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. (Στο σχήμα το αρχικό τμήμα DNA έχει στην επάνω αλυσίδα την αλληλουχία A G A A T T C G C και στην κάτω αλυσίδα την T C T T A A G C G. Μετά την κοπή, το αριστερό τμήμα έχει δίκλωνο το ζεύγος A-T, G-C και μονόκλωνο άκρο T T A A στην κάτω αλυσίδα, ενώ το δεξί τμήμα έχει μονόκλωνο άκρο A A T T στην επάνω αλυσίδα και δίκλωνα τα ζεύγη C-G, G-C, C-G.) Ποια θα είναι η αλληλουχία των βάσεων που θα ζευγαρώσει στο αριστερό και ποια στο δεξιό τμήμα του DNA;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η ενδονουκλεάση περιορισμού κόβει τις δύο αλυσίδες σε σημεία που δεν βρίσκονται απέναντι, οπότε κάθε τμήμα αποκτά ένα μονόκλωνο άκρο. Τα μονόκλωνα άκρα που δημιουργούνται από το ίδιο ένζυμο είναι συμπληρωματικά μεταξύ τους και μπορούν να ζευγαρώσουν (A με T, G με C).

Λύση:

1. Η κοπή έγινε μεταξύ του G και του A της επάνω αλυσίδας (G↓AATTC) και στην αντίστοιχη θέση της κάτω αλυσίδας (CTTAA↓G).
2. Αριστερό τμήμα: έχει μονόκλωνο άκρο στην κάτω αλυσίδα με τη σειρά βάσεων T T A A. Σε αυτό θα ζευγαρώσει η συμπληρωματική αλληλουχία A A T T.
3. Δεξί τμήμα: έχει μονόκλωνο άκρο στην επάνω αλυσίδα με τη σειρά βάσεων A A T T. Σε αυτό θα ζευγαρώσει η συμπληρωματική αλληλουχία T T A A.
4. Επομένως τα μονόκλωνα άκρα των δύο τμημάτων είναι συμπληρωματικά μεταξύ τους (κολλώδη άκρα) και μπορούν να ξαναενωθούν ή να ενωθούν με άλλο τμήμα DNA που κόπηκε με το ίδιο ένζυμο.

Απάντηση: Στο αριστερό τμήμα (μονόκλωνο άκρο TTAA) θα ζευγαρώσει η αλληλουχία AATT. Στο δεξιό τμήμα (μονόκλωνο άκρο AATT) θα ζευγαρώσει η αλληλουχία TTAA. Τα δύο άκρα είναι συμπληρωματικά μεταξύ τους, γιατί προέκυψαν από κοπή με την ίδια ενδονουκλεάση.

Πρόσεξε:

• Η ενδονουκλεάση περιορισμού δεν κόβει τις δύο αλυσίδες στο ίδιο ύψος· έτσι δημιουργούνται μονόκλωνα, συμπληρωματικά μεταξύ τους άκρα.

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 DNA που τις κωδικοποιεί και γιατί;

3. Από πόσα νουκλεοτίδια αποτελούνται τα μόρια mRNA που παράγονται κατά τη μεταγραφή και γιατί;

Σημείωση: Να μη ληφθεί υπόψη η αφαίρεση μορίων νερού κατά το σχηματισμό του πεπτιδικού δεσμού.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Βρίσκουμε πόσα αμινοξέα έχει μια πρωτεΐνη Μ.Β. 6.000 και πόσες τέτοιες πρωτεΐνες αντιστοιχούν στα 3.960 αμινοξέα. Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από μια τριάδα νουκλεοτιδίων· στο DNA κάθε τριάδα της κωδικής αλυσίδας έχει απέναντι τη συμπληρωματική της (δίκλωνο μόριο), ενώ το mRNA είναι μονόκλωνο και κάθε πρωτεΐνη μεταφράζεται από το δικό της μόριο mRNA.

Λύση:

1. 1. Αμινοξέα ανά πρωτεΐνη: 6.000 / 100 = 60 αμινοξέα. Αριθμός πρωτεϊνών: 3.960 / 60 = 66 πρωτεΐνες.
2. 2. Κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από 3 νουκλεοτίδια, άρα για τα 3.960 αμινοξέα χρειάζονται 3.960 × 3 = 11.880 νουκλεοτίδια σε κάθε αλυσίδα του DNA. Επειδή το DNA είναι δίκλωνο, αποτελείται από 11.880 × 2 = 23.760 νουκλεοτίδια.
3. 3. Για καθεμία από τις 66 πρωτεΐνες μεταγράφεται ένα μόριο mRNA με 60 × 3 = 180 νουκλεοτίδια· συνολικά 66 × 180 = 11.880 νουκλεοτίδια. Το mRNA είναι μονόκλωνο, γι' αυτό έχει τα μισά νουκλεοτίδια από το DNA που το κωδικοποιεί.

Απάντηση: 1. 66 πρωτεΐνες, γιατί κάθε πρωτεΐνη Μ.Β. 6.000 έχει 60 αμινοξέα και 3.960 / 60 = 66. 2. 23.760 νουκλεοτίδια, γιατί κάθε αμινοξύ κωδικοποιείται από τριάδα νουκλεοτιδίων (3.960 × 3 = 11.880 ανά αλυσίδα) και το DNA είναι δίκλωνο. 3. 66 μόρια mRNA των 180 νουκλεοτιδίων, δηλαδή συνολικά 11.880 νουκλεοτίδια, γιατί το mRNA είναι μονόκλωνο.

Πρόσεξε:

• Οι υπολογισμοί αγνοούν τα κωδικόνια έναρξης και λήξης· αν ληφθεί υπόψη και το κωδικόνιο λήξης, κάθε mRNA έχει 3 επιπλέον νουκλεοτίδια (183) και κάθε γονίδιο 6 επιπλέον νουκλεοτίδια.