Το λογισμικό Gene Explorer

 

To Gene Explorer είναι μια προσομοίωση γονιδιακής έκφρασης ευκαρυωτικού γονιδίου, με σκοπό να βοηθήσει στην κατανόηση

• της μεταγραφής και της μετάφρασης
• της δομής του ευκαρυωτικού γονιδίου
• των εξωνίων και των εσωνίων
• των συνεπειών των μεταλλάξεων στη γονιδιακή έκφραση.

Με τo λογισμικό ο μαθητής μπορεί να διερευνήσει, να επεξεργαστεί, ακόμα και να δημιουργήσει αλληλουχίες DNA, οι οποίες στη συνέχεια μεταγράφονται, «ωριμάζουν» και μεταφράζονται με βάση ένα απλοποιημένο μοντέλο έκφρασης ευκαρυωτικού γονιδίου.

To GX αναπαριστά τη γονιδιακή έκφραση σε μια σειρά βημάτων που «μοντελοποιούν» τη διαδικασία σε ζωντανά ευκαρυωτικά κύτταρα. Αναλυτικότερα:

• Ψάχνει για μια αλληλουχία υποκινητή (5΄ΤΑΤΑΑ3΄ σκιασμένη με πράσινο χρώμα) και μία αλληλουχία λήξης (5’GGGGG3’ σκιασμένη με ροζ χρώμα) στο DNA. Όταν βρεθούν και οι δύο, δημιουργεί ένα πρόδρομο mRNA που ξεκινά από το τέλος της αλληλουχίας του υποκινητή και τελειώνει στην αρχή της αλληλουχία λήξης.
• Στη συνέχεια «ματίζει» το mRNA, δηλαδή εντοπίζει τα εσώνια, τα αφαιρεί και ενώνει τα εξώνια.

Τα εξώνια παρατηρούμε ότι είναι χρωματισμένα, τόσο στο πρόδρομο όσο και στο ώριμο mRNA.

• Μετά προσθέτει μία  poly-A ουρά 30 βάσεων.

Επισημαίνουμε στους μαθητές ότι η poly-A ουρά δεν υπάρχει στην αρχική αλληλουχία του DNA, γιατί το φαινόμενο αυτό δεν αναφέρεται στο σχολικό βιβλίο.

• Τελικά το GX μεταφράζει το ώριμο mRNA ψάχνοντας για το 5΄κοντινότερο AUG και συνεχίζοντας μέχρι να φτάσει με βήμα τριπλέτας στο πρώτο κωδικόνιο λήξης ή στο 3΄άκρο του mRNA.

(Brian T. White, 2008)

Παρόλο που ο υποκινητής (promoter) και οι αλληλουχίες λήξης της μεταγραφής (terminator) είναι διαφορετικές σε διαφορετικούς οργανισμούς, στο GX αντιπροσωπεύονται με συγκεκριμένες αλληλουχίες:

Υποκινητής                                   Αλληλουχία λήξης μεταγραφής

5′-TATAA-3′                                  5′-GGGGG-3′

3′-ATATT-5′                                   3′-CCCCC-5′

 

 

Εικόνα 1

Η σειρά σας τώρα να κάνετε τις ακόλουθες ενέργειες και να σημειώσετε τις παρατηρήσεις σας:

Επιλογή βάσης

1. Κάντε κλικ πάνω σε μία βάση στην αρχική αλυσίδα του DNA. Καταγράψτε τις παρατηρήσεις σας:<

Α. Τι εμφανίζεται κάτω δεξιά στην οθόνη του λογισμικού;

 

Β. Ποιες βάσεις εμφανίζονται σκιασμένες με μπλε χρώμα;

 

2. Πατήστε το πλήκτρο →. Τι παρατηρείτε;

 

3. Πατήστε το πλήκτρο <–. Τι παρατηρείτε;

 

Επεξεργασία του DNA

4. Πατήστε πλήκτρο delete ή backspace. Τι παρατηρείτε στο DNA;

 

5. Πατήστε την επιλογή Reset DNA sequence. Τι παρατηρείτε στο DNA ;

 

6. Επιλέξτε μια βάση και πληκτρολογήστε το μικρό γράμμα μίας νέας βάσης (a,c,g,t). Τι έγινε στο DNA ;

 

7. Πατήστε πάλι την επιλογή Reset DNA sequence. Τι παρατηρείτε στο DNA ;

 

8. Επιλέξτε μια βάση, και στα αριστερά της πληκτρολογήστε το κεφαλαίο γράμμα μίας βάσης (A,C,G,T). Τι παρατηρείτε στο DNA ;

 

9. Πατήστε πάλι την επιλογή Reset DNA sequence. Τι παρατηρείτε στο DNA ;

 

Δραστηριότητα 3η : Γονιδιακές μεταλλάξεις αντικατάστασης μίας βάσης – Διερεύνηση συνεπειών

Εκτελέστε τις ακόλουθες ενέργειες:

1. 1. Επιλέξτε τη βάση 25 του DNA (εικ.2).
2. a. Αντικαταστήστε με A. Τι παρατηρείτε;

β. Αντικαταστήστε με G. Τι παρατηρείτε;

γ. Αντικαταστήστε με C. Τι παρατηρείτε;

Συμπέρασμα;

2. 2. Επιλέξτε τη βάση 96 του DNA (εικ.3).

α. Αντικαταστήστε με C. Τι παρατηρείτε;

β. Αντικαταστήστε με Α. Τι παρατηρείτε;

γ. Αντικαταστήστε με Τ. Τι παρατηρείτε;

Συμπέρασμα;

Ποιες πιστεύετε ότι θα είναι οι συνέπειες στην κάθε περίπτωση, στην παραγόμενη πρωτεΐνη, αν αυτή είναι ένζυμο, π.χ. η DNA πολυμεράση;

3. 3. Επιλέξτε τη βάση 102 του DNA (εικ.4).

Αντικαταστήστε με Α. Τι παρατηρείτε;

 

4. 4. Συνοψίστε ποιες είναι οι ενδεχόμενες συνέπειες μια γονιδιακής μετάλλαξης αντικατάστασης μίας βάσης σε κωδική περιοχή του γονιδίου;

 

 

 

Δραστηριότητα 4^η – Επίλυση προβλημάτων

Πρόβλημα 1:

Επινοείστε μια μετάλλαξη αντικατάστασης μίας βάσης, η οποία να οδηγεί σε μη σχηματισμό πρωτεΐνης. Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

 

Πρόβλημα 2

Τι θα συμβεί αν η μετάλλαξη γίνει στην 5΄αμετάφραστη περιοχή;

 

Πρόβλημα 3

Επινοήστε μια μετάλλαξη που να μεταβάλλει την αλληλουχία του ώριμου mRNA, αλλά όχι το πεπτίδιο.

 

Πρόβλημα 4

Επιλέξτε τη βάση 27 στο DNA και αντικαταστήσετε με A. Τι παρατηρείτε; Πώς εξηγείτε το αποτέλεσμα;

 

Εργασία για το σπίτι

Πρόβλημα 5

Μια γονιδιακή μετάλλαξη μίας βάσης (προσθήκη, αφαίρεση ή αντικατάσταση) στο αρχικό γονίδιο που δίνεται από το λογισμικό N–MetProLeuSerAspValGluArgGlyPro–C, έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία της ακόλουθης πεπτιδικής αλυσίδας

 N-MetProLeuSerAspValAspAlaArgAlaLysLysAsnLysGlyGluAspLeuLysLysVal-C

Προσέξτε ότι τα πρώτα 6 αμινοξέα είναι τα ίδια όπως στο αρχικό πεπτίδιο. Ποια μετάλλαξη μπορεί να οδήγησε σε αυτό το αποτέλεσμα; (Μπορεί να υπάρχουν περισσότερες από μία σωστές απαντήσεις. Δώστε μόνο μία). Δίνεται ο γενετικός κώδικας.

 

Πρόβλημα 6

Χρησιμοποιώντας την επιλογή problem set – (8) χτίστε ένα γονίδιο, ή  πηγαίνοντας απευθείας στο Enter new DNA sequence κατασκευάστε ένα γονίδιο δικής σας επινόησης το οποίο να πληροί τις ακόλουθες προδιαγραφές:

Να παράγει ένα πεπτίδιο τουλάχιστον 5 αμινοξέων συμπεριλαμβανομένης και της αρχικής μεθειονίνης.

Να περιέχει τουλάχιστον ένα εσώνιο.

Μετά τη θέση 30 κάντε προσθήκη δύο βάσεων Α. Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε.

Κάνετε αφαίρεση των βάσεων 29 και 30. Τι παρατηρείτε; Εξηγήστε.