אנו מסבירים מהו מבנה ה-DNA, אילו סוגים קיימים וכיצד הוא התגלה. כמו כן, המבנה של RNA.
איך מבנה ה-DNA?
המבנה המולקולרי של DNA (או פשוט מבנה ה-DNA) הוא האופן שבו הוא מורכב מבחינה ביוכימית, כלומר, זוהי צורת הארגון הספציפית של חֶלְבּוֹן י ביומולקולות המהווים את מולקולת ה-DNA.
כדי להתחיל, בואו נזכור ש-DNA הוא ראשי התיבות של DeoxyriboNucleic Acid. DNA הוא ביו-פולימר נוקלאוטיד, כלומר, מבנה מולקולרי ארוך המורכב מקטעים (נוקלאוטידים) המורכבים בתורם מסוכר (ריבוז) ובסיס חנקן.
הבסיסים החנקניים של ה-DNA יכולים להיות מארבעה סוגים: אדנין (A), ציטוזין (C), תימין (T) או גואנין (G), יחד עם קבוצת פוספטים. ברצף של תרכובת זו, כל המידע הגנטי של א יצור חי, חיוני לסינתזת חלבון ותורשה רבייה, כלומר ללא DNA לא תהיה העברה של תווים גֵנֵטִי.
ביצורים חיים פרוקריוטים, ה-DNA הוא בדרך כלל ליניארי ועגול. אבל ב איקריוטים, מבנה ה-DNA הוא בצורה של סליל כפול. בשני המקרים מדובר במולקולה דו-גדילית, כלומר מורכבת משתי שרשראות ארוכות המסודרות בצורה אנטי-מקבילית (מצביעות בכיוונים מנוגדים): הבסיסים החנקניים שלהן פונים זה לזה.
בין שתי השרשראות הללו יש קשרי מימן שמחזיקים אותם יחד ובצורת סליל כפול. באופן מסורתי, ישנן שלוש רמות של מבנה זה:
- מבנה ראשוני. הוא מורכב מרצף של נוקלאוטידים משורשרים, שהרצף הספציפי והדייקני שלהם מקודד את מידע גנטי של כל פרט שקיים.
- מבנה משני. הסליל הכפול הנ"ל של שרשראות משלימות, שבהן מצטרפים הבסיסים החנקניים לפי סדר קפדני: אדנין עם תימין וציטוזין עם גואנין. מבנה זה משתנה בהתאם לסוג ה-DNA.
- מבנה שלישוני. זה מתייחס לאופן שבו ה-DNA מאוחסן בתוך מבנים הנקראים כרומוזומים, בתוך ה תָא. יש לקפל ולסדר את המולקולות הללו במרחב סופי, כך שבמקרה של אורגניזמים פרוקריוטיים הם עושים זאת בדרך כלל בצורה של סופר-הליקס, בעוד שבמקרה של אוקריוטים מתבצעת דחיסה מורכבת יותר, בהתחשב בגודל הגדול יותר של המולקולות. DNA, הדורש התערבות של חלבונים אחרים.
- מבנה רבעוני. הכוונה היא לכרומטין הקיים בגרעין של תאים אוקריוטיים, משם נוצרים כרומוזומים במהלך חלוקת התא.
זה יכול לשרת אותך:מִיקרוֹבִּיוֹלוֹגִיָה
גילוי מבנה ה-DNA
ג'יימס ווטסון (משמאל) ופרנסיס קריק (מימין)
הצורה המולקולרית הספציפית של ה-DNA התגלתה ב-1950, למרות שקיומה של סוג זה של תרכובות ביולוגיות היה ידוע כבר משנת 1869. גילויו מיוחס בעיקר למדענים ג'יימס ווטסון, מארצות הברית, ופרנסיס קריק, מ. הבריטים, שהציעו את מודל הסליל הכפול של מבנה ה-DNA.
עם זאת, הם לא היו היחידים שחקרו את הנושא הזה. עבודתו, למעשה, התבססה על מידע שהושג בעבר על ידי רוזלינד פרנקלין הבריטית, מומחית בקריסטלוגרפיה של קרני רנטגן לקביעת המבנה של מולקולות.
הודות לתמונה חדה במיוחד שפרנקלין השיג באמצעות זה טֶכנִיקָה (ה"צילום 51" המפורסם), ווטסון וקריק הצליחו להסיק ולנסח מודל תלת מימדי ל-DNA.
סוגי DNA
על ידי לימוד המבנה שלו, כלומר הקונפורמציה התלת מימדית הספציפית שלו, ניתן לזהות שלושה סוגים של DNA שנצפו ביצורים חיים, שהם:
- DNA-B. זהו הסוג הנפוץ ביותר של DNA יצורים חיים והיחיד שעוקב אחר מודל הסליל הכפול שהוצע על ידי ווטסון וקריק. המבנה שלו קבוע, מאחר שלכל זוג בסיסים יש אותו גודל, אם כי מותיר חריצים (גדלים וקטנים יותר ברציפות) עם וריאציה של 35 מעלות ביחס לקודם, כדי לאפשר גישה לבסיסים החנקניים מבחוץ.
- DNA-A. סוג זה של DNA מופיע בתנאים של נדיר לחות ופחות טֶמפֶּרָטוּרָה, כמו אלה במעבדות רבות. הוא מציג, כמו B, חריצים חוזרים אם כי בפרופורציות שונות (רחבים ורדודים יותר עבור החריץ הקטן), בנוסף למבנה פתוח יותר, כאשר הבסיסים החנקניים רחוקים יותר מהציר של הסליל הכפול, נוטים יותר ביחס לאופקי. ובאופן סימטרי יותר במרכז.
- Z-DNA. הוא שונה מהקודמים בכך שהוא סליל כפול עם סיבוב שמאלה (יד שמאל) בשלד זיגזג, והוא נפוץ ברצפי DNA המתחלפים פורינים ופירמידינים (GCGCGC), ולכן הוא מצריך ריכוז של קטיונים גדול מזה של B-DNA. זהו סליל כפול צר וארוך יותר מהקודמים.
מבנה RNA
בניגוד ל-DNA, RNA (Ribonucleic Acid) אינו מופיע בדרך כלל כסליל כפול. במקום זאת, המבנה של RNA הוא רצף חד-גדילי של נוקלאוטידים. הבסיסים החנקניים שלו זהים לאלו של ה-DNA, למעט במקרה של תימין (T), המוחלף ב-RNA באורציל (U).
נוקלאוטידים אלה מקושרים זה לזה על ידי קישורים פוספודיסטר. לפעמים הם יכולים ליצור קפלים בשרשרת ה-RNA כשהם מושכים זה את זה, ובכך ליצור סוגים מסוימים של לולאות, סלילים או סיכות שיער במהלך אזורים קצרים.