| 4η Διάλεξη: Επίσης, να ρίξουμε μια μαθιά και στους μηχανισμούς που προεμπλέκονται στην επιδιόρθωση των λαθών, τα οποία δημιουργούνται κατά τη διαδικασία της γενικής πληροφορίας. Επίσης, να ρίξουμε μια μαθιά και στους μηχανισμούς που προεμπλέκονται στην επιδιόρθωση των λαθών, τα οποία δημιουργούνται κατά τη διαδικασία της γενικής πληροφορίας. Επίσης, να ρίξουμε μια μαθιά και στους μηχανισμούς που προεμπλέκονται στην επιδιόρθωση των λαθών, τα οποία δημιουργούνται κατά τη διαδικασία της αντιγραφής του γενικού υλικού ή ακόμα και κατά τη διαδικασία ζωής του κυτάρου. Τα κύρια σημεία της ομιλίας θα είναι τα παρακάτω. Θα μιλήσουμε λοιπόν για το μηχανισμό της αντιγραφής του DNA, για το πώς ξεκινάει, ποιος είναι ο μηχανισμός της αντιγραφής και τα έζιμα τα οποία μπλέκονται σε αυτή τη διαδικασία. Θα μιλήσουμε λίγο για τις μεταλλάξεις, θα δώσουμε δύο στοιχεία, την επιδιόρθωση των μεταλλάξεων και των λαθών που δημιουργούνται κατά την αντιγραφή και θα μιλήσουμε λίγο για το πόλεμο το οποίο υπάρχει στα άκρα των χρωμοσώματων και τα μιλάμε για άκρα φυσικά, μιλάμε για τα αφιεριωτικά χρωμοσώματα γιατί το προαφιεριωτικό DNA είναι κυλιγό και θα δούμε και τον ρόλο ενός πολύ σημαντικού ενζύμου, της θελομεράσης. Αλλά ξεκινήσουμε από την αρχή. Καταρχάς πρέπει να καταλάβουμε ότι ο μηχανισμός της αντιγραφής του DNA βρίσκεται στην ίδια αντιδομή, δηλαδή στη συμπληρωματικότητα των βάσεων του. Λοιπόν, όπως είπαμε, το DNA είναι ένα δίκλωνο μόριο, το οποίο αποτελείται από δύο αντιπαράλληλες αλυσίδες, οι οποίες περιέχουν βάσεις, αυστοίς δούλειες βάσεις, οι οποίες σε ζευγαρώνουν μεταξύ τους μετεσμούς συντρογών. Γιατί αυτό είναι σημαντικό. Γιατί αυτό μας λέει ότι υπάρχει μια δυνατότητα εκλεκτικού ζευγαρώματος, ενός νοικλοτηδίου, το οποίο περιέχει φυσικά το κάθε νοικλοτηδίδιο μια αζουτούχα βάση, με έναν μονόκλωνο κλώνο αυτού του DNA, το οποίο χρησιμεύει σαν μήτρα. Άρα καταλαβαίνουμε εδώ το εξής, ότι για να γίνει αντιγραφή του DNA, θα το δούμε και παρακάτω, το DNA, το δίκλωνο, θα πρέπει να αποδιαταχθεί σε δύο απλές αλυσίδες και κάθε μία από τις δύο αλυσίδες μπορεί να χρησιμεύει σαν μήτρα, για τη σύνθεση ενός συμπληρωματικού κλώνου. Από αυτό τι καταλαβαίνουμε. Καταλαβαίνουμε ότι στο τέλος αυτής διαδικασίας, αφού έχει αντιγραφεί το DNA και έχει διπλασιαστεί, πάλι το DNA φυσικά θα αποτελείται από ένα δίκλωνο μόριο, αλλά τα δύο αισθητικά αυτού του κλώνου είναι διαφορετικά. Η αλυσίδα μήτρα έχει παραμείνει ως ήταν στην αρχή και η καινούργια η αλυσίδα είναι πλέον ζευγαρωμένη με κάθε μία από τις δύο αλυσίδες μήτρα. Λοιπόν, αυτός ο μηχανισμός της αντιγραφής λέγεται ημιστηρητικός. Αλλά να ξεκινήσουμε πάλι από την αρχή, για να γίνει ο μηχανισμός αυτός, για να γίνει η αντιγραφή του DNA πρέπει πρώτα η διπλή έλικα του DNA να ξετυπλώσει. Εδώ την βλέπουμε να ξετυπλώνει και βλέπουμε πώς δημιουργούνται οι δύο καινούργιοι κλόνοι μετά την αντιγραφή. Και αυτό που καταλαβαίνουμε είναι ότι η σύνδεση του DNA εδώ, στον κάθε ένα από τους δύο κλόνους, γίνεται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Γιατί, όπως είπαμε, οι δύο αλυσίδες του DNA έχουν αντιπαράλληλη φορά. Λοιπόν, αυτό το ίδιος ο μηχανισμός λέγεται ημιστηριδικός και τι σημαίνει ημιστηριδικός. Ότι όταν έχουμε δύο καινούργια μόρια, το κάθε ένα από τα δύο καινούργια μόρια αποτελείται από μια παλιά λυσίδα και μια καινούργια λυσίδα, οι οποίοι φυσικά ζευγαρώνουν. Όλα αυτά είναι πολύ ωραία, αλλά στη διολογία δεν πιστεύουμε τίποτα, δεν μπορούμε να το αποδείξουμε. Πώς μπορούμε λοιπόν να αποδείξουμε ότι ο μηχανισμός αντιγραφής του DNA είναι ημιστηριδικός. Αυτό αποδείχθηκε με ένα πάρα πάρα πολύ απλό πείραμα, το οποίο βασίστηκε βασικά στην ικανότητα του DNA να σχηματίζει μια πολύ καθαρή ζώνη όταν φυγοκεντρείται σε διαλύματα χλωριούχου και σίου αυξανόμενης πυκνότητας. Λοιπόν, επόμενος, αν μεγαλώσουμε ένα βακτήριο, για παράδειγμα το κολοβακτηρίδιο και την αισερήσαια κόλλη, σε ένα θερπικό υλικό το οποίο περιέχει το κανονικό ισότοπο του αζότου, το αζο-14, και απομονώσουμε τον DNA και κάνουμε μια φυγοκεντή, τότε το βλέπουμε αυτό το DNA να σχηματίζει μια πολύ ωραία στυβάδα κάπου στο πάνω μέρος του σωλήνα. Το DNA είναι το ελαφρύ DNA, γιατί το έχουμε μεγαλώσει το ελαφρύ αζότου. Και γιατί ελαφρύ αζότου, γιατί υπάρχουν πιο βαριά ισότοπα του αζότου, όπως το αζο-15. Και τι θα γίνει αν μεγαλώσουμε τα E-coli σε ένα θερπικό υλικό το οποίο περιέχει αζο-15, τότε το DNA του θα είναι βαρύ και αν επαναλάβουμε την ίδια διαδικασία εκ κύλις και φυγοκεντής, τότε το DNA τώρα είναι βαρύ, δηλαδή σχηματίζει μια πολύ ωραία στυβάδα, αλλά αυτή φορά κοντά στον πάτο του σωλήνα. Πώς μας βοηθάει αυτό να καταλάβουμε ότι ο μηχανισμός είναι μυστηριδικός. Αν λοιπόν αυτά τα βακτηρία τα οποία έχουν ανατυχθεί σε βαρύ αζότου, τα πάρουμε και τα μεγαλώσουμε μόνο για μία κυταρική διέρεση, τα βάλουμε με έναν διπλασέσιο μία φορά, δηλαδή να αντιγράψεις το DNA τους μόνο μία φορά. Και μετά απομονώσουμε το γενετικό τους λυκό, το DNA τους και επαναλάβουμε τη διαδικασία, τότε τι βλέπουμε. Βλέπουμε ότι υπάρχει μία ζώνη, μόνο μία, με ενδιάμεση πυκνότητα. Αυτό τι μας λέει, ότι υπάρχει το μισό DNA είναι μαρκαρισμένο ελαφριάζοτο και το άλλο μισό με βαρύ. Άρα η πυκνότητα είναι ενδιάμεση. Αλλιώς τι θα μπορούσε να γίνει, αλλιώς θα μπορούσε να πει κανείς, ότι αν όλο το βαρύ DNA χρησιμεύε σαν μύτρα για τη σύνθεση ενός καινούριου μωρίου DNA, τότε μετά από ένα τέτοιο κύκλο αντιγραφής θα περιμέναμε να έχουμε το βαρύ DNA, αυτό ήταν η αλυσίδα μύτρα και ελαφρύ DNA το οποίο ήταν το καινούριο. Αυτό δεν συμβαίνει, αυτό που βλέπουμε είναι ένα μώριο με ενδιάμεση πυκνότητα, το οποίο μας λέει ότι είναι υβρητικό. Και αυτό που δεικνύεται ακόμα περισσότερο, εάν μεγαλώσουμε τα κύτερα για ακόμα ένα κύκλο σε ελαφρύ άζωτο, οπότε τι βλέπουμε, βλέπουμε το DNA να γίνεται ελαφρύ και να μένει και λίγο υβρητικό DNA. Επομένως, η μυστητικός μηχανισμός μας λέει ότι μετά από κάθε αντιγραφή έχουμε μια παλιά αλυσίδα του DNA υβρηδισμένη μαζί με μια καινούρια αλυσίδα που μόλις έχει συντεθεί. Και αυτό εδώ το καταλαβαίνουμε ακόμα καλύτερα όταν δούμε το μηχανισμό της ύθεσης του DNA. Εδώ βλέπουμε το μηχανισμό, βλέπουμε ότι η μία από τις αλυσίδες του DNA, βάλνει κάθε μία από τις δύο, χρησιμείπησαν μήτρα έτσι ώστε η καινούρια αλυσίδα η οποία θα συντεθεί να είναι ακριβώς συμπληρωματική της. Και βλέπουμε εδώ μια νέοστιθέμενη αλυσίδα η οποία πάντα στο τρία άκρο έχει ένα ελεύθερο υδροξύλιο. Αυτό το ελεύθερο υδροξύλιο θα σχηματιστεί ένας εστερικός δεσμός, τον οποίο το λέμε φόσφωτη εστερικό, ο οποίος θα γίνει πως όταν ένα καινούριο νοκλαιοτήδιο, το οποίο είναι συμπληρωματικό με την απέναντι βάση της αλυσίδας μήτρα θα έρθει και θα ζευγαρώσει εδώ με τη βοήθεια ενός σαν ζύμου όπως θα δούμε, θα σχηματίσει ένα φόσφωτη εστερικό δεσμό, ενώ ταυτόχρονα μια πυροφωσφορική ομάδα θα φύγει. Μετά από αυτή τη διαδικασία βλέπουμε ότι η νεοστιθέμενη αλυσίδα είναι κατά μία βάση μεγαλύτερη, αλλά πάντα το ελεύθερο άκρο, το τρία άκρο, είναι ένα υδροξύλιο το οποίο μπορεί να σχηματίσει τον επόμενο φόσφωτη εστερικό δεσμό κτλ. Λοιπόν, όπως είπα και προηγουμένως, η σύνθεση του DNA δεν είναι μία αυτόματη διαδικασία, είναι μία διαδικασία η οποία είναι ενζυμική, δηλαδή καταλήγεται από εξειδικευμένα ένζυμα τα οποία μπορούν και τη φέρουν εις πέρας και τη φέρουν εις πέρας και με ακρίβεια. Ποια είναι τα ένζυμα τα οποία μπλέκονται? Τα ένζυμα αυτά εδώ τα λέμε DNA πολυμεράσεις. Το DNA όπως έχουμε πει είναι ένα πολυμερές, το οποίο αποτελείται από πολλά μονομερί, τα μονομερί ποια είναι? Είναι δε οξυρίβων κλαιοτίδια και τα ένζυμα τα οποία φτιάχνουν αυτό πολυμερές λέγονται DNA πολυμεράσεις. Η πρώτη DNA πολυμεράση τα αυτοποιήθηκε στη δεκαετία του 50 από τον Arthur Kornberg στην Αμερική και την απομόνωσε από το κόλο βακτιρίδιο από την εσαιρήσια κόλλη. Μετά από πολλές και πολύ πλοκιασμένες χημικές μελέτες ο Kornberg αφού καθάρισε τη μία DNA πολυμεράση κατάλαβε χρησιμοποιώντας γενετικά πειράματα ότι αυτή η DNA πολυμεράση δεν ήταν η μόνη. Οπότε κατόπιν καθάρισε και μια δεύτερη DNA πολυμεράση άρα την DNA πολυμεράση που βρήκε πρώτη ήταν όμως η DNA πολυμεράση 1, την άλλη DNA πολυμεράση 2 και στο τέλος είδε ότι το έζιμο το οποίο πραγματικά έκανε τη δουλειά της αντιγραφής του γενετικού υλικού δεν ήταν κανένα από τα δύο αλλά ήταν ένα τρίτο έζιμο η DNA πολυμεράση 3 η οποία είναι και η πιο σπάνια από όλες. Βλέπετε στα πιο μικρά ποσά. Λοιπόν, τι κάνουν οι DNA πολυμεράσες, φτιάχνουν DNA. Αλλά είναι πάρα πολύ εντυπωσιακό ότι τα έζιματα τα οποία εμπλέκονται στην αντιγραφή του γενετικού υλικού δεν μπορούν να ξεκινήσουν μόνο τους. Λοιπόν, επομένως αν δούμε τις DNA πολυμεράσες στη Nikolai βλέπουμε ότι η DNA πολυμεράση 3 η οποία εμπλέκεται στην αντιγραφή μπορεί, όπως είδαμε και προηγουμένως, να προσθέτει νουκλιοτήδια σε ένα ελεύθερο τρίατώνος υδροξύλιο μιας αλυσίδας η οποία έχει ήδη συνδεθεί. Αλλά δεν μπορεί να ξεκινήσει από μόνη της. Επομένως, πώς λύνεται αυτό το πρόβλημα. Αυτό το πρόβλημα λύνεται με τη δράση ενός δευτέρου ενζύμου το οποίο λέγεται πρυμάση το οποίο είναι στην πράξη μια εξυστηνδικευμένη RNA πολυμεράση που φτιάχνει μικρά μωρεία, τα λέμε κινητές, τα οποία αποτελούνται από ρίβο νουκλιοτήδια. Είναι μικρά RNA με γεύθους γύρω στα 10 νουκλιοτήδια. Λοιπόν, αφού η πρυμάση συνθέσει τον εγκινητή, primer στα αγγλικά, τότε και μόνο τότε μπορεί η DNA πολυμεράση 3 στα ηκολάι να έρθει και να συνθέσει το DNA. Επομένως βλέπουμε ότι όταν ξεκινάει η συνδέση του DNA πάντα ξεκινάει με ένα μικρό RNA και μετά συνδέεται το DNA, επομένως κάθε αντίγραφο έχει και ένα RNA στην άκρη. Αυτό το RNA τι θα γίνει, θα παράμενει στο DNA ή θα αλλάξει, θα διορθωθεί, θα απομακρυνθεί. Θα δούμε ότι υπάρχουν εξειδικευμένοι μηχανισμοί που λύνουν αυτό το πρόβλημα. Στα φυλαστικά βλέπουμε ότι και εκεί DNA πολυμεράση δεν μπορεί να ξεκινήσει από μόνη της και αυτό γενικά είναι μια ιδιότητα που πρέπει να την καταλάβουμε για όλες τις DNA πολυμεράσεις. Καμία DNA πολυμεράση δεν μπορεί να ξεκινήσει από μόνη της, denovo που λέμε την αντιγραφή. Όλες χρειάζονται ένα ελεύθερο 3 υδροξύλιο στο οποίο να προσθέτουν γλυοτήρια και να το επεκτείνουν. Στα φυλαστικά όμως βλέπουμε ότι το έζιμο το οποίο εμπλέκεται κυρίως στην αντιγραφή του DNA είναι μια άλλη μορφή της DNA πολυμεράσης, είναι η DNA πολυμεράση Δ. Αυτή φυσικά όπως είπαμε χρειάζεται αν είναι κινητή, αλλά βλέπουμε ότι στα φυλαστικά τα πράγματα είναι λίγο πιο πολύπλογα. Βλέπουμε ότι και εδώ χρειάζεται η πριμάση για να στεθεί ο RNA κινητής, αλλά μετά πρέπει να ξεκινήσει μια άλλη ενδιάμεση DNA πολυμεράση, η πολυμεράση Α, να φτιάξει και ένα μικρό DNA και μετά πάντως αυτό το μικρό DNA θα έρθει η πολυμεράση Δ για να το μεγαλώσει ακόμα περισσότερο. Βλέπουμε ότι υπάρχουν πάρα πολλά κοινά στοιχεία στην αντιγραφή του γεντικού υλικού από κατώτερους οργανισμούς σε ανώτερους, από χαριότες σε ευχαριότες. Οι βασικοί μηχανισμοί είναι ίδιοι, φυσικά υπάρχουν και κάποιες ψηλοδιαφορές. Τώρα, εάν δούμε, όπως είπαμε προηγουμένως, η DNA πολυμεράση αδυνατή να ξεκινήσει στην αντιγραφή από μόνη της, επόμενος υπάρχει μια ανάγκη για οι κινητές, όπως σας είπα. Εδώ βλέπουμε λίγο πιο αναλυτικά τη διαδικασία. Βλέπουμε ότι αφού το δίκλωνο DNA διαχωριστεί και η κάθε μία από τις δύο απλές έλικες μονές, έλικες χρησιμεύσαν μήτρα, τι βλέπουμε είναι διαθέσιμη πλέον, πάνω σε αυτή τη μήτρα πρώτα-πρώτα θα συντεθεί ένα μικρό RNA, όπως είπαμε γύρω στα 10 νοικλοετήδια. Η διαδικασία σύνθεσης αυτού του RNA εκινητή είναι ενζυμική, το ένζυμο το είπαμε, λέγεται πριμάσι, και αφού συντεθεί αυτός ο εκινητής, τότε και μόνο τότε θα έρθει η DNA πολυμεράση να προσθέσει τα δέ οξυρίβο νοικλοετήδια και να αντιγραφεί το γενετικό υλικό. Επομένως αυτή είναι η γενική αρχή της διαδικασίας. Ένα ερώτημα βέβαια το οποίο μπαίνει πάντα είναι, εντάξει, έχουμε μια διαδικασία αντιγραφής του γενετικού υλικού. Αν έχω ένα DNA, αυτή η διαδικασία μπορεί να ξεκινήσει από πουδήποτε ή θα ξεκινήσει σε συγκεκριμένα σημεία, σε ένα γωνιδίωμα, σε ένα χρωμόσομα κτλ. Και αυτό το οποίο γνωρίζουμε τώρα, είναι ότι δεν έχει σημασία αν κοιτάμε στα βακτήρια ή στα θηλαστικά, πάντα η αντιγραφή του DNA ξεκινάει σε συγκεκριμένες αλληλουχίες. Τις συγκεκριμένες αλληλουχίες λέμε σημεία έναρξης της αντιγραφής, στα αγγλικά τα λέμε origins of replication, γι' αυτό τα γράφουμε σαν ori, ori, τα αρχικά τους. Εδώ ας δούμε ένα προκαριοδικό χρωμόσομα, το οποίο είναι κυκλικό. Βλέπουμε ότι υπάρχουν ειδικές αλληλουχίες, οι οποίες αναγνωρίζονται από εξειδικευμένες εναρκτήριες πρωτεΐνες, οι οποίες σε πρώτη φάση τι κάνουν. Ανοίγουν τις δύο αλυσίδες του DNA και σχηματίσουν μια διχάλα. Αυτή η διχάλα, όπως βλέπουμε, σταθεροποιείται και δεν ξανακλείνει με τη βοήθεια κάποιων εξειδικευμένων πρωτεΐνών, οι οποίες συνδέονται μόνο με μονούς κλόνους DNA. Κατόπι, αφού, όπως είπαμε, ανοίξει αυτή η διχάλα, αυτή η φουσκάλα, έρχονται τα ένζιμα τα οποία εμπλέκονται στην αντιγραφή και αντιγράφουν το DNA προς δύο κατευθύσεις, και προς τα αριστερά και προς τα δεξιά. Λοιπόν, βλέπουμε ότι αυτή η διχάλα μεγαλώνει προς όλες κατευθύσεις και το βλέπουμε και στους προκαριώτες αυτό εδώ, αλλά φυσικά το βλέπουμε και στους ευχαριώτες, στους ευχαριστικούς οργανισμούς πρέπει να καταλάβουμε ότι επειδή το χρωμόσωμα τους είναι πολύ μεγαλύτερο σε μέγεθος, σύντομα ότι έχουν πολλαπλά γραμμικά χρωμόσώματα, αυτό το οποίο βλέπουμε είναι ότι υπάρχουν πολλά σημεία ένρξης αντιγραφής σε κάθε χρωμόσωμα και το εντυπασιακό σημείο βέβαια είναι να καταλάβουμε πώς γίνεται ο συγχρονισμός της αντιγραφής του DNA, όταν αυτή η αντιγραφή ξεκινάει σε τόσες πολλές διαφορετικές θέσεις και μες στο ίδιο χρωμόσωμα και σε πολλά χρωμόσωματα του οργανισμού. Παρ' όλα αυτά υπάρχει ειδικός συγχρονισμός και θα δούμε ίσως την πορεία ότι χρειάζεται και η ειδική αδειοδότηση προκειμένου να ξεκινήσει, όπως λέμε, αδειοδότηση, μωριακή αδειοδότηση, προκειμένου να ξεκινήσει αυτή η δεδοκασία της αντιγραφής ουγεντικού υλικού στα ελαστικά και σαυκαριώτες γενικά. Άρα λοιπόν είπαμε ότι υπάρχουν ειδικές αλληλουχίες στις οποίες θα ξεκινήσει η αντιγραφή σε ειδικά σημεία, τα οποία τα λέμε σημεία ένωσης της αντιγραφής. Λοιπόν, αφού ξεκινήσει βέβαια η αντιγραφή για λόγους απλότητας μπορούμε να κοιτάξουμε μια τέτοια αντιγραφική διχάλα και να καταλάβουμε αμέσως-αμέσως ότι υπάρχουν κάποια προβλήματα εδώ. Λοιπόν, και ότι για να αντιγραφούν οι δύο οι κλόνοι πρέπει οπωσδήποτε να χρησιμοποιηθούν διαφορετικοί μηχανισμοί. Βλέπουμε λοιπόν ότι όταν ανοίγει η διχάλα του DNA τότε η σύνθεση των δύο αλυσίδων δεν μπορεί να γίνει προς την ίδια κατεύθεση. Είπαμε, οι αλυσίδες μήτρες είναι αντιπαράλληλες. Άρα και η σύνθεση των νέων κλόνον και αυτοί θα είναι προς αντίδυτες κατευθύνσεις. Και είπαμε επίσης ότι η σύνθεση του DNA πάντα λαμβάνει χώρα προς την κατεύθυνση πέντε προς τρία. Γιατί το τρία άκρο είναι το ελεύθερο ιδροξύλιο πάνω στο οποίο προσθήθηται πάντα το επόμενο κλαιοτήδιο. Πάρα πολύ ωραία. Βλέπουμε λοιπόν ότι ο ένας από τους δύο κλόνους ο οποίος ξεκίνησε από το πέντε άκρο και το τρία του άκρο βλέπει προς τη διχάλα, προς μέσα στη διχάλα. Λοιπόν αυτός ο κλόνος μπορεί συνεχώς να συνεχίσει τη σύνθεση του. Καθώς αυτό το DNA το οποίο βρίσκεται μπροστά ξεδιπλώνει. Κάνει ένα πρόβλημα. Αυτός ο κλόνος λέγεται προπορευόμενος. Τι θα γίνει όμως με τον επόμενο κλόνο. Ο επόμενος κλόνος ουσιαστικά αντιγράφεται σε κατεύθυνση από τη διχάλα προς τα έξω. Αυτό τι μας λέει. Ότι δεν μπορεί η σύνθεση του DNA σε αυτό το κλόνο, το οποίο το λέμε καθυστερημένο, να είναι συνεχής. Σε αυτήν την περίπτωση η αντιγραφή γίνεται κομμάτι κομμάτι. Βλέπουμε εδώ το κομμάτι που έχει στεθεί. Και καθώς αυτή η διχάλα προχωράει και μεγαλώνει, βλέπουμε ότι θα ξεκινήσει η σύνθεση ενός νέου κομματιού DNA. Να το δω. Κατόπιν αφού μεγαλώσει ακόμα περισσότερο η διχάλα θα ξαναξεκινήσει η σύνθεση ενός τρίτου θραύσματος. Και το καθεξής. Λοιπόν, σε αυτό το σημείο πρέπει να καταλάβουμε ορισμένα πράγματα. Άρα, ένα, ο καθυστερημένος κλόνος, η σύνθεση του καθυστερημένου κλόνου είναι ασυνεχής. Και όπως είπαμε γίνεται κομμάτι κομμάτι. Αυτά τα κομμάτια, αυτά τα θραύσματα, τα παρατήρησε πρώτα ένας Ιάπον βιοχημικός ονόματι Ο Καζάκη. Και γι' αυτό τώρα τα λέμε θραύσματα ή κλάσματα Ο Καζάκη. Έχουνε μέγεθος γύρω στις 2.000 ζευγών βάσεων στους προκαριώτες. Είναι πιο κοντά σε θραυρικά κύτρα, πιο μικρά. Αλλά μπορούμε να τα δούμε σαν προϊόντα της αντίδρασης. Τι άλλο πρέπει να καταλάβουμε. Θα πούμε ότι το κάθε θράσμα Ο Καζάκη καθώς δείχνει δεν περιέχει μόνο DNA. Γιατί πάντα όπως είπαμε η σύνθεση του DNA ξεκινάει με τη δράση της πριμάσης. Άρα έχουμε ένα μόριο RNA το οποίο ουσιαστικά είναι συντηγμένο με το DNA το οποίο ξεκινάει να στύχται μετά. Άρα επομένως θα πρέπει να σκεφτούμε ότι σε κάποια φάση αυτά τα RNA θα πρέπει να απομακρυθούν. Θα μιλήσουμε σε λίγο για το μηχανισμό και τα έζιμα τα οποία μπλέκονται στην απομάκρυνση αυτών των RNA εγκινητών που βρίσκονται στα κλάσματα Ο Καζάκη. Αλλά πριν πάμε σε αυτό εδώ ας δούμε διστολική εικόνα. Εδώ απλά βλέπουμε τη μισή διχάλα αλλά είπαμε ότι όταν ανοίγει μια φούσκα, η φούσκα θα έχει δύο διχάλες μία σε κάθε πλευρά. Εδώ το βλέπουμε αυτό εδώ και βλέπουμε μια τέτοια διχάλα αντιγραφής η οποία όπως λέμε είναι ασύμετρη. Οι διχάλες αντιγραφείς είναι ασύμετρες. Γιατί ασύμετρες, γιατί βλέπουμε ας πούμε στον κάτω τον κλώνο, αυτή εδώ η κάτω η αλυσίδα είναι η προπορευόμενη η οποία κατευθύνεται προς τα δεξιά, προς τα δεξιά διχάλα και θα μεγαλώνει συνεχώς. Εδώ βλέπουμε ότι το κάτω μέρος αυτής της φούσκας από την άλλη τη μεριά είναι αποτελείται από κλάσματα οκαζάκι. Ενώ συνεχής κλώνος είναι από την πάνω τη μεριά. Επίσης τι άλλο βλέπουμε, βλέπουμε ότι όσο περνάει ο χρόνος και προχωράει η αντιγραφή, τότε βλέπουμε αυτή η φούσκα να μεγαλώνει, η αντιγραφική διχάλα μεγαλώνει ακόμα περισσότερο και βλέπουμε και οι προπορευόμενοι κλώνοι να επημικύνονται, αλλά και τα κλάσματα οκαζάκι να γίνονται περισσότερα. Φυσικά τα κλάσματα οκαζάκι όπως είπαμε σε κάποια φάση θα συνειδηχθούν, θα ενωθούν το ένα με το άλλο. Να το δούμε αυτό εδώ σε λίγο μεγαλύτερη ανάλυση. Εδώ βλέπουμε ακριβώς ότι η σύνθεση του προπορευομένου κλώνου είναι συνεχής, γιατί πάντα εδώ είναι η DNA πολύ μεράση και πάντα η διχάλα του DNA που βρίσκεται μπροστά της θα ανοίγει και θα δημιουργούνται νέα μονόχλωνα τύματα τα οποία θα χρησιμεύουν σαν μήτρα. Ενώ αντίθετα στον καθυστερημένο κλώνο βλέπουμε ότι η σύνθεση γίνεται από δεξιά προς τα δευτερά, πάντα δημιουργήθηση πέντε προς τρία και έχουμε τη σύνθεση των κλασμάδων ο Καζάκη. Αυτό τι σημαίνει, εδώ βλέπουμε και τα ένζυμα τα οποία μπλέκονται και βλέπουμε γιατί η επιμήκης του DNA στη προπορευόμενη αλυσίδα, στο προπορευόμενο κλώνο είναι πάντα συνεχής, ενώ στον καθυστερημένο κλώνο από τις καθυστερημένες εζημικές μονάδες είναι συνεχής. Φυσικά όπως θα δούμε σε λίγο, απαραίτητη προϋπόθεση για να συμβεί αυτή η αντιγραφή είναι να ανοίξει τη διπλή έλικα του DNA και όπως θα δούμε αυτή η αντικασία είναι ενζυμική, χρειάζονται εξειδικευμένα ένζυμα τα οποία θα ανοίξουν τη διπλή έλικα του DNA σε αυτό το σημείο προκειμένου να επιτρέψουν την DNA πολυμεράση να συνεχίσει το έργο της, δηλαδή την επιμήκυση του προπορευόμενου κλώνο που βλέπουμε εδώ. Εδώ βλέπουμε τα φράζοντα ο καζάκι και τι γίνεται. Βλέπουμε καταρχάς ότι όπως σας είπα δεν μπορεί να ξεκινήσει η σύνθεση ενός κλάσματος ο καζάκι από την DNA πολυμεράση από μόνη της. Χρειάζεται η πριμάση η οποία θα συνθέσει ένα RNA κινητή μικρό, 10 νοκλαιοτύδια, πάνω στον οποίο θα συνεχίσει το έργο της DNA πολυμεράση βάζοντας δέο ξερήβο νοκλαιοτύδια και φτιάχνοντας DNA. Στο τέλος όμως αυτής της διαδικασίας, αν δούμε δύο φράζματα ο καζάκι δίπλα-δίπλα βλέπουμε ότι το κάθε κλάσμα ο καζάκι περιέχει και αυτό το μικρό RNA στο πέντε άγρο του. Αυτό πρέπει να απομακρυνθεί. Πώς γίνεται αυτό εδώ? Τώρα γνωρίζουμε ότι, όπως σας είπα, υπήρχαν όταν ο Kornberg απομόνωσε τις DNA πολυμεράσεις, απομόνωσε την πολυμεράση 1, την 2 και την 3. Τώρα γνωρίζουμε ότι η DNA πολυμεράση 1, όχι η 3, γιατί είναι αυτή που εμπλέκεται στην αντιγραφή, η 1 όμως μπορεί να έρθει και να κάνει δύο πράγματα. Μέσω μιας ενεργότητας που έχει, την οποία τη λέμε πέντε προς τρία έξω νουκλιάση, να απομακρύνει αυτό το RNA από το πέντε άγρο προς το τρία, κατευθυνόμενη μπορεί να απομακρύνει της βάσης να υδρολήσει αυτό το RNA. Ενώ ταυτόχρονα, παράλληλα λοιπόν, με αυτόν τον υδρολυτικό ρόλο, μπορεί να προσθέτει νέα νουκλαιοτύδια σε αυτό το τρία άγρο του DNA, του κλόνου. Το αποτέλεσμα ποιο θα είναι. Το αποτέλεσμα είναι να υδροληθεί ο RNA κινητής, ο οποίος υπήρχε στον χράφονο ακαζάκι και να αντικατασταθεί από DNA. Βέβαια, εξακολουθεί να παραμένει μια τρυπούλα, εντάξει. Βλέπουμε ότι ο πάνω ο κλόνος αποτελείται μεν από DNA, αλλά δεν είναι πλήρως ενωμένος. Και σε αυτό σημείο έρχεται ένα άλλο ένθυμο, μια DNA λιγάς ή δεσμάση, όπως τη λέμε, η οποία παίρνοντας ενέργεια και από το ATP, χρησιμοποιώντας ATP σαν δώτη ενέργειας, ουσιαστικά σχηματίζει έναν φόσφο διαστατικό δεσμό και κλείνει αυτή τη τρύπουλα. Λοιπόν, επομένως με αυτόν τον τρόπο ολοκληρώνεται η απομάκνηση των RNA τιμήματων των κλασμάτων ο Καζάδικη και ολοκληρώνεται η αντιγραφική διαδικασία. Όπως σας είπα όμως, για να γίνει αντιγραφή πρέπει το DNA να είναι μονόκλωνο και το ένθυμο το οποίο παίζει καθοριστικό ρόλο στην αποηλίκωση του DNA λέγεται DNA ελικάση. DNA ελικάση είναι μια εξαμερής πρωτεΐμη που σχηματίζει σαν ένα κουλούρι το οποίο ουσιαστικά αγκαλιάζει τον ένα από τους δύο κλόνους του DNA το οποίο ήδη έχει ανοίξει. Όταν αυτό το κουλούρι έχετε σε επαφή με το δύκλωνο DNA μόνο σε εκείνο το σημείο ενεργοποιείται η ενεργότητά του και συγκεκριμένα η ικανότητά του να αποελικώνει το DNA. Για να αποελικώσει το DNA η ελικάση χρειάζεται ενέργεια την οποία την παίρνει από τη μυδρόληση μωρίων ATP. Λοιπόν, όπως βλέπουμε επίσης μαζί με την ελικάση εμπλέκονται και κάποιες άλλες πρωτεΐνες. Τις είπαμε και προηγουμένως. Τις πρωτεΐνες που συνδέονται με τους μονούς κλόνους. Γιατί είναι πολύ σημαντικό όταν η DNA ελικάση αποελικώνει καταλαβαίνει λεύτη ενέργεια να ανοίξει τους κλόνους του DNA και οι κλόνοι να μην ξανακλείσουν αυτομάτα όπως τα έκλειναν. Αυτό αποφεύγεται με τη σύνδεση πρωτεΐνών που όπως σας είπα συνδέονται στο μονό κλόνο DNA εμποδίζοντας έτσι την επανελικωσή του και δίνοντας χρόνο στην DNA υπολιμεράση να ολοκληρώσει τη δουλειά της. Και την DNA υπολιμεράση η οποία συνθέτει τον προπορευόμενο κλόνο αλλά και στα μόρια της DNA υπολιμεράσης τα οποία συνθέτουν τον καθυστερημένο κλόνο. Βέβαια τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, είναι εξαιρετικά πιο πολύ λιπλόχα. Και αν δούμε εδώ το ένα αντιγραφικό σύμπλοκο βλέπουμε ορισμένα πράγματα. Βλέπουμε ότι το αντιγραφικό σύμπλοκο είναι μια τεράστια σε μέγεθος μονάδα μεγέτους μεγαλύτερη και από ένα ριβοσώμα. Βλέπουμε ότι εδώ βλέπουμε την DNA υπολιμεράση η οποία συνθέτει τον προπορευόμενο κλόνο. Και τι βλέπουμε? Βλέπουμε ότι η υπολιμεράση δεν είναι μόνη της. Είναι συνδεδεμένη σε ένα άλλο πρωτεϊμικό σύμπλοκο το οποίο το λέμε ολιστένοντα συνδετήρα. Ολιστένος συνδετήρας είναι κι αυτός ένα κουλούρι. Ένα σαν ένα κουλούρι το οποίο αγκαλιάζει την αλυσίδα μήτρα του DNA. Με αυτόν τον τρόπο τι πετυχαίνεται? Πετυχαίνεται έτσι ώστε η DNA υπολιμεράση να μην ξεκολλάει εύκολα από το DNA. Αλλά ταυτόχρονα ναι μεν δεν ξεκολλάει αλλά ταυτόχρονα δεν έχει και τριβές που να την εμποδίζουν. Το κουλούρι επειδή περιβάλλει το DNA κρατάει την DNA υπολιμεράση εκεί που πρέπει χωρίς όμως να δημιουργεί πρόβλημα στις τριβών οι οποίες τι αποτέλεσμα θα είχαν. Θα είχαν αποτέλεσμα την καθυστέρηση στην αντίγραφη. Άρα βλέπουμε ένα πολύ έξυπνο σύστημα όπου αυτός το κουλούρι ο αλυσίδητος συνδετήρας βοηθάει την DNA υπολιμεράση στα μπακτήρια για παράδειγμα. Μονορούφι ένα μόριο DNA υπολιμεράση 3 να αντιγράψει ολόχληρο το DNA του μπακτήριου το οποίο είναι γύρω στα 4,5 εκατομμύρια ζεκιβάσεων. Τώρα πρέπει να καταλάβουμε αυτό το κουλούρι ο αλυσίδητος συνδετήρας δεν αποτελείται από μία πρωτενική υπομονάδα αλλά από πολλές οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους. Και βλέπουμε ότι αυτή η σύνδεση, αυτό το φόρτωμα του ολυσίδητος συνδετήρας στο DNA υποβοηθείται από εξειδικευμένα πρωτενικά συμπλογά που κατεθύνουν αυτό συνδετήρα στη σωστή θέση. Και αν αυτό δεν είναι τόσο σημαντικό για το προχωρευόμενο κλωνο, όπου αυτή η δικασία λαμβάνει χώρα μόνο μία φορά είναι εξαιρετικά σημαντικό στον καθυστερημένο κλώνο, όπου όπως είπαμε σχηματίζονται πάρα πολλά κλάσματα ο Καζάκης το ένα μετά το άλλο επομένως κάθε μερικές εκατοντάδες ή το πολύ πολύ χίλιας δύο χιλιάδες βάσεις πρέπει ένας καινούριος συνδετήρας μαζί με μια DNA υπολυμεράση να φορτωθεί προκειμένου να συνεχίσει τη δουλειά που έχει ξεκινήσει όπως είπαμε η πριμάση και να δημιουργεί το άκρο το τρία του εκείνητή του RNA ο οποίος έχει στεθεί από την πριμάση και βλέπουμε ότι όλα αυτά τα συμλόγα ταυτόχρονα είναι σε επαφή και με την ελικάση που βλέπουμε να αποελικώνει το DNA μπροστά αλλά και την πριμάση η οποία διβλέπουμε να ξεκινάει τη σύνθεση ενός εκείνητή RNA για το επόμενο κλασμοκαζάκι φυσικά όταν αυτή η αλυσίδα DNA αποελικώνεται και ξανά αποελικώνεται και ξανά αποελικώνεται από την ελικάση αυτό το οποίο δημιουργείται είναι μια θετική υπερελίκωση μπροστά από το σημείο διάνυξης εάν το κύταρο δεν λάβαινε κανένα μέτρο να λύσει αυτό το πρόβλημα τότε η τάση η οποία θα δημιουργεί το μπροστά σε κάποια φάση θα σταματούσε την ελικάση και την αντιγραφή του DNA αυτό όμως δεν γίνεται και δεν γίνεται γιατί υπάρχουν εξειδικευμένα ένζυμα τα οποία λέγονται τοποισομεράσες τα οποία αποελικώνουν το DNA και ουσιαστικά απομακρύνουν αυτή την τάση η οποία δημιουργείται θα τα δούμε σε λίγο μεγαλύτερη λεπτομέρεια αργότερα και θα δούμε γιατί είναι σημαντικά αυτά τα ένζυμα και για εμάς ως φανακοποιούς Ένα από τα πράγματα που πρέπει να καταλάβουμε στην αντιγραφή είναι ότι πρόκειται για μία από τις πιο σημαντικές διαδικασίες της ζωής γιατί είναι η διαδικασία στην οποία αντιγράφεται το μόριο το οποίο περιέχει όλες οι γενικές πληροφορίες, όλες τις πληροφορίες της ζωής Επομένως, για να μπορεί να υπάρχει ακόμα ζωή σημαίνει ότι αυτό το ένζυμο κάνει τη δουλειά του με πολύ μεγάλη ακρίβεια και πως πετυχαίνει την ακρίβεια δηλαδή λεγόμενη, μήπως επειδή δεν κάνει καθόλου λάθη, αυτό δεν είναι αλήθεια δεν υπάρχει τίποτα το οποίο να είναι απόλυτα ακριβές Αυτό όμως το οποίο μπορεί και έχει η DNA πολυμεράσει είναι ότι μπορεί και διορθώνει τα λάθη της Έχει ένα μηχανισμό ώστε να καταλαβαίνει όταν κάνει λάθη και έχει και ένα μηχανισμό για να διορθώνει αυτά τα λάθη Πώς το κάνει αυτό εδώ? Κατ' αρχάς, όταν γίνεται η σύνθεση του DNA, αν ενσωματωθεί το σωστό δεόξυρή βονοπλαιοτίδιο, τότε έχουμε σχηματισμό μιας καινούργιας διπλής έλικας Εάν κάπου γίνει λάθος, τότε στο σημείο που θα έχει γίνει το λάθος, έχει μπει η λάθος βάση, αυτή η βάση δεν θα είναι ζευγαρωμένη με την απέναντί της Επομένως δημιουργείται μια τοπολογική παραμόρφωση στη διπλή έλικα του DNA, μια δομική ανομαλία Όταν δημιουργείται αυτή η δομική ανομαλία, αυτή γίνεται αισθητή από την DNA πολυμεράση, η οποία τι κάνει, απομακρύνει το DNA Γιατί η DNA πολυμεράση, ας μιλήσουμε για την DNA πολυμεράση 3 το βακτηρίο, έχει δράσει και 3 προς 5 έξω νουκλαιάσεις Δηλαδή μπορεί να ξεκινήσει από το 3 υδροξύλιο και να απομακρύνει ένα μία μία της βάσης Επομένως γυρίζει προς απίσω υδρολίοντας το DNA που έχει φτιάξει και ξαναξεκινάει την προσπάθεια Αν το φτιάχνει σωστά, συνεχίζει. Εάν εσωμαδώσει κάποιο άλλο λάθος, η διαδικασία επαναλαμβάνεται μέχρι να επιδιορθωθεί το λάθος Επομένως βλέπουμε ότι, οι DNA πολυμεράσεις είναι παράξενα έζημα Δεν εμπλέκονται μόνο στη σύνθεση του DNA, στον πολυμερισμό του DNA, αλλά ταυτόχρονα έχουν και δράση νουκλαιάσεις Είτε 3 προς 5 έξω νουκλαιάση, είτε 5 προς 3 έξω νουκλαιάση, το είδαμε προηγουμένως Στην DNA πολυμεράση 1, όταν απομάκρυνε τους εκκινητές που βρίσκονται μπροστά από τα κλάσματα Καζάκη Και τελικά για να πετύχει το στόχο της μια DNA πολυμεράση, πρέπει να συνδυάσει με ακρίβεια και τις τρεις αυτές ιδιώτες Και τις τρεις αυτές ενζυμικές ενεργότητες και μία ακόμα που ιστονόδομα σε λίγο για την DNA πολυμεράση 1 Φυσικά αυτό που είπαμε μέχρι τώρα είναι για λάθη τα οποία γίνονται κατά τη διαδικασία της αντιγράφησης του DNA Η DNA πολυμεράση φτιάχνει DNA ή αν κάνει λάθη θα διορθώνει Στα κύτταρα όμως, ιδιαίτερα στα κύτταρα των θηλαστικών, του ανθρώπου, τα πιο πολλά μας κύτταρα δεν διαιρούνται Ελάχιστα κύτταρα μας διαιρούνται Παρ' όλα αυτά όμως το DNA μέσα στα κύτταρα των θηλαστικών Υφίστηται συνεχώς χημικές προσβολές οι οποίες δημιουργούν διάφορες μεταλλάξεις, διάφορες αλλαγές στη τομή του DNA Και αυτές οι αλλαγές θα πρέπει με κάποιο μηχανισμό να μπορούν να διορθωθούν Να δούμε λίγο ποιες είναι τις πιο κοινές αλλαγές που γίνονται στο DNA, κάποιες τις πιο κοινές λάδες του DNA Βλέπουμε ότι για παράδειγμα μια βάση μπορεί να αποπουρινωθεί Εδώ βλέπουμε για παράδειγμα ότι αυτή η Βουαννίνη μπορεί υπό κάποιες εθνικές να απομακρυνθεί Και αυτό το οποίο μένει στο DNA σε αυτό το σημείο είναι αντί να έχουμε ένα δεοξυρικονοκλωτήδιο, έχουμε ένα αποπουρινωμένο ζάχαρο Τίποτα άλλο Ή μπορεί να έχουμε μια απαμείνωση Βλέπουμε ότι μια κοιτοσύνη μπορεί να χάσει μία μηνοομάδα και να μετατραπεί σε μία δεοξυρουακίλη Αυτό είναι πολύ σημαντικό γιατί αν αυτή η βάση βρίσκεται τώρα σε μια αλυσίδα DNA η οποία θα χρησιμοποιηθεί σαν μήτρα Το απέντενο ντυκλωτήδιο δεν θα είναι G Αλλά θα είναι μία ανδενοσύνη η οποία θα ζεργαρώσει με αυτήν την ουραγκύλη Βλέπουμε ότι σωματώνει ένα λάθος στο DNA Επίσης, τώρα το καλοκαίρι, όπου εκτιθέμεθα πάρα πολύ σε περιοδικές ακτινοβολίας Σε περιοδικές του DNA όπου βρίσκονται δύο θυμήνες δίπλα δίπλα μία με την άλλη Υπάρχει πιθανότητα να σχηματιστούν τα λεγόμενα δίμερη της θυμήνης τα οποία και αυτά προκαλούν δομικές ανομαλίες στο DNA Τι βλέπουμε ο κουμένος, βλέπουμε ότι κάθε στιγμή στη ζωή μας για διάφορους λόγους που μπορεί να είναι περιβαλλοντικοί όπως η βιαχνοβολία, οι ανδογενείς, οξυδοτικοί παράγοντες Το DNA μας καταστρέφεται Άρα δεν θα μπορούσε να υπάρχει ζωή αν δεν υπήρχε κι ένας μηχανισμός επιδιόρθωσης της δομής του DNA ο οποίος να είναι ανεξάρτητος από την αντιγραφία την οποία μιλήσαμε Θα δούμε σε λίγο ότι τα ένζυμα τα οποία εμπλέκονται στην διαδικασία επιδιόρθωσης είναι τα ίδια με αυτά που επιτελούν την αντιγραφή Κατ' αρχάς για να μιλήσουμε για επιδιόρθωση του DNA θα πρέπει πρώτα να καταλάβουμε ότι το κύτρο πρέπει να έχει κάποιους μηχανισμούς με τους οποίους να ελέγχει αν το DNA του έχει υποστεί μια βλάδη Μια βλάδη στο DNA θα προκαλέσει μια δομική ανομαλία Αυτή η δομική ανομαλία θα είναι ένα τοπικό μη ζευγάρωμα στην διπλή έλικα Βλέπουμε ότι αυτές οι αλλαγές μπορούν να ανοιχνευθούν και κατόπιν με συνδυασμό διαφόρων ενζύμων να απομακρωνθεί το νουκλαιοτίδιο το οποίο έχει το πρόβλημα ή τα νουκλαιοτίδια ή μια ολόκληρη περιοχή και να επιδιωθωθεί κατόπιν με τη δράση μιας DNA πολυμεράσης και μιας λιγάσης η οποία θα ενώσει τα DNA Θα δούμε λοιπόν σε λίγο την πιο κοινή επιδιόρθωση το τρόπο επιδιόρθωσης που το λέμε επιδιόρθωση εκτομής Τι γίνεται λοιπόν σε αυτή την δικασία Καταρχάς όταν γίνει μια αλλαγή και έχουμε ένα λάθος νουκλαιοτίδιο απέναντι για παράδειγμα έχουμε μια αποπουρήνωση τότε αφού ανοιχνευτεί αυτή η αλλαγή εξειδικευμένα ένζυμα δημιουργούν μία εκτομή μία τρυπούλα αριστερά και δεξιά από το σημείο όπου υπάρχει το πρόβλημα Κατόπιν εξειδικευμένα ένζυμα θα μπορούσε να είναι η DNA πολυμεράση 1 από μακρύνων με αντιδράσεις των νουκλαιάσεων μια ολόκληρη περιοχή του DNA και την αντικαθιστούν με καινούργιο DNA το οποίο το συνθέτουν η όλη ιδέα είναι ότι αυτή η διαδικασία θα επιδιορθώσει το λάθος και φυσικά αφού γίνεται επιδιορθωση στο τέλος μια λιγάση συγκωλά της εγκοπές εάν για κάποιο λόγο αυτή η διαδικασία αποτύχει να επιδιορθώσει το λάθος το κύτερο καταλαβαίνει πάλι στους μηχανισμούς του ότι δεν το έχει διορθώσει και αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται αν αποτύχει ξανά και περάσει στους απογόνους τότε έχουμε πρόβλημα έχοντας τελειώσει με την αντιγραφή να καταλάβουμε δύο ζητήματα τα οποία έχουν να κάνουν με την τομή του DNA και το πως αυτή επηρεάζει την αντιγραφή χρειάζοντας να καταλάβουμε ότι μέσα στα κύτερα το DNA δεν είναι μια απλή διπλή ελικά αλλά είναι υπερελικομένο, υπερελικομένο τι είναι είναι σαν να παίρνουμε ένα λάστιχο και να τυλίγουμε ακόμα παραπάνω οπότε αυτό αρχίζει και τυλίγεται γύρω από τον εαυτό του επομένως στην πράξη τι πετυχαίνουμε πετυχαίνουμε το DNA να το κάνουμε ακόμα πιο πολύ συμπυκνωμένο και να έτσι ώστε να χωρέσει σε μικρότερο χώρο ταυτόχρονα όμως αυτή η υπερελίκωση μπορεί να είναι είτε αντιστερόστροφη είτε δεξιώστροφη και αυτό που βλέπουμε είναι ότι η υπερελίκωση αυτή εδώ δεν είναι τυχαία μέσα στα κύτρα γίνεται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε να ξεπερνάει την τάση που δημιουργείται όπως είδαμε από την ελικάση που βρίσκεται μπροστά από την DNA πολυμεράση λοιπόν πως το κύτραρο πετυχαίνει αυτή η δικασία δηλαδή πως πετυχαίνει να αποελικώνει το DNA και να δημιουργεί για παράδειγμα μια αρνητική υπερελίκωση μπροστά από κάθε τη χάλα αντιγραφής αυτό πετυχαίνει με τη δράση ειδικών ενζήμων τα οποία αλλάζουν την τοπολογία όπως λέμε το DNA και γι' αυτό λέγονται τόπο εισομεράσης λοιπόν μια τόπο εισομεράση υπάρχουν δύο τύποι τόπο εισομεράσης τύπου 1 και τύπου 2 οι πιο κοινές είναι το ποεσομεράση τύπου 2 ή γυράση στα βακτήρια οι οποίες ουσιαστικά σπάνοντας το DNA σε εξειδικευμένες περιοχές και γυρνώντας το γύρο από τον εαυτό του μία ή περισσότερες φορές μπορούν ουσιαστικά να δημιουργούν όπως είπαμε αυτοίς τις υπερέλικες να δούμε λίγο τη διαφορά μεταξύ το ποεσομεράσης και τις ελικάσεις μια ελικάση τι κάνει παίρνει δύο αλυσίδες του DNA και απλά τις τραβάει και τις διαχωρεί μία με την άλλη και αποελικώνει η τοποεσομεράση δεν κάνει αυτό εδώ σπάνει το DNA και το περιστρέφει τη δίκλωνη αλυσίδα γύρω από την άλλη δημιουργώντας τις υπερέλικες αυτή η υπερελίκοση είναι πολύ σημαντική στην αντιγραφή για πολλούς λόγους ένα είναι ότι ελαττώνει την τάση μπροστά από την αντιγραφική διχάλα αλλά στα βαχτήρια για παράδειγμα έχει και ένα άλλο ρόλο όταν ένα κυκλικό βαχτριακό χρωμόσωμα αντιγράφεται τα τελικά προϊόντα το αντιγραμμένο προϊόν είναι τι τα τελικά δύο κύκλοι οι οποίοι είναι σαν τα θηλύδια που είναι μπλεγμένα το ένα με το άλλο αν παρέμεναν έτσι θα μπορούσαν να διαχωριστούν στους απογόνους η τοποεσομεράση έχει ρόλο και σε αυτό το σημείο σπάνοντας και τις δύο αλυσίδες του ενός DNA και ενώνοντας τις έτσι ώστε να διαχωριστούν τα αντιπλασιασμένα DNA και έτσι ώστε να μπορέσουν να διαχωριστούν και να πάνε στα δυγατρικά κύτερα λοιπόν είναι σημαντικό αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό και από πλευράς βιολογίας αλλά και από πλευράς φαρμακολογίας γιατί μας λέει ότι αν εμείς μπορούμε να δείξουμε ένα φάρμακο το οποίο να αναστείλει επιλεκτικά τοποεσομεράση διβακτηριακή μπορούμε να έχουμε στα χέρια μας ένα πολύ καλό αντιβακτηριακό φάρμακο και φυσικά αυτό ισχύει μια μεγάλη τάξη αντιβιωτικών κοινολώνες ουσιαστικά είναι αναστολής της βακτηριακής γυράσης που είναι η τοποεσομέρας τύπου δύο των νομοπακτηρίων το πρωτότυπο μόριο το πρώτο το οποίο ανακαλύθηκε στη δεκαετία του 60 ήταν τον άλλη εξικό οξύ και τώρα φυσικά έχουμε διάφορους άλλους αναστολείς αυτόν τον εζύμωνο όπως την σύπροφλοξασίνη, ενοξασίνη, λεβοφλοξασίνη κτλ αυτό όμως το οποίο βλέπουμε είναι ότι οι τοποεσομεράσες είναι εξίσου σημαντικές και για τα κύτρα των φυλαστικών και γι'αυτό αρκετές από αυτές χρησιμοποιούνται σαν αντι νεοπλασματικά φάρμακα όπως η αιτοποσύνη, η ρινοτεκάνη, η τοποτεκάνη κτλ γιατί όπως καταλαβαίνετε κύτρα τα οποία όπως τα καρκυνικά τα οποία διαιρούνται πάρα πάρα πολύ γρήγορα χρειάζεται πολύ περισσότερο την τοποεσομεράση να είναι ενεργός απ' ότι θα πλήρως διαφοροποιημένα κύτρα τα οποία συνήθως δεν διαιρούνται παρά ελάχιστα λοιπόν, άρα μιλήσαμε και για τις τοποεσομεράσεις και θα κλείσουμε με το τελευταίο το κομμάτι το οποίο έχει να κάνει κυρίως με την ευκαριοτική αντιγραφή, την αντιγραφή των ευκαριοτικών χρωμοσομάτων και αυτό γιατί, γιατί σε αντίθεση με αυτό το DNA το προκαριοτικό, το οποίο είναι κυκλικό και δεν έχει άγρα οι ευκαριώτες έχουν όπως είπαμε πολλά γραμμικά χρωμοσώματα τα οποία έχουν άκρα αυτά τα άκρα των χρωμοσώματων λέγονται τελωμεροί ή τελωμερίδια είναι εξαιρετικά σημαντικά για τη σταθερότητα του χρωμοσώματος γι' αυτόν τον λόγο το γίταρο παίρνει πάρα πάρα πολλούς προφυλάξεις έτσι ώστε να τα προστατεύσει να τα προστατεύσει από τι? να τα προστατεύσει κατ' αρχάς από έξω νουκλεάσεις που είναι πολύ άθλωνες μέσα στον πυρήνα των ευκαριοτικών γιτάρων αλλά και από άλλες προσβολές λοιπόν για να καταλάβουμε το πως γίνεται αυτή η προστασία και τι χαρακτηριστικό έχουν τα τελωμερίδια να καταλάβουμε λίγο την δομή τους τα τελωμερίδια αποτελούνται από επαναλήψεις της ίδιας μικρής αλληλουιχίας πολλαπτές επαναλήψεις εκατοντάδες φορές ίδια η αλληλουιχία λοιπόν επαναλαμβάνεται πάρα πολλές φορές επομένως εάν δούμε εδώ το άκρο ενός τελωμεριδίου βλέπουμε ότι σχηματίζει αυτό το κύκλο αυτό το σαλιγκάρι και τι βλέπουμε σε αυτή τη δομή βλέπουμε ότι σε κάποιο σημείο το τρία άκρο του χρωμοσώματος εμβυθίζεται σε αυτό το δίκλον ομόριο και σχηματίζει μια τριπλή ελικά αυτό μπορεί να γίνει γιατί όπως είπαμε η αλληλουιχία του DNA σε αυτό το σημείο αποτελείται από πολλές απαναλήψεις οπότε στατιστικά κάπου μπορεί να ζευγαρώσει αυτό και να χωθεί λοιπόν ποιο είναι το αποτέλεσμα μιας τέτοιες δομής μια τέτοια δομή αυτό που κάνει είναι ότι προφυλάσσει και το τρία ελεύθερο άκρο το οποίο όπως είπαμε έχει ένα εντροξύλιο και το πέντε ελεύθερο άκρο DNA το οποίο έχει μια φασφορική ομάδα και είναι πολύ σημαντικό να το προφυλάξουμε γιατί όπως σας είπα ο πυρήνας είναι γεμάτος από έξω νοκλιάσες είτε πέντε τρία είτε τρία πέντε πέρα από αυτό το τρίκλον ομόριο που σχηματίζεται βλέπουμε ότι πάνω στη δελαμερίδια έχονται και συνδέονται πάρα πάρα πολλές εξειδικευμένες πρωτεΐνες όπως για παράδειγμα οι σελτερίνες αλλά και άλλες οι οποίες σκοπό έχουν τι έχουν τη συμπίκνωση του DNA και της χρωματίνης αυτή την περιοχή έτσι ώστε να έχουμε μια έτερο χρωματίνη πάρα πάρα πολύ συμπυκνωμένη και συμπυκνωμένη ιδροχρωματίνη σημαίνει ότι είναι και μη προσβάσιμη άρα λοιπόν άλλες πρωτεΐνες όπως οι εξειδικευμένες όπως μιλήσαμε δεν μπορούν να έχουν προσβασιμότητα σε αυτό το σημείο τι θα γίνει όμως εάν ο αριθμός των επαναλήψεων του DNA για τις οποίες μιλήσαμε που είπαμε ότι είναι εκατοντάδες ελαφτωθεί τότε από ένα σημείο και μετά αυτό το σαλιγκάρι αυτός ο κύκλος δεν μπορεί να σχηματιστεί επομένως πάει να υπάρχει αυτή η προστασία στα άκρα του χρωμοσώματος και αυτό το οποίο γνωρίζουμε τώρα είναι ότι αν το μήκος του αριθμού πέσει κάτω από έναν πολύ συγκεκριμένο αριθμό επαναλήψεων από έναν ελάχιστο αριθμό επαναλήψεων τότε το DNA και τις λόγους τους οποίους είπαμε αρχίζει και σπάει, αποσταθεροποιείται επομένως είναι εξαιρετικά σημαντικό να διατηρήσουμε τον αριθμό των επαναλήψεων στα άκρα του χρωμοσωμικού DNA βέβαια αυτό δεν είναι εύκολο γιατί μετά από κάθε διαδικασία αντιγραφής του DNA τα τελομερίδια χάνουν κάτι από το μήκος τους από που το χάνουν, το χάνουν από την αλληλουχία η οποία απαιτείται για να σχηματιστεί ο RNA η κινητής ο οποίος φυσικά μετά το τέλος της αντιγραφής απομακρύνεται, άρα είναι ένα DNA, ένα χρωμόσωμα διαρρεθεί χάσει ένα κομμάτι ξαναδιαρρεθεί χάσει λίγο ακόμα, ξαναδιαρρεθεί χάσει λίγο ακόμα τότε βλέπουμε ότι μετά από αρκετές κυταρικές διαρρέσεις τα τελομερίδια του αρχίζουν και γίνονται όλο και πιο κοντά, αυτό υπάρχει έτσι κι αλλιώς και μπορούμε και το βλέπουμε βλέπουμε για παράδειγμα ότι ο αρθμός των τελομερικών επαναλήψεων σε ένα βρέφος το οποίο μόλις έχει γεννηθεί είναι πολύ μεγαλύτερος από τον αρθμό των επαναλήψεων σε έναν υλικό άνθρωπο, λοιπόν αυτό είναι το ένα αλλά το δεύτερο είναι ότι υπάρχει ένας ενεργός μηχανισμός ο οποίος ενμέρει τουλάχιστον όχι πλήρως να λύνει το πρόβλημα της ελάτωσης του μήκος των τελομεριδίων αυτός ο μηχανισμός ευλέγχει ένα καταπληκτικό ένζιμο το οποίο το λέμε τελομεράση το οποίο είναι ταυτόχρονα ένα ένζιμο το οποίο φέρει μέσα του μια μήτρα μια μήτρα η οποία να επιτρέπει την επιμοίκηση των τελομεριδίων και πως το κάνει αυτό εδώ το ένζιμο αυτό η τελομεράση αποτελείται από πρωτεϊνικές αλυσίδες αλλά και από ένα RNA του οποίου η αλληλουχία είναι η ίδια η συμβιρωματική με αυτήν των τελομερικών επαναλήψων επομένως όταν η τελομεράση συνδέεται στα άκρα των τελομερών τότε μπορεί χρησιμοποιώντας το ίδιο της το RNA σαν μήτρα να επιμηκίνει τα άκρα των τελομεριδίων λοιπόν λίγο αντιφόρα και με αυτόν τον τρόπο οριστικά να διατηρεί το μήκος των τελομερών επομένως αν μας ρωτούσε κανείς τι δράση έχει μια τελομεράση η τελομεράση είναι μια ανάστροφη μεταγραφάση γιατί χρησιμοποιεί το ίδιο το RNA σαν μήτρα ένα RNA για να φτιάξει DNA είναι λοιπόν αντίστροφο με το δόγμα της Μωριακής Βιολογίας που λέει DNA κάνει RNA κάνει πρωτεϊδί άρα βλέπουμε ότι η τελομεράση είναι μια ενδογενής ανάστροφη μεταγραφάση της οποίας ο κύριος ρόλος είναι να διατηρεί το μήκος των τελομεριδίων και βλέπουμε ότι ο ρόλος της είναι πάρα πολύ σημαντικός στη διατήρηση του μήκους και της σταθερότητας των τελομεριδίων αλλά και της ζωής πειράματα που έχουν γίνει στα πρωτίκια στα οποία εκφράστηκαν μεγάλα ποσά τελομεράς έχουν δείξει ότι υπάρχει μια πολύ σημαντική επιμήκυνση στη ζωή, το life span που λέμε, των μετοποδικών βέβαια αυτό δεν θα πρέπει να μας αθουσιάζει ιδιαίτερα γιατί όπως γνωρίζουμε τώρα και τα καρκινικά κίδαρα στη δικασία μεταμόρφωσης και αθανατοποίησης τους μία από τις ιδιότητες που πρέπει να πάρουν προκειμένου να γίνουν αθάνατα καρκινικά κίδαρα είναι να εκφράσουν υψηλά επίπεδα τελομεράσης έτσι ώστε παρά τις επαναλαμβανόμενες κυθαρικές διαιρέσεις να μην χάνουν τα άκρα των χρωμοσομάτων τους τα τελομερίδους και κατεπέκταση να μην αποσταθροποιεί το γενναιτικό τους λιγό και σε αυτό το σημείο τελειώνουμε και θα ήθελα να σας ευχαριστήσω και πάλι για την προσοχή σας |
