Πώς από το DNA «φθάνουμε» στην πρωτεΐνη;
Οι πρωτεΐνες είναι τρόπον τινά τα «εκτελεστικά» μόρια, που καθορίζουν την ανάπτυξη του σώματός μας, αλλά και την εν γένει λειτουργία του. Η δομή τους εξαρτάται από τη δομή του DNA.
Στο σημείο αυτό θα πρέπει να αναφερθούμε στο κλασσικό σχήμα της «ροής της γενετικής πληροφορίας», το οποίο απεικονίζεται παρακάτω:
• Το DNA μέσω της διαδικασίας, που ονομάζεται αντιγραφή «διπλασιάζεται», ώστε να διαμοιραστεί εξίσου μεταξύ των δύο κυττάρων, που θα προκύψουν από την κυτταρική διαίρεση
• Το DNA μεταγράφεται σε ένα παρόμοιο μόριο, το οποίο ονομάζεται RNA.
• Το RNA μεταφράζεται σε πρωτεΐνες, που είναι τα μόρια, τα οποία ρυθμίζουν τη λειτουργία του κυττάρου και κατ’ επέκτασιν και ολόκληρου του οργανισμού.
Επομένως, το RNA λειτουργεί ως ένας «ενδιάμεσος» μεταξύ του DNA και της σύνθεσης της πρωτεΐνης.
Πριν προχωρήσουμε παρακάτω, ας δούμε τα είδη του RNA…
Υπάρχουν 4 είδη RNA:
• το mRNA (messenger RNA), το αγγελιοφόρο RNA, στο οποίο είναι «εντυπωμένη» η πληροφορία, με βάση την οποία τελικά θα συντεθεί η πρωτεΐνη.
• το rRNA (ribosomal RNA), το ριβοσωμικό RNA, το οποίο αποτελεί δομικό συστατικό των σωματιδίων του κυττάρου, που ονομάζονται ριβοσώματα και αποτελούν την έδρα της πρωτεϊνοσύνθεσης.
• το tRNA (transfer RNA), το μεταφορικό RNA, το οποίο συνδέεται με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ και το μεταφέρει στην έδρα της πρωτεϊνοσύνθεσης. Εδώ θα πρέπει να τονισθεί, πως το κάθε είδος tRNA μεταφέρει ένα μόνον είδος αμινοξέως και μόνον αυτό!
• το snRNA (small nuclear RNA), το μικρό πυρηνικό RNA, το οποίο συμμετέχει σε μία διαδικασία «ωρίμανσης» του mRNA, πριν την έναρξη αυτής καθαυτής της μετάφρασης.
Το mRNA και ο γενετικός κώδικας
Το mRNA συντίθεται στον πυρήνα του κυττάρου. Στη συνέχεια μεταφέρεται στο κυτταρόπλασμα, όπου θα λάβει χώρα και η διαδικασία της μετάφρασης, τελικό προϊόν της οποίας είναι ένα πεπτίδιο. Το πεπτίδιο είναι μία αλυσίδα από μόρια, που ονομάζονται αμινοξέα. Στη συνέχεια περισσότερα πεπτίδια συνδέονται μεταξύ τους και έτσι δημιουργείται μία πρωτεΐνη, ενώ κάποιες πρωτεΐνες αποτελούνται από ένα και μόνον πεπτίδιο.
Παρατηρώντας τη δομή του mRNA, όπως αυτή απεικονίζεται σχηματικά παρακάτω, βλέπουμε, πως αυτό αποτελείται από μία σειρά νουκλεοτιδίων, καθένα εκ των οποίων έχει και μία αζωτούχο βάση, που το χαρακτηρίζει (Αδενίνη, Ουρακίλη, Κυτοσίνη, Γουανίνη – συμβολίζονται αντίστοιχα με τα γράμματα A, U, C, G). Η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων αυτών καθορίζεται από τη σειρά του τμήματος του DNA, από το οποίο μεταγράφηκε το συγκεκριμένο τμήμα mRNA.
Η αλληλουχία των βάσεων πάνω στο μόριο του mRNA καθορίζει και την αλληλουχία των αμινοξέων πάνω στο πεπτίδιο, που αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο mRNA.
Γενετικός κώδικας ονομάζεται ο κώδικας, βάσει του οποίου τα νουκλεοτίδια του mRNA αντιστοιχίζονται με τα αμινοξέα των πεπτιδίων.
Τα αμινοξέα όμως, που συνδυάζονται, προκειμένου να συντεθούν τα διάφορα πεπτίδια είναι 20, ενώ οι βάσεις του mRNA είναι 4. Επομένως, δεν θα ήταν δυνατόν κάθε αμινοξύ να αντιστοιχεί σε μία βάση. Για το λόγο αυτό θα πρέπει περισσότερα νουκλεοτίδια να συνδυαστούν μεταξύ τους προκειμένου να καθορίσουν κάποιο αμινοξύ.
Αν συνδυαζόντουσαν τα νουκλεοτίδια ανά δύο προκειμένου να καθορίσουν ένα αμινοξύ, τότε οι διαθέσιμοι συνδυασμοί θα ήταν μόνον 16 ( δηλαδή 42). Μόνον αν συνδυαστούν 3 νουκλεοτίδια για κάθε αμινοξύ, προκύπτει επαρκής αριθμός συνδυασμών, δηλαδή 64 (από 43). Ο συνδυασμός των τριών αυτών νουκλεοτιδίων ή αλλιώς η «τριπλέτα» των νουκλεοτιδίων του mRNA ονομάζεται κωδικόνιο.
Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του Γενετικού Κώδικα;
Στον παρακάτω πίνακα απεικονίζεται ο Γενετικός Κώδικας. Στον πίνακα αυτόν το κάθε αμινοξύ συμβολίζεται με μία τριάδα γραμμάτων (π.χ. το αμινοξύ Μεθειονίνη συμβολίζεται με το Met, η Λευκίνη με το leu κ.ο.κ. ).
Τα βασικά χαρακτηριστικά του Γενετικού Κώδικα έχουν ως εξής:
• είναι κώδικας τριπλέτας (μία τριάδα νουκλεοτιδίων κωδικοποιεί – αντιστοιχεί – σε ένα και μόνον ένα αμινοξύ)
• είναι συνεχής (το mRNA «διαβάζεται» συνεχώς ανά τρία νουκλεοτίδια, χωρίς να παραλείπεται κάποιο νουκλεοτίδιο)
• είναι μη επικαλυπτόμενος (κάθε νουκλεοτίδιο ανήκει σε ένα μόνον κωδικόνιο)
• είναι σχεδόν καθολικός (όλοι οι οργανισμοί έχουν τον ίδιο γενετικό κώδικα)
• είναι εκφυλισμένος (μόνον τα αμινοξέα Μεθειονίνη και Τρυπτοφάνη κωδικοποιούνται από ένα κωδικόνιο, τα υπόλοιπα 18 κωδικοποιούνται από 2 έως και 6 διαφορετικά κωδικόνια. Τα κωδικόνια, που κωδικοποιούν το ίδιο αμινοξύ ονομάζονται συνώνυμα)
• έχει κωδικόνιο έναρξης και κωδικόνιο λήξης (το κωδικόνιο έναρξης σε όλους του οργανισμούς είναι το AUG και αντιστοιχεί στο αμινοξύ Μεθειονίνη. Τα κωδικόνια λήξης είναι 3: UAG, UGA και UAA. Η παρουσία των κωδικονίων αυτών στην αλυσίδα του mRNA οδηγεί στον τερματισμό της σύνθεσης του πεπτιδίου)
Το μόριο του tRNA
Παρακάτω έχουμε μία σχηματική απεικόνιση ενός μορίου του tRNA.
Στο μόριο αυτό διακρίνουμε δύο άκρα:
• ένα άκρο, στο οποίο συνδέεται το αμινοξύ
• ένα άκρο, στο οποίο εντοπίζεται μία τριπλέτα νουκλεοτιδίων, που ονομάζεται αντικωδικόνιο. Το αντικωδικόνιο είναι και το τμήμα αυτό του μορίου του tRNA, που καθορίζει και ποιο είναι το αμινοξύ, που θα «προσδεθεί» στο συγκεκριμένο μόριο. Κάθε αντικωδικόνιο αντιστοιχεί σε ένα μόνον αμινοξύ.
Η αρχή της συμπληρωματικότητας των νουκλεοτιδίων
Σύμφωνα με την αρχή αυτή δύο νουκλεοτίδια, που βρίσκονται απέναντι το ένα από το άλλο, μπορούν να «συνδεθούν», μόνον αν οι βάσεις τους είναι συμπληρωματικές και συγκεκριμένα:
• Αν το νουκλεοτίδιο RNA έχει Αδενίνη, απέναντί του έχουμε νουκλεοτίδιο RNA με Ουρακίλη
• Αν το νουκλεοτίδιο RNA έχει Ουρακίλη, απέναντί του έχουμε νουκλεοτίδιο RNA με Αδενίνη
• Αν το νουκλεοτίδιο RNA έχει Γουανίνη, απέναντί του έχουμε νουκλεοτίδιο RNA με Κυτοσίνη
• Αν το νουκλεοτίδιο RNA έχει Κυτοσίνη, απέναντί του έχουμε νουκλεοτίδιο RNA με Γουανίνη
Πώς γίνεται η σύνθεση των πεπτιδίων;
Καταρχάς, η σύνθεση των πεπτιδίων λαμβάνει χώρα στα ριβοσώματα.
Έκαστο ριβόσωμα έχει θέση πρόσδεσης για ένα μόριο mRNA και δύο θέσεις πρόσδεσης για δύο μόρια tRNA, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Το ριβόσωμα αρχικά συνδέεται στο μόριο mRNA, όταν «συναντήσει» επ’ αυτού ένα κωδικόνιο έναρξης.
Κατά τη διαδικασία της μετάφρασης έρχεται ένα μόριο tRNA, που φέρει το αντίστοιχο αμινοξύ και συνδέεται μέσω του αντικωδικονίου του με το συμπληρωματικό κωδικόνιο, που εντοπίζεται στο μόριο του mRNA.
Στη συνέχεια δίπλα του έρχεται ένα ακόμα μόριο tRNA φέρον το δικό του αμινοξύ και συνδέεται μέσω του αντικωδικονίου του με το συμπληρωματικό κωδικόνιο, που εντοπίζεται στο μόριο του mRNA.
Τα δύο γειτνιάζοντα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους και το ένα μόριο tRNA «αποσυνδέεται» από το αμινοξύ του και «απομακρύνεται». Τότε το ριβόσωμα «προχωρά» παρακάτω στο μόριο του mRNA και έρχεται το επόμενο μόριο tRNA, το οποίο φέρει το αντίστοιχο αμινοξύ, που είναι συμπληρωματικό στο επόμενο κωδικόνιο. Έτσι το νέο αμινοξύ τίθεται δίπλα στο ήδη υπάρχον και συνδέεται με αυτό.
Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται έως ότου το ριβόσωμα «φθάσει» σε ένα κωδικόνιο λήξης. Τότε η διαδικασία σύνθεσης του συγκεκριμένου πεπτιδίου ολοκληρώνεται.
Στη συνέχεια το πεπτίδιο απελευθερώνεται και αρχίζει η διαδικασία «ωρίμανσής» του, προκειμένου να φθάσουμε στην τελική πρωτεΐνη. Κατά τη διαδικασία αυτή ενδέχεται αυτό να συνδεθεί με έτερο πεπτίδιο ή και με κάποιο άλλο μόριο.
Διαβάστε ακόμα:
– Ας δούμε μερικούς βασικούς όρους της γενετικής
Δρ ΜΕΝΕΛΑΟΣ ΚΩΝ. ΛΥΓΝΟΣ, MSc, PhD
ΜΑΙΕΥΤΗΡ ΧΕΙΡΟΥΡΓΟΣ ΓΥΝΑΙΚΟΛΟΓΟΣ
Master of Science University College London
Διδάκτωρ Μαιευτικής Γυναικολογίας
