Αναλυτικές Σημειώσεις για την Αντιγραφή και Έκφραση της Γενετικής Πληροφορίας

Αντιγραφή του DNA - Ο Ημισυντηρητικός Μηχανισμός

Κάθε φορά που ένα κύτταρο διαιρείται, πρέπει να αντιγράψει το DNA του με απόλυτη ακρίβεια. Ο ημισυντηρητικός μηχανισμός σημαίνει ότι κάθε νέο μόριο DNA αποτελείται από μία παλιά και μία καινούργια αλυσίδα - σαν να κρατάς το μισό από το αρχικό!

Στους ευκαρυώτες η αντιγραφή γίνεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες, ενώ στους προκαρυώτες μόνο στο κυτταρόπλασμα. Η διαδικασία αρχίζει από ειδικά σημεία που λέγονται θέσεις έναρξης αντιγραφής (Θ.Ε.Α.).

Τα βασικά ένζυμα που συμμετέχουν είναι οι DNA ελικάσες (που σπάνε την έλικα), το πριμόσωμα, οι DNA πολυμεράσες και η DNA λιγάση. Η όλη διαδικασία γίνεται με εκπληκτική ακρίβεια - μόλις 1 λάθος στα 10 δισεκατομμύρια νουκλεοτίδια!

Τα Ένζυμα της Αντιγραφής

Οι DNA ελικάσες είναι τα "κλειδιά" που σπάνε τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των δύο αλυσίδων στις Θ.Ε.Α., δημιουργώντας μια "φούσκα" που επεκτείνεται προς τις δύο κατευθύνσεις.

Το πριμόσωμα είναι ένα σύμπλεγμα ενζύμων που συνθέτει μικρά τμήματα RNA, τα πρωταρχικά τμήματα. Χωρίς αυτά, οι DNA πολυμεράσες δεν μπορούν να αρχίσουν τη δουλειά τους!

Οι DNA πολυμεράσες είναι τα "αφεντικά" της αντιγραφής - επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα και αντικαθιστούν το RNA με DNA. Έχουν και "ενσωματωμένο διορθωτή" που κάνει μόλις 1 λάθος στα 100.000 νουκλεοτίδια. Η DNA λιγάση τέλος, ενώνει όλα τα κομμάτια μεταξύ τους.

Tip: Θυμήσου ότι τα επιδιορθωτικά ένζυμα δουλεύουν μετά για να μειώσουν τα λάθη στο απόλυτο ελάχιστο!

Έκφραση Γενετικής Πληροφορίας - Το Κεντρικό Δόγμα

Το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας (που πρώτος διατύπωσε ο Crick το 1958) περιγράφει τη ροή: DNA → RNA → Πρωτεΐνες. Σήμερα το έχουμε επεκτείνει, αφού ξέρουμε για την αντίστροφη μεταγραφάση των RNA ιών.

Η μεταγραφή καθορίζει ποια γονίδια θα εκφραστούν, σε ποιους ιστούς και πότε. Η μετάφραση παίρνει αυτή την πληροφορία και φτιάχνει πρωτεΐνες που κάνουν όλες τις λειτουργίες του κυττάρου.

Υπάρχουν δύο κατηγορίες γονιδίων: αυτά που γίνονται mRNA και μετά πρωτεΐνες, και αυτά που παράγουν tRNA, rRNA και snRNA - μόρια που είναι απαραίτητα για την ίδια τη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης.

Σημαντικό: Το mRNA είναι το "αγγελιαφόρο", το tRNA το "μεταφορικό", το rRNA το "ριβοσωμικό" και το snRNA το "μικρό πυρηνικό" RNA.

Μεταγραφή και Ωρίμανση του RNA

Η RNA πολυμεράση είναι το κύριο ένζυμα της μεταγραφής. Προσδένεται στον υποκινητή (μια ειδική αλληλουχία DNA) με τη βοήθεια μεταγραφικών παραγόντων. Στους ευκαρυώτες η μεταγραφή γίνεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες.

Η μη κωδική αλυσίδα του DNA χρησιμοποιείται ως καλούπι για το RNA, ενώ η κωδική αλυσίδα έχει την ίδια αλληλουχία με το RNA (εκτός από την Τ που γίνεται U). Η μεταγραφή σταματάει σε ειδικές αλληλουχίες λήξης.

Στους ευκαρυώτες, τα περισσότερα γονίδια είναι ασυνεχή - έχουν εξώνια (που μεταφράζονται) και εντρόνια (που αφαιρούνται). Το πρόδρομο mRNA περιέχει και τα δύο, αλλά μετά την ωρίμανση στον πυρήνα, το ώριμο mRNA περιέχει μόνο εξώνια.

Θυμήσου: Εξώνια = έξω από τον πυρήνα (μεταφράζονται), Εντρόνια = εντός του πυρήνα (παραμένουν)!

Ο Γενετικός Κώδικας

Ο γενετικός κώδικας είναι ο "οδηγός μετάφρασης" από τη γλώσσα των νουκλεοτιδίων στη γλώσσα των αμινοξέων. Είναι κώδικας τριπλέτας - κάθε τρία νουκλεοτίδια (κωδικόνιο) αντιστοιχούν σε ένα αμινοξύ.

Είναι συνεχής (διαβάζεται χωρίς παραλείψεις) και μη επικαλυπτόμενος (κάθε νουκλεοτίδιο ανήκει σε ένα μόνο κωδικόνιο). Επίσης είναι σχεδόν καθολικός - όλοι οι οργανισμοί χρησιμοποιούν τον ίδιο κώδικα!

Το κωδικόνιο έναρξης είναι το AUG (μεθειονίνη), ενώ τα κωδικόνια λήξης είναι τρία: UAA, UAG και UGA. Για τη μετάφραση χρειάζονται ριβοσώματα, mRNA, tRNA, αμινοξέα, ένζυμα και ενέργεια.

Tip για εξετάσεις: Θυμήσου το AUG (έναρξη) και τα τρία stop κωδικόνια!

Μετάφραση - Η Πρωτεϊνοσύνθεση

Το ριβόσωμα είναι η "μηχανή" που φτιάχνει πρωτεΐνες - μια νουκλεοπρωτεϊνική δομή με μικρή υπομονάδα (για πρόσδεση mRNA) και μεγάλη υπομονάδα (με δύο θέσεις για tRNA). Η μετάφραση γίνεται στο κυτταρόπλασμα, τα μιτοχόνδρια και τους χλωροπλάστες.

Η διαδικασία έχει τρία στάδια: έναρξη, επιμήκυνση και λήξη. Στην έναρξη σχηματίζεται το σύμπλεγμα έναρξης (mRNA + μικρή ριβοσωμική υπομονάδα + tRNA με μεθειονίνη), και μετά προστίθεται η μεγάλη υπομονάδα.

Η πρωτεϊνοσύνθεση είναι εξαιρετικά "οικονομική" διαδικασία! Από ένα γονίδιο μπορούν να παραχθούν πολλά mRNA, και κάθε mRNA μπορεί να μεταφράζεται ταυτόχρονα από πολλά ριβοσώματα. Έτσι το κύτταρο παράγει τεράστιες ποσότητες πρωτεϊνών από λίγα αντίγραφα κάθε γονιδίου!

Εντυπωσιακό: Ένα μόριο mRNA μπορεί να "διαβάζεται" από δεκάδες ριβοσώματα ταυτόχρονα!