כל אורגניזם חי בעולמנו שונה. לא רק אנשים שונים זה מזה. גם לבעלי חיים ולצמחים מאותו המין יש הבדלים. הסיבה לכך היא לא רק תנאי חיים וניסיון חיים שונים. האינדיבידואליות של כל אורגניזם מונחת בו בעזרת חומר גנטי.
שאלות חשובות ומעניינות על חומצות גרעין
עוד לפני הלידה, לכל אורגניזם יש מערכת גנים משלו, שקובעת לחלוטין את כל התכונות המבניות. זה לא רק צבע המעיל או צורת העלים, למשל. מאפיינים חשובים יותר מונחים בגנים. אחרי הכל, אוגר לא יכול להיוולד לחתול, ובאובב לא יכול לגדול מזרעי חיטה.
וחומצות גרעין - מולקולות RNA ו-DNA - אחראיות לכל כמות המידע העצומה הזו. קשה מאוד להפריז בחשיבותם. הרי הם לא רק אוגרים מידע לאורך החיים, הם עוזרים לממש אותו בעזרת חלבונים, וחוץ מזה הם מעבירים אותו לדור הבא. איך הם עושים את זה, כמה מורכבים המבנה של מולקולות ה-DNA וה-RNA? במה הם דומים ומה ההבדלים ביניהם? בתוך כל זה אנחנוואנחנו נבין את זה בפרקים הבאים של המאמר.
ננתח את כל המידע חלק אחר חלק, החל מהיסודות. ראשית, נלמד מהן חומצות גרעין, כיצד הן התגלו, לאחר מכן נדבר על המבנה והתפקודים שלהן. בסוף המאמר, אנו ממתינים לטבלה השוואתית של RNA ו-DNA, שאליה תוכלו להפנות בכל עת.
מהן חומצות גרעין
חומצות גרעין הן תרכובות אורגניות בעלות משקל מולקולרי גבוה, הן פולימרים. בשנת 1869 הם תוארו לראשונה על ידי פרידריך מישר, ביוכימאי שוויצרי. הוא בודד חומר, הכולל זרחן וחנקן, מתאי מוגלה. בהנחה שהוא ממוקם רק בגרעינים, המדען כינה אותו גרעין. אבל מה שנשאר לאחר הפרדת החלבונים נקרא חומצת גרעין.
המונומרים שלו הם נוקלאוטידים. מספרם במולקולת חומצה אינדיבידואלית לכל מין. נוקלאוטידים הם מולקולות המורכבות משלושה חלקים:
- חד סוכר (פנטוז), יכול להיות משני סוגים - ריבוז ודאוקסיריבוז;
- בסיס חנקן (אחד מארבעה);
- שארית חומצה זרחתית.
לאחר מכן, נבחן את ההבדלים והדמיון בין DNA ו-RNA, הטבלה בסוף המאמר תסכם.
תכונות מבניות: פנטוזות
הדמיון הראשון בין DNA ל-RNA הוא שהם מכילים חד-סוכרים. אבל עבור כל חומצה הם שונים. תלוי איזה פנטוז נמצא במולקולה, חומצות גרעין מחולקות ל-DNA ו-RNA. DNA מכיל דאוקסיריבוז ואילו RNA מכילריבוז. שני הפנטוזים מופיעים בחומצות רק בצורת β.
לדיאוקסיריבוז אין חמצן באטום הפחמן השני (מסומן כ-2'). מדענים מציעים שהיעדרו:
- מקצר את הקישור בין C2 ל-C3;
- הופך את מולקולת ה-DNA לחזקה יותר;
- יוצר את התנאים לאריזת DNA קומפקטית בגרעין.
השוואת מבנים: בסיסים חנקן
אפיון השוואתי של DNA ו-RNA אינו קל. אבל ההבדלים נראים כבר מההתחלה. בסיסים חנקניים הם אבני הבניין החשובות ביותר במולקולות שלנו. הם נושאים את המידע הגנטי. ליתר דיוק, לא הבסיסים עצמם, אלא הסדר שלהם בשרשרת. הם פורין ופירימידין.
הרכב ה-DNA וה-RNA שונה כבר ברמת המונומרים: בחומצה דאוקסיריבונוקלאית נוכל למצוא אדנין, גואנין, ציטוזין ותימין. אבל RNA מכיל אורציל במקום תימין.
חמשת הבסיסים האלה הם העיקריים (העיקריים), הם מהווים את רוב חומצות הגרעין. אבל חוץ מהם, יש אחרים. זה קורה לעתים רחוקות מאוד, בסיסים כאלה נקראים מינוריים. שניהם נמצאים בשתי החומצות - זהו דמיון נוסף בין DNA ל-RNA.
רצף הבסיסים החנקניים האלה (ובהתאם, הנוקלאוטידים) בשרשרת ה-DNA קובע אילו חלבונים תא נתון יכול לסנתז. אילו מולקולות ייווצרו ברגע נתון תלוי בצרכי הגוף.
עבור אלרמות הארגון של חומצות גרעין. על מנת שהמאפיינים ההשוואתיים של DNA ו-RNA יהיו מלאים ואובייקטיביים ככל האפשר, נשקול את המבנה של כל אחד מהם. ל-DNA יש ארבע מהם, ומספר רמות הארגון ב-RNA תלוי בסוג שלו.
גילוי מבנה ה-DNA, עקרונות המבנה
כל האורגניזמים מחולקים לפרוקריוטים ולאאוקריוטים. סיווג זה מבוסס על עיצוב הליבה. לשניהם יש DNA בתא בצורה של כרומוזומים. אלו מבנים מיוחדים שבהם מולקולות חומצה דאוקסיריבונוקלאית קשורות לחלבונים. ל-DNA יש ארבע רמות ארגון.
המבנה הראשוני מיוצג על ידי שרשרת של נוקלאוטידים, שרצף שלהם נשמר בקפדנות עבור כל אורגניזם בודד ואשר מחוברים ביניהם על ידי קשרים פוספודיסטרים. הצלחות עצומות בחקר מבנה גדיל ה-DNA הושגו על ידי צ'ארגאף ומשתפי הפעולה שלו. הם קבעו שהיחסים בין הבסיסים החנקניים מצייתים לחוקים מסוימים.
הם נקראו חוקי Chargaff. הראשון שבהם קובע שסכום בסיסי הפורין חייב להיות שווה לסכום הפירמידינים. זה יתברר לאחר היכרות עם המבנה המשני של ה-DNA. הכלל השני נובע מתכונותיו: היחסים המולאריים A / T ו- G / C שווים לאחד. אותו כלל נכון לגבי חומצת הגרעין השנייה - זהו דמיון נוסף בין DNA ל-RNA. רק בשני יש אורציל במקום תימין בכל מקום.
כמו כן, מדענים רבים החלו לסווג את ה-DNA של מינים שונים לפי מספר גדול יותר של בסיסים. אם הסכום הוא "A+T"יותר מ-"G + C", DNA כזה נקרא מסוג AT. אם זה הפוך, אז אנחנו עוסקים בסוג GC של DNA.
מודל המבנה המשני הוצע בשנת 1953 על ידי המדענים ווטסון וקריק, והוא עדיין מקובל כיום. הדגם הוא סליל כפול, המורכב משתי שרשראות אנטי מקבילות. המאפיינים העיקריים של המבנה המשני הם:
- ההרכב של כל גדיל DNA הוא ספציפי לחלוטין למין;
- הקשר בין השרשראות הוא מימן, שנוצר על פי עקרון ההשלמה של בסיסים חנקניים;
- שרשרות פולינוקלאוטידים עוטפות זו את זו, ויוצרות סליל ימני בשם "הליקס";
- שאריות חומצה זרחתית ממוקמות מחוץ לסליל, בסיסים חנקניים נמצאים בפנים.
רחוק יותר, צפוף יותר, קשה יותר
המבנה השלישוני של ה-DNA הוא מבנה מפותל-על. כלומר, לא רק ששתי שרשראות מתפתלות זו בזו במולקולה, למען דחיסות רבה יותר, ה-DNA מתפתל סביב חלבונים מיוחדים - היסטונים. הם מחולקים לחמש מחלקות בהתאם לתוכן של ליזין וארגינין שבהם.
הרמה האחרונה של DNA היא הכרומוזום. כדי להבין באיזו הדוק ארוז בתוכו נושא המידע הגנטי, דמיינו את הדברים הבאים: אם מגדל אייפל עבר את כל שלבי הדחיסה, כמו DNA, אפשר היה לשים אותו בקופסת גפרורים.
כרומוזומים הם בודדים (מורכבים מכרומטיד אחד) וכפולים (מורכבים משתי כרומטידים). הם מספקים אחסון מאובטחמידע גנטי, ובמידת הצורך הם יכולים להסתובב ולפתוח גישה לאזור הרצוי.
סוגי RNA, תכונות מבניות
בנוסף לעובדה שכל RNA שונה מה-DNA במבנה הראשוני שלו (חוסר תימין, נוכחות של uracil), גם רמות הארגון הבאות שונות:
- Transfer RNA (tRNA) היא מולקולה חד-גדילית. על מנת למלא את תפקידו להעביר חומצות אמינו לאתר של סינתזת חלבון, יש לו מבנה משני יוצא דופן מאוד. זה נקרא "עלה תלתן". כל אחת מהלולאות שלו מבצעת את התפקיד שלה, אבל החשובים ביותר הם גזע המקובל (חומצת אמינו נצמדת אליו) והאנטיקודון (שחייב להתאים לקודון ב-RNA שליח). המבנה השלישוני של tRNA נחקר מעט, מכיוון שקשה מאוד לבודד מולקולה כזו מבלי להפריע לרמת הארגון הגבוהה. אבל למדענים יש מידע מסוים. לדוגמה, בשמרים, RNA ההעברה מעוצב כמו האות L.
- Messenger RNA (נקרא גם מידע) מבצע את הפונקציה של העברת מידע מ-DNA לאתר של סינתזת חלבון. היא מספרת איזה סוג חלבון יתברר בסופו של דבר, ריבוזומים נעים לאורכו בתהליך הסינתזה. המבנה העיקרי שלו הוא מולקולה חד-גדילית. המבנה המשני מורכב מאוד, הכרחי לקביעה נכונה של תחילת סינתזת חלבון. mRNA מקופל בצורה של סיכות ראש, שבקצותיהן יש אתרים לתחילת וסיום עיבוד החלבון.
- RNA ריבוזומלי נמצא בריבוזומים. האברונים הללו מורכבים משני חלקיקי משנה, שכל אחד מהםמארח rRNA משלו. חומצת גרעין זו קובעת את המיקום של כל החלבונים הריבוזומליים והמרכזים התפקודיים של אברון זה. המבנה הראשוני של rRNA מיוצג על ידי רצף של נוקלאוטידים, כמו בזנים קודמים של חומצה. ידוע שהשלב הסופי של קיפול rRNA הוא זיווג של החלקים הסופיים של גדיל אחד. היווצרותם של פטוטרות כאלה תורמת תרומה נוספת לדחיסת המבנה כולו.
פונקציות DNA
חומצה Deoxyribonucleic פועלת כמאגר של מידע גנטי. זה ברצף הנוקלאוטידים שלו שכל החלבונים של הגוף שלנו "חבויים". ב-DNA, הם לא רק מאוחסנים, אלא גם מוגנים היטב. וגם אם תתרחש שגיאה במהלך ההעתקה, היא תתוקן. כך, כל החומר הגנטי יישמר ויגיע לצאצאים.
כדי להעביר מידע לצאצאים, ל-DNA יש את היכולת להכפיל. תהליך זה נקרא שכפול. טבלה השוואתית של RNA ו-DNA תראה לנו שחומצת גרעין אחרת לא יכולה לעשות זאת. אבל יש לו פונקציות רבות אחרות.
פונקציות RNA
לכל סוג של RNA יש תפקיד משלו:
- חומצה ריבו-נוקלאית תחבורה מספקת חומצות אמינו לריבוזומים, שם הן נעשות לחלבונים. tRNA לא רק מביא חומר בניין, הוא גם מעורב בזיהוי קודונים. וכמה נכון יבנה החלבון תלוי בעבודתו.
- הודעה RNA קורא מידע ממנוDNA ונושא אותו לאתר של סינתזת חלבון. שם הוא נצמד לריבוזום ומכתיב את סדר חומצות האמינו בחלבון.
- רנ"א ריבוזומלי מבטיח את שלמות המבנה של האברון, מסדיר את העבודה של כל המרכזים התפקודיים.
הנה עוד דמיון בין DNA ל-RNA: שניהם דואגים למידע הגנטי שהתא נושא.
השוואה של DNA ו-RNA
כדי לארגן את כל המידע שלמעלה, בואו נרשום הכל בטבלה.
| DNA | RNA | |
| מיקום הכלוב | גרעין, כלורופלסטים, מיטוכונדריה | גרעין, כלורופלסטים, מיטוכונדריה, ריבוזומים, ציטופלזמה |
| מונומר | Deoxyribonucleotides | Ribonucleotides |
| Structure | סליל דו-גדילי | שרשרת יחידה |
| נוקלאוטידים | A, T, G, C | A, U, G, C |
| תכונות | יציב, מסוגל לשכפול | Labile, לא יכול להכפיל |
| פונקציות | אחסון והעברה של מידע גנטי | העברת מידע תורשתי (mRNA), תפקוד מבני (rRNA, RNA מיטוכונדריאלי), השתתפות בסינתזת חלבונים (mRNA, tRNA, rRNA) |
לכן, דיברנו בקצרה על קווי הדמיון בין DNA ל-RNA. השולחן יהיה עוזר חיוני בבחינה או תזכורת פשוטה.
בנוסף למה שכבר למדנו קודם לכן, הופיעו כמה עובדות בטבלה. למשל, יכולת ה-DNAהכפלה הכרחית לחלוקת התא כדי ששני התאים יקבלו את החומר הגנטי הנכון במלואו. בעוד של-RNA, הכפלה אינה הגיונית. אם תא זקוק למולקולה נוספת, הוא מסנתז אותה מתבנית ה-DNA.
המאפיינים של DNA ו-RNA התבררו כקצרים, אבל כיסינו את כל התכונות של המבנה והתפקודים. תהליך התרגום - סינתזת חלבון - מעניין מאוד. לאחר היכרות עם זה, מתברר כמה גדול תפקיד ה-RNA ממלא בחיי התא. ותהליך שכפול ה-DNA מרגש מאוד. מה שווה לשבור את הסליל הכפול ולקרוא כל נוקלאוטיד!
למד משהו חדש בכל יום. במיוחד אם הדבר החדש הזה קורה בכל תא בגוף שלך.
