הניסויים שהראו שהתכונות התורשתיות נמצאות ב-DNA
1. בשנת 1928 הזריק פרדריק גריפית שני זנים של חיידק הגורם לדלקת ראות לעכברי מעבדה. סוג אחד של חיידקים, הבלתי מזיק, נקרא זה R והזן השני, שהרג את החיידקים, נקרא זן S. גריפית הזריק זני S שהומתו בחום יחד עם זני R בלתי מזיקים בתקווה שהעכברים יפתחו חיסון, אולם מה שקרה הוא שהעכברים מתו כולם. גריפית הסיק שהחום הרג רק את החיידקים אך לא את חומר התורשה שלהם.
2. בניסויים שעשו אסוולד אייבורי ועמיתיו, הם הוסיפו אנזימים מפרקי חלבון לפתוגנים מומתים ולחיידקים בלתי מזיקים והתמירו את החיידקים הבלתי מזיקים לפתוגנים. כשהם הוסיפו אנזים המפרק DNA, ההתמרה הגנטית נכשלה.
3. אלפרד הרשי ומרתה צ'ייס ערכו ניסויים בהם גידלו חיידקים במצע מזון רדיואקטיבי ואז תקפו אותם עם בקטריופאגים. לאחר כמה דורות חיפו היכן נמצא החומר הרדיואקטיבי. הם גידלו את החיידים בגופרית רדיואקטיבית, אשר נמצאת בחלבון ועשו אנליזה כימית לתרכובת הסופית. הם מצאו את המולקולות הרדיואקטיביות מחוץ לתאים. כאשר הם גידלו את החיידקים בזרחן רדיואקטיבי, אותו נמצא ב-DNA, האנליזה הכימית הראתה שהזרחן הרדיואקטיבי נמצא בתוך התאים.
אבני הבנין של ה-DNA
אבן הביניין ה-DNA הוא נוקלאוטיד. הוא מורכב משלושה חלקים:
1. סוכר חמש-פחמתי – דאוקסיריבוז
2. קבוצת זרחה
3. בסיס המכיל חנקן – מופיעים 4 בסיסים חנקניים ב-DNA, הם מחולקים לשתי קבוצות: פורינים ופירימינים. הפורינים את בעלי שתי הטבעות – אדנין (A) וגואנין (G). הפירימינים הם בעלי טבעת אחת – תימין (T) וציטוזין (C).
יחסים במבנה הנוקלאוטידים
היחס במספר הנוקלאוטידים שונה בין האדנין והגאונין אולם כמות האדנין שווה לכמות התימין וכמות הגאונין שווה לכמות הציטוזין. מכאן ניתן להסיק שזוגות אלות מתחברים אחד עם השני בצורה שווה לאורך כל שרשרת ה-DNA. אדנין עם תימין וגואנין עם ציטוזין. חיבור זה נקרא חוק זיווג הבסיסים.
כיווניות
כיוונם של שני הגדילים מנוגד זה לזה. כיוונו של אחד הגדילים הוא 5'->3' והשני 3'->5'. הקשר בין שני נוקלאוטידים סמוכים הוא דרך פחמן מספר 3 של הנוקלאוטיד הראשון, לפחמן מספר חמש של הנוקלאוטיד השני. הזרחה הקשורה לפחמן מספר 5 של הנוקלאוטיד הראשון פונה לקצה אחד ואילו בקצה השני נמצאת הקבוצה ההידרוקסילית הקשורה לפחמן מספר 3.
הכפלה משמרת למחצה
סליל ה-DNA הכפול ניתק וגדיל חדש נבנה על הנוקלאוטידים החשופים של הגדילים הישנים. הגדילים נבנים על פי חוק זיווג הבסיסים: A-T, G-C. נוצרים שתי מולקולות שכל אחת בנויה מגדיל ישן וגדיל חדש.
אנזימים הקשורים ל-DNA
בהכפלת ה-DNA משתתפים צוות גדול של אנזימים. העיקרים שבהם הם פולימראזי ה-DNA וליגאזי ה-DNA. פולימראז ה-DNA אחראי להצמדת נוקלאוטידים בודדים לגדיל הנפרם, ליגאזי ה-DNA מאחים קטעי DNA חדשים, אנזימים נוספים פורמים את הפיתול של שני הגדילים. פולימראז ה-DNA ממלא תפקיד מפתח גם בתיקון ה-DNA. אנזימים מסלקים רצף בסיסים שחל בו טעות ופולימראז ה-DNA קוראים את הרצץ המשלים ובעזרת עוד אנזימי תיקון משלימים את הרצף המקורי.
מנגנון ההכפלה
אנזימי ההכפלה מתחילים לפעול ברצפי בסיסים יחודיים הנקראים אזורי תחילת הכפלה. אנזימים וחלבונים אחרים פורמים את הפיתול של שני הגדילים של מולקולות ה-DNA ההורה, מונעים את פיתולם מחדש ובונים גדיל נוסף על כל גדיל שהתגלה. תהליך זה מתרחש במזלגות הכפלה. אלו אזורים דמויי V המתקדמים מאחורי תחילת ההכפלה לשני הכיוונים. אנזימים במזלגות ההכפלה מפתלים מחדש את הגדילים החדשים שנוצרו. בכל מזלג הכפלה מסולקים חלק מהחלבונים המחוברים ל-DNA ואנזימים מסנתזים את התחלים באתרים על גבי גדילי ההורים. פולימראזי ה-DNA מזהים את התחלים הללו ומוסיפים להם נוקלאוטיד אחר נוקלאוטיד. רק אחד הגדילים נבנה באופן רציף, הגדיל האחר נבנה באופן בלתי רציף, כלומר ממקטעים קצרים של נוקלאוטידים. זה קורה מכיוון שנוקלאוטידים יכולים להקשר זה לזה רק בכיוון 5'->3', מכיוון שכך יש קבוצת OH- פנויה בקצה הסוכר-זרחה והיא המקום היחדי שבו נוקלאוטידים יכולים להקשר זה לזה.
דוגמא של טעויות במהלך הכפלת ה-DNA
שינויים ב-DNA הם הגורמים לפגמים רבים. הקרינה העל-סגולה הנפלטת מהשמש מסוגלת לגרום לשינויים מולקולרים לא תקינים בתאי העור. קרינה זו יכולה לזרז היווצרות קשרים בין שני בסיסי תימין סמוכים זה וזה והם הופכים למבנה מולקולרי חריד הנקרא דימר של תימינים. בדרך כלל מנגנון התיקון של ה-DNA מסלק פגמים כאלה, אולם המנגנון כולל תוצר של 7 שנים לפחות. אם חלה מוטציה גנית באחד מהגנים הללו, המנגנון משתבש, תהליך התיקון נפגע, דימרים של תימין מצטברים בעור וגורמים לפגמים בכללם לסרטן העור.
מ-DNA לחלבונים
מסלול זרימת המידע וסוגי ה-RNA
המידע עובר מ-DNA ל-RNA לחלבונים. גדיל RNA נבנה מול קטע DNA בהתאם לכלל זיווג הבסיסים, כאשר הנוקלאוטיד אורציל מחליף את מקומו של התימין. תהליך זה נקרה תעתוק. התעתוק שונה מהכפלת DNA בשלושה הבטים חשובים:
1. התבנית היא חלק מסויים ולא המולקולה כולה.
2. פולימראז ה-RNA משתתף בהוספת הנוקלאוטידים.
3. תוצר התעתוק הוא גדיל יחיד.
התעתוק מתחיל ברצף בסיסים הנקרא מקדם אשר מציין את נקודת ההתחלה של הגן. פולמראז ה-RNA נקשר אל המקדם ומתחיל לקשור נוקלאוטידים עד שהוא מגיע לרצף בסיסים המשמש כאות סיום. ה-RNA משתחרר כתעתיק חופשי, אשר נקרא קדם-mRNA. אנזימים מצמידים לקצה ה-5' של מולקולת הקדם-mRNA כיפה – נוקלאוטיד שקשורות אליו קבוצת מתיל וקבוצת זרחה ולקצה ה-3' זנב של 100-200 נקלאוטידים המכילים אדנין – זנב פולי-A. הכיפה עוזרת ל-RNA להקשר לריבוזום שבציטופלצמה. אנזימים מפרקים את הזנב של מולקולת ה-mRNA, אורך הזנב קובע כמה זמן יקח להם להגיע למולקולה.
לפני שה-mRNA יוצא מהגרעין בצורתו הבשלה, חותכים אנזימים את האינטרונים (רצפי בסיס שאינם מתורגמים לחומצות אמינו), אשר חוצצים בין האקסונים, שהם החלקים אשר מתורגמים לחלבון, ומחברים את האקסונים זה לזה בתהליך הנקרא שחבור. כשה-mRNA הבשל יוצא מהגרעין הוא נקשר לריבוזום הבנוי משתי תתי יחידות הבנויות מ-rRNA וממרכיבים חלבוניים שלחלקם פעילות אנזימתית.
tRNA אשר להם אנטיקודן המתאים לקודנים (שלשות בסיסי נוקלאוטידים ב-mRNA) מביאים חומצות אמינו כשהם מתאימים את
האנטיקודן לקודן המתאים ב-mRNA. התהליך, הנקרא תרגום, כולל שלושה שלבים: אתחול, הארכה וסיום. בשלב האתחול נקשרות אל הריבוזום שתי מולקולות: mRNA ו-tRNA האחראי לתחילת התרגום. בריבוזום יש שלושה אתרים, אחד לכניסת ה-mRNA ושניים לכניסת tRNA, המסומנים כאתר P ואתר A. בשלב הארכה גדיל mRNA נע בין שתי יחידות הריבוזום ואנזימים קושרים חומצות אמינו שמביאים ה-tRNA לסרוגין לאתרי P ו-A. כך נוצר גדיל ארוך של חומצות אמינו הקשורות זו לזו. שלב הסיום מגיע עם התקלות בקודון סיום, שאין לו tRNA בעל אנטיקודון מתאים. אל אתר A נקשרים גורמי שחרור ואנזימים מנתקים את ה-mRNA והשרשרת הפוליפפטידית מהריבוזום. השרשרת הפוליפפטידית יכולה להכנס למאגרי החלבונים בתא או לעבור דרך הרשתית התוך פלזמתית בדרך ליעדה הסופי.
פוליזומים
כאשר מולקולת mRNA אחת מתורגמת ע"י כמה ריבוזומים בו זמנית, התעתיק משתחל דרך מספר רב של ריבוזומים בזה אחר זה. סדרות אלו של ריבוזומים נקראות פוליזומים.
"גן אחד – פוליפפטיד אחד" – הכוונה שכל רצף הנוקלאוטידים המרכיבים גן אחד מתורגם לרצף חומצות אמינו המרכיבות פוליפפטיד אחד.
הבדלים מולקולריים בין DNA ל-RNA
1. הסוכר החמש פחמני ב-RNA הוא ריבוז ולא דאוקסיריבוז.
2. במקום הנוקלאוטיד תימין, ב-RNA יש את הנוקלאוטיד אורציל.
3. מולקולת ה-RNA עשויה גדיל אחד ולא שניים כמו ב-DNA.
הקוד הגנטי
* פולימראזי ה-RNA קוראים את רצף הנוקלאוטידים בשלשות
* שלשות הבסיסים נקראות קודונים
* סה"כ יש אפשרות ליצור 64 קודונים. 61 צירופים משמשים צופן ל-20 חומצות אמינו, שלושת הקודונים בנותרים משמשים באותות סיום לסינטזת השרשרת.
* הקודון AUG משמש ליצירת החומצה האמינית הטיונין והוא גם קודון התחלת התרגום.
קודונים ו-tRNA - בתא יש 61 סוגים שונים של קודונים אבל מספר קטן בהרבה של tRNA. כלל הזיווג תקף כאן אבל יש גמישות רבה יותר ביחס לבסיס השלישי של קודון ואנטיקודון. גמישות זו נקראית "תוצא הפקפוק".
מוטציות
לעיתים חלים שינויים בגנים. נוקלאוטידים יכולים להחליף מקום, יכולים להשמט או להתווסף לרצף. שינויים כאלה ברצף הנוקלאוטידים נקראים מוטציות גניות.
סוגי המוטציות הגניות
1. החלפת זוג בסיסים – אם יזווגו שני נוקלאוטידים לא לפי כללי הזיווג, אנזימים כנראה יתקנו את הטעות, אולם הם יכולים להחליף את הבסיס הנכון מבין השניים ולהנציח את השגיאה.
2. מוטציות הסטת מסגרת – הפולימראזים קוראים את הבסיסים בשלשות, החדרת בסיס נוסף לגן תגרום להסטת מסגרת הקריאה, כלומר קריאה של שלשות לא נכונות. מוטציות אלו מתחלקות לשניים: החדרות – הכנסת בסיס והשמטות – החסרת זוג בסיסים אחד או יותר.
3. ברברה מקלינטוק גילתה כי ישנם מוטציות הנובעות מפעולתם של טרנספוזונים – קטעי DNA הנעים באופן ספונטני ממקום למקום ויכולים לשתק את הגן אליו הם חדרו.
קצב מוטציה – הסיכוי שתחול בגן מוטציה ספונטנית במהלך פרק זמן מוגדר, כגון מחזור הכפלה אחד של DNA.
תדירות מוטציה – מספר הפעמים שמוטציה מסויימת קרתה באוכלוסיה.
מוטגנים
לא כל המוטציות הן ספונטניות. רבות מהן קורות בגלל חשיפה למוטגנים – גורמים סביבתיים מחוללית מוטציות. להלן מספר דוגמאות:
* קרינה על סגולה ובעיקר אור שמש באורך גל של 260 ננומטר. אור באורך גל זה נבלע ב-DNA ויכול ליצור קשרים בין פירימידינים סמוכים זה לזה, אשר יכולים לגרום לסרטן עור.
* קרינת גמא וקרני X מיינות מים ומולקולות אחרות, בסביבת ה-DNA נוצרים רדיקלים חופשיים אשר עלולים לתקוף את מבנה ה-DNA. קרינה מייננת גורמת להחלפת בסיסים בשני הגדילים.
* כימיכלים יכולים להגביר את קצב המוטציות הספונטניות. גורמי אלקילציה מעבירים קבוצות מתיל או אתיל לאתרים הפעילים בבסיסים או בקבוצות הזרחה של ה-DNA.הבאתר שחלה בו אלקילציה נעשה יותר רגיש לשברים ולהפרעות אחרות ומשום כך הוא רגיש יותר למוטציות. חומרים מסרטנים, קרצינוגנים, פועלים באמצעות אלקילציה של ה-DNA.
הוספת תגובה על "מבנה ה-DNA, תפקודו, בניית חלבונים ומוטציות"
נא להתחבר כדי להגיב.
התחברות או הרשמה