουν τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των δύο αλυσίδων. Τα ένζυμα αυτά ονομάζονται DNA ελικάσες. Όταν ανοίξει η διπλή έλικα, δημιουργείται μια «θηλιά», η οποία αυξάνεται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Οι θηλιές που δημιουργούνται κατά την έναρξη της αντιγραφής σε ένα μόριο DNA είναι ορατές με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Τα κύρια ένζυμα που συμμετέχουν στην αντιγραφή του DNA ονομάζονται DNA πολυμεράσες. Επειδή τα ένζυμα αυτά δεν έχουν την ικανότητα να αρχίσουν την αντιγραφή, το κύτταρο έχει ένα ειδικό σύμπλοκο που αποτελείται από πολλά ένζυμα, το πριμόσωμα, το οποίο συνθέτει στις θέσεις έναρξης μικρά τμήματα RNA, συμπληρωματικά προς τις μητρικές αλυσίδες, τα οποία ονομάζονται πρωταρχικά τμήματα. DNA πολυμεράσες επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα, τοποθετώντας συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες του DNA.   Περισσότερα

Μοριακή βιολογία

Ορισμός:

Μοριακή βιολογία είναι ο κλάδος της βιολογίας που μελετά τη δομή, τη σύνθεση, την τροποποίηση, την αποικοδόμηση, τη λειτουργία και τις αλληλεπιδράσεις των βιολογικά σημαντικών μακρομορίων και τους μοριακούς μηχανισμούς της λειτουργίας των κυττάρων και των οργανισμών. Η μοριακή γενετική η μελέτη, δηλαδή, της δομής, της λειτουργίας, του μεταβολισμού και της αλληλεπίδρασης με άλλα μόρια φορείς της γενετικής πληροφορίας (DNA και RNA) σε μοριακό επίπεδο, είναι άμεσα σχετιζόμενη με τη μοριακή βιολογία. Τα όρια μεταξύ της Μοριακής Βιολογίας, άλλων κλάδων της βιολογίας και ορισμένων κλάδων της Χημείας δεν είναι πάντα ξεκάθαρα, ιδιαίτερα δε με εκείνα της βιοχημείας και της γενετικής. Το όνομα “Μοριακή Βιολογία” δόθηκε το 1938 από τον Αμερικανό επιστήμονα Γουώρεν Γουίβερ.

Μακρομόρια:

Σχέση με άλλες Βιοεπιστήμες:

Οι μοριακοί βιολόγοι-ερευνητές χρησιμοποιούν συγκεκριμένες τεχνικές της μοριακής βιολογίας για να διεξάγουν έργο, αλλά χρησιμοποιούν και άλλες τεχνικές οι οποίες προέρχονται από τους κλάδους της Βιοχημείας και της Γενετικής[5]

Καθώς πολλές φορές τα όρια των τριών αυτών κλάδων είναι ασαφή ,παρακάτω δίνονται οι γενικοί ορισμοί τους:

  • Βιοχημεία ονομάζεται η μελέτη των χημικών ουσιών σε έναν ζωντανό οργανισμό, του τρόπου δράση τους καθώς και των αλληλεπιδράσεών τους. Η βιοχημεία επικεντρώνεται κυρίως στην δομή, λειτουργία και τον ρόλο των βιομορίων.
  • Γενετική ονομάζεται η μελέτη των γονιδίων, της γενετικής ποκιλομορφίας και της κληρονομικότητας σε σχέση με το πως δρούν, αποτυπώνονται και εκφράζονται σε έναν οργανισμό.
  • Μοριακή Βιολογία είναι η βιολογία σε κλίμακα μορίου ·η σπουδή των διαδικασιών της γενετικής Αντιγραφής, Μεταγραφής και Μετάφρασης, της λειτουργίας του κυττάρου εν γένει.

Χρησιμότητα της Μοριακής Βιολογίας:

  • Οι έρευνες της μοριακής βιολογίας, είναι σημαίνουσας σημασίας για πολλούς τομείς της επιστήμης, και εν τέλει της πραγματικής ζωής. Η χρήση των μεθόδων της μοριακής βιολογίας στην Ιατρική, δημιούργησε γενικά νέα δεδομένα για την έρευνα και την θεραπευτική αλλά και ένα νέο κλάδο, αυτόν της Μοριακής Ιατρικής. Βοηθώντας στην κατανόηση των λειτουργιών του κυττάρου έπαιξε καταλυτικό ρόλο στην δημιουργία νέων φαρμάκων και θεραπειών όπως και στην εισαγωγή της γονιδιακής θεραπείας.

Μιτοχόνδριο

Ορισμός:

Το μιτοχόνδριο είναι κυτταρικό οργανίδιο, το οποίο περιβάλλεται από διπλή μεμβράνη. Μιτοχόνδρια απαντούν μόνο στα ευκαρυωτικά κύτταρα και αποκαλούνται συχνά «εργοστάσια του κυττάρου», επειδή τα ένζυμά τους διενεργούν τα στάδια του αερόβιου μεταβολισμού τα οποία αποδίδουν ενέργεια. Μιτοχόνδρια παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά την δεκαετία του 1840, ταυτοποιήθηκαν όμως ως ανεξάρτητα κυτταρικά οργανίδια το 1894.

Περισσότερα

DNA

Ορισμός:

Το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή DNA (Deoxyribo nucleic acid) είναι ένα χημικό μακρομόριο και συγκεκριμένα νουκλεϊκό οξύ, που αποτελεί το γενετικό υλικό όλων των ζωντανών οργανισμών καθώς και των περισσοτέρων ιών(κάποιοι ιοί έχουν ως γενετικό υλικό RNA). Στο DNA περιέχονται οι πληροφορίες που καθορίζουν όλα τα χαρακτηριστικά ενός οργανισμού και οι οποίες οργανώνονται σε λειτουργικές μονάδες, τα γονίδια. Μέσω της αντιγραφής του DNA διατηρείται και μεταβιβάζεται η γενετική πληροφορία από κύτταρο σε κύτταρο και από έναν οργανισμό στους απογόνους του. Επίσης το DNA επιτυγχάνει την έκφραση των γενετικών πληροφοριών ελέγχοντας την σύνθεση των πρωτεϊνών.

Ρόλος του DNA:

Πρόκειται για μεγαλομοριακή ένωση που συγκροτείται από αζωτούχες-πρωτεϊνικές βάσεις, φωσφορικές ρίζες και ένα σάκχαρο με πέντε άτομα άνθρακα (πεντόζη), την δε(σ)οξυριβόζη. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα ανιχνεύεται κυρίως μέσα στον πυρήνα του κυττάρου αλλά και σε μερικά άλλα οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια, επιτρέποντάς τους να αναπαράγονται αυτόνομα (ημιαυτόνομα οργανίδια).

Το σύνολο των μορίων DNA που υπάρχουν σε ένα κύτταρο αποτελούν το γενετικό υλικό του. To DNA είναι ο φορέας των γενετικών πληροφοριών του κυττάρου, όχι μόνον με την έννοια της μεταβίβασης χαρακτηριστικών, αναλοίωτων από γενεά σε γενεά, αλλά και της ρύθμισης της φυσιογνωμίας εξειδίκευσης κάθε κυττάρου για την επιτέλεση των ιδιαίτερων λειτουργιών του. Τέλος, το DNA επιτρέπει τη δημιουργία γενετικής ποικιλότητας, υφιστάμενο μεταλλάξεις.

Δομή του DNA:

Η διαμόρφωση των μεγάλων μορίων του DNA στο χώρο έχει τη μορφή δύο επιμήκων αλύσεων, οι οποίες συστρέφονται ελικοειδώς μεταξύ τους. Οι αζωτούχες βάσεις στο DNA είναι τέσσερις:

Οι αζωτούχες βάσεις, ανάλογα με την σειρά αλληλουχίας τους σε τριάδες, κωδικοποιούν το μήνυμα για τη σύνθεση των αμινοξέων του κυττάρου στα ριβοσώματα. Εκεί τα αμινοξέα συνδυάζονται, με τη σειρά κατά την οποία μεταφέρθηκαν στο ριβόσωμα και συντίθενται έτσι οι διαφορετικές πρωτεΐνες.

Η διπλή έλικα του DNA:

Το 1953 οι Τζέιμς Γουάτσον (J. Watson), και Φράνσις Κρικ, (F. Crick), δύο ερευνητές που εργάζονταν στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ παρουσίασαν ένα «μοντέλο» της δομής του DNA, που ονομάσθηκε «μοντέλο της διπλής έλικας του DNA». Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό το μόριο του DNA προυσιάζεται με τα ακόλουθα τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά:

  1. Αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες σε μορφή δύο αντιτακτών κλώνων που σχηματίζουν δεξιόστροφη διπλή έλικα.
  2. Οι αζωτούχες βάσεις 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. Οι δύο δημιουργούμενοι κλώνοι συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου. Τα δε ζευγάρια των αζωτούχων βάσεων όπου αναπτύσσονται μεταξύ τους δεσμοί υδρογόνου είναι καθορισμένα: η αδενίνη με τη θυμίνη και η γουανίνη με την κυτοσίνη.
  4. Μεταξύ της αδενίνης και της θυμίνης σχηματίζονται δύο δεσμοί υδρογόνου , ενώ μεταξύ της γουανίνης και της κυτοσίνης τρεις δεσμοί υδρογόνου. Οι δεσμοί υδρογόνου που αναπτύσσονται μεταξύ των βάσεων σταθεροποιούν τη δευτεροταγή δομη του μορίου (DNA).
  5. Οι δύο αλυσίδες (κλώνοι) είναι συμπληρωματικές, δηλαδή η αλληλουχία της μίας καθορίζει την αλληλουχία της αλλης.
  6. Οι δυο αλυσίδες είναι αντιπαράλληλες, δηλαδή απέναντι από το 3′ άκρο της μίας βρίσκεται απέναντι από το 5′ άκρο της άλλης.

Γενικά:

Η αποκωδικοποίηση του DNA, η αποσαφήνιση δηλαδή του τρόπου με τον οποίο η δομή του DNA καθορίζει συγκεκριμένες γενετικές επιλογές, επέτρεψε στους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα την γενετική της ζωής και την κληρονόμηση ορισμένων χαρακτηριστικών και νόσων. Επειδή το DNA στα ορισμένα του σημεία είναι ξεχωριστό στον κάθε άνθρωπο, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι βασιζόμενες στην ταυτοποίηση του DNA και βρίσκουν εφαρμογή στην Ιατροδικαστική και στην Εγκληματολογία καθώς επίσης και στην αποσαφήνιση οικογενειακών σχέσεων μεταξύ ατόμων. Τα τελευταία χρόνια γίνεται πιο εντατική η χρήση του DNA και στις μελέτες της ιστορίας και της ανθρωπολογίας.

Η ανακάλυψη της δομής του DNA πραγματοποιήθηκε το 1953 από τους Franklin (Φράνκλιν), Τζέιμς Γουάτσον (James D. Watson) και Φράνσις Κρικ (Francis Crick). Από πολλούς η ανακάλυψη της διπλής έλικας του DNA θεωρείται ως η μεγαλύτερη βιολογική ανακάλυψη του 20ού αιώνα. Για τη συνεισφορά τους στη μελέτη της δομής του DNA, οι Γουάτσον και Κρικ μοιράστηκαν το 1962 το Βραβείο Νόμπελ με τον Μόρις Γουίλκινς, αντίθετα, η σημαντική ερευνητική συνεισφορά της Ρόζαλιν Φράνκλιν δεν αναγνωρίστηκε τότε.

Η Ιστορία Της Βιολογίας…

Η ιστορία της βιολογίας αποτυπώνει τη μελέτη του έμβιου κόσμου από τα αρχαία έως τα σύγχρονα χρόνια. Παρόλο που η έννοια της βιολογίας ως ένα ενιαίο συνεκτικό πεδίο αναπτύχθηκε το 19ο αιώνα, οι βιολογικές επιστήμες προέκυψαν από τις ιατρικές παραδόσεις και τη φυσική ιστορία που φτάνουν έως την αρχαία αιγυπτιακή ιατρική και τα έργα του Αριστοτέλη και του Γαληνού στον αρχαίο ελληνορωμαϊκό κόσμο. Περαιτέρω ανάπτυξη ήρθε στο μεσαίωνα από μουσουλμάνους γιατρούς και λόγιους όπως ο Αλ Γιασίζ, ο Αβικέννας, ο Ιμπν Ζουχρ, ο Ιμπν αλ Μπαϊτάρ και ο Ιμπν αλ Νάφις. Κατά τη διάρκεια της ευρωπαϊκής αναγέννησης και της πρώιμης σύγχρονης εποχής επήλθε επανάσταση στη βιολογική σκέψη από το ανανεωμένο ενδιαφέρον για τον εμπειρισμό και την ανακάλυψη πολλών νέων οργανισμών. Εξέχουσες μορφές ήταν ο Βεσάλιος και ο Ουίλιαμ Χάρβεϊ, οι οποίοι χρησιμοποίησαν τον πειραματισμό και την προσεκτική παρατήρηση στην φυσιολογία, καθώς και φυσιοδίφες όπως ο Κάρολος Λινναίος και ο Ζωρζ Λουί Λεκλέρκ οι οποίοι ξεκίνησαν τη συστηματική ταξινόμηση της ζωής και του αρχείου απολιθωμάτων, καθώς και της ανάπτυξης και συμπεριφοράς των οργανισμών. Η μικροσκοπία αποκάλυψε τον προηγουμένως άγνωστο κόσμο των μικροοργανισμών και έθεσε το υπόβαθρο για την κυτταρική θεωρία. Η αυξανόμενη σημασία της φυσικής θεολογίας, εν μέρει απήχηση του μηχανιστικού υλισμού, προήγαγε την ανάπτυξη της φυσικής ιστορίας (παρόλο που παραβίαζε το τελεολογικό επιχείρημα).

Περισσότερα