חומצות גרעין מאחסנות ומעבירות מידע גנטי שאנו יורשים מאבותינו. אם יש לך ילדים, המידע הגנטי שלך בגנום שלהם ישולב מחדש וישולב עם המידע הגנטי של בן הזוג שלך. הגנום שלך משוכפל בכל פעם שכל תא מתחלק. בנוסף, חומצות גרעין מכילות מקטעים מסוימים הנקראים גנים שאחראים לסינתזה של כל החלבונים בתאים. תכונות הגנים שולטות במאפיינים הביולוגיים של הגוף שלך.
מידע כללי
ישנן שתי מחלקות של חומצות גרעין: חומצה דאוקסיריבונוקלאית (הידועה יותר בשם DNA) וחומצה ריבונוקלאית (מוכרת יותר כ-RNA).
DNA היא שרשרת דמוית חוט של גנים הנחוצה לצמיחה, התפתחות, חיים ורבייה של כל היצורים החיים הידועים ורוב הנגיפים.
שינויים ב-DNA של יצורים רב-תאיים יובילו לשינויים בדורות הבאים.
DNA הוא מצע ביוגנטי,נמצא בכל היצורים החיים הקיימים, מהאורגניזמים החיים הפשוטים ביותר ועד ליונקים מאורגנים מאוד.
חלקיקים ויראליים רבים (ווירונים) מכילים RNA בגרעין כחומר גנטי. עם זאת, יש להזכיר כי וירוסים נמצאים על גבול הטבע החי והדומם, שכן ללא המנגנון הסלולרי של המארח הם נשארים לא פעילים.
רקע היסטורי
בשנת 1869, פרידריך מישר בודד גרעינים מתאי דם לבנים ומצא שהם מכילים חומר עשיר בזרחן שהוא כינה נוקליין.
הרמן פישר גילה בסיסים של פורין ופירימידין בחומצות גרעין בשנות ה-80.
בשנת 1884, ר' הרטוויג הציע שגרעינים אחראים להעברת תכונות תורשתיות.
בשנת 1899, ריצ'רד אלטמן טבע את המונח "חומצת ליבה".
ומאוחר יותר, בשנות ה-40 של המאה ה-20, המדענים קספרסון וברצ'ט גילו קשר בין חומצות גרעין עם סינתזת חלבון.
נוקלאוטידים
פולינוקלאוטידים בנויים מנוקלאוטידים רבים - מונומרים המחוברים זה לזה בשרשראות.
במבנה של חומצות גרעין מבודדים נוקלאוטידים, שכל אחד מהם מכיל:
- בסיס חנקן.
- סוכר פנטוז.
- קבוצת פוספטים.
כל נוקלאוטיד מכיל בסיס ארומטי המכיל חנקן המחובר לסכריד פנטוז (חמישה פחמנים), אשר, בתורו, מחובר לשארית חומצה זרחתית. מונומרים כאלה, בשילוב זה עם זה, יוצרים פולימרייםשרשראות. הם מחוברים בקשרי מימן קוולנטיים המתרחשים בין שאריות הזרחן של שרשרת אחת לסוכר הפנטוז של השרשרת השנייה. קשרים אלו נקראים קשרי פוספודיאסטר. קשרי פוספודיסטר יוצרים את עמוד השדרה של הפוספט-פחמימה (שלד) הן של ה-DNA והן של ה-RNA.
Deoxyribonucleotide
בואו נשקול את התכונות של חומצות גרעין הממוקמות בגרעין. ה-DNA יוצר את מנגנון הכרומוזומים של גרעין התאים שלנו. ה-DNA מכיל את "הוראות התוכנה" לתפקוד תקין של התא. כאשר תא מתרבה סוג משלו, הוראות אלו מועברות לתא החדש במהלך מיטוזה. ל-DNA יש מראה של מקרומולקולה דו-גדילית המעוותת לחוט סליל כפול.
חומצת הגרעין מכילה שלד סכריד פוספט-דאוקסיריבוז וארבעה בסיסים חנקניים: אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C) ותימין (T). בסליל דו-גדילי, אדנין זוגות עם תימין (A-T), זוגות גואנין עם ציטוזין (G-C).
בשנת 1953, ג'יימס ד. ווטסון ופרנסיס ה.ק. קריק הציע מבנה תלת מימדי של DNA המבוסס על נתונים קריסטלוגרפיים של קרני רנטגן ברזולוציה נמוכה. הם התייחסו גם לממצאיו של הביולוג ארווין צ'ארגף לפיהם ב-DNA, כמות הטימין שווה ערך לכמות האדנין, וכמות הגואנין שוות ערך לכמות הציטוזין. ווטסון וקריק, שזכו בפרס נובל ב-1962 על תרומתם למדע, הניחו ששני גדילים של פולינוקלאוטידים יוצרים סליל כפול. החוטים, למרות שהם זהים, מתפתלים לכיוונים מנוגדים.כיוונים. שרשראות הפוספט-פחמן ממוקמות בחלק החיצוני של הסליל, בעוד שהבסיסים נמצאים בחלק הפנימי, שם הם נקשרים לבסיסים בשרשרת השנייה באמצעות קשרים קוולנטיים.
Ribonucleotides
מולקולת ה-RNA קיימת כחוט ספירלי חד-גדילי. מבנה ה-RNA מכיל שלד פחמימות פוספט-ריבוז ובסיסי חנקה: אדנין, גואנין, ציטוזין ואורציל (U). כאשר RNA נוצר על תבנית ה-DNA במהלך שעתוק, גואנין מזדווג עם ציטוזין (G-C) ואדנין עם אורציל (A-U).
שברי RNA משמשים להתרבות חלבונים בתוך כל התאים החיים, מה שמבטיח את הצמיחה והחלוקה המתמשכת שלהם.
ישנן שתי תפקידים עיקריים של חומצות גרעין. ראשית, הם עוזרים ל-DNA בכך שהם משמשים כמתווכים המעבירים את המידע התורשתי הדרוש לאינספור הריבוזומים בגופנו. תפקידו העיקרי הנוסף של ה-RNA הוא לספק את חומצת האמינו הנכונה שכל ריבוזום צריך כדי ליצור חלבון חדש. ישנן מספר מחלקות שונות של RNA.
הודעות RNA (mRNA, או mRNA - תבנית) הוא עותק של הרצף הבסיסי של קטע DNA המתקבל כתוצאה מתעתוק. RNA Messenger משמש כמתווך בין DNA לריבוזומים - אברוני תאים המקבלים חומצות אמינו מ-Transfer RNA ומשתמשים בהן לבניית שרשרת פוליפפטיד.
העברה RNA (tRNA) מפעילה את הקריאה של נתונים תורשתיים מ-RNA שליח, וכתוצאה מכך תהליך התרגוםחומצה ריבונוקלאית - סינתזת חלבון. הוא גם מעביר את חומצות האמינו הנכונות למקום שבו החלבון מסונתז.
Ribosomal RNA (rRNA) הוא אבן הבניין העיקרית של הריבוזומים. הוא קושר את התבנית ribonucleotide במקום מסוים שבו ניתן לקרוא את המידע שלו, ובכך מתחיל את תהליך התרגום.
MiRNAs הן מולקולות RNA קטנות הפועלות כמווסתות של גנים רבים.
הפונקציות של חומצות גרעין חשובות ביותר לחיים בכלל ולכל תא בפרט. כמעט כל הפונקציות שתא מבצע מווסתות על ידי חלבונים המסונתזים באמצעות RNA ו-DNA. אנזימים, מוצרי חלבון, מזרזים את כל התהליכים החיוניים: נשימה, עיכול, כל סוגי חילוף החומרים.
הבדלים בין המבנה של חומצות גרעין
| Dezoskiribonucleotide | Ribonucleotide | |
| פונקציה | אחסון והעברת נתונים תורשתיים לטווח ארוך | המרה של מידע המאוחסן ב-DNA לחלבונים; הובלה של חומצות אמינו. אחסון נתונים תורשתיים של וירוסים מסוימים. |
| חד סוכר | Deoxyribose | Ribose |
| Structure | צורת ספירלה כפולה | צורת סליל של גדיל בודד |
| בסיסי חנקה | T, C, A, G | U, C, G, A |
מאפיינים ייחודיים של בסיסי חומצות גרעין
אדנין וגואנין מאתהמאפיינים שלהם הם פורינים. משמעות הדבר היא שהמבנה המולקולרי שלהם כולל שתי טבעות בנזן מתמזגות. ציטוזין ותימין, בתורם, שייכים לפירימידינים, ויש להם טבעת בנזן אחת. מונומרים של RNA בונים את השרשראות שלהם באמצעות בסיסים של אדנין, גואנין וציטוזין, ובמקום תימין הם מוסיפים אורציל (U). לכל אחד מבסיסי הפירימידין והפורין יש מבנה ומאפיינים ייחודיים משלו, קבוצה משלו של קבוצות פונקציונליות המקושרות לטבעת הבנזן.
בביולוגיה מולקולרית, קיצורים מיוחדים של אות אחת משמשים לציון בסיסים חנקן: A, T, G, C, או U.
סוכר פנטוז
בנוסף לסט שונה של בסיסים חנקניים, מונומרים של DNA ו-RNA שונים בסוכר הפנטוז שלהם. הפחמימה בעלת חמשת האטומים ב-DNA היא דאוקסיריבוז, בעוד שב-RNA היא ריבוז. הם כמעט זהים במבנה, עם הבדל אחד בלבד: ריבוז מוסיף קבוצת הידרוקסיל, בעוד שבדאוקסיריבוז הוא מוחלף באטום מימן.
מסקנות
באבולוציה של מינים ביולוגיים ובהמשכיות החיים, לא ניתן להפריז בתפקידן של חומצות גרעין. כחלק בלתי נפרד מכל גרעיני התאים החיים, הם אחראים להפעלת כל התהליכים החיוניים המתרחשים בתאים.
