DNA
Το DNA, συντομογραφία του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, είναι το μόριο που περιέχει τον γενετικό κώδικα των οργανισμών. Σε αυτούς περιλαμβάνονται τα ζώα, τα φυτά, τα πρωτόζωα, τα αρχαία και τα βακτήρια.
Το DNA βρίσκεται σε κάθε κύτταρο του οργανισμού και λέει στα κύτταρα ποιες πρωτεΐνες πρέπει να φτιάξουν. Κυρίως, οι πρωτεΐνες αυτές είναι ένζυμα. Το DNA κληρονομείται στα παιδιά από τους γονείς τους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα παιδιά μοιράζονται χαρακτηριστικά με τους γονείς τους, όπως το χρώμα του δέρματος, των μαλλιών και των ματιών. Το DNA σε ένα άτομο είναι συνδυασμός του DNA από κάθε έναν από τους γονείς του.
Μέρος του DNA ενός οργανισμού είναι αλληλουχίες "μη κωδικοποιημένου DNA". Δεν κωδικοποιούν πρωτεϊνικές αλληλουχίες. Ορισμένο μη κωδικοποιούμενο DNA μεταγράφεται σε μόρια μη κωδικοποιούμενου RNA, όπως το transfer RNA, το ριβοσωμικό RNA και τα ρυθμιστικά RNA. Άλλες αλληλουχίες δεν μεταγράφονται καθόλου, ή δημιουργούν RNA άγνωστης λειτουργίας. Η ποσότητα του μη κωδικοποιητικού DNA ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό μεταξύ των ειδών. Για παράδειγμα, πάνω από το 98% του ανθρώπινου γονιδιώματος είναι μη κωδικοποιούμενο DNA, ενώ μόνο το 2% ενός τυπικού βακτηριακού γονιδιώματος είναι μη κωδικοποιούμενο DNA.
Οι ιοί χρησιμοποιούν είτε DNA είτε RNA για να μολύνουν οργανισμούς. Ο πολλαπλασιασμός του γονιδιώματος των περισσότερων ιών DNA λαμβάνει χώρα στον πυρήνα του κυττάρου, ενώ οι ιοί RNA πολλαπλασιάζονται συνήθως στο κυτταρόπλασμα.
Η δομή μέρους της διπλής έλικας του DNA
Χημική δομή του DNA. Οι φωσφορικές ομάδες είναι κίτρινες, τα δεοξυριβονουκλεϊκά σάκχαρα είναι πορτοκαλί και οι αζωτούχες βάσεις είναι πράσινες, μοβ, ροζ και μπλε. Τα άτομα που απεικονίζονται είναι τα εξής: Ο=οξυγόνο =άζωτο Η=υδρογόνο
Αντιγραφή του DNA
Η δομή μέρους της διπλής έλικας του DNA
Χημική δομή του DNA. Οι φωσφορικές ομάδες είναι κίτρινες, τα δεοξυριβονουκλεϊκά σάκχαρα είναι πορτοκαλί και οι αζωτούχες βάσεις είναι πράσινες, μοβ, ροζ και μπλε. Τα άτομα που απεικονίζονται είναι τα εξής: Ο=οξυγόνο =άζωτο Η=υδρογόνο
Αντιγραφή του DNA
Δομή του DNA
Το DNA έχει σχήμα διπλής έλικας, το οποίο μοιάζει με σκάλα στριμμένη σε σπείρα. Κάθε σκαλοπάτι της σκάλας είναι ένα ζεύγος νουκλεοτιδίων.
Νουκλεοτίδια
Ένα νουκλεοτίδιο είναι ένα μόριο που αποτελείται από:
- δεοξυριβόζη, ένα είδος σακχάρου με 5 άτομα άνθρακα,
- μια φωσφορική ομάδα που αποτελείται από φώσφορο και οξυγόνο, και
- αζωτούχος βάση
Το DNA αποτελείται από τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων:
- Αδενίνη (Α)
- Θυμίνη (Τ)
- Κυτοσίνη (C)
- Γουανίνη (G)
Τα "σκαλοπάτια" της σκάλας του DNA αποτελούνται από δύο βάσεις, μία βάση από κάθε πόδι. Οι βάσεις συνδέονται στη μέση: το "Α" συνδέεται μόνο με το "Τ" και το "C" μόνο με το "G". Οι βάσεις συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου.
Η αδενίνη (Α) και η θυμίνη (Τ) μπορούν να ζευγαρώσουν επειδή δημιουργούν δύο δεσμούς υδρογόνου, και η κυτοσίνη (C) και η γουανίνη (G) ζευγαρώνουν για να δημιουργήσουν τρεις δεσμούς υδρογόνου. Αν και οι βάσεις βρίσκονται πάντα σε σταθερά ζεύγη, τα ζεύγη μπορούν να έρθουν με οποιαδήποτε σειρά (Α-Τ ή Τ-Α- ομοίως, C-G ή G-C). Με αυτόν τον τρόπο, το DNA μπορεί να γράφει "κώδικες" από τα "γράμματα" που είναι οι βάσεις. Αυτοί οι κώδικες περιέχουν το μήνυμα που λέει στο κύτταρο τι να κάνει.
Χρωματατίνη
Στα χρωμοσώματα, το DNA συνδέεται με πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες και σχηματίζουν τη χρωματίνη. Αυτή η σύνδεση λαμβάνει μέρος στην επιγενετική και τη γονιδιακή ρύθμιση. Τα γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και της κυτταρικής δραστηριότητας, και αυτή η ρύθμιση αποτελεί τη βάση των περισσότερων δραστηριοτήτων που λαμβάνουν χώρα στα κύτταρα.
Δομή του DNA
Το DNA έχει σχήμα διπλής έλικας, το οποίο μοιάζει με σκάλα στριμμένη σε σπείρα. Κάθε σκαλοπάτι της σκάλας είναι ένα ζεύγος νουκλεοτιδίων.
Νουκλεοτίδια
Ένα νουκλεοτίδιο είναι ένα μόριο που αποτελείται από:
- δεοξυριβόζη, ένα είδος σακχάρου με 5 άτομα άνθρακα,
- μια φωσφορική ομάδα που αποτελείται από φώσφορο και οξυγόνο, και
- αζωτούχος βάση
Το DNA αποτελείται από τέσσερις τύπους νουκλεοτιδίων:
- Αδενίνη (Α)
- Θυμίνη (Τ)
- Κυτοσίνη (C)
- Γουανίνη (G)
Τα "σκαλοπάτια" της σκάλας του DNA αποτελούνται από δύο βάσεις, μία βάση από κάθε πόδι. Οι βάσεις συνδέονται στη μέση: το "Α" συνδέεται μόνο με το "Τ" και το "C" μόνο με το "G". Οι βάσεις συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου.
Η αδενίνη (Α) και η θυμίνη (Τ) μπορούν να ζευγαρώσουν επειδή δημιουργούν δύο δεσμούς υδρογόνου, και η κυτοσίνη (C) και η γουανίνη (G) ζευγαρώνουν για να δημιουργήσουν τρεις δεσμούς υδρογόνου. Αν και οι βάσεις βρίσκονται πάντα σε σταθερά ζεύγη, τα ζεύγη μπορούν να έρθουν με οποιαδήποτε σειρά (Α-Τ ή Τ-Α- ομοίως, C-G ή G-C). Με αυτόν τον τρόπο, το DNA μπορεί να γράφει "κώδικες" από τα "γράμματα" που είναι οι βάσεις. Αυτοί οι κώδικες περιέχουν το μήνυμα που λέει στο κύτταρο τι να κάνει.
Χρωματατίνη
Στα χρωμοσώματα, το DNA συνδέεται με πρωτεΐνες που ονομάζονται ιστόνες και σχηματίζουν τη χρωματίνη. Αυτή η σύνδεση λαμβάνει μέρος στην επιγενετική και τη γονιδιακή ρύθμιση. Τα γονίδια ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης και της κυτταρικής δραστηριότητας, και αυτή η ρύθμιση αποτελεί τη βάση των περισσότερων δραστηριοτήτων που λαμβάνουν χώρα στα κύτταρα.
Αντιγραφή DNA
Όταν το DNA αντιγράφεται, αυτό ονομάζεται αντιγραφή του DNA. Εν συντομία, οι δεσμοί υδρογόνου που συγκρατούν τις συζευγμένες βάσεις διασπώνται και το μόριο χωρίζεται στη μέση: τα σκέλη της σκάλας διαχωρίζονται. Έτσι προκύπτουν δύο μονές αλυσίδες. Οι νέες αλυσίδες σχηματίζονται με την αντιστοίχιση των βάσεων (A με T και G με C) για να δημιουργηθούν οι ελλείπουσες αλυσίδες.
Πρώτον, ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA ελικάση χωρίζει το DNA στη μέση σπάζοντας τους δεσμούς υδρογόνου. Στη συνέχεια, αφού το μόριο DNA είναι σε δύο ξεχωριστά κομμάτια, ένα άλλο μόριο που ονομάζεται DNA πολυμεράση δημιουργεί μια νέα αλυσίδα που ταιριάζει με κάθε μια από τις αλυσίδες του διασπασμένου μορίου DNA. Κάθε αντίγραφο ενός μορίου DNA αποτελείται κατά το ήμισυ από το αρχικό (αρχικό) μόριο και κατά το ήμισυ από νέες βάσεις.
Μεταλλάξεις
Όταν το DNA αντιγράφεται, μερικές φορές γίνονται λάθη - αυτά ονομάζονται μεταλλάξεις. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μεταλλάξεων:
- Διαγραφή, όπου μία ή περισσότερες βάσεις παραλείπονται.
- Υποκατάσταση, όπου μία ή περισσότερες βάσεις αντικαθιστούν μια άλλη βάση στην αλληλουχία.
- Εισαγωγή, κατά την οποία εισάγεται μία ή περισσότερες επιπλέον βάσεις.
- Διπλασιασμός, όπου μια αλληλουχία ζευγών βάσεων επαναλαμβάνεται.
Οι μεταλλάξεις μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ανάλογα με την επίδρασή τους στη δομή και τη λειτουργία των πρωτεϊνών ή την επίδρασή τους στην ικανότητα. Οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι κακές για τον οργανισμό, ουδέτερες ή ωφέλιμες. Μερικές φορές οι μεταλλάξεις είναι μοιραίες για τον οργανισμό - η πρωτεΐνη που παράγεται από το νέο DNA δεν λειτουργεί καθόλου, και αυτό προκαλεί το θάνατο του εμβρύου. Από την άλλη πλευρά, η εξέλιξη προχωράει με τις μεταλλάξεις, όταν η νέα έκδοση της πρωτεΐνης λειτουργεί καλύτερα για τον οργανισμό.
Αντιγραφή DNA
Όταν το DNA αντιγράφεται, αυτό ονομάζεται αντιγραφή του DNA. Εν συντομία, οι δεσμοί υδρογόνου που συγκρατούν τις συζευγμένες βάσεις διασπώνται και το μόριο χωρίζεται στη μέση: τα σκέλη της σκάλας διαχωρίζονται. Έτσι προκύπτουν δύο μονές αλυσίδες. Οι νέες αλυσίδες σχηματίζονται με την αντιστοίχιση των βάσεων (A με T και G με C) για να δημιουργηθούν οι ελλείπουσες αλυσίδες.
Πρώτον, ένα ένζυμο που ονομάζεται DNA ελικάση χωρίζει το DNA στη μέση σπάζοντας τους δεσμούς υδρογόνου. Στη συνέχεια, αφού το μόριο DNA είναι σε δύο ξεχωριστά κομμάτια, ένα άλλο μόριο που ονομάζεται DNA πολυμεράση δημιουργεί μια νέα αλυσίδα που ταιριάζει με κάθε μια από τις αλυσίδες του διασπασμένου μορίου DNA. Κάθε αντίγραφο ενός μορίου DNA αποτελείται κατά το ήμισυ από το αρχικό (αρχικό) μόριο και κατά το ήμισυ από νέες βάσεις.
Μεταλλάξεις
Όταν το DNA αντιγράφεται, μερικές φορές γίνονται λάθη - αυτά ονομάζονται μεταλλάξεις. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι τύποι μεταλλάξεων:
- Διαγραφή, όπου μία ή περισσότερες βάσεις παραλείπονται.
- Υποκατάσταση, όπου μία ή περισσότερες βάσεις αντικαθιστούν μια άλλη βάση στην αλληλουχία.
- Εισαγωγή, κατά την οποία εισάγεται μία ή περισσότερες επιπλέον βάσεις.
- Διπλασιασμός, όπου μια αλληλουχία ζευγών βάσεων επαναλαμβάνεται.
Οι μεταλλάξεις μπορούν επίσης να ταξινομηθούν ανάλογα με την επίδρασή τους στη δομή και τη λειτουργία των πρωτεϊνών ή την επίδρασή τους στην ικανότητα. Οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι κακές για τον οργανισμό, ουδέτερες ή ωφέλιμες. Μερικές φορές οι μεταλλάξεις είναι μοιραίες για τον οργανισμό - η πρωτεΐνη που παράγεται από το νέο DNA δεν λειτουργεί καθόλου, και αυτό προκαλεί το θάνατο του εμβρύου. Από την άλλη πλευρά, η εξέλιξη προχωράει με τις μεταλλάξεις, όταν η νέα έκδοση της πρωτεΐνης λειτουργεί καλύτερα για τον οργανισμό.
Σύνθεση πρωτεϊνών
Ένα τμήμα του DNA που περιέχει οδηγίες για την παραγωγή μιας πρωτεΐνης ονομάζεται γονίδιο. Κάθε γονίδιο έχει την αλληλουχία για τουλάχιστον ένα πολυπεπτίδιο. Οι πρωτεΐνες σχηματίζουν δομές και σχηματίζουν επίσης ένζυμα. Τα ένζυμα κάνουν το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας στα κύτταρα. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από μικρότερα πολυπεπτίδια, τα οποία σχηματίζονται από αμινοξέα. Για να φτιαχτεί μια πρωτεΐνη ώστε να κάνει μια συγκεκριμένη δουλειά, τα σωστά αμινοξέα πρέπει να ενωθούν με τη σωστή σειρά.
Οι πρωτεΐνες παρασκευάζονται από μικροσκοπικές μηχανές στο κύτταρο που ονομάζονται ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα βρίσκονται στο κύριο σώμα του κυττάρου, αλλά το DNA βρίσκεται μόνο στον πυρήνα του κυττάρου. Το κωδικόνιο είναι μέρος του DNA, αλλά το DNA δεν φεύγει ποτέ από τον πυρήνα. Επειδή το DNA δεν μπορεί να φύγει από τον πυρήνα, το κύτταρο δημιουργεί ένα αντίγραφο της αλληλουχίας του DNA στο RNA. Αυτό είναι μικρότερο και μπορεί να περάσει μέσα από τις τρύπες - πόρους - στη μεμβράνη του πυρήνα και να βγει μέσα στο κύτταρο.
Τα γονίδια που κωδικοποιούνται στο DNA μεταγράφονται σε αγγελιοφόρο RNA (mRNA) από πρωτεΐνες όπως η RNA πολυμεράση. Το ώριμο mRNA χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως πρότυπο για τη σύνθεση πρωτεϊνών από το ριβόσωμα. Τα ριβοσώματα διαβάζουν τα κωδικόνια, "λέξεις" που αποτελούνται από τρία ζεύγη βάσεων και τα οποία λένε στο ριβόσωμα ποιο αμινοξύ πρέπει να προσθέσει. Το ριβόσωμα σαρώνει κατά μήκος ενός mRNA, διαβάζοντας τον κώδικα, ενώ παράγει πρωτεΐνη. Ένα άλλο RNA που ονομάζεται tRNA βοηθά στην αντιστοίχιση του σωστού αμινοξέος σε κάθε κωδικόνιο.
Σύνθεση πρωτεϊνών
Ένα τμήμα του DNA που περιέχει οδηγίες για την παραγωγή μιας πρωτεΐνης ονομάζεται γονίδιο. Κάθε γονίδιο έχει την αλληλουχία για τουλάχιστον ένα πολυπεπτίδιο. Οι πρωτεΐνες σχηματίζουν δομές και σχηματίζουν επίσης ένζυμα. Τα ένζυμα κάνουν το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας στα κύτταρα. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από μικρότερα πολυπεπτίδια, τα οποία σχηματίζονται από αμινοξέα. Για να φτιαχτεί μια πρωτεΐνη ώστε να κάνει μια συγκεκριμένη δουλειά, τα σωστά αμινοξέα πρέπει να ενωθούν με τη σωστή σειρά.
Οι πρωτεΐνες παρασκευάζονται από μικροσκοπικές μηχανές στο κύτταρο που ονομάζονται ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα βρίσκονται στο κύριο σώμα του κυττάρου, αλλά το DNA βρίσκεται μόνο στον πυρήνα του κυττάρου. Το κωδικόνιο είναι μέρος του DNA, αλλά το DNA δεν φεύγει ποτέ από τον πυρήνα. Επειδή το DNA δεν μπορεί να φύγει από τον πυρήνα, ο πυρήνας του κυττάρου δημιουργεί ένα αντίγραφο της αλληλουχίας του DNA στο RNA. Αυτό είναι μικρότερο και μπορεί να περάσει μέσα από τις τρύπες - πόρους - στη μεμβράνη του πυρήνα και να βγει στο κύτταρο.
Τα γονίδια που κωδικοποιούνται στο DNA μεταγράφονται σε αγγελιοφόρο RNA (mRNA) από πρωτεΐνες όπως η RNA πολυμεράση. Το ώριμο mRNA χρησιμοποιείται στη συνέχεια ως πρότυπο για τη σύνθεση πρωτεϊνών από το ριβόσωμα. Τα ριβοσώματα διαβάζουν τα κωδικόνια, "λέξεις" που αποτελούνται από τρία ζεύγη βάσεων και τα οποία λένε στο ριβόσωμα ποιο αμινοξύ πρέπει να προσθέσει. Το ριβόσωμα σαρώνει κατά μήκος ενός mRNA, διαβάζοντας τον κώδικα, ενώ παράγει πρωτεΐνη. Ένα άλλο RNA που ονομάζεται tRNA βοηθά στην αντιστοίχιση του σωστού αμινοξέος σε κάθε κωδικόνιο.
Ιστορία της έρευνας του DNA
Το DNA απομονώθηκε για πρώτη φορά (εξήχθη από κύτταρα) από τον Ελβετό γιατρό Friedrich Miescher το 1869, όταν ασχολήθηκε με βακτήρια από το πύον των χειρουργικών επιδέσμων. Το μόριο βρέθηκε στον πυρήνα των κυττάρων και έτσι το ονόμασε νουκλεΐνη.
Το 1928, ο Frederick Griffith ανακάλυψε ότι τα χαρακτηριστικά της "λείας" μορφής του πνευμονιόκοκκου μπορούσαν να μεταφερθούν στην "τραχιά" μορφή του ίδιου βακτηρίου αναμειγνύοντας σκοτωμένα "λεία" βακτήρια με τη ζωντανή "τραχιά" μορφή. Το σύστημα αυτό παρείχε την πρώτη σαφή ένδειξη ότι το DNA μεταφέρει γενετικές πληροφορίες.
Το πείραμα Avery-MacLeod-McCarty αναγνώρισε το DNA ως την αρχή του μετασχηματισμού το 1943.
Ο ρόλος του DNA στην κληρονομικότητα επιβεβαιώθηκε το 1952, όταν ο Alfred Hershey και η Martha Chase στο πείραμα Hershey-Chase έδειξαν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό του βακτηριοφάγου T2.
Τη δεκαετία του 1950, ο Erwin Chargaff διαπίστωσε ότι η ποσότητα θυμίνης (Τ) που υπάρχει σε ένα μόριο DNA ήταν περίπου ίση με την ποσότητα αδενίνης (Α) που υπήρχε. Διαπίστωσε ότι το ίδιο ισχύει και για τη γουανίνη (G) και την κυτοσίνη (C). Οι κανόνες του Chargaff συνοψίζουν αυτή τη διαπίστωση.
Το 1953, ο James D. Watson και ο Francis Crick πρότειναν αυτό που σήμερα είναι αποδεκτό ως το πρώτο σωστό μοντέλο δομής του DNA σε διπλή έλικα στο περιοδικό Nature. Το διπλό ελικοειδές, μοριακό μοντέλο του DNA βασίστηκε τότε σε μια μοναδική εικόνα περίθλασης ακτίνων Χ "Φωτογραφία 51", που ελήφθη από τη Rosalind Franklin και τον Raymond Gosling τον Μάιο του 1952.
Πειραματικά στοιχεία που υποστηρίζουν το μοντέλο των Watson και Crick δημοσιεύτηκαν σε μια σειρά πέντε άρθρων στο ίδιο τεύχος του περιοδικού Nature. Από αυτά, το άρθρο των Franklin και Gosling ήταν η πρώτη δημοσίευση των δικών τους δεδομένων περίθλασης ακτίνων Χ και της πρωτότυπης μεθόδου ανάλυσης που εν μέρει υποστήριζαν το μοντέλο των Watson και Crick- το τεύχος αυτό περιείχε επίσης ένα άρθρο για τη δομή του DNA από τον Maurice Wilkins και δύο συναδέλφους του, των οποίων η ανάλυση και τα in vivo μοτίβα ακτίνων Χ του B-DNA υποστήριζαν επίσης την παρουσία in vivo των διαμορφώσεων διπλής έλικας του DNA, όπως προτάθηκαν από τους Crick και Watson για το μοριακό μοντέλο διπλής έλικας του DNA στις δύο προηγούμενες σελίδες του Nature. Το 1962, μετά το θάνατο του Φράνκλιν, οι Watson, Crick και Wilkins έλαβαν από κοινού το βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής. Τα βραβεία Νόμπελ απονέμονταν τότε μόνο σε ζώντες αποδέκτες. Μια συζήτηση συνεχίζεται σχετικά με το ποιος πρέπει να λάβει τα εύσημα για την ανακάλυψη.
Το 1957, ο Crick εξήγησε τη σχέση μεταξύ του DNA, του RNA και των πρωτεϊνών, στο κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας.
Ο τρόπος αντιγραφής του DNA (ο μηχανισμός αντιγραφής) προέκυψε το 1958 μέσω του πειράματος Meselson-Stahl. Περισσότερες εργασίες του Crick και των συνεργατών του έδειξαν ότι ο γενετικός κώδικας βασίζεται σε μη επικαλυπτόμενες τριπλέτες βάσεων, που ονομάζονται κωδικόνια. Τα ευρήματα αυτά αποτελούν τη γέννηση της μοριακής βιολογίας.
Το πώς ο Watson και ο Crick πήραν τα αποτελέσματα του Franklin έχει συζητηθεί πολύ. Οι Crick, Watson και Maurice Wilkins τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ το 1962 για την εργασία τους στο DNA - η Rosalind Franklin είχε πεθάνει το 1958.
James D. Watson και Francis Crick (δεξιά), με τον Maclyn McCarty (αριστερά)
Ιστορία της έρευνας του DNA
Το DNA απομονώθηκε για πρώτη φορά (εξήχθη από κύτταρα) από τον Ελβετό γιατρό Friedrich Miescher το 1869, όταν ασχολήθηκε με βακτήρια από το πύον των χειρουργικών επιδέσμων. Το μόριο βρέθηκε στον πυρήνα των κυττάρων και έτσι το ονόμασε νουκλεΐνη.
Το 1928, ο Frederick Griffith ανακάλυψε ότι τα χαρακτηριστικά της "λείας" μορφής του πνευμονιόκοκκου μπορούσαν να μεταφερθούν στην "τραχιά" μορφή του ίδιου βακτηρίου αναμειγνύοντας σκοτωμένα "λεία" βακτήρια με τη ζωντανή "τραχιά" μορφή. Το σύστημα αυτό παρείχε την πρώτη σαφή ένδειξη ότι το DNA μεταφέρει γενετικές πληροφορίες.
Το πείραμα Avery-MacLeod-McCarty αναγνώρισε το DNA ως την αρχή του μετασχηματισμού το 1943.
Ο ρόλος του DNA στην κληρονομικότητα επιβεβαιώθηκε το 1952, όταν ο Alfred Hershey και η Martha Chase στο πείραμα Hershey-Chase έδειξαν ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό του βακτηριοφάγου T2.
Τη δεκαετία του 1950, ο Erwin Chargaff διαπίστωσε ότι η ποσότητα θυμίνης (Τ) που υπάρχει σε ένα μόριο DNA ήταν περίπου ίση με την ποσότητα αδενίνης (Α) που υπήρχε. Διαπίστωσε ότι το ίδιο ισχύει και για τη γουανίνη (G) και την κυτοσίνη (C). Οι κανόνες του Chargaff συνοψίζουν αυτή τη διαπίστωση.
Το 1953, οι James D. Watson και Francis Crick πρότειναν αυτό που σήμερα είναι αποδεκτό ως το πρώτο σωστό μοντέλο δομής του DNA σε διπλή έλικα στο περιοδικό Nature. Το διπλό ελικοειδές, μοριακό μοντέλο του DNA βασίστηκε τότε σε μια μοναδική εικόνα περίθλασης ακτίνων Χ "Φωτογραφία 51", που ελήφθη από τη Rosalind Franklin και τον Raymond Gosling τον Μάιο του 1952.
Πειραματικά στοιχεία που υποστηρίζουν το μοντέλο των Watson και Crick δημοσιεύτηκαν σε μια σειρά πέντε άρθρων στο ίδιο τεύχος του περιοδικού Nature. Από αυτά, το άρθρο των Franklin και Gosling ήταν η πρώτη δημοσίευση των δικών τους δεδομένων περίθλασης ακτίνων Χ και της πρωτότυπης μεθόδου ανάλυσης που εν μέρει υποστήριζαν το μοντέλο των Watson και Crick- το τεύχος αυτό περιείχε επίσης ένα άρθρο για τη δομή του DNA από τον Maurice Wilkins και δύο συναδέλφους του, των οποίων η ανάλυση και τα in vivo μοτίβα ακτίνων Χ του B-DNA υποστήριζαν επίσης την παρουσία in vivo των διαμορφώσεων διπλής έλικας του DNA, όπως προτάθηκαν από τους Crick και Watson για το μοριακό μοντέλο διπλής έλικας του DNA στις δύο προηγούμενες σελίδες του Nature. Το 1962, μετά το θάνατο του Φράνκλιν, οι Γουάτσον, Κρικ και Γουίλκινς έλαβαν από κοινού το βραβείο Νόμπελ Φυσιολογίας ή Ιατρικής. Τα βραβεία Νόμπελ απονέμονταν τότε μόνο σε ζώντες αποδέκτες. Μια συζήτηση συνεχίζεται σχετικά με το ποιος πρέπει να λάβει τα εύσημα για την ανακάλυψη.
Το 1957, ο Crick εξήγησε τη σχέση μεταξύ του DNA, του RNA και των πρωτεϊνών, στο κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας.
Ο τρόπος αντιγραφής του DNA (ο μηχανισμός αντιγραφής) προέκυψε το 1958 μέσω του πειράματος Meselson-Stahl. Περισσότερες εργασίες του Crick και των συνεργατών του έδειξαν ότι ο γενετικός κώδικας βασίζεται σε μη επικαλυπτόμενες τριπλέτες βάσεων, που ονομάζονται κωδικόνια. Τα ευρήματα αυτά αποτελούν τη γέννηση της μοριακής βιολογίας.
Το πώς ο Watson και ο Crick πήραν τα αποτελέσματα του Franklin έχει συζητηθεί πολύ. Οι Crick, Watson και Maurice Wilkins τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ το 1962 για την εργασία τους στο DNA - η Rosalind Franklin είχε πεθάνει το 1958.
James D. Watson και Francis Crick (δεξιά), με τον Maclyn McCarty (αριστερά)
DNA και ανησυχίες για την προστασία της ιδιωτικής ζωής
Η αστυνομία στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησε δημόσιες βάσεις δεδομένων DNA και γενεαλογικών δέντρων για την επίλυση ανεξιχνίαστων υποθέσεων. Η ΑμερικανικήΈνωσηΠολιτικώνΕλευθεριών εξέφρασε ανησυχίες σχετικά με την πρακτική αυτή.
DNA και ανησυχίες για την προστασία της ιδιωτικής ζωής
Η αστυνομία στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησε δημόσιες βάσεις δεδομένων DNA και γενεαλογικών δέντρων για την επίλυση ανεξιχνίαστων υποθέσεων. Η Αμερικανική Ένωση Πολιτικών Ελευθεριών εξέφρασε ανησυχίες σχετικά με την πρακτική αυτή.
Σχετικές σελίδες
- Κυτταρική διαίρεση
- Επισκευή του DNA
- Χρωμόσωμα
- Ανάλυση αλληλουχίας
Σχετικές σελίδες
- Κυτταρική διαίρεση
- Επισκευή του DNA
- Χρωμόσωμα
- Ανάλυση αλληλουχίας
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι το DNA;
A: Το DNA σημαίνει δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ και είναι το μόριο που περιέχει τον γενετικό κώδικα των οργανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ζώων, των φυτών, των πρωτίστων, των αρχαίων και των βακτηρίων. Αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες σε διπλή έλικα.
Ερ: Πώς το DNA λέει στα κύτταρα ποιες πρωτεΐνες πρέπει να φτιάξουν;
Α: Κυρίως, οι πρωτεΐνες που παρασκευάζονται είναι ένζυμα τα οποία καθορίζονται από τις οδηγίες που περιέχονται στο DNA.
Ερ: Πώς κληρονομούν τα παιδιά χαρακτηριστικά από τους γονείς τους;
Α: Τα παιδιά μοιράζονται χαρακτηριστικά με τους γονείς τους επειδή κληρονομούν μέρος του DNA των γονέων τους, το οποίο καθορίζει πράγματα όπως το χρώμα του δέρματος, των μαλλιών και των ματιών. Ο συνδυασμός του DNA και των δύο γονέων διαμορφώνει ένα μοναδικό σύνολο οδηγιών για κάθε παιδί.
Ερ: Τι είναι το μη κωδικοποιούμενο DNA;
Α: Οι μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες DNA είναι τμήματα του γονιδιώματος ενός οργανισμού που δεν κωδικοποιούν πρωτεϊνικές αλληλουχίες. Ορισμένες μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες DNA μπορούν να μεταγραφούν σε μη κωδικοποιητικά μόρια RNA, όπως το transfer RNA ή το ριβοσωμικό RNA, ενώ άλλες αλληλουχίες μπορεί να μην μεταγραφούν καθόλου ή να δώσουν RNA με άγνωστες λειτουργίες. Η ποσότητα των μη κωδικοποιητικών DNA ποικίλλει μεταξύ των ειδών.
Ερ: Πού αποθηκεύουν οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί το μεγαλύτερο μέρος του DNA τους;
Α: Οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί όπως τα ζώα, τα φυτά, οι μύκητες και τα πρωτόζωα αποθηκεύουν το μεγαλύτερο μέρος του DNA τους μέσα στον πυρήνα του κυττάρου, ενώ οι προκαρυωτικοί οργανισμοί όπως τα βακτήρια και τα αρχαία αποθηκεύουν το δικό τους μόνο στο κυτταρόπλασμα σε κυκλικά χρωμοσώματα.
Ερ: Πώς βοηθά η χρωματίνη στην οργάνωση του DNA μέσα στα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα;
Α: Οι πρωτεΐνες της χρωματίνης, όπως οι ιστόνες, βοηθούν στη συμπύκνωση και οργάνωση του DNA μέσα στα ευκαρυωτικά χρωμοσώματα, ώστε να είναι εύκολα προσβάσιμο όταν χρειάζεται.
