Γονίδιο: η συνταγή της ζωής
της Ιωάννας Στέφου
Στο άρθρο «Τα βασικά συστατικά συστατικά της ζωής: Νουκλεϊκά Οξέα- DNA» καταλάβαμε πως το DNA είναι ο φορέας της γενετικής πληροφορίας. Πλέον προχωράμε σε μία έννοια που τον τελευταίο καιρό υπάρχει και στην καθημερινότητά μας και αυτή δεν είναι άλλη από το περίφημο γονίδιο. Πώς, λοιπόν, σχετίζεται το DNA με τα γονίδια;
Οργάνωση του γενετικού υλικού
Αν φανταστούμε το DNA σαν το βιβλίο συνταγών του οργανισμού μας, τότε το κάθε γονίδιο μαζί με τους ρυθμιστές του είναι μία συνταγή. Οι συνταγές του βιβλίου της ζωής περιέχουν οδηγίες για να φτιαχτούν δύο βασικά μόρια, οι πρωτεΐνες και μόρια RNA.
Αντίστοιχα με την εκτέλεση μιας μαγειρικής συνταγής, η διαδικασία εκτέλεσης μιας γονιδιακής συνταγής αποτελείται από επιμέρους στάδια. Τα βασικά στάδια μεταβίβασης της πληροφορίας ενός γονιδίου προς τον σχηματισμό μιας πρωτεΐνης, αποτελούν τη μεταγραφή, και χρησιμοποιούν ως «μεσάζοντα» ένα μόριο mRNA (αγγελιοφόρο RNA). Στη συνέχεια, το mRNA βγαίνει από τον πυρήνα του κυττάρου, και με τη βοήθεια των ριβοσωμάτων, μεταφράζεται σε πρωτεΐνη. Μόλις η διαδικασία ολοκληρωθεί, ακολουθεί η αναδίπλωση της πρωτεΐνης και η μεταφορά της στον τελικό προορισμό.
Και αυτή η διαδικασία είναι κοινή στους οργανισμούς;
Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πως όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί, είτε αναφερόμαστε σε προκαρυωτικά κύτταρα (κύτταρα χωρίς πυρήνα), είτε σε ευκαρυωτικά κύτταρα, (κύτταρα που διαθέτουν πυρήνα), αποθηκεύουν τις γενετικές τους πληροφορίες οργανωμένες σε γονίδια στο DNA.
Οι ιοί, από την άλλη, μπορεί να φέρουν τη γενετική τους πληροφορία είτε σε μορφή DNA είτε σε μορφή RNA. Οι ιοί φέρουν γονίδια αν και ο αριθμός αυτών είναι πολύ μικρότερος των υπόλοιπων οργανισμών. Καταλαβαίνουμε, λοιπόν, ότι κάθε ζωντανός οργανισμός οργανώνει τις γενετικές του πληροφορίες με τη μορφή γονιδίων.
Science Fact
Ήξερες ότι...
γονίδια υπάρχουν τόσο στα μιτοχόνδρια όσο και στους χλωροπλάστες;
Από τη διπλή έλικα στο χρωμόσωμα
Γνωρίζουμε πως το συνολικό DNA που βρίσκεται στον πυρήνα ενός ανθρώπινου σωματικού κυττάρου έχει μήκος 2 μέτρα (Στάδιο 1). Πώς είναι δυνατόν λοιπόν να βρίσκεται συγκεντρωμένο στον πυρήνα που η διάμετρός του είναι μόλις 6 μm (= 6 × 10^-6 m); Η απάντηση βρίσκεται στην παρακάτω εικόνα.
Τμήματα του DNA, αρχικά, τυλίγονται γύρω από «σφαίρες» οκτώ πρωτεϊνών ιστόνης και σχηματίζονται τα νουκλεοσώματα (Στάδιο 2). Στο επόμενο στάδιο, τα νουκλεοσώματα τυλίγονται μεταξύ τους και πλέον η δομή αυτή ονομάζεται ινίδιο χρωματίνης (Στάδιο 3). Με τη βοήθεια και άλλων πρωτεϊνών, τα ινίδια συσπειρώνονται ακόμα περισσότερο. Τα χρωμοσώματα, όταν το κύτταρο βρίσκεται στη φάση που διαιρείται, λαμβάνουν τον μέγιστο βαθμό συσπείρωσης και γίνονται ευδιάκριτα στο μικροσκόπιο. Το χαρακτηριστικό αυτό βρίσκει εφαρμογή στην κατασκευή καρυότυπου, δηλαδή στην απεικόνιση των χρωμοσωμάτων σε ζεύγη από το μεγαλύτερο στο μικρότερο με βάση το μήκος τους.
Είναι άξιο θαυμασμού το γεγονός πως κάθε γονίδιο έχει τη δική του συγκεκριμένη θέση στα χρωμοσώματα. Ας σκεφτούμε, για παράδειγμα, ένα βιβλίο συνταγών, είναι δεδομένο πως η συνταγή για το γλυκό του κουταλιού βύσσινο θα βρίσκεται πάντα στη σελίδα 58. Φαντάσου τώρα πως κάθε φορά που επιθυμείς να φτιάξεις γλυκό του κουταλιού βύσσινο, η συνταγή αλλάζει σελίδα! Πόσο πιο δύσκολη, έως και αδύνατη, γίνεται αμέσως η παρασκευή γλυκού του κουταλιού. Έτσι αν η θέση ενός γονιδίου αλλάξει τότε προκαλούνται προβλήματα στην έκφρασή του.
Καθένας μας έχει από δύο αντίγραφα γονιδίων που μας έχουν κληρονομηθεί από τους γονείς μας κατά τη γονιμοποίηση του ωαρίου από το σπερματοζωάριο! Ακόμα, ο άνθρωπος διαθέτει 20.000 με 25.000 γονίδια που είναι περισσότερα από αυτά της κότας (16.000) αλλά λιγότερα του κρεμμυδιού (100.000)! Καταλαβαίνουμε λοιπόν πως η πολυπλοκότητα ενός οργανισμού δεν είναι πάντα ανάλογη του αριθμού των γονιδίων.
Science Fact
Ήξερες ότι...
το 99% των γονιδίων των ανθρώπων είναι παρόμοιο!
Το γεγονός πως είμαστε διαφορετικοί οφείλεται σε αυτό το 1% των γονιδίων που μας χαρίζουν τα μοναδικά χαρακτηριστικά μας.
Γονίδια στην πράξη…
Τελικά εμάς πώς μας επηρεάζουν τα γονίδιά μας; Είναι εύκολο να πούμε πως τα γονίδια αποτελούν και την ταυτότητά μας, πράγμα στο οποίο βασίζονται και μέθοδοι ανίχνευσης στον τομέα της εγκληματολογίας.
Το χρώμα των ματιών μας; Βασίζεται στα γονίδια που κληρονομήσαμε από τους γονείς μας. Η ομάδα αίματος; Βασίζεται στα γονίδια που κληρονομήσαμε από τους γονείς μας. Αν θα πάσχουμε από κάποιου είδους αναιμία; Βασίζεται στα γονίδια που κληρονομήσαμε από τους γονείς μας. Το σχήμα των μαλλιών μας;…
Τι να θυμάσαι:
Τα γονίδια είναι τμήματα DNA που περιέχουν την πληροφορία για να φτιαχτεί μία πρωτεΐνη.
Σε όλους τους οργανισμούς, το γενετικό υλικό οργανώνεται σε γονίδια.
Οι άνθρωποι, διαθέτουμε τουλάχιστον δύο αντίγραφα γονιδίων στον πυρήνα, το ένα αντίγραφο κληρονομείται από τη μητέρα, ενώ το άλλο από τον πατέρα.
Τα γονίδια καθορίζουν τα περισσότερα χαρακτηριστικά μας.
Για περισσότερες πληροφορίες, τσέκαρε εδώ:
Campbell, N. A., Μοσχονάς, Ν. Κ., & Κοκκορόγιαννης, Θ. (2013). Βιολογία. Ηράκλειο: Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης.
Chromosomes and DNA Packaging. (30 Δεκεμβρίου, 2020). Ανακτήθηκε από: https://courses.lumenlearning.com/suny-wmopen-biology1/chapter/chromosomes-and-dna-packaging/
Villaseñor, R., & Baubec, T. (2021). Regulatory mechanisms governing chromatin organization and function. Current Opinion in Cell Biology, 70, 10–17. doi:10.1016/j.ceb.2020.10.015
Παπαδοπούλου, Δ. (2017). Πως λειτουργεί το σώμα μας. Αθήνα: Κλειδάριθμος
The Editors of Encyclopaedia Britannica. (2019). Gene. Encyclopædia Britannica. Ανακτήθηκε στις 30 Δεκεμβρίου, 2020 από: https://www.britannica.com/science/gene
Λίγα λόγια για την Ιωάννα Στέφου...
«Είμαι φοιτήτρια του τμήματος Βιολογικών Εφαρμογών και Τεχνολογιών του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων.
Το ενδιαφέρον μου για τον τρόπο που λειτουργεί η φύση και κυρίως ο κόσμος του κυττάρου ξεκίνησε νωρίς, γεγονός που με ώθησε και σε αυτό το πεδίο σπουδών.
Μελλοντικά θα ήθελα να ασχοληθώ με την υποβοηθούμενη αναπαραγωγή.
Παράλληλα, απολαμβάνω τη φύση γύρω μου φωτογραφίζοντας λεπτομέρειες των φυτικών οργανισμών του κοντινού πεδινού οικοσυστήματος.»