Τι είναι το DNA;

Όλοι γνωρίζουμε ότι οι ελέφαντες γεννούν μόνο μικρούς ελέφαντες, οι αλεπούδες μικρές αλεπούδες, οι σκύλοι σκύλους και ούτω καθεξής για κάθε είδος ζωντανού οργανισμού. Αλλά γιατί είναι έτσι;

Η απάντηση βρίσκεται σε ένα μόριο που ονομάζεται δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA), το οποίο περιέχει τις βιολογικές οδηγίες που καθιστούν κάθε είδος μοναδικό. Το DNA, μαζί με τις οδηγίες που περιέχει, μεταφέρεται από ενήλικους οργανισμούς στους απογόνους τους κατά την αναπαραγωγή.

Που βρίσκεται το DNA;

Στους οργανισμούς που ονομάζονται ευκαρυωτικοί, το DNA βρίσκεται μέσα σε μια ειδική περιοχή του κυττάρου που ονομάζεται πυρήνας. Επειδή το κύτταρο είναι πολύ μικρό και επειδή οι οργανισμοί έχουν πολλά μόρια DNA ανά κύτταρο, κάθε μόριο DNA πρέπει να είναι σφιχτά συσκευασμένο. Αυτή η συσκευασμένη μορφή του DNA ονομάζεται χρωμόσωμα.

Κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής του DNA, το DNA χαλαρώνει ώστε να μπορεί να αντιγραφεί. Σε άλλες χρονικές περιόδους στον κύκλο του κυττάρου, το DNA επίσης χαλαρώνει έτσι ώστε οι οδηγίες του να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παρασκευή πρωτεϊνών και για άλλες βιολογικές διεργασίες. Όμως, κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, το DNA είναι σε μορφή συμπαγούς χρωμοσώματος για να επιτρέψει τη μεταφορά σε νέα κύτταρα.

Οι ερευνητές αναφέρονται στο DNA που βρίσκεται στον πυρήνα του κυττάρου ως πυρηνικό DNA. Το πλήρες σύνολο πυρηνικού DNA ενός οργανισμού ονομάζεται γονιδίωμα του.

Εκτός από το DNA που βρίσκεται στον πυρήνα, οι άνθρωποι και άλλοι πολύπλοκοι οργανισμοί έχουν επίσης μια μικρή ποσότητα DNA σε κυτταρικές δομές γνωστές ως μιτοχόνδρια. Τα μιτοχόνδρια παράγουν την ενέργεια που χρειάζεται το κύτταρο για να λειτουργήσει σωστά.

Στη σεξουαλική αναπαραγωγή, οι οργανισμοί κληρονομούν το ήμισυ του πυρηνικού τους DNA από τον άνδρα γονέα και το μισό από το θηλυκό γονέα. Ωστόσο, οι οργανισμοί κληρονομούν όλο το μιτοχονδριακό DNA τους από το θηλυκό γονέα. Αυτό συμβαίνει επειδή μόνο τα κύτταρα ωαρίων, και όχι τα σπερματοζωάρια, διατηρούν τα μιτοχόνδρια κατά τη διάρκεια της γονιμοποίησης.

Από τι είναι φτιαγμένο το DNA;

Το DNA αποτελείται από χημικά δομικά στοιχεία που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Αυτά τα δομικά στοιχεία αποτελούνται από τρία μέρη: μία ομάδα φωσφορικών, μια ομάδα σακχάρων και ένας από τους τέσσερις τύπους βάσεων αζώτου. Για να σχηματίσουν έναν κλώνο DNA, τα νουκλεοτίδια συνδέονται σε αλυσίδες, με εναλλασσόμενες τις ομάδες φωσφορικών και σακχάρων.

Οι τέσσερις τύποι βάσεων αζώτου που βρίσκονται στα νουκλεοτίδια είναι: αδενίνη (Α), θυμίνη (Τ), γουανίνη (G) και κυτοσίνη (C). Η σειρά ή η ακολουθία αυτών των βάσεων καθορίζει ποιες βιολογικές οδηγίες περιέχονται σε έναν κλώνο DNA. Για παράδειγμα, η ακολουθία ATCGTT μπορεί να κωδικοποιήσει για μπλε μάτια, ενώ το ATCGCT μπορεί να κωδικοποιήσει για καφέ.

Το πλήρες βιβλίο οδηγιών DNA, ή γονιδίωμα, για έναν άνθρωπο περιέχει περίπου 3 δισεκατομμύρια βάσεις και περίπου 20.000 γονίδια σε 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων.

Τι κάνει το DNA;

Το DNA περιέχει τις οδηγίες που απαιτούνται για την ανάπτυξη, επιβίωση και αναπαραγωγή του οργανισμού. Για να πραγματοποιήσουμε αυτές τις λειτουργίες, οι αλληλουχίες DNA πρέπει να μετατραπούν σε μηνύματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή πρωτεϊνών, τα οποία είναι τα πολύπλοκα μόρια που κάνουν το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας στο σώμα μας.

Κάθε αλληλουχία DNA που περιέχει οδηγίες για την παρασκευή μιας πρωτεΐνης είναι γνωστή ως γονίδιο. Το μέγεθος ενός γονιδίου μπορεί να ποικίλει πολύ, κυμαινόμενο από περίπου 1.000 βάσεις έως 1 εκατομμύριο βάσεις σε ανθρώπους. Τα γονίδια αποτελούν μόνο περίπου το ένα τοις εκατό της αλληλουχίας DNA. Οι αλληλουχίες DNA εκτός αυτού του ένα τοις εκατό εμπλέκονται στη ρύθμιση του πότε, πώς και πόσο μια πρωτεΐνη γίνεται.

Πώς χρησιμοποιούνται οι αλληλουχίες DNA για την παρασκευή πρωτεϊνών;

Οι οδηγίες του DNA χρησιμοποιούνται για την παρασκευή πρωτεϊνών σε μια διαδικασία δύο σταδίων. Πρώτον, τα ένζυμα διαβάζουν τις πληροφορίες σε ένα μόριο DNA και το μεταγράφουν σε ένα ενδιάμεσο μόριο που ονομάζεται αγγελιοφόρο ριβονουκλεϊκό οξύ ή mRNA.

Στη συνέχεια, οι πληροφορίες που περιέχονται στο μόριο mRNA μεταφράζονται στη “γλώσσα” των αμινοξέων, τα οποία είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Αυτή η “γλώσσα” λέει στον μηχανισμό λήψης πρωτεϊνών του κυττάρου την ακριβή σειρά με την οποία θα συνδέσει τα αμινοξέα για να παράγει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Αυτό είναι ένα σημαντικό καθήκον γιατί υπάρχουν 20 τύποι αμινοξέων, τα οποία μπορούν να τοποθετηθούν σε πολλές διαφορετικές παραγγελίες για να σχηματίσουν μια μεγάλη ποικιλία πρωτεϊνών.

Ποιος ανακάλυψε το DNA;

Ο ελβετικός βιοχημικός Frederich Miescher παρατήρησε για πρώτη φορά το DNA στα τέλη του 1800. Αλλά σχεδόν ένας αιώνας πέρασε από αυτή την ανακάλυψη έως ότου οι ερευνητές ξεδιπλώσουν τη δομή του μορίου DNA και συνειδητοποίησαν την κεντρική σημασία που έχει για τη βιολογία.

Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες συζήτησαν ποιο μόριο έφερε τις βιολογικές οδηγίες της ζωής. Οι περισσότεροι πίστευαν ότι το DNA ήταν πολύ απλό ένα μόριο για να διαδραματίσει έναν τόσο κρίσιμο ρόλο. Αντ ‘αυτού, υποστήριξαν ότι οι πρωτεΐνες ήταν πιο πιθανό να πραγματοποιήσουν αυτή τη ζωτική λειτουργία λόγω της μεγαλύτερης πολυπλοκότητάς τους και της ευρύτερης ποικιλίας μορφών.

Η σημασία του DNA κατέστη σαφές το 1953 χάρη στο έργο του James Watson, του Francis Crick, του Maurice Wilkins και του Rosalind Franklin. Μελετώντας πρότυπα περίθλασης ακτίνων Χ, οι επιστήμονες κατέληξαν στη δομή διπλής έλικας του DNA – μια δομή που της επιτρέπει να μεταφέρει βιολογικές πληροφορίες από τη μια γενιά στην άλλη.

Η κατασκευή του χρωμοσώματος

Τι είναι η διπλή έλικα DNA;

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τον όρο “διπλή έλικα” για να περιγράψουν τη διμερή χημική δομή του DNA. Αυτό το σχήμα – που μοιάζει με μια στριμμένη σκάλα – δίνει στο DNA τη δύναμη να περάσει βιολογικές οδηγίες με μεγάλη ακρίβεια.

Για την κατανόηση της διπλής έλικας του DNA από χημική άποψη, απεικονίστε τις πλευρές της σκάλας ως σκέλη εναλλασσόμενης ζάχαρης και φωσφορικών ομάδων – σκέλη που τρέχουν σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Κάθε “σκαλοπάτι” της σκάλας αποτελείται από δύο βάσεις αζώτου, συνδυασμένες με δεσμούς υδρογόνου. Λόγω της ιδιαιτέρως συγκεκριμένης φύσης αυτού του τύπου χημικού ζευγαρώματος, η βάση Α πάντα ζευγαρώνει με τη βάση Τ και ομοίως η C με τη G. Έτσι, αν γνωρίζετε την ακολουθία των βάσεων σε ένα σκέλος διπλής έλικας DNA, είναι απλό να καταλάβετε την ακολουθία των βάσεων πάνω στο άλλο σκέλος.

Η μοναδική δομή του DNA επιτρέπει στο μόριο να αντιγραφεί κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Όταν ένα κύτταρο προετοιμάζεται να χωρίσει, η έλικα του DNA διασπάται στη μέση και γίνεται δύο μονές δέσμες. Αυτές οι μονές αλυσίδες χρησιμεύουν ως πρότυπα για την κατασκευή δύο νέων μορίων DNA διπλής έλικας – το κάθε ένα είναι ένα αντίγραφο του αρχικού μορίου DNA. Σε αυτή τη διαδικασία, μια βάση Α προστίθεται όπου υπάρχει μια Τ, μία C όπου υπάρχει μία G, και ούτω καθεξής έως ότου όλες οι βάσεις για άλλη μια φορά έχουν ζευγαρωθεί.

Επιπλέον, όταν σχηματίζονται οι πρωτεΐνες, η διπλή έλικα ξετυλίγεται για να επιτρέψει ένα μοναδικό κλώνο DNA να χρησιμεύσει ως πρότυπο. Αυτός ο κλώνος πρότυπο μεταγράφεται στη συνέχεια σε mRNA, το οποίο είναι ένα μόριο που μεταφέρει ζωτικές οδηγίες για τη δημιουργία των πρωτεϊνών του κυττάρου.

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *