חומצות גרעין ו- DNA

חומצות גרעין הן תרכובות כימיות בעלות חשיבות ביולוגית רבה; כל האורגניזמים החיים מכילים חומצות גרעין בצורה של DNA ו- RNA (חומצה deoxyribonucleic וחומצה ריבונוקלאית בהתאמה). חומצות גרעין הן מולקולות חשובות מאוד מכיוון שהן מפעילות שליטה ראשונית על תהליכי החיים הבסיסיים בכל האורגניזמים.
הכל מעיד על כך שחומצות הגרעין מילאו תפקיד זהה מאז צורות החיים הפרימיטיביות הראשונות שהצליחו לשרוד (כגון חיידקים).
בתאים של אורגניזמים חיים, ה- DNA קיים בעיקר בכרומוזומים (בתאים המתחלקים) ובכרומטין (בתאים אינטנסינטיים).
הוא קיים גם מחוץ לגרעין (בפרט במיטוכונדריה ובפלסטידים, שם הוא מבצע את תפקידו כמרכז מידע לסינתזה של חלק מהאברון כולו או כולו).
RNA, לעומת זאת, קיים הן בגרעין והן בציטופלזמה: בגרעין הוא מרוכז יותר בגרעין; בציטופלזמה הוא מרוכז יותר בפוליסומים.
המבנה הכימי של חומצות הגרעין מורכב למדי; הם נוצרים על ידי נוקלאוטידים, שכל אחד מהם (כפי שראינו) נוצר על ידי שלושה מרכיבים: פחמן הידרט (פנטוז), בסיס חנקן (פורין או פירימידין) וחומצה זרחתית.
חומצות גרעין הן אפוא פולינוקלאוטידים ארוכים, הנובעים משילוב יחידות הנקראות נוקלאוטידים. ההבדל בין DNA ל- RNA טמון בפנטוז ובבסיס. ישנם שני סוגים של פנטוז, אחד לכל סוג של חומצת גרעין:

1) ריבוז ב- RNA;
2) Dessosiribose ב- DNA.

מבחינת הבסיסים, עלינו לחזור על ההבחנה; בסיסי פירימידין כוללים:

1) ציטוזין;
2) תימין, קיים רק ב- DNA;
3) Uracil, קיים רק ב- RNA.

בסיסי הפורין, לעומת זאת, מורכבים מ:

1) אדנין

2) גואנין.

לסיכום, ב- DNA אנו מוצאים: ציטוזין - אדנין - גוואנין - תימין (C -A -G -T); בעוד שב- RNA יש לנו: ציטוזין - אדנין - גוואנין - אורסיל (C -A -G -U).
לכל חומצות הגרעין יש את מבנה השרשרת הלינארית הפולינוקלאוטידית; הספציפיות של המידע ניתנת על ידי רצף הבסיסים השונה.

מבנה DNA

הנוקלאוטידים של שרשרת ה- DNA מקושרים לקשר אסטר בין חומצה זרחתית לפנטוז; החומצה קשורה לפחמן 3 של הנוקלאוטיד פנטוז ולפחמן 5 של הבא; בקשרים אלה היא משתמשת בשתי משלוש קבוצות החומצה שלה; קבוצת החומצה הנותרת נותנת למולקולה את אופייה החומצי ומאפשרת לה ליצור קשרים עם חלבונים בסיסיים .
לדנ"א מבנה סליל כפול: שתי שרשראות משלימות, אחת מהן "יורדת" וה"שנייה "עולה." לסידור זה תואם את המושג שרשראות "אנטי -מקבילות", כלומר מקבילות אך עם כיוונים מנוגדים. החל מ צד אחד, אחת השרשראות מתחילה בקשר בין חומצה זרחנית לפחמן 5 של הפנטוז ומסתיימת בפחמן חופשי 3; בעוד כיוון השרשרת המשלימה הפוך. אנו רואים גם שקשרים המימן בין שתי השרשראות הללו מתרחשים. רק בין בסיס פורין לבין פירימידין ולהיפך, כלומר בין אדנין ותימין ובין ציטוזין לגואנין, ולהיפך; ישנם שני קשרי מימן בזוג AT, בעוד שבזוג GC יש שלוש קשרים. פירוש הדבר הוא לזוג השני יציבות רבה יותר.

צמצום DNA

כפי שכבר הוזכר לגבי הגרעין הבין -סינטי, ה- DNA יכול להיות בשלבים "האוטו -סינתטיים" וה"אלו -סינתטיים ", כלומר, בהתאמה עוסקים בסינתזה של זוגות עצמם (אוטו -סינתזה) או" חומר אחר (RNA: allosynthesis). מבחינתו הוא מחולק לשלושה שלבים, הנקראים G1, S, G2. בשלב G1 (בו ניתן לקחת את G כגידול הראשוני) התא מסנתז, תחת שליטה של ה- DNA הגרעיני, את כל מה שצריך למטבוליזם שלו. בשלב S (שבו S מייצג סינתזה, כלומר סינתזה של DNA גרעיני חדש) מתקיימת הקטנת ה- DNA. בשלב G2 התא מחדש את הצמיחה, ומתכונן לחטיבה הבאה.

בואו נראה בקצרה את התופעה שמתרחשת בשלב S

ראשית כל נוכל לייצג את שתי השרשראות האנטי -מקביליות כאילו כבר היו "מסוללות". החל מקיצוניות אחת, הקשרים בין זוגות הבסיס (A - T ו- G - C) נשברים, ושתי השרשראות המשלימות נעות זו מזו (ההשוואה בין פתיחת "הבזק" מתאימה). בשלב זה אנזים ( DNA-פולימראז) "זורם" לאורך כל שרשרת בודדת, ומעודד יצירת קשרים בין הנוקלאוטידים המרכיבים אותו לבין נוקלאוטידים חדשים ("שהופעלו בעבר" עם אנרגיה ששוחררה על ידי "ATP") הנפוצים בקריאופלזמה. תימינה חדשה קשורה בהכרח לכל אדנין, וכן הלאה, ויוצרת בהדרגה שרשרת כפולה חדשה מכל שרשרת אחת.
נראה כי ה- DNA-פולימראז פועל in vivo באדישות על שתי השרשראות, לא משנה מה הכיוון (מ -3 עד 5 או להיפך). באופן זה, כאשר כל שרשרת ה- DNA הכפולה המקורית כוסתה, שתי שרשראות כפולות, בדיוק אותו דבר כמו המקור. המונח המגדיר תופעה זו הוא "צמצום חצי -שמרני", כאשר "צמצום" מרכז את המשמעויות של הכפלה כמותית והעתקה מדויקת, בעוד "שמר -למחצה" מזכיר את העובדה שלכל שרשרת כפולה חדשה של DNA, רק שרשרת אחת היא ניאו-אינטטית.
ה- DNA מכיל מידע גנטי, שהוא מעביר ל- RNA; האחרון בתורו מעביר אותו לחלבונים, ובכך מווסת את הפונקציות המטבוליות של התא. כתוצאה מכך, חילוף החומרים כולו נמצא בשליטת הגרעין.
המורשת הגנטית שאנו מוצאים ב- DNA מיועדת לתת חלבונים ספציפיים לתא.
אם ניקח אותם בזוגות, ארבעת הבסיסים יתנו 16 שילובים אפשריים, כלומר 16 אותיות, לא מספיקים לכל חומצות האמינו. אם במקום זאת ניקח אותם בשלישיות, יהיו 64 צירופים, שאולי נראים יותר מדי, אך במציאות כולם נמצאים בשימוש מכיוון שהמדע גילה שחומצות אמינו שונות מקודדות על ידי יותר משלישייה אחת. יש לנו, אפוא, את התרגום מארבע האותיות של הבסיסים החנקניים של הנוקלאוטידים ל- 21 של חומצות האמינו; עם זאת, לפני ה"תרגום ", c" הוא ה"תעתוק ", עדיין בתוך הקשר" ארבע אותיות ", כלומר מעבר המידע הגנטי מארבע האותיות של ה- DNA ל- 4 האותיות של ה- RNA, לוקח בחשבון שבמקום ה- ביישן (DNA), c "הוא" uracil (RNA).
תהליך השעתוק מתרחש כאשר בנוכחות ריבונוקלאוטידים, אנזימים (RNA-פולימראז) ואנרגיה הכלולה במולקולות ה- ATP, נפתחת שרשרת ה- DNA ו מסונתז RNA, המהווה שכפול נאמן של המידע הגנטי. שרשרת פתוחה.
ישנם שלושה סוגים עיקריים של RNA וכולם מקורם ב- DNA גרעיני: