סינתזת DNA

ה סינתזת DNA מתרחש כחלק משכפול ה- DNA. ה- DNA הנו נושא מידע גנטי ושולט בכל תהליכי החיים. בבני אדם, כמו בכל שאר היצורים החיים, הוא ממוקם בגרעין התא. ה- DNA הוא בצורת גדיל כפול, בדומה לסולם חבלים מעוות הנקרא סליל. סליל כפול זה מורכב משתי מולקולות DNA. כל אחד משני הגדילים הבודדים המשלימים מורכב מעמוד עמוד שדרה של מולקולות סוכר (deoxyribose) ומשקעי פוספט, אליהם קשורים ארבעת הבסיסים האורגניים והחנקניים גואנין, אדנין, ציטוזין ותימין. שני הגדילים קשורים זה לזה באמצעות קשרי מימן בין בסיסים מנוגדים, מה שנקרא, משלים. על פי העיקרון של זיווג בסיס משלים, רק קשרים בין גוונין וציטוזין מצד אחד לאדנין ותימין מאידך.

מהי סינתזה של DNA?

על מנת ש- DNA ישכפל, יש צורך בתהליך סינתזת ה- DNA. הוא מתאר את המבנה של חומצה deoxyribonucleic (מקוצר ל- DNA או DNA). האנזים המפתח כאן הוא פולימראז DNA. זו הדרך היחידה אפשרית חלוקת תאים.

לצורך שכפול, גדיל ה- DNA המעוות מעוות תחילה על ידי אנזימים, מה שמכונה מסוקים וטופואיזומראז, ושני הגדילים הבודדים מופרדים זה מזה. הכנה זו לשכפול בפועל נקראת התחלה. כעת מסונתז פיסת RNA, אשר פולימראז ה- DNA זקוק לה כנקודת מוצא לפעילותה האנזימטית.

במהלך ההארכה שלאחר מכן (הרחבת גדיל), כל גדיל בודד יכול לשמש את הפולימראז DNA כ תבנית לסינתזה של ה- DNA המקביל המשלים. מכיוון שאחד הבסיסים יכול להיקשר לבסיס אחד אחר בלבד, ניתן לשחזר את הגדיל האחר, הקשור, באמצעות גדיל בודד. המשימה הזו של הבסיסים המשלימים היא המשימה של פולימראז DNA.

אז עמוד השדרה-פוספט של גדיל ה- DNA החדש מקושר על ידי ליגאז. זה יוצר שני גדילי DNA כפולים חדשים, שכל אחד מהם מכיל גדיל מסליל ה- DNA הישן. הסליל הכפול החדש נקרא אפוא semiconservative.

לשני גדילי הסליל הכפול יש קוטביות המעידה על כיוון המולקולות. הכיוון של שתי מולקולות ה- DNA בסליל הוא הפוך. מכיוון שהפולימראז של ה- DNA פועל רק בכיוון אחד, ניתן לבנות באופן רציף את הגדיל שנמצא בכיוון המתאים. הגדיל השני מסונתז חתיכה אחר חתיכה. לאחר מכן מצטרפים לליגזה אל מקטעי ה- DNA המתקבלים, הידועים גם כקטעי אוקזאקי.סיום סינתזת ה- DNA בעזרת קופקטורים שונים מכונה סיום.

פונקציה ומשימה

מכיוון שלרוב התאים יש תוחלת חיים מוגבלת בלבד, חייבים להיווצר כל הזמן תאים חדשים בגוף דרך חלוקת תאים כדי להחליף את אלו שמתים. תאי הדם האדומים בגוף האדם, למשל, אורך חיים ממוצע של 120 יום, ואילו חלק מתאי המעיים יש להחליף בתאים חדשים לאחר יום או יומיים. זה דורש חלוקת תאים מיטוטיים, בה נוצרים שני תאי בת חדשים זהים מתא אם. שני התאים זקוקים למערך הגנים השלם, מה שאומר שבניגוד לרכיבי תאים אחרים, אי אפשר לפצל אותם פשוט. כך ששום מידע גנטי לא יאבד במהלך החלוקה, יש להכפיל את ה- DNA ("לשכפל") לפני החלוקה.

חלוקת תאים מתרחשת גם במהלך התבגרותם של תאי הנבט הזכריים והנקביים (תאי ביצה וזרע). בחלוקה המיוטית שמתרחשת, ה- DNA אינו מכפיל את עצמו מכיוון שרצוי הפחתה בחצי מה- DNA. כאשר תאי הביצית והזרע מתמזגים, שוב מגיעים למספר המלא של הכרומוזומים, מצב האריזה של ה- DNA.

ה- DNA חיוני לתפקוד גוף האדם וכל שאר האורגניזמים שכן הוא הבסיס לסינתזה של חלבונים. שילוב של שלושה בסיסים רצופים מייצג חומצה אמינית אחת, וזו הסיבה שהיא מכונה קוד שלישייה. כל שלישיית בסיס "מתורגמת" לחומצה אמינית באמצעות RNA messenger (mRNA); חומצות אמינו אלה מקושרות אז לחלבונים בפלזמת התא. ה- mRNA שונה מה- DNA רק באטום אחד בשאריות הסוכר של עמוד השדרה ובכמה בסיסים. MRNA משמש בעיקר כמוביל מידע להובלת מידע המאוחסן ב- DNA מגרעין התא לפלסמת התא.

מחלות ומחלות

אורגניזם שאינו מסוגל לסינתזת DNA לא יהיה בר-קיימא, מכיוון שתאים חדשים צריכים להיווצר על ידי חלוקת תאים במהלך ההתפתחות העוברית. טעויות בסינתזת ה- DNA, כלומר בסיסים בודדים המאוגדים באופן שגוי שאינם עומדים בעקרון של התאמת בסיס משלים, מתרחשים לעתים קרובות יחסית. בגלל זה, לתאים אנושיים יש מערכות תיקון. אלה מבוססים על אנזימים השולטים בחוט הכפול של ה- DNA ומתקנים בסיסים שהוכנסו בצורה שגויה באמצעות מנגנונים שונים.

לצורך זה, למשל, ניתן לגזור את השטח סביב הבסיס הלא נכון ולבנות אותו מחדש לפי עקרון הסינתזה שהוסבר. עם זאת, אם מערכות תיקון ה- DNA של התא פגומות או עומסות יתר, אי התאמות בסיס, מה שנקרא מוטציות, יכולות להצטבר. מוטציות אלה מערערות את הגנום ומייצרות בכך את הסבירות לטעויות חדשות במהלך סינתזת ה- DNA. הצטברות של מוטציות כאלה יכולה להוביל לסרטן. המוטציה מעניקה לגנים מסוימים אפקט מקדם סרטן (רווחיות בתפקוד) ואילו גנים אחרים מאבדים את השפעתם המגינה (אובדן תפקוד).

עם זאת, בחלק מהתאים, שיעור טעויות מוגבר הוא אפילו רצוי על מנת להפוך אותם להסתגלות יותר, למשל בתאים מסוימים במערכת החיסון האנושית.