Η δομή των νουκλεϊκών οξέων: DNA & RNA
Τα νουκλεϊκά οξέα που συνιστούν τον γενετικό κώδικα των ζωντανών οργανισμών, είναι το DNA και το RNA. Τα δομικά στοιχεία των νουκλεϊκών οξέων είναι τα νουκλεοτίδια. Το αλφάβητο της «γλώσσας της ζωής» περιλαμβάνει 4 «γράμματα», δηλαδή διαφορετικά νουκλεοτίδα, καθένα από τα οποία χαρακτηρίζεται από μία συγκεκριμένη αζωτούχα βάση. Ποια ακριβώς είναι η δομή κάθε νουκλεοτιδίου και πως διατάσσονται έτσι ώστε να σχηματίσουν τη διπλή, γραμμική έλικα του DNA ή το μονόκλωνο RNA;
ΨΗΦΙΑΚΟ ΒΙΒΛΙΟ
5.2 Η ροή της γενετικής πληροφορίας
ΠΑΡΑΘΥΡΟ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΑΛΥΨΗΣ ΤΟΥ DNA
Το DNA αναγνωρίστηκε πρώτη φορά το 1869, όταν ο ελβετός βιοχημικός Friedrich Miecher περιέγραψε μία ουσία, παρούσα σε κύτταρα πύου, την οποία δεν μπορούσαν να αποδομήσουν ένζυμα που διασπούσαν πρωτεΐνες. Ο Miecher έδωσε στην ουσία αυτή το όνομα «νουκλεΐνη» (nuclein) επειδή βρισκόταν στον πυρήνα των κυττάρων (nucleus). Αργότερα διαπιστώθηκε πως η νουκλεΐνη έχει όξινες ιδιότητες, οπότε το όνομά της άλλαξε σε «νουκλεϊνικό οξύ» (nucleic acid).
Το 1928 κι ενώ ο βρετανός μικροβιολόγος Frederic Griffiths μελετούσε τα χαρακτηριστικά ενός βακτηρίου, του πνευμονιόκοκκου, που προκαλούσε συχνά θανατηφόρο πνευμονία, παρατήρησε κάτι «παράδοξο». O Griffith αρχικά απομόνωσε δυο στελέχη του βακτηρίου: ένα λοιμογόνο, η εισαγωγή του οποίου με ένεση σε ποντίκια προκαλούσε το θάνατό τους, και ένα μη λοιμογόνο, που δεν προκαλούσε θάνατο. Στη συνέχεια έφτιαξε ένα παρασκεύασμα θανατωμένων λοιμογόνων βακτηρίων με θέρμανση, τα οποία διαπίστωσε πως δεν ήταν θανατηφόρα. Όταν όμως έκανε ένεση στα ποντίκια με παρασκεύασμα που περιείχε μείγμα μη λοιμογόνων βακτηρίων μαζί με θανατωμένα στελέχη, τα ποντίκια πέθαναν. Επομένως με κάποιο τρόπο η θανατηφόρος ιδιότητα είχε μεταφερθεί από τα νεκρά λοιμογόνα στελέχη στα μη λοιμογόνα. Έπειτα από 15 χρόνια, το 1943, η ομάδα του Oswald Avary, πραγματοποιώντας πειράματα με βακτήρια, ανακάλυψε πως η ουσία που ευθυνόταν για τη «μεταμόρφωση» των μη λοιμογόνων στελεχών του πνευμονιόκοκκου ήταν το DNA.
Τα συμπεράσματα της ομάδας του Avary δεν έτυχαν ιδιαίτερης υποδοχής. Ωστόσο, το 1952, οι Alfred Hershey και Martha Chase, πειραματιζόμενοι με βακτηριοφάγους ιούς, διαπίστωσαν πως όταν ένας τέτοιος ιός μολύνει ένα βακτήριο, μεταφέρει το DNA του σε αυτό, αποκτά τον έλεγχό του και εξαναγκάζει τον κυτταρικό του μηχανισμό σε παραγωγή ουσιών του ιού. Τα αποτελέσματα αυτά εν τέλει καθιέρωσαν το DNA ως το «κληρονομικό υλικό» των κυττάρων.
Πολλοί ερευνητές, στη συνέχεια, προσπάθησαν να εξερευνήσουν τη μορφή του μεγαλομορίου του DNA. Μεταξύ αυτών, η διάσημη χημικός του Univercity Collage του Λονδίνου Rosalind Franklin και ο συνεργάτης της Maurice Wilkins, που χρησιμοποίησαν την κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, προκειμένου να μελετήσουν τη δομή του DNA. Το 1952 οι δύο ερευνητές «φωτογράφησαν» το DNA, ανακαλύπτοντας πως έχει ελλικοειδή μορφή.
Τον τελευταίο λόγο στην αποκάλυψη της αινιγματικής δομής του DNA είχαν δύο ερευνητές του Πανεπιστημίου του Cambridge: οι James Watson και Francis Crick. Η πρώτη τους αποτυχημένη απόπειρα, προς το τέλος του 1951, δεν τους πτόησε. Έτσι, τον Ιανουάριο του 1953, έχοντας υπόψιν τα δεδομένα από τις κρυσταλλογραφικές αναλύχεις των Franklin και Wilkins, προχώρησαν στην κατασκευή μεγάλων, τρισδιάστατων μοντέλων. Στις 7 Μαρτίου 1953 ανακοίνωσαν πως είχαν καταφέρει να ανακαλύψουν το «μυστικό της ζωής».
H ανακάλυψη της δομής του DNA δημοσιεύτηκε στο περιοδικό NATURE στις 25 Απριλίου 1953 σε ένα άρθρο με τον τίτλο «Molecular Structure of Nucleic Acids» που έφερε την υπογραφή των Watson και Crick.
ΤΟ ΜΟΡΙΟ ΤΟΥ DNA: ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΒΑΣΕΩΝ ΜΕ ΤΟΝ JAMES WATSON
H ΔΟΜΗ ΤΟΥ DNA
ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ DNA;
Η Βασική μονάδα του DNA — το νουκλεοτίδιο — αποτελείται από ένα σάκχαρο, μία φωσφορική ομάδα και μια αζωτούχα βάση. Το στοιχείο που μεταφέρει τις πληροφορίες είναι η βάση. Υπάρχουν τέσσερα είδη βάσεων, αδενίνη (adenine), κυτοσίνη (cytosine), γουανίνη (gouanine) και θυμίνη (thymine) που συμβολίζονται με τα αρχικά των αντίστοιχων αγγλικών λέξεων — Α, C, G και Τ, τα τέσσερα γράμματα του γενετικού αλφάβητου.
Αλυσίδες νουκλεοτιδίων συνδέονται μεταξύ τους και σχηματίζουν έναν απίστευτα μακρύ κλώνο DNA: Αν ξετυλιχθούν κι ενωθούν μεταξύ τους τα μόρια του DNA ενός και μόνο κυττάρου, το συνολικό μήος τους θα έφθανε σχεδόν τα δύο μέτρα ενώ το πλάτος του κώνου δεν θα ξπερνούσε τα 50 τρισεκατομμυριοστά του εκατοστού. Στα κύτταρα, τα μόρια του DNA αποτελούνται από δύο κλώνους που τυλίγονται ο ένας γύρω από τον άλλον, σχηματίζοντας μια δομή που θυμίζει στριμμένη σκάλα, τη φημισμένη διπλή έλικα. Οι πλευρές της σκάλας αποτελούνται από μόρια σακxάρων και φωσφορικές ομάδες. Tα «σκαλοπάτια» σχηματίζονται από ζεύγη βάσενω (μια βάση από κάθε κλώνο). Ένα αξιοσημείωτο γνώρισμα του DNA είναι ο τρόπoς με τον οποίο συγκρατούνται οι βάσεις: η Α ζευγαρώνει μόνο με την Τ και η G μόνο με την C. Αυτά τα ταιριάσματα ονομάζονται «ζεύγη βάσεων» (base pairs).
Η γραμμική ακολουθία των βάσεων κατά μήκος ενός κλώνου DNA αντιπροσωπεύει την αλληλουχία του. Το μέγεθος του γονιδιώματος ενός οργανισμού συνήθως δηλώνεται με το συνολικό αριθμό των ζευγών βάσεων: Το ανθρώπινο γονιδίωμα αδρά περιέχει 3 δισεκατομμύρια ζεύγη. Δεν υπάρχει ισχυρή συσχέτιση ανάμεσα στην περιπλοκότητα ενός οργανισμού και το μέγεθος του γονιδιώματός του.
Το γονιδίωμα του ανθρώπου περιέχει τουλάχιστον 200 φορές περισσότερο DNA από το γονιδίωμα του ζυμομύκητα και είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με αυτό του βατράχου και του καρχαρία, αλλά δεν είναι τίποτα μπροστά στο γονιδίωμα του τρίτωνα, που περιέχει 15 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων και, ακόμη πιο εντυπωσιακό, μπροστά στο γονιδίωμα του μικροοργανισμού Amoeba dubia, που είναι 200 φορές μεγαλύτερο από το ανθρώπινο γονιδίωμα.
Carina, D. & Callagher, R. (2004), Το Ανθρώπινο Γονιδίωμα, (μτφρ.) Κ. Σταματόπουλος, Αθήνα: Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης.
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ: Η ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΪΚΩΝ ΟΞΕΩΝ
Η ΘΕΩΡΙΑ ΜΕ ΑΠΛΑ ΛΟΓΙΑ
ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ DNA
Ένα ευχάριστο βίντεο, με αρκετές πληροφορίες για τη δομή του DNA, από το κανάλι Human Nature.
ΧΡΗΣΙΜΟΙ ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ
Ένα νουκλεϊκό οξύ είναι ένα οργανικό μακρομόριο, δηλαδή είναι μια μεγάλη οργανική ένωση που αποτελείται από χιλιάδες ή εκατοντάδες χιλιάδες μικρότερα μόρια. Υπάρχουν δύο τύποι νουκλεϊκών οξέων, το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή DNA και το ριβονουκλεϊκό οξύ ή RNA .
