Τι είναι το DNA; Τα χαρακτηριστικά, τα μέρη και οι λειτουργίες του

Το DNA είναι ίσως το πιο γνωστό μόριο βιολογικής προέλευσης., αυτό βρίσκεται σε όλα τα έμβια όντα στον πλανήτη Γη. Αλλά... Γιατί είναι τόσο σημαντικό το DNA;

Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) περιέχει τις απαραίτητες οδηγίες για τη ζωή: μέσα μας Το DNA κωδικοποιεί τις πληροφορίες που είναι απαραίτητες για την παραγωγή όλων των πρωτεϊνών στο σώμα μας. Οι πρωτεΐνες εκπληρώνουν πολλούς ρόλους, καθορίζουν τη δομή των κυττάρων και κατευθύνουν σχεδόν όλες τις μεταβολικές διεργασίες στο σώμα.

Οι διαφορές στον γενετικό κώδικα είναι υπεύθυνες για ένα πλήθος φαινομένων που παρατηρούμε σε ανθρώπους και ζώα: για παράδειγμα, γιατί μερικά οι άνθρωποι είναι πιο πιθανό από άλλους να αναπτύξουν ορισμένες ασθένειες ή γιατί οι σκύλοι έχουν ουρές, διαφορετικά χρώματα ματιών ή την ομάδα αισιόδοξος. Όλα τα σωματικά και ψυχικά μας χαρακτηριστικά καθορίζονται από τη γενετική, αν και το περιβάλλον μπορεί στη συνέχεια να επηρεάσει σημαντικά την ανάπτυξή μας.

Όλοι έχουμε ακούσει για το DNA και γνωρίζουμε τον θεμελιώδη ρόλο του στο σώμα μας ως θεματοφύλακα των γενετικών πληροφοριών, αλλά... Υπάρχουν άλλες λειτουργίες;

Σε αυτό το άρθρο μιλάμε σε βάθος για το DNA, τη δομή του και όλες τις λειτουργίες του.

• Σχετικό άρθρο: «Οι 10 κλάδοι της Βιολογίας: οι στόχοι και τα χαρακτηριστικά της»

Τι ακριβώς είναι το DNA;

Το DNA είναι το ακρωνύμιο του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Μπορούμε να πούμε ότι το DNA είναι το δομικό στοιχείο όλων των ζωντανών όντων, περιέχει όλα τα γονίδια απαραίτητα για την παραγωγή πρωτεϊνών, απαραίτητων μορίων για τη λειτουργία του σώματός μας.

Το DNA περιέχει το κληρονομικό μας υλικό, το οποίο μας κάνει αυτό που είμαστε, κανένα άτομο δεν έχει το ίδιο DNA με ένα άλλο: κάθε άτομο έχει έναν μοναδικό κωδικό που περιέχεται στο μακρύ μόριο DNA. Οι πληροφορίες που περιέχονται στο DNA μεταβιβάζονται από γονέα σε παιδί και περίπου το μισό DNA ενός παιδιού είναι πατρικής προέλευσης και το άλλο μισό είναι μητρικό.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Γενετική και συμπεριφορά: Τα γονίδια καθορίζουν πώς ενεργούμε;"

Δομή του DNA

Το DNA περιγράφεται ως ένα πολυμερές νουκλεοτιδίων, δηλαδή μια μακριά αλυσίδα που αποτελείται από μικρά μόρια.

Τα νουκλεοτίδια είναι οι θεμελιώδεις μονάδες του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA). Κάθε νουκλεοτίδιο μπορεί να χωριστεί σε τρία μέρη: έναν υδατάνθρακα (2-δεοξυριβόζη), μια αζωτούχα βάση και μια φωσφορική ομάδα (που προέρχεται από φωσφορικό οξύ).

Τα νουκλεοτίδια διακρίνονται από την αζωτούχα βάση τους, και είναι το όνομα της βάσης που καθορίζεται κατά την παρουσίαση της αλληλουχίας DNA, καθώς τα δύο άλλα συστατικά είναι πάντα τα ίδια. Υπάρχουν τέσσερις διαφορετικές βάσεις:

• Αδενίνη (Α)
• Κυτοσίνη (C)
• Γουανίνη (G)
• Θυμίνη (Τ)

Το DNA παίρνει τη μορφή διπλής έλικας, όταν το βλέπουμε σε τρισδιάστατο επίπεδο. Αποτελείται από δύο αλυσίδες που συγκρατούνται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου., σχηματίζοντας ένα δίκλωνο μόριο. Τα ζεύγη βάσεων σχηματίζουν τη σπείρα που μοιάζει με σκάλα και η ραχοκοκαλιά του φωσφορικού σακχάρου σχηματίζει τις πλευρές στήριξης της έλικας του DNA.

Οι βάσεις ευθυγραμμίζονται με διαδοχική σειρά κατά μήκος της αλυσίδας, κωδικοποιώντας τη γενετική πληροφορία σύμφωνα με το κριτήριο της συμπληρωματικότητας: A-T και G-C. Η αδενίνη και η γουανίνη είναι μεγαλύτερα σε μέγεθος από τη θυμίνη και την κυτοσίνη, καθιστώντας αυτό το κριτήριο συμπληρωματικότητας απαραίτητο για να παραμείνει ομοιόμορφο το DNA.

Κατα δευτερον, Το DNA βρίσκεται στον κυτταρικό πυρήνα των ευκαρυωτών, καθώς και στους χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια. Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς, το μόριο βρίσκεται ελεύθερο στο κυτταρόπλασμα σε ένα σώμα ακανόνιστου σχήματος γνωστό ως νουκλεοειδές. Τέλος, πρέπει να προστεθεί ότι η δομή του DNA διαφέρει μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών κυττάρων. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα έχει γραμμική δομή και τα άκρα κάθε αλυσίδας είναι ελεύθερα. Ωστόσο, στα προκαρυωτικά κύτταρα το DNA περιέχεται σε έναν μακρύ, κυκλικό διπλό κλώνο.

• Σχετικό άρθρο: "Νουκλεοτίδια DNA: τι είναι, χαρακτηριστικά και λειτουργίες"

Σε τι χρησιμεύει το DNA;

Το DNA έχει τρεις κύριες λειτουργίες στο σώμα: αποθήκευση πληροφοριών (γονίδια και πλήρες γονιδίωμα), παραγωγή πρωτεϊνών (μεταγραφή και μετάφραση) και διπλό για να διασφαλιστεί ότι οι πληροφορίες μεταβιβάζονται στα θυγατρικά κύτταρα κατά τη διαίρεση κινητό τηλέφωνο.

Οι πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή και τη διατήρηση ενός οργανισμού αποθηκεύονται στο DNA, το οποίο περνά από τον γονέα στο παιδί. Το DNA που μεταφέρει αυτές τις πληροφορίες ονομάζεται γονιδιωματικό DNA και το σύνολο των γενετικών πληροφοριών ονομάζεται γονιδίωμα. Έχουμε περισσότερα από δύο μέτρα DNA και οι πυρήνες μας είναι πολύ μικρότεροι: Το DNA οργανώνεται σε συμπαγή μόρια που ονομάζονται χρωματίνη, τα οποία αντιστοιχούν στη σύνδεση DNA, RNA και πρωτεϊνών. Στη συνέχεια, η χρωματίνη συναρμολογείται σε χρωμοσώματα, εξαιρετικά οργανωμένες δομές που επιτρέπουν τις κυτταρικές διαιρέσεις.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Τα πιο σημαντικά κυτταρικά μέρη και οργανίδια: μια επισκόπηση"

Οι κατηγορίες και τα μέρη του DNA

Το DNA μπορεί να χωριστεί σε δύο μεγάλες κατηγορίες: το μη κωδικοποιητικό DNA και το κωδικοποιητικό DNA. Ας δούμε τις συγκεκριμένες λειτουργίες του.

1. Το κωδικοποιητικό DNA

Δεν μπορούμε να μιλήσουμε για κωδικοποίηση DNA χωρίς να μιλήσουμε για γονίδια. Ένα γονίδιο είναι ένα τμήμα του DNA που επηρεάζει ένα χαρακτηριστικό ή ένα χαρακτηριστικό ενός οργανισμού.όπως το χρώμα των ματιών ή η ομάδα αίματος. Τα γονίδια έχουν περιοχές κωδικοποίησης που ονομάζονται ανοιχτά πλαίσια ανάγνωσης, καθώς και τμήματα του έλεγχος που ονομάζεται ενισχυτές και προαγωγείς που επηρεάζουν την περιοχή κωδικοποίησης αντιγράφω. Η συνολική ποσότητα πληροφοριών που περιέχεται στο γονιδίωμα ενός οργανισμού ονομάζεται γονότυπος.

Το DNA έχει τις πληροφορίες για την παραγωγή πρωτεϊνών, οι οποίες ονομάζονται εργάτες του οργανισμού και που εκτελούν ένα πλήθος λειτουργιών. Μερικές πρωτεΐνες είναι δομικές, όπως οι πρωτεΐνες των μαλλιών ή του χόνδρου, ενώ άλλες είναι λειτουργικές, όπως τα ένζυμα.

Το σώμα χρησιμοποιεί 20 διαφορετικά αμινοξέα για να παράγει περίπου 30.000 διαφορετικές πρωτεΐνες.. Το μόριο DNA πρέπει να πει στο κύτταρο τη σειρά με την οποία πρέπει να ενωθούν τα αμινοξέα.

Η κληρονομικότητα καθορίζει ποιες πρωτεΐνες θα παραχθούν, χρησιμοποιώντας το DNA ως σχέδιο για την κατασκευή τους. Μερικές φορές αλλαγές στον κώδικα του DNA (μεταλλάξεις) θα κάνουν τις πρωτεΐνες να μην λειτουργούν σωστά, προκαλώντας ασθένεια. Άλλες φορές, ωστόσο, οι αλλαγές κώδικα θα προκαλέσουν ευεργετικές αλλαγές στα άτομα, τα οποία στη συνέχεια θα μπορούν να προσαρμοστούν καλύτερα στο περιβάλλον τους.

Ένα γονίδιο έχει DNA που διαβάζεται και μετατρέπεται σε ουσία αγγελιαφόρου RNA. Αυτό το RNA μεταδίδει πληροφορίες μεταξύ του DNA του γονιδίου και του μηχανισμού που είναι υπεύθυνος για την παραγωγή πρωτεϊνών.. Το RNA λειτουργεί ως προσχέδιο για τα μηχανήματα παραγωγής, έτσι ώστε τα αμινοξέα να διατάσσονται και να συνδέονται με τη σωστή σειρά για να δημιουργήσουν μια πρωτεΐνη.

Αν και η μεταγραφή σε πρωτεΐνες είναι ο βασικός ρόλος του DNA. Το κεντρικό δόγμα της βιολογίας DNA → RNA → πρωτεΐνη έχει αποδειχθεί λάθος και στην πραγματικότητα υπάρχουν πολλαπλές διαδικασίες που επηρεάζουν και μεταφέρουν πληροφορίες. Ορισμένοι ιοί χρησιμοποιούν RNA ως αρχικό υλικό (ιοί RNA) και η διαδικασία των πληροφοριών που ρέουν από το RNA στο DNA είναι γνωστή ως αντίστροφη μεταγραφή ή αντίστροφη μεταγραφή DNA. Υπάρχουν επίσης μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες RNA που δημιουργούνται με τη μεταφορά αλληλουχιών DNA στο RNA, και αυτές μπορούν να έχουν μια λειτουργία χωρίς να μετατραπούν σε πρωτεΐνες.

• Σχετικό άρθρο: "Τι είναι ο γενετικός κώδικας και πώς λειτουργεί;"

2. μη κωδικοποιητικό DNA

Περίπου το 90% του γονιδιώματος ενός ατόμου δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες.. Αυτό το τμήμα του DNA ονομάζεται μη κωδικοποιητικό DNA. Το DNA μπορεί εννοιολογικά να χωριστεί σε δύο κατηγορίες, τα γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες και τα μη γονίδια. Σε πολλά είδη, μόνο ένα μικρό μέρος του DNA κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες - τα εξόνια - και αποτελούν μόνο περίπου το 1,5% του ανθρώπινου γονιδιώματος.

Το μη κωδικοποιητικό DNA, γνωστό και ως ανεπιθύμητο DNA, είναι το DNA που δεν κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη: αλληλουχίες όπως εσώνια, ανασυνδυασμοί ιών κ.λπ. Μέχρι πρόσφατα, αυτό το DNA θεωρούνταν άχρηστο μέχρι που πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι αυτό δεν ισχύει. Αυτές οι αλληλουχίες μπορούν να ρυθμίσουν την έκφραση γονιδίων καθώς έχουν μια συγγένεια με πρωτεΐνες που μπορούν να συνδεθούν με το DNA και ονομάζονται ρυθμιστικές αλληλουχίες.

Οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει μόνο ένα μικρό ποσοστό όλων των υπαρχουσών ρυθμιστικών αλληλουχιών. Ο λόγος για την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων μη κωδικοποιητικού DNA σε ευκαρυωτικά γονιδιώματα και Οι διαφορές στο μέγεθος του γονιδιώματος μεταξύ διαφορετικών ειδών παραμένουν ένα αίνιγμα στην επιστήμη. παρόν. Αν και όλο και περισσότερες λειτουργίες του μη κωδικοποιητικού DNA γίνονται γνωστές, όπως:

2.1. τα επαναλαμβανόμενα στοιχεία

Τα επαναλαμβανόμενα στοιχεία σε ένα γονιδίωμα είναι επίσης λειτουργικά μέρη ενός γονιδιώματος, αποτελούν περισσότερο από το ήμισυ όλων των νουκλεοτιδίων. Μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο Yale βρήκε πρόσφατα μια μη κωδικοποιητική αλληλουχία DNA που υποτίθεται ότι έχει ρόλο στο να επιτρέπει στους ανθρώπους να αναπτύξουν την ικανότητα χρήσης εργαλεία.

2.2. Τελομερή και Κεντρομερή

Επίσης, ορισμένες αλληλουχίες DNA είναι υπεύθυνες για τη δομή των χρωμοσωμάτων. Τα τελομερή και τα κεντρομερή περιέχουν λίγα ή καθόλου κωδικοποιητικά γονίδια, αλλά είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της δομής των χρωμοσωμάτων μαζί.

23. DNA σε RNA

Ορισμένα γονίδια δεν κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες, αλλά μεταγράφονται σε μόρια RNA: ριβοσωμικό RNA, RNA μεταφοράς και παρεμβαλλόμενο RNA (RNAi).

2.4. εναλλακτική σύνδεση

Η διάταξη των ιντρονίων και των εξονίων σε ορισμένες γονιδιακές αλληλουχίες είναι σημαντική γιατί επιτρέπει εναλλακτικό μάτισμα του προ-αγγελιοφόρου RNA, δημιουργώντας διαφορετικές πρωτεΐνες από το ίδιο γονίδιο. Χωρίς αυτή την ικανότητα, το ανοσοποιητικό σύστημα δεν θα υπήρχε.

2.5. Ψευδογενείς

Ορισμένες μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες DNA προέρχονται από γονίδια που έχουν χαθεί στην πορεία της εξέλιξης. Αυτά τα ψευδογονίδια μπορεί να είναι χρήσιμα επειδή μπορούν να δημιουργήσουν νέα γονίδια με νέες λειτουργίες.

2.6. μικρά τμήματα DNA

Άλλες μη κωδικοποιητικές αλληλουχίες DNA προέρχονται από την αντιγραφή μικρών τμημάτων DNA, οι οποίες Είναι επίσης χρήσιμο επειδή η παρακολούθηση αυτών των επαναλαμβανόμενων τμημάτων του DNA μπορεί να βοηθήσει στις μελέτες του φιλογένεια.

συμπέρασμα

Το DNA είναι το μόριο που περιέχει κληρονομικές πληροφορίες στον άνθρωπο. Αυτές οι πληροφορίες, που περιέχονται στο DNA, επιτρέπουν στο κύτταρο να γνωρίζει τη σειρά με την οποία πρέπει να ενωθούν τα αμινοξέα που αποτελούν τις πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες είναι υπεύθυνες για τις περισσότερες λειτουργίες του οργανισμού και ένα πρόβλημα στην παρασκευή τους μπορεί να έχει μεγάλες συνέπειες στην υγεία μας. Ωστόσο, όταν μιλάμε για DNA → RNA → πρωτεΐνη, αναφερόμαστε στο μεγάλο δόγμα της βιολογίας και των γονιδίων, ξεχνώντας το 90% του DNA. Μέχρι πρόσφατα, ο ρόλος του DNA, που δεν κωδικοποιεί μια πρωτεΐνη, θεωρούνταν άχρηστος, αλλά μελέτες Πρόσφατα, όλο και περισσότερες συναρτήσεις αυτών των μη κωδικοποιητικών ακολουθιών που καλούνται ρυθμιστικές.