2nd Chapter

Question 1

Ποιο στοιχείο οδήγησε στους Watson και Crick στην υπόθεση για τον ημισυντηριτικό μηχανισμό του DNA; Γιατί αυτός ονομάζεται έτσι;

Answer 1

Η συμπληρωματικότητα των βάσεων. Ονομάζεται έτσι, επειδή η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται και κάθε αλυσίδα λειτουργεί ως καλούπι για την σύνθεση μίας νέας συμπληρωματικής αλυσίδας. Έτσι, τα δύο θυγατρικά μόρια που προκύπτουν είναι πανομοιότυπα με το μητρικό και καθένα αποτελείται από μία παλιά και μία νέα αλυσίδα

Question 2

Τι χρειάζεται για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία της αντιγραφής σε ένα κύτταρο;

Answer 2

1) Ένα εξειδικευμένο οπλοστάσιο ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών που λειτουργούν ταυτόχρονα και καταλύουν τις χημικές αντιδράσεις σε μεγάλη ταχύτητα και εκπληκτική ακρίβεια
2) Το αρχικό(μητρικό) μόριο DNA
3) Ριβονουκλεοτίδια και δεοξυριβονουκλεοτίδια
4) Ενέργεια

Question 3

Πού έχει μελετηθεί περισσότερο ο μηχανισμός της αντιγραφής και γιατί;

Answer 3

Στα προκαρυωτικά κύτταρα και κυρίως στο βακτήριο Ε.Coli, επειδή το DNA είναι πολύ μικρότερο και απλούστερα οργανωμένο από αυτό των ευκαρυωτικών οργανισμών. Ωστόσο, τα βασικά στάδια της αντιγραφής παρουσιάζουν ομοιότητες και στα δύο είδη κυττάρων

Question 4

Σε ποια περιοχή ενός κυττάρου γίνεται η αντιγραφή του DNA;

Answer 4

1) Προκαρυωτικά κύτταρα:Κυτταρόπλασμα, καθώς δεν διαθέτουν πυρήνα
2) Ευκαρυωτικά κύτταρα:Πυρήνας (και μιτοχόνδρα- χλωροπλάστες)

Question 5

Από που αρχίζει η αντιγραφή σε κάθε είδος κυττάρου και πόσο διαρκεί;

Answer 5

Αρχίζει από καθορισμένα σημεία, που ονομάζονται Θέσεις Έναρξης Αντιγραφής(ΘΕΑ)

1) Το βακτηριακό DNA που είναι κυκλικό,, έχει μία μόνο θέση έναρξης αντιγραφής και αντιγράφεται κάτω από ευνοϊκές συνθήκες σε λιγότερο από 30 λεπτά
2) Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, πριν την αντιγραφή, το DNA κάθε χρωμοσώματος είναι ένα μακρύ γραμμικό μόριο, το οποίο έχει πολυάριθμες ΘΕΑ.Έτσι, το DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων αντιγράφεται ταυτόχρονα από εκατοντάδες σημεία σε όλο του το μήκος και στη συνέχεια, τα τμήματα που δημιοργούνται, ενώνονται μεταξύ τους. Με αυτό τρόπο, το DNA των ανώτερων ευκαρυωτικών οργανισμών, παρόλο που είναι 1000 φορές μεγαλύτερο από αυτό των προκαρυωτικών, αντιγράφεται πολύ γρήγορα

Question 6

Ποιος ο ρόλος της DNA ελικάσης στην αντιγραφή του DNA;

Answer 6

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 σε ένα μόριο DNA κατά την έναρξη της αντιγραφής, είναι ορατές με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο

Question 7

Πώς αρχίζει η κατασκευή των θυγατρικών αλυσίδων;

Answer 7

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 της αντιγραφής μικρά τμήματα RNA, συμπληρωματικά προς τις μητρικές αλυσίδες, τα οποία ονομάζονται πρωταρχικά τμήματα.

Question 8

Πώς γίνεται η επιμήκυνση των θυγατρικών αλυσίδων της αντιγραφής;

Answer 8

Οι DNA πολυμεράσες επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα, τοποθετώντας συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες του DNA. Τα νέα μόρια DNA αρχίζουν να σχηματίζονται, καθώς δημιουργούνται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων των δεοξυριβονουκλεοτιδίων.

Question 9

Ποιος ο ρόλος των DNA πολυμερασών στην αντιγραφή του DNA;

Answer 9

1) Επιμηκύνουν τα πρωταρχικά τμήματα με κατεύθυνση 5΄-3΄, τοποθετώντας συμπληρωματικά δεοξυριβονουκλεοτίδια, απέναντι από τις μητρικές αλυσίδες, με αποτέλεσμα να αρχίζουν να σχηματίζονται τα νέα μόρια DNA, καθώς δημιουργούντα δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα στις συμπληρωματικές αζωτούχες βάσεις των νουκλεοτιδίων
2) Επιδιόρθωση λαθών που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγραφής, αντικαθιστώντας τα λάθος δεοξυριβονουκλεοτίδια που οι ίδιες τοποθέτησαν κατά παράβαση του κανόνα της συμπληρωματικότητας με τα σωστά
3) Απομακρύνουν τα πρωταρχικά τμήματα RNA, αντικαθιστώντας τα με τμήματα DNA. Η παραπάνω διαδικασία γίνεται ταυτόχρονα με τις δύο προηγούμενες.

Question 10

Πού οφείλεται η διάκριση των νεοσυντιθέμενων αλυσίδων σε συνεχείς και ασυνεχείς;

Answer 10

Οι DNA πολυμεράσες λειτουργούν μόνο προς καθορισμένη κατεύθυνση και τοποθετούν τα νουκλεοτίδια στο ελεύθερο 3’ άκρο της δεοξυριβόζης του τελευταίου νουκλεοτιδίου κάθε αναπτυσσόμενης αλυσίδας. Έτσι, λέμε ότι αντιγραφή γίνεται με προσανατολισμό 5’ προς 3’. Κάθε νεοσυντιθέμενη αλυσίδα θα έχει προσανατολισμό 5’→3’. Πρέπει σε κάθε διπλή έλικα που παράγεται οι δύο αλυσίδες θα είναι αντιπαράλληλες,εκτός από συμπληρωματικές. Για να ακολουθηθεί αυτός ο κανόνας σε κάθε τμήμα DNA που γίνεται η αντιγραφή, η σύνθεση του DNA είναι συνεχής στη μια αλυσίδα και ασυνεχής στην άλλη.

Question 11

Ποιος ο ρόλος της DNA δεσμάσης στην αντιγραφή του DNA;

Answer 11

Η DNA δεσμάση συνδέει μεταξύ τους τόσο τα διαδοχικά τμήματα της νεοσυντιθέμενης με ασυνεχή τρόπο αλυσίδας, όσο και τα διαφορετικά διαδοχικά τμήματα που προκύπτουν από τις διάφορες θέσεις έναρξης της αντιγραφής

Question 12

Με ποιους τρόπους εξασφαλίζεται η ακρίβεια της αντιγραφής;

Answer 12

1) Με την συμπληρωματικότητα των βάσεων
2) Με τον επιδιορθωτικό ρόλο των DNA πολυμερασών. Τα ένζυμα αυτά επιδιορθώνουν λάθη που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της αντιγταφής.Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, μόνο ένα νουκλεοτίδιο στα 100000 να μπορεί να ενσωματωθεί λάθος.
3) Τα λάθη που δεν επιδιορθώνονται από την DNA πολυμεράση, επιδιορθώνονται σε μεγάλο ποσοστό από τα επιδιορθωτικά ένζυμα. Έτσι ο αριθμός των λαθών περιορίζεται στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς στο 1 στα 10 στην δεκάτη

Question 13

Με τι σχετίζονται οι πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο DNA ενός οργανισμού;

Answer 13

Σχετίζονται με:

1) Την δομή και την λειτουργία του, τις οποίες και καθορίζουν
2) Τον αυτοδιπλασιασμό του, εξασφαλίζοντας έτσι τη μεταβίβαση γενετικών οδηγιών από ένα κύτταρα στα θυγατρικά του και από έναν οργανισμό στους απογόνους του

Question 14

Ποια είναι συνήθως τα δύο πρώτα βήματα στην έκφραση της γενετικής πληροφορίας που υπάρχει στο DNA (γονιδιακή έκφραση) και πώς ονομάζεται η σχέση η οποία περιγράφεται από τα παραπάνω βήματα;

Answer 14

Το πρώτο βήμα για την έκφραση της πληροφορίας που υπάρχει στο DNA είναι η μεταφορά της στο RNA με τη διαδικασία της μεταγραφής.
Στο δεύτερο βήμα, τo RNA μεταφέρει με τη σειρά του, μέσω της διαδικασίας της μετάφρασης, την πληροφορία στις πρωτεΐνες που είναι υπεύθυνες για τη δομή και λειτουργία των κυττάρων και κατ’ επέκταση και των οργανισμών.
Τα βήματα αυτά αποτελούν το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας(όχι σήμερα)

Question 15

Τι είναι η γονιδιακή έκφραση και τι ορίζεται ως γονίδιο;

Answer 15

Γονιδιακή έκφραση: Οι πορείες της μεταγραφής και της μετάφρασης. Γενικότερα, είναι το σύνολο των διαδικασιών με τις οποίες εκφράζεται η γενετική πληροφορία
Γονίδιο:Τμήμα DNA (ή RNA στους RNA ιούς) στο οποίο περιέχονται πληροφορίες για τη σύνθεση ενός πολυπεπτιδίου, ή ενός λειτουργικού μορίου RNA. Δηλαδή το γονίδιο αποτελεί λειτουργική μονάδα του γονιδιώματος που περιέχει τη γενετική πληροφορία που σχετίζεται με ένα μορφολογικό ή βιοχημικό χαρακτηριστικό του οργανισμού

Question 16

Πώς περιγράφεται σήμερα το κεντρικό δόγμα της Βιολογίας;

Answer 16

Για αρκετό καιρό οι ερευνητές πίστευαν ότι όλη η ροή της γενετικής πληροφορίας γινόταν προς τη μία μόνο κατεύθυνση, δηλαδή ότι το DNA μεταγραφόταν σε RNA. Σήμερα είναι γνωστό ότι μερικοί ιοί έχουν RNA ως γενετικό υλικό. Ένα ένζυμο που υπάρχει στους ίδιους τους ιούς, η αντίστροφη μεταγραφάση, χρησιμοποιεί ως καλούπι το RNA, για να συνθέσει DNA. Επιπλέον, σε ορισμένους ιούς το RNA έχει την ικανότητα να αυτοδιπλασιάζεται. +ΣΧΗΜΑ

Question 17

Ποιος ο ρόλος της αντιγραφής, της μεταγραφής και της μετάφρασης;

Answer 17

1) ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ: Διαιωνίζει τη γενετική πληροφορία
2) ΜΕΤΑγΡΑΦΗ: Καθορίζει ποια γονίδια θα εκφραστούν, σε ποιους ιστούς( σε πολυκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς) και σε ποια στάδια της ανάπτυξης(γονιδιακή ρύθμιση )
3) ΜΕΤΑΦΡΑΣΗ:Χρησιμοποιει την γενετική πληροφορία για να συνθέσει πεπτίδιο

Question 18

Σε ποιες δύο κατηγορίες διακρίνονται τα γονίδια;

Answer 18

1) Σε αυτά που μεταγράφονται σε RNA και μεταφράζονται στη συνέχεια σε πρωτεϊνες
2) Σε αυτά που μεταγράφονται και παράγουν tRNA, rRNA και snRNA(ευκαρυωτικοί οργανισμοί)

Question 19

Ποια τα είδη RNA, που υπάρχει και σε τι χρησιμεύει το καθένα;

Answer 19

1)Αγγελιαφόρο RNA (mRNA). Τα μόρια αυτά μεταφέρουν την πληροφορία του DNA για την παραγωγή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
2)Ριβοσωμικό RNA (rRNA). Τα μόρια αυτά συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν το ριβόσωμα, ένα “σωματίδιο” απαραίτητο για την πραγματοποίηση της πρωτεϊνοσύνθεσης.
3)Μεταφορικό RNA (tRNA). Κάθε μεταφορικό RNA συνδέεται με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ και το μεταφέρει στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης.
4)Μικρό πυρηνικό RNA (snRNA). Είναι μικρά μόρια RNA, τα οποία συνδέονται με πρωτεΐνες και σχηματίζουν μικρά ριβονουκλεοπρωτείνικά σωματίδια. Τα σωματίδια αυτά καταλύουν την ωρίμανση του mRNA, μια διαδικασία που, όπως θα αναφερθεί παρακάτω, γίνεται μόνο στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.
Τα τρία πρώτα υπάρχουν τόσο στους προκατυωτικούς, όσο και στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, ενώ το τελευταίο, μόνο στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς.

Question 20

Τι είναι η μεταγραφή του DNA και πού στηρίζεται;

Answer 20

Είναι η διαδικασία της μεταφοράς γενετικής πληροφορίας ενός γονιδίου σε λειτουργικό μόριο RNA. Στηρίζεται στον κανόνα της συμπληρωματικότητας

Question 21

Σε ποιες περιοχές του κυττάρου πραγματοποιείται η μεταγραφή;

Answer 21

Όπου υπάρχουν ενεργά γονίδια, δηλαδή:

1) Στα προκαρυωτικά κύτταρα: στο κυτταρόπλασμα όπου βρίσκεται το κεντρικό μόριο DNA, καθώς και στα πλασμίδια (αν υπάρχουν)
2) Στα ευκαρυωτικά κύτταρα:στον πυρήνα, τα μιροχόνδρια και τους χλωροπλάστες(φυτικά κύτταρα)

Question 22

Σε ποιους οργανισμούς συμβαίνει η μεταγραφή και ποιο ένζυμο την καταλύει;

Answer 22

Συμβαίνει τόσο στους προκαρυωτικούς, όσο και στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Καταλύεται από την RNΑ πολυμεράση(στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς υπάρχουν 3 είδη RNΑ πολυμερασών)

Question 23

Ποια είναι τα ρυθμιστικά στοιχεία της μεταγραφής;

Answer 23

Είναι οι υποκινητές και οι μεταγραφικοί παράγοντες

1) Υποκινητές: Οι υποκινητές βρίσκονται πάντοτε πριν από την αρχή κάθε γονιδίου
2) Μεταγραφικοί παράγοντες: Είναι ειδικές πρωτεϊνες που βοηθούν στην πρόσδεση της RNA πολυμεράσης στον υποκινητή κάθε γονιδίου που πρόκειται να μεταγραφεί, ώστε να αρχίσει σωστά η μεταγραφή

Question 24

Ποιοι παράγοντες χρειάζονται για να γίνει η διαδικασία της μεταγραφής σε ένα κύτταρο;

Answer 24

1) Το γονίδιο(τμήμα DNA)
2) Ρυθμιστικά στοιχεία της μεταγραφής(υποκινητής+ μεταγραγικοί παράγοντες)
3) RNA πολυμεράση
4) Ριβονουκλεοτίδια
5) Ενέργεια
6) Σε περίπτωση της έκφρασης του οπερονίου της λακτόζης, απαιτείτια και λακτόζη, που δρα ως επαγωγέας

Question 25

Ποιος ο μηχανισμός της μεταγραφής;

Answer 25

Κατά την έναρξη της μεταγραφής ενός γονιδίου η RNA πολυμεράση προσδένεται στον υποκινητή και προκαλεί τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA. Στη συνέχεια, τοποθετεί τα ριβονουκλεοτίδια απέναντι από τα δεοξυριβονουκλεοτίδια μίας αλυσίδας του DNA σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσεων, όπως και στην αντιγραφή, με τη διαφορά ότι εδώ απέναντι από την αδενίνη τοποθετείται το ριβονουκλεοτίδιο που περιέχει ουρακίλη. Η RNA πολυμεράση συνδέει τα ριβονουκλεοτίδια που προστίθενται το ένα μετά το άλλο, με 3’-5’φωσφοδιεστερικό δεσμό. Η μεταγραφή έχει προσανατολισμό 5’→3’ όπως και η αντιγραφή. Η σύνθεση του RNA σταματά στο τέλος του γονιδίου, όπου ειδικές αλληλουχίες οι οποίες ονομάζονται αλληλουχίες ληξης της μεταγραφής, επιτρέπουν την απελευθέρωσή του.

Question 26

Ποια αλυσίδα ονομάζεται μη κωδική, ποια κωδική και ποια η σχέση της κωδικής αλυσίδας με το παραγόμενο μόριο RNA;

Answer 26

Το μόριο RNA που συντίθεται είναι συμπληρωματικό προς τη μία αλυσίδα της διπλής έλικας του DNA του γονιδίου. Η αλυσίδα αυτή είναι η μεταγραφόμενη και ονομάζεται μη κωδική. Η συμπληρωματική αλυσίδα του DNA του γονιδίου ονομάζεται κωδική. To RNA είναι το κινητό αντίγραφο της πληροφορίας ενός γονιδίου, καθώς είναι πανοποιότυπο, τόσο σε αλληλουχία βάσεων, όσο και σε προσανατολισμό, με την κωδική αλυσίδα, με την μοναδική εξαίρεση ότι όπου Τ-U

Question 27

Πότε αρχίζει η μετάφραση του mRNA;

Answer 27

Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς το mRNA αρχίζει να μεταφράζεται σε πρωτεΐνη πριν ακόμη ολοκληρωθεί η μεταγραφή του. Αυτό είναι δυνατό, επειδή δεν υπάρχει πυρηνική μεμβράνη.
Αντίθετα, στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, το mRNA που παράγεται κατά τη μεταγραφή ενός γονιδίου συνήθως δεν είναι έτοιμο να μεταφραστεί, αλλά υφίσταται μια πολύπλοκη διαδικασία ωρίμανσης

Question 28

Σε ποιο συμπέρασμα οδήγησε η ύπαρξη του μηχανισμού της ωρίμανσης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς;

Answer 28

Οδήγησε στο συμπέρασμα ότι τα περισσότερα γονίδια των ευκαρυωτικών οργανισμών (και των ιών που τους προσβάλλουν )είναι ασυνεχή ή διακεκομμένα. Δηλαδή, η αλληλουχία που μεταφράζεται σε αμινοξέα διακόπτεται από ενδιάμεσες αλληλουχίες οι οποίες δε μεταφράζονται σε αμινοξέα. Οι αλληλουχίες που μεταφράζονται σε αμινοξέα ονομάζονται εξώνια και οι ενδιάμεσες αλληλουχίες ονομάζονται εσώνια.

Question 29

Να περιγράψετε την διαδικασία της ωρίμανσης, καθώς και το αποτέλεσμά της

Answer 29

Όταν ένα γονίδιο που περιέχει εσώνια μεταγράφεται, δημιουργείται το πρόδρομο mRNA που περιέχει και εξώνια και εσώνια. Το πρόδρομο mRNA μετατρέπεται σε ώριμο mRNA με τη διαδικασία της ωρίμανσης, κατά την οποία τα εσώνια κόβονται από μικρά ριβονουκλεοπρωτεϊνικά «σωματίδια» και απομακρύνονται. Τα ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια αποτελούνται από snRNA και από πρωτεΐνες και λειτουργούν ως ένζυμα: κόβουν τα εσώνια και συρράπτουν τα εξώνια μεταξύ τους. Έτσι σχηματίζεται το «ώριμο» mRNA. Αυτό, παρ’ ότι αποτελείται αποκλειστικά από εξώνια, έχει δύο περιοχές που δε μεταφράζονται σε αμινοξέα. Η μία βρίσκεται στο 5’ άκρο και η άλλη στο 3’ άκρο. Οι αλληλουχίες αυτές ονομάζονται 5’ και 3’ αμετάφραστες περιοχές, αντίστοιχα. To ώριμο, πλέον, mRNA μεταφέρεται από τον πυρήνα στο κυπαρόπλασμα και ειδικότερα στα ριβοσώματα όπου είναι η θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης

Question 30

Τι ονομάζεται γενετικός κώδικας;

Answer 30

Με τη μεταγραφή, οι πληροφορίες που βρίσκονται στα γονίδια μεταφέρονται στο mRNA με βάση τη συμπληρωματικότητα των νουκλεοτιδικών βάσεων. Η αλληλουχία των βάσεων του mRNA καθορίζει την αλληλουχία των αμινοξέων στις πρωτεΐνες με βάση
έναν κώδικα αντιστοίχισης νουκλεοτιδίων mRNA με αμινοξέα πρωτεϊνών, ο οποίος ονομάζεται γενετικός κώδικας. Γι’ αυτό η πρωτεϊνοσύνθεση είναι πραγματικά μία διαδικασία «μετάφρασης» από τη γλώσσα των βάσεων στη γλώσσα των αμινοξέων.

Question 31

Για ποιο λόγο ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας;

Answer 31

Επειδή ο αριθμός των διαφορετικών αμινοξέων που συγκροτούν τις πρωτεΐνες είναι είκοσι και, αντίστοιχα, ο αριθμός των διαφορετικών νουκλεοτιδίων που συγκροτούν το RNA είναι τέσσερα, θεωρήθηκε πιθανό ότι τρία νουκλεοτίδια αντιστοιχούν σε ένα αμινοξύ και γι’ αυτό ο γενετικός κώδικας ονομάστηκε κώδικας τριπλέτας. Ο κώδικας τριπλέτας είναι φυσική συνέπεια του γεγονότος ότι τέσσερα νουκλεοτίδια, αν συνδυαστούν ανά ένα (41 =4) ή ανά δύο (42 = 16), δε δίνουν αρκετούς συνδυασμούς για να κωδικοποιηθούν τα είκοσι αμινοξέα. Αν όμως συνδυαστούν ανά τρία (43=64) οι συνδυασμοί είναι παραπάνω από αρκετοί

Question 32

Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα;

Answer 32

1) Ο γενετικός κώδικας είναι κώδικας τριπλέτας, δηλαδή μια τριάδα νουκλεοτιδίων, το κωδικόνιο, κωδικοποιεί ένα αμινοξύ, ή ορίζει την λήξη της πρωτεϊνοσύνθεσης.
2) Ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής, δηλαδή το mRNA διαβάζεται συνεχώς ανά τρία νουκλεοτίδια χωρίς να παραλείπεται κάποιο νουκλεοτίδιο.
3) Ο γενετικός κώδικας είναι μη επικαλυπτόμενος, δηλαδή κάθε νουκλεοτίδιο ανήκει σε ένα μόνο κωδικόνιο.
4) Ο γενετικός κώδικας είναι σχεδόν καθολικός. Όλοι οι οργανισμοί έχουν τον ίδιο γενετικό κώδικα. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι το mRNA από οποιονδήποτε οργανισμό μπορεί να μεταφραστεί σε εκχυλίσματα φυτικών, ζωικών ή βακτηριακών κυττάρων in vitro και να παραγάγει την ίδια πρωτεΐνη.
5) Ο γενετικός κώδικας χαρακτηρίζεται ως εκφυλισμένος. Με εξαίρεση δύο αμινοξέα (μεθειονίνη και τρυπτοφάνη) τα υπόλοιπα 18 κωδικοποιούνται από δύο μέχρι και έξι διαφορετικά κωδικόνια. Τα κωδικόνια που κωδικοποιούν το ίδιο αμινοξύ ονομάζονται συνώνυμα.
6) Ο γενετικός κώδικας έχει κωδικόνιο έναρξης και κωδικόνια λήξης. Το κωδικόνιο έναρξης σε όλους τους οργανισμούς είναι το AUG και κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη. Υπάρχουν τρία κωδικόνια λήξης, τα UAG, UGA και UAA. Η παρουσία των κωδικονίων αυτών στο μόριο του mRNA οδηγεί στον τερματισμό της σύνθεσης της πολυπεπτιδικής αλυσίδας

Question 33

Τι περιγράφεται με τον όρο κωδικόνιο και ποια γονίδια δεν έχουν κωδικόνια;

Answer 33

Ο όρος κωδικόνιο δεν αφορά μόνο το mRNA αλλά και το γονίδιο από το οποίο παράγεται.
Κωδικόνια δεν έχουν τα γονίδια που μεταγράφονται σε tRNA, rRNA και snRNA

Question 34

Τι είναι η μετάφραση, πού πραγματοποιείται και τι χρειάζεται για να πραγματοποιηθεί;

Answer 34

Η μετάφραση του mRNA είναι η αντιστοίχιση των κωδικονίων σε αμινοξέα και η διαδοχική σύνδεση των αμινοξέων σε πολυπεπτιδική αλυσίδα(2ο βήμα γονιδιακής έκφρασης). Πραγματοποιείται στα ριβοσώματα με τη βοήθεια των tRNA και τη συμμετοχή αρκετών πρωτεϊνών και ενέργειας

Question 35

Ποιοι παράγοντες είναι απαραίτητοι για να γίνει η διαδικασία της μετάφρασης σε ένα κύτταρο;

Answer 35

1) Το mRNA, που μεταφέρει την γενετική πληροφορία στα ριβοσώματα για την σύνθεση της πεπτιδικής αλυσίδας
2) Πρωτεϊνες
3) Ριβοσώματα
4) tRNA, που συνδέεται με ένα αμινοξύ, μεταφέροντάς το στο ριβόσωμα
5) Αμινοξέα
6) Ενέργεια

Question 36

Για ποιο λόγο τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εργοστάσια σύνθεσης ανθρώπινων πρωτεϊνών;
Να περιγράψετε τη δομή του ριβοσώματος και του tRNA

Answer 36

Επειδή μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως θέση μετάφρασης οποιουδήποτε mRNA, λόγω καθολικότητας γενετικού κώδικα.
Κάθε ριβόσωμα αποτελείται από δύο υπομονάδες, μια μικρή και μια μεγάλη, και έχει μία θέση πρόσδεσης του mRNA στη μικρή υπομονάδα και δύο θέσεις εισδοχής των tRNA στη μεγάλη υπομονάδα. Κάθε μόριο tRNA έχει μια ειδική τριπλετα νουκλεοτιδίων, το αντικωδικόνιο, με την οποία προσδένεται, λόγω συμπληρωματικότητας, με το αντίστοιχο κωδικόνιο του mRNA. Επιπλέον, κάθε μόριο tRNA διαθέτει μια ειδική θέση σύνδεσης με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ.

Question 37

Να περιγράψετε τις διαδικασίες που συμβαίνουν κατά την έναρξη της μετάφρασης

Answer 37

Κατά την έναρξη της μετάφρασης το mRNA προσδένεται, μέσω μιας αλληλουχίας που υπάρχει στην 5’ αμετάφραση περιοχή του, με το ριβοσωμικό RNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος, σύμφωνα με τους κανόνες της συμπληρωματικότητας των βάσεων. Το πρώτο κωδικόνιο του mRNA είναι πάντοτε AUG και σ’ αυτό προσδένεται το tRNA που φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη. Όμως δεν έχουν όλες οι πρωτεΐνες του οργανισμού ως πρώτο αμινοξύ μεθειονίνη. Αυτό συμβαίνει γιατί, σε πολλές πρωτεΐνες, μετά τη σύνθεσή τους απομακρύνονται ορισμένα αμινοξέα από το αρχικό αμινικό άκρο τους. Το σύμπλοκο που δημιουργείται μετά την πρόσδεση του mRNA στη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και του tRNA που μεταφέρει τη μεθειονίνη νομάζεται σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης. Στη συνέχεια η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος συνδέεται με τη μικρή.

Question 38

Να περιγράψετε τις διαδικασίες που συμβαίνουν κατά την επιμήκυνση της πεπτιδικής αλυσίδας κατά τη διαδικασία της μετάφρασης

Answer 38

Κατά την επιμήκυνση ένα δεύτερο μόριο tRNA με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό του δεύτερου κωδικονίου του mRNA τοποθετείται στην κατάλληλη εισδοχή του ριβοσώματος, μεταφέροντας το δεύτερο αμινοξύ. Μεταξύ της μεθειονίνης και του δεύτερου αμινοξέος σχηματίζεται πεπτιδικός δεσμός και αμέσως μετά, το πρώτο tRNA αποσυνδέεται από το ριβόσωμα και απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα όπου συνδέεται πάλι με μεθειονίνη, έτοιμο για επόμενη χρήση. Το ριβόσωμα και το mRNA έχουν τώρα ένα tRNA, πάνω στο οποίο είναι προσδεμένα δύο αμινοξέα. Έτσι αρχίζει η επιμήκυνση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας. Στη συνέχεια το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του mRNA κατά ένα κωδικόνιο. Ένα τρίτο tRNA έρχεται να προσδεθεί μεταφέροντας το αμινοξύ του. Ανάμεσα στο δεύτερο και στο τρίτο αμινοξύ σχηματίζεται πεπτιδικός δεσμός. Η πολυπεπτιδική αλυσίδα συνεχίζει να αναπτύσσεται καθώς νέα tRNA μεταφέρουν αμινοξέα τα οποία συνδέονται μεταξύ τους

Question 39

Τι συμβαίνει κατά τη λήξη της μετάφρασης;

Answer 39

Η επιμήκυνση σταματά σε ένα κωδικόνιο λήξης (UGA, UAG ή UAA), επειδή δεν υπάρχουν tRNA που να αντιστοιχούν σε αυτά. Το τελευταίο tRNA απομακρύνεται από το ριβόσωμα και η πολυπεπτιδική αλυσίδα απελευθερώνεται.
Σημειώνεται ότι πολλά μόρια mRNA μπορούν να μεταγράφονται από ένα μόνο γονίδιο. Πολλά ριβοσώματα μπορούν να μεταφράζουν ταυτόχρονα ένα mRNA, το καθένα σε διαφορετικό σημείο κατά μήκος του μορίου. Αμέσως μόλις το ριβόσωμα έχει μεταφράσει τα πρώτα κωδικόνια, η θέση έναρξης του mRNA είναι ελεύθερη για την πρόσδεση ενός άλλου ριβοσώματος. Το σύμπλεγμα των ριβοσωμάτων με mRNA ονομάζεται πολύσωμα. Έτσι, η πρωτεϊνοσύνθεση είναι μια «οικονομική διαδικασία». Ένα κύτταρο μπορεί να παραγάγει μεγάλα ποσά μιας πρωτείνης από ένα ή από δύο αντίγραφα ενός γονιδίου.

Question 40

Για ποιο λόγο είναι απαραίτητη η ύπαρξη και η λειτουργία ενός προγράμματος ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης;

Answer 40

Επειδή το πρόγραμμα αυτό παρέχει τις απαραίτητες οδηγίες για το ΕΙΔΟΣ και την ΠΟΣΟΤΗΤΑ των πρωτεϊνών που πρέπει να παραχθούν σε κάθε ΧΡΟΝΙΚΗ ΣΤΙΓΜΗ. Διαφορετικά, αν όλα τα γονίδια δούλευαν με τον ίδιο ρυθμό, ορισμένες πρωτεΐνες θα παράγονταν σε μεγάλες ποσότητες και άλλες σε ποσότητες που δε θα επαρκούσαν.
Με άλλα λόγια η γονιδιακή ρύθμιση είναι η επιλεκτική έκφραση του γενετικού υλικού των οργανισμών.

Question 41

Πού αποσκοπεί η ρύθμιση στους προκαρυωτικούς οργανισμούς;

Answer 41

Στα βακτήρια η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης αποσκοπεί κυρίως στην προσαρμογή του οργανισμού στις εναλλαγές του περιβάλλοντος, έτσι ώστε να εξασφαλίζονται οι καλύτερες συνθήκες για τη βασική λειτουργία του που είναι η αύξηση και η διαίρεση.

Question 42

Τι ονομάζεται κυτταρική διαφοροποίηση και πότε αυτή αρχίζει;

Answer 42

Τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού, σε αντίθεση με τα κύτταρα που ανήκουν σε ένα βακτηριακό στέλεχος και είναι πανομοιότυπα μεταξύ τους, διαφέρουν στη δομή και στη λειτουργία τους. Η ζωή αρχίζει, όταν ένα γονιμοποιημένο ωάριο διαιρείται με μίτωση και παράγει τρισεκατομμύρια κύτταρα, που έχουν τα ίδια γονίδια. Στα αρχικά στάδια της εμβρυογένεσης τα κύτταρα εξειδικεύονται, για να εκτελέσουν επιμέρους λειτουργίες και η διαδικασία αυτή ονομάζεται κυτταρική διαφοροποίηση.

Question 43

Για ποιο λόγο τα κύτταρα ενός πολυκύτταρου πργανισμού (νευρικά, μυϊκά, ηπατικά…) έχουν όλα ίδιο γενετικό υλικό;

Answer 43

Όλα τα διπλοειδή κύτταρα ενός πολυκύτταρου οργανισμού έχουν προκύψει με αλλεπάλληλες διαδοχικές μιτωτικκές διαιρέσεις του ζυγωτού. Επομένως, λόγω της πιστότητας της αντιγραφής καθώς και της ακριβοδίκαιης κατανομής γενετικού υλικού κατά τη μίτωση τα κύτταρα είναι γενετικά όμοια (εκτός και αν έχει συμβεί κάποια μετάλλαξη)

Question 44

Πώς γίνεται τα κύτταρα να διαφέρουν ως προς τη μορφή και τη λειτουργία τους, ενώ έχουν όλα το ίδιο γενετικό υλικό;

Answer 44

Μολονότι όλα τα κύτταρα έχουν τις ίδιες γενετικές οδηγίες, έχουν αναπτύξει μηχανισμούς που τους επιτρέπουν να εκφράζουν τη γενετική τους πληροφορία επιλεκτικά και να ακολουθούν μόνο τις οδηγίες που χρειάζονται κάθε χρονική στιγμή. Με αυτό τον τρόπο, τα κύτταρα κάθε κυτταρικού τύπου συντίθενται κάθε χρονική στιγμή και διαφορετικά είδη mRNA, τα οποία μεταφράζονται σε συγκεκριμένες πρωτεϊνες που τους προσδίδουν τα ιδιαίτερα μορφολογικά και λειτουργικά τους χαρακτηριστικά

Question 45

Γιατί η γονιδιακή ρύθμιση στους πολυκύτταρους ευκαρυωτικούς οργανισμούς γίνεται σε πολλά επίπεδα; Ποια είναι αυτά;

Answer 45

Επειδή:
1)Λόγω κυτταρικής διαφοροποίησης χρειάζεται να υπάρχει πλήρης συντονισμός στην εξειδικευμένη λειτουργία που επιτελεί ο κάθε κυτταρικός τύπος εξειδικευμένων κυττάρων
2)Τα ευκαρυωτικά κύτταρα εμφανίζουν μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, γεγονός που επισύρει την τελειοποίηση των συστημάτων ελέγχου
3)Πρέπει να ελεγχθεί προσεκτικά η ανάπτυξη των πολυκύτταρων οργανισμών
Τα επίπεδα αυτά είναι:
1)Μεταγραφή
2)Μετά τη μεταγραφή
3)Μετάφραση
4)Μετά τη μετάφραση
Τα δύο πρώτα γίνονται στον πυρήνα και τα δύο τελευταία στο κυτταρόπλασμα

Question 46

Τι ονομάζουμε οπερόνιο;

Answer 46

Οπερόνιο ονομάζεται μία ομάδα γονιδίων, τα οποία υπόκεινται σε κοινό έλεγχο της έκφρασής τους. Υπάρχουν μόνο στο γονιδίωμα προκαρυωτικών οργανισμών και κάθε οπερόνιο κωδικοποιεί πρωτεϊνες, οι οποίες συμμετέχουν σε μία μεταβολική οδό, όπως η βιοσύνθεση ενός αμινοξέος ή η διάσπαση της λακτόζης

Question 47

Σε τι εξυπηρετεί η ύπαρξη οπερονίων;

Answer 47

Το οπερόνιο συνιστά παράγοντα γονιδιακής ρύθμισης στους προκαρυωτικούς οργανισμούς. Ο προκατυωτικός οργανισμ΄ςο ρυθμίζει τον μετααβολισμό του προκειμένου να ανταποκρίνεται άμεσα στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες, για να μπορεί να επιβιώνει και να επιτελεί τις βασικές λειτουργίες του που είναι η αύξηση και η διαίρεσή του. Στα πλαίσια της άμεσης απόκρισής του, διαθέτει οπερόνια (+ορισμός οπερονίου), που του επιτρέπουν την ταυτόχρονη σύνθεση ενζύμων που εμπλέκονται στην ίδιο μεταβολική οδό, ώστε να μπορεί όταν είναι απαραίτητο να εξασφαλίζει την απαιτούμενη ενέργεια, ή να συνθέτει αμινοξέα

Question 48

Τι περιλαμβάνει το οπερόνιο της λακτόζης;

Answer 48

Περιλαμβάνει μία ομάδα τριών δομικών γονιδίων, τα οποία κωδικοποιούν αντίστοιχα 3 ένζυμα που παίρνουν μέρος στη διαδικασία αποικοδόμησης της λακτόζης. Περιλαμβάνει ακόμα μία ομάδα αλληλουχιών DNA, που ρυθμίζουν την μεταγραφή των δομικών γονιδίων και βρίσκονται μπροστά από αυτά. Οι ρυθμιστικές αλληλουχίες είναι κατά σειρα:
Ένα ρυθμιστικό γονίδιο με τον υποκινητή του, που κωδικοποιεί μία πρωρεϊνη καταστολέα,ο υποκινητής των δομικών γονιδίων και ο χειριστής, στον οποία μπορεί να προσδεθεί ο καταστολέας

Question 49

Πότε το οπερόνιο της λακτόζης βρίσκεται σε καταστολή;

Answer 49

Όταν δε μεταγράφεται και επομένως δεν μεταφράζεται. Αυτό συμβαίνει όταν από το θρεπτικό υλικό απουσιάζει ο δισακχαρίτης λακτόζη, ή όταν αυτή συνυπάρχει με τη γλυκόζη

Question 50

Σε ποιο επίπεδο γονιδιακής έκφρασης ρυθμίζεται η καταστολή του οπερονίου της λακτόζης και πώς αυτή επιτυγχάνεται;

Answer 50

Πώς επιτυγχάνεται η καταστολή; Δύο είναι τα ρυθμιστικά μόρια: μια αλληλουχία DNA, που ονομάζεται χειριστής και βρίσκεται μεταξύ του υποκινητή και του πρώτου γονιδίου, και μια ρυθμιστική πρωτεΐνη-καταστολέας. Όταν απουσιάζει η λακτόζη ο καταστολέας προσδένεται ισχυρά στο χειριστή και εμποδίζει την RNA πολυμεράση να αρχίσει τη μεταγραφή των γονιδίων του οπερονίου. Ο καταστολέας κωδικοποιείται από ένα ρυθμιστικό γονίδιο, που βρίσκεται μπροστά από τον υποκινητή. Το ρυθμιστικό γονίδιο μεταγράφεται συνεχώς και παράγει λίγα μόρια του καταστολέα. Τα μόρια αυτά προσδένονται συνεχώς στο χειριστή.

Question 51

Πότε και πώς επιτυγχάνεται η επαγωγή του οπερονίου της λακτόζης;

Answer 51

Όταν στο θρεπτικό υλικό υπάρχει μόνο λακτόζη, τότε ο ίδιος ο δισακχαρίτης προσδένεται στον καταστολέα και δεν του επιτρέπει να προσδεθεί στο χειριστή. Τότε η RNA πολυμεράση είναι ελεύθερη να αρχίσει τη μεταγραφή. Δηλαδή η λακτόζη λειτουργεί ως επαγωγέας της μεταγραφής των γονιδίων του οπερονίου. Τότε τα γονίδια αρχίζουν να «εκφράζονται», δηλαδή να μεταγράφονται και να συνθέτουν τα ένζυμα. Τα τρία ένζυμα(β-γαλακτοζιδάση,περμεάση και τρανσακετυλάση) μεταφράζονται ταυ- τόχρονα από το ίδιο μόριο mRNA το οποίο περιέχει κωδικόνιο έναρξης και λήξης για κάθε ένζυμο. Συμπερασματικά, η ίδια η λακτόζη ενεργοποιεί τη διαδικασία για την αποικοδόμησή της. Όταν η λακτόζη διασπαστεί πλήρως, τότε η πρωτείνη καταστολέας είναι ελεύθερη να προσδεθεί στο χειριστή και να καταστείλει τη λειτουργία των τριών γονιδίων.

Question 52

Να αναλύσετε την γονιδιακή ρύθμιση κατά το επίπεδο της μεταγραφής

Answer 52

Ένας αριθμός μηχανισμών ελέγχουν ποια γονίδια θα μεταγραφούν ή/και με ποια ταχύτητα θα γίνει η μεταγραφή. To DNA των ευκαρυωτικών κυττάρων δεν οργανώνεται σε οπερόνια αλλά κάθε γονίδιο έχει το δικό του υποκινητή και μεταγράφεται αυτόνομα.
γράφεται αυτόνομα. Η RNA πολυμεράση λειτουργεί (όπως και στους προκαρυωτικούς οργανισμούς) με τη βοήθεια πρωτεϊνών, που ονομάζονται μεταγραφικοί παράγοντες. Μόνο που στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς οι μεταγραφικοί παράγοντες παρουσιάζουν τεράστια ποικιλία. Κάθε κυτταρικός τύπος περιέχει διαφορετικά είδη μεταγραφικών παραγόντων. Διαφορετικός συνδυασμός μεταγραφικών παραγόντων ρυθμίζει τη μεταγραφή κάθε γονιδίου. Μόνο όταν ο σωστός συνδυασμός των μεταγραφικών παραγόντων προσδεθεί στον υποκινητή ενός γονιδίου, αρχίζει η RNA πολυμεράση τη μεταγραφή ενός γονιδίου.

Question 53

Να αναλύσετε την γονιδιακή ρύθμιση κατά το επίπεδο μετά τη μεταγραφή

Answer 53

Περιλαμβάνονται οι μηχανισμοί με τους οποίους γίνεται η ωρίμανση του πρόδρομου mRNA και καθορίζεται η ταχύτητα με την οποία το ώριμο mRNA αφήνει τον πυρήνα και εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα.

Question 54

Να αναλύσετε την γονιδιακή ρύθμιση κατά το επίπεδο της μετάφρασης

Answer 54

Ο χρόνος που «ζουν» τα μόρια mRNA στο κυτταρόπλασμα δεν είναι ο ίδιος για όλα τα είδη RNA, επειδή μετά από κάποιο χρονικό διάστημα αποικοδομούνται. Επίσης, ποικίλλει και η ικανότητα πρόσδεσης του mRNA στα ριβοσώματα. Ακόμα υπάρχει και ο μηχανισμός των πολυσωμάτων

Question 55

Να αναλύσετε την γονιδιακή ρύθμιση στο επίπεδο μετά τη μετάφραση

Answer 55

Ακόμη και όταν γίνει η πρωτεϊνοσύνθεση και παραχθεί η κατάλληλη πρωτεΐνη, μπορεί να πρέπει να υποστεί τροποποιήσεις, για να γίνει βιολογικά λειτουργική.(πχ αποκοπή αμινοξέων από αμινικό άκρο της πεπτιδικής αλυσίδας