Εάν θέλεις να γνωρίσεις τους βιολογικούς μηχανισμούς που συμβαίνουν πίσω από θαυμαστά γεγονότα της βιολογικής ζωής, τότε το γνωστικό αντικείμενο της Βιολογίας Γ΄Λυκείου είναι μια καλή αρχή.
1.Τι είναι το κύτταρο και ποιος είναι ο σκοπός του;
Το κύτταρο είναι το εργοστάσιο εκείνο, που περιέχει τον κωδικό (τη γλώσσα) του DNA και τα οργανίδια.
Σκοπός του είναι, με βάση και τα ερεθίσματα που θα δεχτεί, να εργαστεί για να αποκωδικοποιήσει (εκφράσει) τον κωδικό του DNA, ώστε να παράγει τα προϊόντα-πρωτεΐνες, οι οποίες δίνουν τις λειτουργίες για τις ιδιότητες του οργανισμού (εξωτερικά χαρακτηριστικά και εσωτερική σύσταση).
Οι πρωτεΐνες είναι είτε δομικές (π.χ κολλαγόνο), είτε ρυθμιστικές (π.χ αιμοσφαιρίνη). Αποτελούνται από αμινοξέα, τα οποία ενώνονται και σχηματίζουνε δομές στο χώρο και οι δομές καθορίζουνε λειτουργίες του οργανισμού (όπως ένα κλειδί έχει μια δομή και ανοίγει μια πόρτα).
κωδικός DNA -> κωδικός πρωτεΐνης -> δομή πρωτεΐνης -> λειτουργία πρωτεΐνης -> λειτουργία κυττάρου -> λειτουργία οργανισμού
2.Το ήξερες ότι το καλαμπόκι έχει σχεδόν διπλάσιο DNA από τον άνθρωπο;
Αυτό συμβαίνει γιατί, πολύ περισσότερο τμήμα του DNA στο καλαμπόκι (από ότι στον άνθρωπο) δεν αντιστοιχεί σε γονίδια και άρα δεν κωδικοποιούνται πρωτεΐνες για να προκύψουνε χαρακτηριστικά και λειτουργίες.
3.Ήξερες ότι η μπανάνα και ο άνθρωπος έχουνε 50% ομοιότητα στο DNA τους; Πώς γίνεται πάλι αυτό;
Θα μπορούσες να φτιάξεις 2 εντελώς διαφορετικά φαγητά χρησιμοποιώντας κατά 50% τα ίδια υλικά;
Θα μπορούσες να χρησιμοποιήσεις τις ίδιες συγχορδίες, αλλά να εκφράσεις διαφορετική μουσική (και ως ήχο και ως είδος);
Θα μπορούσες με τα ίδια υλικά να ζωγραφίσεις διαφορετικά;
Θα μπορούσες με τις ίδιες λέξεις να γράψεις 2 διαφορετικά κείμενα;
Ε λοιπόν και η γλώσσα του DNA εάν εκφραστεί μπορεί να το πετύχει!
4.Μπορεί μια πρωτεΐνη ίδιας λειτουργίας, να είναι σχεδόν ίδια στη σύστασή της, στο σκύλο και τον άνθρωπο, ενώ τα αντίστοιχα γονίδια που την κωδικοποιούνε (στο σκύλο και τον άνθρωπο) να είναι εντελώς διαφορετικά;
Φαντάσου το DNA σαν μια γλώσσα όπως είναι η άλφα-βήτα.
Xρησιμοποιήσαμε διαφορετικές λέξεις, διαφορετική σύνταξη και διαφορετικές προτάσεις.
Δηλαδή γράψαμε διαφορετικά κείμενα, όμως εκφράσαμε σχεδόν το ίδιο νόημα!
5. Γιατί υπάρχει τόση ποικιλομορφία ανάμεσα στους ανθρώπους;
Γνωρίζονται τυχαία δύο άνθρωποι που ο καθένας κουβαλά διαφορετικό κωδικό DNA (λόγω μεταλλάξεων)
Μετέπειτα ο αρσενικός γονέας παράγει τα σπερματοζωάρια και ο θηλυκός τα ωάρια και κάθε φορά είναι πάλι τυχαίο γεγονός τί θα παραχθεί. Γίνονται δύο βιολογικά γεγονότα (που ονομάζονται ανεξάρτητος συνδυασμός και επιχιασμός) και κάθε φορά δεν ξέρουμε τί θα κληρονομηθεί στο κάθε παιδί από τον παππού και τη γιαγιά του (μέσω του κάθε γονέα του).
Ακόμα πιο μετά (μάντεψε!) είναι πάλι τυχαίο γεγονός πότε και ποιο από τα σπερματοζωάρια θα μπει σε ένα ωάριο.
Τέλος συμβαίνουνε, τυχαίες μεταλλάξεις (αλλαγές στον κωδικό του DNA) ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον (εξωτερικό και εσωτερικό).
6.Γιατί τα μονοζυγωτικά δίδυμα ενώ έχουν ακριβώς το ίδιο DNA, διαφέρουν ως οργανισμοί και προσωπικότητες;
-Λόγω τυχαίων μεταλλάξεων (αλλαγών DNA) υπό την αλληλεπίδραση του περιβάλλοντος
-Λόγω της ψυχολογίας τους
7.Γιατί όλα τα κύτταρα του οργανισμού (νευρικά, μυικά, ηπατικά, εντερικά κ.τ.λ) ενώ έχουνε το ίδιο DNA (αφού προέκυψαν από το ζυγωτό), επιτελούνε διαφορετικές λειτουργίες ;
Άλλο το έχω και άλλο το εκφράζω !
Όλα τα κύτταρα έχουνε το ίδιο DNA, άρα και τα ίδια γονίδια. Όμως σε κάθε τύπο κυττάρων τα γονίδια εκφράζονται-αποκωδικοποιούνται επιλεκτικά. Για παράδειγμα το γονίδιο της μυοσίνης υπάρχει σε όλα κύτταρα του οργανισμού. Όμως εκφράζεται μόνο στα μυϊκά κύτταρα και έτσι μόνον εκεί παράγεται η πρωτεΐνη μυοσίνη και δίνει τη λειτουργία της.
8.Γιατί μια μετάλλαξη (αλλαγή στο DNA) μπορεί να είναι επιβλαβής;
Το γονίδιο είναι ένα τμήμα DNA με συγκεκριμένο κωδικό νουκλεοτίδιων.
Και όταν εκφραστεί (αποκωδικοποιηθεί) θα παραχθούνε τα αμινοξέα της πρωτεΐνης. Η πρωτεΐνη εν συνεχεία αποκτά τη δομή της στο χώρο και έτσι προκύπτει η λειτουργία της.
Ανάλογα με την αλλαγή που έχει συμβεί στον κωδικό του DNA, θα επηρεαστεί η δομή (άρα) και η λειτουργία της πρωτεΐνης που θα προκύψει. Κατά συνέπεια και το χαρακτηριστικό (ιδιότητα) του οργανισμού που ελέγχει η πρωτεΐνη αυτή.
Φαντάσου ένα κλειδί.. Αν η αλλαγή που συνέβη επηρέασε την σημαντική περιοχή της δομής (τα δοντάκια), τότε χαλάει η λειτουργία της πρωτεΐνης (δε θα ανοίγει η πόρτα!) Αν έσπασε ένα μέρος της κεφαλής στη δομή του κλειδιού, τότε ίσως επηρεαστεί ελάχιστα η λειτουργία, ενώ αν αλλάξαμε απλώς το χρώμα του κλειδιού τότε δε θα επηρεαστεί καθόλου η λειτουργία.
9.Μπορεί μια μετάλλαξη να μην είναι επιβλαβής;
Στη συντριπτική τους πλειοψηφία οι μεταλλάξεις δεν είναι επιβλαβείς.
Συνεχώς συμβαίνουνε αλλά η φύση έχει προνοήσει!
Το 80% του κωδικού του DNA είναι περιοχές που δεν αντιστοιχούνε σε γονίδια. Οπότε εάν η αλλαγή συμβεί εκεί μέσα δεν επηρεάζει.
Επίσης η συντριπτική πλειοψηφία του κωδικού ενός γονιδίου δεν κωδικοποιεί αμινοξέα. Οπότε εάν η αλλαγή συμβεί εκεί μέσα (και εφόσον δεν επηρεάζει την έκφραση του γονιδίου) τότε δεν είναι επιβλαβής.
Εάν η μετάλλαξη που συνέβη μέσα στο γονίδιο, δεν επηρεάσει περιοχή της πρωτεΐνης η οποία είναι σημαντική για τη δομή της, τότε δεν επηρεάζεται η λειτουργία της.
Τέλος μεταλλάξεις γίνονται σε γονίδια κυττάρων τα οποία όμως δεν εκφράζονται (αποκωδικοποιούνται) στα συγκεκριμένα κύτταρα.
10.Μεταλλάξεις εκτός από τα γονίδια μπορούνε να γίνουνε και στα χρωμοσώματα ;
Ναι και επηρεάζουν είτε τον αριθμό, είτε τη δομή των χρωμοσωμάτων.
Οι χρωμοσωμικές μεταλλάξεις είναι πιο επώδυνες από τις γονιδιακές, γιατί αφορούνε μεγαλύτερη έκταση του DNA.
Συνολικά στα 23 χρωμοσώματα (μόρια) περιέχονται (εκτός των άλλων περιοχών) και περίπου 40.000 τμήματα, τα οποία αντιστοιχούνε σε γονίδια. Δηλαδή ένα χρωμόσωμα περιέχει χιλιάδες γονίδια.
Οπότε φαντάσου ότι αν γίνει μια μετάλλαξη σε ένα χρωμόσωμα, τότε επηρεάζεται η έκφραση πολλών διαφορετικών γονιδίων ταυτόχρονα! Αλλάζει εντελώς το νόημα.
Άλλο να γίνει αλλαγή σε μια λέξη, άλλο σε μια πρόταση, άλλο σε μια παράγραφο, άλλο σε μια σελίδα, άλλο σε ένα κεφάλαιο!
11.Ξέρεις πόση πληροφορία παίρνουμε από τον κάθε μας γονέα;
Ένας άνθρωπος από τον κάθε γονέα του παίρνει 23 χρωμοσώματα.
Αν τα 23 χρωμοσώματα (που περιέχουν 23 μόρια DNA) τα κόβαμε σε κομματάκια:
• το 20% από τα κομματάκια αυτά, θα αντιστοιχούσανε σε γονίδια (περίπου 40.000 γονίδια) και
• το 80% από τα κομματάκια, σε περιοχές που δεν είναι γονίδια (συντηρήθηκαν κατά την πορεία της εξέλιξης των οργανισμών ή/και έχουνε ρυθμιστικό ρόλο στην αποκωδικοποίηση των γονιδίων)
Aν στα 23 χρωμοσώματα (που περιέχουν 23 μόρια DNA) μετρούσαμε την κωδικοποιημένη (γενετική) πληροφορία, θα έβγαινε “3 επί δέκα εις την ενάτη” ζεύγη νουκλεοτιδίων, που γεμίζει 1000 βιβλία τηλεφωνικού καταλόγου!
Και μόνον το 1% κωδικοποιεί τα αμινοξέα των πρωτεϊνών!
12.Ξέρεις ότι είσαι δυνατός και ότι μπορείς να “μιλάς” με τα κύτταρά σου καθορίζοντας τη συμπεριφορά τους;
Τα ζώα είναι δέσμια της βιολογίας τους, δηλαδή εξαρτώνται σχεδόν αποκλειστικά από τα κύτταρα και το DNA τους.
Ο άνθρωπος εξαρτάται από τη βιολογία, διαθέτει όμως την ικανότητα να καθορίζει και εκείνος τη συμπεριφορά των κυττάρων του! Καθώς με τις σκέψεις, τα συναισθήματα και τις συνήθειές του (τρόπος ζωής κ.τ.λ), διαθέτει την ελευθερία, όποτε θέλει, να τροποποιεί τα ερεθίσματα που δέχονται τα κύτταρά του.
Είναι σαν να έχουμε το ίδιο αυτοκίνητο και δύο διαφορετικούς οδηγούς. Το ίδιο κύτταρο δηλαδή, αλλιώς “θα οδηγηθεί” (δουλέψει/επεξεργάζεται) εάν ο άνθρωπος έχει χαρά, πίστη και αλλιώς θα δουλέψει εάν ο άνθρωπος βιώνει στεναχώρια, φόβο, άγχος!
Πάρε δύο ανθρώπους που είναι ερωτευμένοι: μοιάζουνε πιο όμορφοι, πιο ζωντανοί, πιο δυνατοί γιατί βιώνουνε χαρά. Χωρίζουνε και ξαφνικά μοιάζουνε λιγότερο όμορφοι, πιο σπασμένοι και με λιγότερες δυνάμεις! Είναι γιατί τα κύτταρα του οργανισμούς τους, δέχονται διαφορετικά ερεθίσματα και δουλεύουνε διαφορετικά.
Πάρε μια ποδοσφαιρική ομάδα που θα πει «δε θα κερδίσω» (αρνητική σύνταξη και έκφραση) και τότε ο εγκέφαλος θα στείλει ερεθίσματα στα κύτταρα, για να λειτουργήσουνε στατικά και όχι δυναμικά.
Νάσος Καραγεωργίου
Μοριακός Βιολόγος