DNA

Article on other languages:

del.icio.us del.icio.us
Digg Digg
Furl Furl
Reddit Reddit
Rojo Rojo
Add to OnlyWire
מודל מולקולרי של סליל הדנ"א הכפול

DNA (ראשי תיבות באנגלית של Deoxyribonucleic Acid, חומצה דאוקסיריבונוקלאית; לעתים בתעתוק שגוי לעברית: דנ"א התעתוק הנכון הנו: די-אן-איי) היא מולקולת ענק של חומצת גרעין המורכבת ממיליוני זוגות נוקליאוטידים היוצרים סליל כפול, המכילה את כל המידע התורשתי לבנייתם של כל החלבונים בתא, אצל כל האורגניזמים הידועים, החל מחיידקים ועד לבני אדם, ואף בחלק מהנגיפים. ה-DND מושווה לעיתים תכופות למערכת תוכניות, מרשם או קוד מכיוון שהוא כולל את ההוראות הנחוצות לבניית רכיבי התא כמו חלבון או מולקולת RNA. כל מקטע משמעותי ב-DNA המכיל מידע לבניית חלבון או הוראות בקרה נקרא גן. רצף הבסיסים המרכיב את מולקולת ה-DNA מקודד גנים שונים.

ה-DNA מורכב מארבע אבני בניין - תת יחידות של בסיסים חנקניים (נוקלאוטידים) - שמחולקים לשני זוגות קבועים פורינים ופרימידינים שיוצרים קשר מימני רק זה עם זה; אדנין (A) עם תימין (T), וגואנין (G) עם ציטוזין (C). מיליוני זוגות בסיסים כאלו מרכיבים את ה-DNA ויוצרים סליל כפול. הסליל הכפול ארוז בצורה קומפקטית במבנה של כרומוזומים.

פיענוח מבנה ה-DNA נזקף לזכות המדענים הבריטים ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק בשנת 1953. הזוג אף זכה בפרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה על הגילוי בשנת 1962, יחד עם מוריס וילקינס. בדיעבד התברר שעבודתם התבססה, במידה רבה, על עבודתה של המדענית רוזלינד פרנקלין, עמיתתו של וילקנס, שנפטרה לפני קבלת הפרס.

תוכן עניינים

מבנה ה-DNA

מולקולת ה-DNA היא סליל הבנוי מיחידה חוזרת. רוחבו של הסליל ואורכה של היחידה החוזרת קבוע. המולקולה היא שרשרת ארוכה, שחוליותיה הם נוקליאוטידים מארבעה טיפוסים, כל נוקליאוטיד מכיל יחידה של סוכר מסוג דאוקסיריבוז, פוספט ובסיס חנקני. ארבעה סוגי בסיסים קובעים את ארבעת טיפוסי הנוקליאוטידים. ידוע גם שכמות האדנין שווה תמיד לזו של התימין, וכי גואנין נוכח ברמה זהה לציטוזין.

על פי המודל של ווטסון וקריק, מולקולת ה-DNA היא מבנה דמוי סולם. שני מוטות האורך בסולם בנויים כל אחד כשרשרת של שני מרכיבים המתחלפים ביניהם: סוכר – פוספט – סוכר – פוספט וכן הלאה. אל צידו של כל סוכר קשור בסיס חנקני. כאשר שתי השרשראות ניצבות זו מול זו פונים הבסיסים החנקניים שבשרשרת האחד לעבר הבסיסים שבשרשרת האחרת. קישור בין בסיסים משתי השרשרות יוצר זוגות של בסיסים המהווים את שלבי הסולם. במצב הטיפוסי שלה - המכונה מבנה מסוג B. המרחק שבין כל מדרגה בסולם הוא 3.4 אנגסטרם והעובי הכולל של מולקולת הדנ"א הוא 20 אנגסטרם (2 ננומטר).

בכל זוג בסיסים שיוצר קשר משתתף בסיס אחד קטן ובסיס אחד גדול. לא כל צירוף של בסיסים אפשרי מבחינה כימית, למעשה מורכבים שלבי הסולם משני סוגי צירופים של בסיסים חנקניים בלבד: אדנין עם תימין, וגואנין עם ציטוזין. אדנין וגואנין שייכים למשפחת הפורינים - הבסיסים הגדולים, ותימין וציטוזין שייכים למשפחת הפירימידינים - הבסיסים הקטנים. בין כל שני בסיסים קיימים קשרים כימיים חלשים - קשרי מימן.

בין אדנין ותימין נוצרים שני קשרי מימן ובין גואנין וציטוזין נוצרים שלושה קשרי מימן. לכן זוג הבסיסים גואנין וציטוזין חזק יותר, ונתון פחות לשיבושים שעלולים להיגרם מהסביבה וליצור מוטציות או אפילו סרטן. למרות זאת שני הסוגים של זוגות הבסיסים דומים בגודלם, ונתון זה מבטיח שמירה על רוחב קבוע. משמעות החוקיות בזיווג זה של הבסיסים היא כי סדר הבסיסים בגדיל אחד של DNA קובע את סדר הבסיסים בגדיל שמולו, המכונה "גדיל משלים". כמו כן, המבנה הדו-גדילי של מולקולת הDNA מיוצב על ידי אינטראקציות חלשות בין הבסיסים החנקניים לאורך שרשרת ה-DNA, מסוג "אינטראקציות פאי ארומטיות".

ארגונה של מולקולת DNA במבנה עם השלמה עצמית מהווה את הבסיס לשכפולה מדור לדור ולהבאת המידע הגנטי, הנמצא בה, לידי ביטוי. שני גדילי ה-DNA מתפתלים זה סביב זה ויוצרים מולקולה לוליינית המכונה סליל כפול. צימוד משלים זה של שני גדיל DNA מכונה זיווג ווטסון-קריק, כאשר גדיל אחד מכונה ווטסון בעוד השני מכונה קריק.

תפקוד ה-DNA

סכימה של סליל DNA ופתיחתו לצורך הכפלה
DNA עם בסיסיו החנקניים מימין, ו-RNA משמאל

תהליך ייצור החלבונים מתרחש בשני שלבים עיקריים:

שעתוק או תעתוק (Transcription)

השעתוק הוא בניית מולקולת RNA המבוססת על תבנית ה-DNA. ה-DNA עצמו לא מקודד חלבונים באופן ישיר. במקום זאת הוא מקודד את מולקולות ה-RNA שממנה מיוצרים כל החלבונים, באמצעותם מתפקד התא. ה-RNA הוא מולקולה דומה למולקולת ה-DNA, אך יחידות הסוכר של מולקולת ה-RNA הן ריבוז במקום דיאוקסי ריבוז.

התחלת התהליך היא כאשר הסליל הכפול של ה-DNA נפתח ואחד הצדדים משמש כמקור לסינתוז ה-RNA. האנזים שאחראי על התהליך נקרא RNA פולימראז (RNA polymerase). אנזים זה נקשר לאזור מיוחד ב-DNA הנקרא קָדָם (פרומוטר, promoter).

שלב השעתוק הוא מהחשובים בתא, משום שבאמצעות השליטה בו נקבע אילו חלבונים יווצרו בתא באותו הזמן. כך נוצרת השונות בין התאים השונים והשלבים השונים בחיים של התא. לדוגמה: החלבון שנותן את הצבע לעיניים יווצר רק בתאים של הקשתית.

תרגום (Translation)

בשלב התרגום נעשית בניית החלבון על-פי ה-RNA. כל שלשת בסיסים ברצף ה-RNA (ולפניו ב-DNA) מתורגמת לחומצה אמינית אחת ברצף החלבון. רצף הבסיסים הראשוני ב-DNA קובע על כן, את רצף חומצות האמינו בחלבון, ועקב כך את מבנהו ותפקודו.

מיקום וסידור

באורגניזמים פרוקריוטיים חסרי גרעין נמצא ה-DNA בציטופלזמה, הנוזל התוך תאי, והוא מעגלי ורציף; רוב החומר התורשתי בייצורים אלו שוכן על גבי מולקולת DNA טבעתית אחת.

באורגניזמים אוקריוטיים, שתאיהם בעלי גרעין, ה-DNA מסודר בגרעין התא. שם הוא נמצא בצורת כרומטין - סליל ה-DNA מלופף סביב חלבונים הנקראים היסטונים. החלבונים האלה מאפשרים לו להיות ארוז בצורה יעילה ומקטינים את הנפח שהוא תופס. בזמן חלוקת התא (מיטוזה ומיוזה) ה-DNA מסתדר במבנים שנקראים כרומוזומים.

גילויים חשובים בחקר ה-DNA

פיענוח המבנה

עד לתחילת שנות החמישים, ידעו מדענים על קיומם של גנים, המעבירים תכונות תורשתיות, אך סברו כי החלבונים, שהם מולקולות מורכבות ביותר, הם אלה הנושאים את המידע התורשתי. ה-DNA היה נחשב לחומר פשוט ומשעמם המשמש כמרכיב מבני של הכרומוזומים וזאת מפני שטעו לחשוב שארבע האותיות של ה-DNA מופיעות בו בסדר מחזורי קבוע. הבקטריולוג א.ת. אוורי ממכון רוקפלר בניו יורק הראה כי אפשר להעביר תכונות מתא אחד לשני באמצעות DNA. ניסויו של אוורי רמזו על כך שהגנים מורכבים מ-DNA.

התפנית הייתה כאשר רוזלינד פרנקלין הצליחה ליצור הדמיה דו-ממדית של סליל ה-DNA על ידי שימוש בקרני רנטגן. התמונה הטובה ביותר שלה נקראה "תצלום 51". ווטסון וקריק השיגו את התצלום במרמה, בעזרתו של מוריס וילקינס, עמיתהּ של פרנקלין בקינס קולג' והצליחו בעזרתו לפענח את המבנה התלת-ממדי של מולקולת ה-DNA. הם הבינו שמדובר במבנה סלילי, חישבו את מספר הבסיסים בכל סיבוב של הסליל ובנו דגם תלת ממדי של ה-DNA מלוחות מתכת. שמה של פרנקלין נפקד בעת קבלת פרס הנובל על פענוח מבנה הסליל.

פענוח המבנה הפריך את ההנחה בדבר סדר מחזורי של בסיסים במולקולת ה-DNA. האותיות יכולות להופיע בכל סדר שהוא בתוך הסליל הכפול, בלי שהמבנה עצמו יושפע כלל (כל עוד עיקרון זיווג האותיות של שתי השרשרות נשמר). בעקבות זאת, ניתן היה מיד להציע כי סדר האותיות בכל מולקולת DNA הוא למעשה המידע התורשתי. גדולתו של דגם המבנה של ה-DNA שהוצג על ידי ווטסון וקריק היא בכך שמבנה זה מתאים את המולקולה למילוי תפקידה כמולקולת התורשה, הוא מציע הסבר למנגנון השכפול העצמי של המולקולה, לאופן שבו המידע הגנטי אצור בה ואף לדרך שבה שינויים במידע מועברים בתורשה.

פענוח הקוד הגנטי

בשנת 1961 פרנסיס קריק וסידני ברנר ערכו סדרת ניסויים ובהם הפעילו על DNA ממקור נגיפי חומר הגורם לסילוק זוגות בסיסים מה-DNA ועקב כך לשינויים תורשתיים. סדרת ניסויים זו, הובילה להבנת תהליך התרגום. אובדן זוג בסיסים, או שני זוגות בסיסים מהרצף, הוא למעשה החסרת חלק ממילה בקידוד ה-DNA, ובנוסף לזה גורם להזזת מסגרת הקריאה של שלשות הבסיסים בדנ"א. רצף הבסיסים משנה עקב כך את משמעותו ומתורגם לרצף חלבון שונה. לעומת זאת, אובדן של שלושה זוגות בסיסים גורם להחסרת חומצת אמינו אחת, אך יתר החלבון נשאר תקין.

בתוך חמש שנים נתגלתה המשמעות של כל 64 הצרופים האפשריים לרצף של שלושה זוגות בסיסים. כמה מ-64 הצרופים האלה מקודדים לאותה חומצת אמינו, ויש גם שלשות שמשמעותן קידוד ל"התחלה" ו"סיום". צרופים אלו, של שלשות בסיסי חומצות גרעין, מכונים קודונים. תגליות מאוחרות יותר הראו שגן אחד יכול להיות מקוטע, כשבין חלקי הגן ישנם אזורים שאינם מקודדים לחלבון, אך הקוד הבסיסי נותר כפי שנתגלה לפני שנים. כיום יודעים שהקוד הזה הוא זהה בכל היצורים החיים.

ראו גם

לקריאה נוספת

  • ג'יימס ווטסון, הסליל הכפול, ידיעות ספרים, 2003
  • עדי מרקוזה-הס, ביולוגיה עכשיו, בהוצאת ספרי תל אביב

קישורים חיצוניים


מקור: http://he.wikipedia.org/wiki/DNA

This article is from Wikipedia. All text is available under the terms of the GNU Free Documentation License.