Κεφάλαιο 5.2 – Μοριακή γενετική – Απαντήσεις – Λύσεις (σελ. 127-154)

Ας σκεφτούμε

ΑΣ ΣΚΕΦΤΟΥΜΕ (σελ. 127)

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός νουκλεοτιδίου, μιας αζωτούχας βάσης και ενός κωδικονίου;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ξεχωρίζουμε τα τρία επίπεδα οργάνωσης: η βάση είναι το απλούστερο συστατικό, το νουκλεοτίδιο την περιέχει μαζί με σάκχαρο και φωσφορική ομάδα, και το κωδικόνιο είναι μια τριάδα διαδοχικών νουκλεοτιδίων με λειτουργικό ρόλο στον γενετικό κώδικα.

Απάντηση: Η αζωτούχα βάση είναι μία μόνο χημική ένωση (π.χ. αδενίνη, θυμίνη/ουρακίλη, γουανίνη, κυτοσίνη). Το νουκλεοτίδιο είναι η δομική μονάδα του DNA/RNA και αποτελείται από μία αζωτούχα βάση, ένα πεντόζο σάκχαρο (δεοξυριβόζη ή ριβόζη) και μία φωσφορική ομάδα. Το κωδικόνιο είναι μια τριάδα διαδοχικών νουκλεοτιδίων του mRNA, που κωδικοποιεί ένα συγκεκριμένο αμινοξύ (ή λειτουργεί ως σήμα έναρξης/λήξης) κατά τη μετάφραση.

ΑΣ ΣΚΕΦΤΟΥΜΕ (σελ. 129)

Αν μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων του DNA είναι TAA CCG ACA, ποια είναι η αλληλουχία νουκλεοτιδίων του mRNA που μπορεί να προκύψει από αυτήν; Ποια αμινοξέα μπορεί να προκύψουν από αυτή την αλληλουχία νουκλεοτιδίων;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Θεωρούμε τον δοσμένο κλώνο DNA ως τον μεταγραφόμενο κλώνο και εφαρμόζουμε τη συμπληρωματικότητα βάσεων DNA→RNA (A↔U, T↔A, G↔C, C↔G), τριάδα προς τριάδα, και στη συνέχεια ανατρέχουμε στον γενετικό κώδικα για τα αντίστοιχα αμινοξέα.

Λύση:

1. Μεταγραφόμενος κλώνος DNA: T-A-A / C-C-G / A-C-A
2. Συμπληρωματικό mRNA (A↔U, T↔A, G↔C, C↔G): A-U-U / G-G-C / U-G-U
3. Κωδικόνιο AUU → αμινοξύ ισολευκίνη (Ile)
4. Κωδικόνιο GGC → αμινοξύ γλυκίνη (Gly)
5. Κωδικόνιο UGU → αμινοξύ κυστεΐνη (Cys)

Απάντηση: Το mRNA που προκύπτει είναι 5'-AUU GGC UGU-3', το οποίο κωδικοποιεί την τριπεπτιδική αλληλουχία ισολευκίνη - γλυκίνη - κυστεΐνη.

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση 19 (σελ. 154)

Μια ενδονουκλεάση περιορισμού έχει κόψει τη διπλή αλυσίδα ενός μορίου DNA, όπως δείχνει το παρακάτω σχήμα. Ποια θα είναι η αλληλουχία των βάσεων που θα ζευγαρώσει στο αριστερό και ποια στο δεξιό τμήμα του DNA;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Κάθε ενδονουκλεάση περιορισμού κόβει το DNA σε συγκεκριμένο, καθορισμένο σημείο αναγνώρισης· η αλληλουχία βάσεων στο κάθε προκύπτον άκρο παραμένει συμπληρωματική της αντίθετης αλυσίδας, σύμφωνα με τον κανόνα A-T, G-C.

Απάντηση: Και στα δύο τμήματα που προκύπτουν από την κοπή, η αλληλουχία βάσεων της κάθε αλυσίδας παραμένει συμπληρωματική της απέναντι αλυσίδας (A απέναντι από T, G απέναντι από C), όπως ίσχυε και πριν την κοπή· η ενδονουκλεάση κόβει τον ομοιοπολικό σκελετό σε συγκεκριμένη θέση, χωρίς να καταργεί τη συμπληρωματικότητα των βάσεων. Η ακριβής αλληλουχία εξαρτάται από το συγκεκριμένο σχήμα του βιβλίου (σελ. 154), το οποίο πρέπει να συμβουλευτεί ο μαθητής.

Άσκηση 20 (σελ. 154)

Ένα υποθετικό βακτήριο περιέχει 3.960 αμινοξέα. Αν το μέσο Μ.Β. των αμινοξέων είναι 100, να απαντήσετε στις ακόλουθες ερωτήσεις:

1. Πόσες πρωτεΐνες Μ.Β. 6.000 μπορεί να περιέχει το βακτήριο και γιατί;
2. Από πόσα νουκλεοτίδια αποτελείται το mRNA που κωδικοποιεί μία τέτοια πρωτεΐνη;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Υπολογίζουμε πρώτα πόσα αμινοξέα αντιστοιχούν σε μια πρωτεΐνη Μ.Β. 6.000 (διαιρώντας με το μέσο Μ.Β. ανά αμινοξύ), μετά πόσες τέτοιες πρωτεΐνες μπορεί να «χωρέσει» το σύνολο των 3.960 αμινοξέων, και τέλος μετατρέπουμε τον αριθμό αμινοξέων μιας πρωτεΐνης σε νουκλεοτίδια mRNA, θυμούμενοι ότι κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από μία τριάδα (κωδικόνιο) νουκλεοτιδίων.

Λύση:

1. Αριθμός αμινοξέων ανά πρωτεΐνη Μ.Β. 6.000: 6.000 / 100 = 60 αμινοξέα.
2. Αριθμός τέτοιων πρωτεϊνών που «χωρούν» στα 3.960 συνολικά αμινοξέα: 3.960 / 60 = 66 πρωτεΐνες.
3. Νουκλεοτίδια mRNA ανά πρωτεΐνη: κάθε αμινοξύ αντιστοιχεί σε 1 κωδικόνιο = 3 νουκλεοτίδια, άρα 60 × 3 = 180 νουκλεοτίδια για τα αμινοξέα, + 3 νουκλεοτίδια για το κωδικόνιο λήξης (δεν κωδικοποιεί αμινοξύ) = 183 νουκλεοτίδια.

Απάντηση: Το βακτήριο μπορεί να περιέχει έως 66 πρωτεΐνες Μ.Β. 6.000, αφού κάθε τέτοια πρωτεΐνη αποτελείται από 60 αμινοξέα και το σύνολο του κυττάρου διαθέτει 3.960 αμινοξέα (3.960/60=66). Το mRNA που κωδικοποιεί μία τέτοια πρωτεΐνη αποτελείται από 183 νουκλεοτίδια (180 για τα 60 αμινοξέα + 3 για το κωδικόνιο λήξης).

Πρόσεξε: Μην ξεχνάς να προσθέσεις το κωδικόνιο λήξης στον υπολογισμό των νουκλεοτιδίων του mRNA — δεν κωδικοποιεί αμινοξύ, αλλά αποτελεί μέρος του μηνύματος.