Μετά από 2 μήνες γεμάτους διαβάσματα, εξετάσεις και υποχρεώσεις, νά’μαστε και πάλι εδώ! 😀
Αν και το blog αφορά μόνο τη Χημεία, είναι αναπόφευκτη (και φυσικά χρησιμότατη) η αναφορά και σε άλλες επιστήμες, τόσο θετικές όσο και θεωρητικές. Το ποστ αυτό είναι ένα καλό παράδειγμα, καθώς αναφέρεται σε αρχές Χημείας, Βιοχημείας και Βιολογίας. Αν μάλιστα βοηθήσει στο να αυξηθούν οι επισκέψεις στο blog, ακόμη καλύτερα.. 
Εισαγωγή
Όλοι γνωρίζουμε τα DNA και RNA. Είναι μόρια που παίζουν καθοριστικό ρόλο για τη ζωή, καθώς αποθηκεύουν τη γενετική πληροφορία και συμμετέχουν στη ροή της. Έτσι, η γενετική πληροφορία μεταγράφεται σε RNA και στη συνέχεια μεταβιβάζεται με τη μετάφραση του RNA σε πρωτεΐνες, που είναι τα κατ’εξοχήν λειτουργικά μόρια του κυττάρου.
Τόσο το DNA όσο και το RNA είναι γραμμικά πολυμερή νουκλεοτιδίων. Ένα από τα μονομερή που περιέχουν, είναι μια αζωτούχα βάση. Στο DNA η βάση αυτή, όπως μαθαίνουμε, μπορεί να είναι Αδενίνη, Θυμίνη, Γουανίνη, Κυτοσίνη (A, T, G, C οι αντίστοιχοι συμβολισμοί). Στο RNA όμως, βλέπουμε ότι αντί της Θυμίνης υπάρχει μια άλλη αζωτούχα βάση, η Ουρακίλη (U). Γιατί όμως στο RNA υπάρχει Ουρακίλη και όχι Θυμίνη;
Βασικές Έννοιες
Αν και το ποστ αυτό «προαπαιτεί» μια βασική γνώση Βιολογίας Λυκείου, θα αναφέρω επιγραμματικά κάποιες βασικές έννοιες και αρχές που συναντάμε, για όσους τα έχουν ξεχάσει (αν και όποιος έχει δώσει Βιολογία στις Πανελλήνιες, μάλλον θα θυμάται αυτό το κομμάτι του βιβλίου μέχρι τα γεράματα 😛 ).
Όπως αναφέραμε, τα DNA και RNA είναι γραμμικά πολυμερή. Αποτελούνται από τα εξής μονομερή: ένα σάκχαρο, μια φωσφορική ομάδα και μια αζωτούχα βάση.
Το σάκχαρο που χρησιμοποιείται και στις 2 περιπτώσεις είναι μια πεντόζη, περιέχει δηλαδή 5 άτομα άνθρακα. Στο RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) χρησιμοποιείται μια ριβόζη, ενώ στο DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) χρησιμοποιείται η δεοξυριβόζη, δηλαδή ριβόζη στην οποία η μια υδροξυλική ομάδα –ΟΗ (αυτή του C2) έχει αντικατασταθεί από άτομο υδρογόνου. Μάλιστα, αυτός είναι και ο λόγος που το DNA πλεονεκτεί έναντι του RNA ως γενετικό υλικό: η υδροξυλομάδα του RNA καθιστά το μόριο ευάλωτο σε υδρόλυση, ενώ το DNA δεν παρουσιάζει τέτοια προβλήματα.
Η φωσφορική ομάδα ενώνεται στον C5 του σακχάρου, ενώ η αζωτούχα βάση στον C1. Έτσι, λαμβάνουμε την τελική δομή ενός ριβονουκλεοτιδίου (για το RNA) ή νουκλεοτιδίου (για το DNA):
Τα πολυμερή σχηματίζονται από την ένωση της φωσφορικής ομάδας (που δεσμέυεται στον C5) ενός νουκλεοτιδίου, με την υδροξυλομάδα –ΟΗ του C3 ενός δεύτερου νουκλεοτιδίου. Ο δεσμός ονομάζεται φωσφοδιεστερικός.
Το DNA είναι ένα δίκλωνο μόριο, και όπως έδειξαν οι Watson, Crick και Franklin σχηματίζει μια διπλή έλικα. Οι δύο κλώνοι ενώνονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των αζωτούχων βάσεων που περιέχονται στα νουκλεοτίδια: η Αδενίνη ενώνεται μόνο με Θυμίνη, με 2 δεσμούς υδρογόνου, ενώ η Γουανίνη ενώνεται μόνο με Κυτοσίνη με 3 δεσμούς υδρογόνου. Η ίδια αρχή ισχύει και κατά την αντιγραφή του DNA, όπου ένα δίκλωνο μόριο DNA αντιγράφεται σε 2 δίκλωνα.
Στη συνέχεια, το γενετικό μήνυμα μεταγράφεται από το DNA σε RNA. To RNA είναι ένα μονόκλωνο μόριο. Αυτό σημαίνει ότι μόνο ο ένας κλώνος του DNA μεταγράφεται. Το ποιος θα είναι αυτός σχετίζεται με τον προσανατολισμό του κάθε κλώνου (λόγω χώρου δε θα αναφέρω πιο πολλά, κάντε μου comment αν θέλετε λεπτομέρειες!). Δημιουργείται, λοιπόν, αρχικά ένα δίκλωνο μόριο, που αποτελείται από έναν κλώνο DNA και έναν κλώνο RNA. Εδώ όμως, οι αδενίνες του DNA θα ενώνονται με ουρακίλες. Τελικά ο κλώνος RNA αποκολλάται κι έτσι λαμβάνουμε το μονόκλωνο μόριο RNA που περιέχει τη γενετική πληροφορία.
Αζωτούχες Βάσεις
ΟΚ, καλή (ή μάλλον, ελπίζω να ήταν καλή ) η επανάληψη, όμως το ερώτημα παραμένει: γιατί στο RNA υπάρχει Ουρακίλη αντί της Θυμίνης;
Αρχικά ας δούμε τις αζωτούχες βάσεις. Αυτές μπορεί να είναι είτε πουρίνες είτε πυριμιδίνες.
Τόσο οι πουρίνες όσο και οι πυριμιδίνες είναι κυκλικές αρωματικές ενώσεις που περιέχουν άτομα C, N, H. Παράγωγα της πουρίνης είναι η Αδενίνη και η Γουανίνη, ενώ παράγωγα πυριμιδίνης είναι η Κυτοσίνη, η Θυμίνη και η Ουρακίλη.
Όπως βλέπουμε από το σχήμα παρακάτω, κυτοσίνη, θυμίνη και ουρακίλη μοιάζουν αρκετά ως προς τη δομή. Ειδικότερα, η μόνη διαφορά της θυμίνης σε σχέση με την ουρακίλη είναι μια μεθυλομάδα στη θέση 5.
Ουρακίλη και Θυμίνη
Για ποιο λόγο λοιπόν υπάρχει αυτή η διαφορά; Η εξήγηση βρίσκεται αν λάβουμε υπόψη μας τον κίνδυνο μετάλλαξης του DNA.
Μια μετάλλαξη στο DNA αφορά αλλαγές στην αλληλουχία βάσεών του. Ένας από τους πιο κοινούς μεταλλαξιγόνους παράγοντες είναι το νιτρώδες οξύ, HNO2. H ένωση αυτή αντιδρά με βάσεις που περιέχουν αμινομάδες (-ΝΗ2) και τους προκαλεί απαμίνωση. Δηλαδή, αφαιρείται η αμινομάδα της αζωτούχας βάσης και απομένει μια ομάδα -C=O.
Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται σε μια μετάλλαξη κυτοσίνης. Όμως, όπως βλέπουμε από τις αντίστοιχες δομές, μέσω του HNO2 έχουμε μετάλλαξη της κυτοσίνης σε ουρακίλη.
Αυτός είναι και ο λόγος που το DNA περιέχει θυμίνη. Εάν περιείχε ουρακίλη, τότε η ουρακίλη που βρίσκεται σε σωστή θέση δε θα μπορούσε να διακριθεί από αυτήν που θα προέκυπτε από απαμίνωση σε άλλη θέση. Τελικά, ένα ζεύγος βάσεων γουανίνης-κυτοσίνης θα μεταλλασσόταν σε ζεύγος γουανίνης-αδενίνης στη θυγατρική αλυσίδα, μετά την αντιγραφή του DNA. Άρα, η γενετική πληροφορία δε θα μεταβιβαζόταν στη συνέχεια με καθόλου ακρίβεια!
Με την παρουσία της θυμίνης, το παραπάνω πρόβλημα δεν υφίσταται. Η μετάλλαξη προλαμβάνεται από ένα σύστημα επιδιόρθωσης, που ψάχνει μόνο νουκλεοτίδια με ουρακίλες για να απομακρύνει, αφήνοντας ανέγγιχτα αύτα που περιέχουν θυμίνη. Ουσιαστικά, η μεθυλομάδα της θυμίνης στη θέση 5, που είναι και η μόνη διαφορά της Τ με την U, είναι μια «ετικέτα» για τη διάκριση της θυμίνης από την απαμινωμένη κυτοσίνη, και βοηθά καθοριστικά στην ενίσχυση της πιστότητας της γενετικής πληροφορίας.
Οργανισμοί με ουρακίλη στο DNA τους
Όπως σε όλα σχεδόν στην επιστήμη, έτσι και εδώ υπάρχουν εξαιρέσεις. 😛 Συναντούμε λοιπόν και οργανισμούς οι οποίοι περιέχουν ουρακίλη στο DNA τους. Ένα παράδειγμα είναι τα έντομα που ανήκουν στα Endopterygota, δηλαδή έντομα όπως τα μυρμήγκια ή οι πεταλούδες, που υφίστανται μεταμόρφωση κατά τον κύκλο ζωής τους. Τα ζώα αυτά δε διαθέτουν τους μηχανισμούς επιδιόρθωσης για την απομάκρυνση της Ουρακίλης από το DNA τους, με συνέπεια να παραμένει εκεί. Το φαινόμενο αυτό «βοηθά» τα έντομα αυτά στον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατό κατά τον κύκλο ζωής τους.
Βιβλιογραφία
Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, «Βιοχημεία» (τόμοι Ι,ΙΙ), Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης
David L. Nelson, Michael M. Cox, «Lehninger Βασικές Αρχές Βιοχημείας» (τόμοι 1,3), Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης
Never Lick The Spoon 
Reblogged this on Lost For Words.
Πολύ ωραίο το post σου Eddie !! Είσαι σίγουρος ότι ο φωσφοδιεστερικός δεσμός δεν είναι 3′-5′ ; Αν θες, απάντησέ μου σύντομα. 😀
Ευχαριστώ για τα σχόλια! 🙂
Η αλήθεια είναι ότι μου ξέφυγε εκ παραδρομής.. 😛
Αν υποθέσουμε (που μάλλον αυτό ισχύει) ότι η ονομασία του προέρχεται από την κατεύθυνση επιμήκυνσης της αλυσίδας, τότε όντως η σωστή ονομασία είναι αυτή που λες. Σε κάποια site πάντως τον βρήκα να αναφέρεται και ως 5′-3′, άρα εκείνοι μάλλον το αγνόησαν αυτό..! 😛 Οι DNA πολυμεράσες, πάντως, μπορούν να συνθέτουν μονο προς σε κατεύθυνση 5′-3′, άρα ο δεσμός θα είναι όντως 3′-5′. (οι πολυμεράσες αυτές έχουν και δράση προς την αντίθετη κατεύθυνση, αλλά μόνο για να «κόβουν» δεσμούς και να απομακρύνουν νουκλεοτίδια).
Τα βιβλία των Stryer και Lehninger πάντως τον αναφέρουν σκέτο φωσφοδιεστερικό, για να γλιτώνουν τον επιπλέον μπελά.. Ίσως κάνω κι εγώ το ίδιο..
*με συντομία δηλαδή… :Ρ
Μήπως θα μπορούσες επίσης να πεις και σε μένα πού βρίσκει ο οργανισμός το νιτρώδες οξυ? 🙂
Το νιτρώδες οξύ προέρχεται από νιτρώδη ιόντα που παίρνουμε από την τροφή!
Συγκεκριμένα, το νιτρώδες νάτριο, NaNO2, εμφανίζεται στη συντήρηση «καπνιστού» κρέατος, πχ ζαμπόν, μπέικον ή και καπνιστό ψάρι. Επίσης το βρίσκουμε σε πηγές νερού (και κατ’επέκταση και στα μπουκάλια νερού που πίνουμε).
Στο στομάχι, κατά την πέψη, τα νιτρώδη μετατρέπονται σε νιτρώδες οξύ που έτσι εμφανίζεται στον οργανισμό. 🙂
Ευχαριστώ για το comment! 🙂
Να είσαι καλά ρε φιλαράκι !!
Πολύ ενδιαφερον αρθρο! Συγχαρητήρια! Η ερωτηση όμως που έπεται είναι γιατι το RNA έχει ουρακίλη και όχι θυμίνη; Θα χαρώ αν βρεις το χρόνο να μου απαντήσεις! Καλή συνέχεια!