מהו DNA? מאפייניו, חלקיו ותפקודיו

DNA היא כנראה המולקולה המוכרת ביותר ממקור ביולוגי., זה נמצא בכל היצורים החיים על פני כדור הארץ. אבל... מדוע ה-DNA כל כך חשוב?

DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית) מכיל את ההוראות הדרושות לחיים: בתוך שלנו ה-DNA מקודד את המידע הדרוש לייצור כל החלבונים בגופנו. חלבונים ממלאים תפקידים רבים, קובעים את מבנה התאים ומכוונים כמעט את כל התהליכים המטבוליים בגוף.

הבדלים בקוד הגנטי אחראים למספר רב של תופעות שאנו רואים בבני אדם ובבעלי חיים: למשל, מדוע חלק אנשים נוטים יותר מאחרים לפתח מחלות מסוימות, או מדוע לכלבים יש זנב, צבעי עיניים שונים או הקבוצה אַדְמוֹנִי. כל התכונות הפיזיות והנפשיות שלנו נקבעות על ידי גנטיקה, אם כי הסביבה יכולה אז להשפיע באופן משמעותי על ההתפתחות שלנו.

כולנו שמענו על DNA ואנחנו יודעים את תפקידו הבסיסי בגופנו כשומר המידע הגנטי, אבל... יש עוד פונקציות? במאמר זה נדבר לעומק על ה-DNA, המבנה שלו וכל תפקידיו.

• מאמר קשור: "10 ענפי הביולוגיה: מטרותיה ומאפייניה"

מה זה בעצם DNA?

DNA הוא ראשי התיבות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית. אנחנו יכולים לומר ש-DNA הוא אבן הבניין של כל היצורים החיים, מכילה את כל הגנים הכרחי לייצור חלבונים, מולקולות חיוניות לתפקוד הגוף שלנו.

ה-DNA מכיל את החומר המורשת שלנו, מה שהופך אותנו למי שאנחנו, לאף אדם אין DNA כמו לאחר: לכל אדם יש קוד ייחודי הכלול במולקולת ה-DNA הארוכה. המידע הכלול ב-DNA מועבר מהורה לילד וכמחצית מה-DNA של הילד הוא ממקור אב והחצי השני הוא אימהי.

• אולי יעניין אותך: "גנטיקה והתנהגות: האם הגנים מחליטים כיצד אנו פועלים?"

מבנה DNA

DNA מתואר כ פולימר של נוקלאוטידים, כלומר שרשרת ארוכה המורכבת ממולקולות קטנות.

נוקלאוטידים הם היחידות הבסיסיות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA). ניתן לחלק כל נוקלאוטיד לשלושה חלקים: פחמימה (2-דאוקסיריבוז), בסיס חנקני וקבוצת פוספט (שמקורה בחומצה זרחתית).

נוקלאוטידים נבדלים על ידי הבסיס החנקני שלהם, וזהו שם הבסיס שצוין בעת ​​הצגת רצף ה-DNA, שכן שני הרכיבים האחרים תמיד זהים. ישנם ארבעה בסיסים שונים:

• אדנין (A)
• ציטוזין (C)
• גואנין (G)
• טימין (T)

ה-DNA לובש צורה של סליל כפול, כאשר רואים אותו ברמה תלת מימדית; הוא מורכב משתי שרשראות המוחזקות יחד על ידי קשרי מימן., היוצרים מולקולה דו-גדילית. זוגות הבסיס יוצרים את הספירלה דמוית הסולם, ועמוד השדרה של הסוכר פוספט יוצר את הצדדים התומכים של סליל ה-DNA.

הבסיסים מיושרים בסדר רציף לאורך השרשרת, מקודדים את המידע הגנטי לפי קריטריון ההשלמה: A-T ו- G-C. אדנין וגואנין גדולים יותר בגודלם מאשר תימין וציטוזין, מה שהופך את קריטריון ההשלמה הזה להכרחי כדי שה-DNA יישאר אחיד.

שנית, DNA נמצא בגרעין התא של אוקריוטים, כמו גם בכלורופלסטים ובמיטוכונדריה. באורגניזמים פרוקריוטים, המולקולה נמצאת חופשית בציטופלזמה בגוף בעל צורה לא סדירה המכונה נוקלואיד. לבסוף, יש להוסיף שמבנה ה-DNA שונה בין תאים פרוקריוטיים לאאוקריוטיים. בתאים איקריוטים יש לו מבנה ליניארי, וקצוות כל שרשרת חופשיים; עם זאת, בתאים פרוקריוטים ה-DNA כלול בגדיל כפול ארוך ועגול.

• מאמר קשור: "נוקלאוטידים של DNA: מה הם, מאפיינים ותפקודים"

בשביל מה DNA?

ל-DNA יש שלושה תפקידים עיקריים בגוף: מאחסנים מידע (גנים וגנום מלא), מייצרים חלבונים (שעתוק ותרגום) ו שכפול כדי להבטיח שהמידע מועבר לתאי הבת במהלך החלוקה טלפון נייד.

המידע הדרוש לבנייה ותחזוקה של אורגניזם מאוחסן ב-DNA, המועבר מהורה לילד. ה-DNA הנושא את המידע הזה נקרא DNA גנומי, ומערך המידע הגנטי נקרא הגנום. יש לנו יותר משני מטרים של DNA, והגרעינים שלנו הרבה יותר קטנים: ה-DNA מאורגן למולקולות קומפקטיות הנקראות כרומטין, המתאימות לחיבור של DNA, RNA וחלבונים. לאחר מכן כרומטין מתאסף לכרומוזומים, מבנים מאורגנים מאוד המאפשרים חלוקת תאים.

• אולי יעניין אותך: "חלקי התא והאברונים החשובים ביותר: סקירה כללית"

הקטגוריות והחלקים של ה-DNA

ניתן לחלק את ה-DNA לשתי קטגוריות רחבות: DNA לא מקודד ו-DNA מקודד. בואו נראה את הפונקציות הספציפיות שלו.

1. ה-DNA המקודד

אנחנו לא יכולים לדבר על קידוד DNA בלי לדבר על גנים. גן הוא קטע של DNA שמשפיע על תכונה או מאפיין של אורגניזם.כגון צבע עיניים או סוג דם. לגנים יש אזורי קידוד הנקראים מסגרות קריאה פתוחות, כמו גם קטעים של שליטה הנקראת משפרים ומקדמים המשפיעים על אזור הקידוד להיות לְתַעֲתֵק. כמות המידע הכוללת הכלול בגנום של אורגניזם נקראת הגנוטיפ.

ל-DNA יש את המידע לייצור חלבונים, הנקראים פועלי האורגניזם, וממלאים שפע של פונקציות; חלק מהחלבונים הם מבניים, כמו החלבונים בשיער או בסחוס, בעוד שאחרים הם פונקציונליים, כמו אנזימים.

הגוף משתמש ב-20 חומצות אמינו שונות כדי ליצור כ-30,000 חלבונים שונים.. מולקולת ה-DNA צריכה לומר לתא את הסדר שבו יש לחבר את חומצות האמינו.

התורשה קובעת אילו חלבונים ייוצרו, תוך שימוש ב-DNA כשרטוט לבנייתם. לפעמים שינויים בקוד ה-DNA (מוטציות) יגרמו לחלבונים לא לפעול כראוי, ולגרום למחלה. אולם, במקרים אחרים, שינויים בקוד יגרמו לשינויים מועילים אצל אנשים, אשר לאחר מכן יוכלו להסתגל טוב יותר לסביבתם.

לגן יש DNA שנקרא ומומר לחומר RNA שליח. RNA זה מעביר מידע בין ה-DNA של הגן לבין המנגנון האחראי לייצור חלבונים.. RNA פועל כתוכנית למנגנון הייצור כך שחומצות אמינו מסודרות ומחוברות בסדר הנכון לייצור חלבון.

למרות שעתוק לחלבונים הוא התפקיד הבסיסי של ה-DNA. הדוגמה המרכזית של הביולוגיה DNA → RNA → חלבון הוכחה כשגויה, ולמעשה ישנם מספר תהליכים המשפיעים ומעבירים מידע. וירוסים מסוימים משתמשים ב-RNA כחומר המקורי (נגיפי RNA), וכן תהליך המידע הזורם מ-RNA ל-DNA ידוע בתור שעתוק הפוך או DNA שעתוק הפוך. ישנם גם רצפי RNA שאינם מקודדים שנוצרים על ידי העברת רצפי DNA ל-RNA, ואלה יכולים למלא תפקיד מבלי להפוך אותם לחלבונים.

• מאמר קשור: "מהו הקוד הגנטי ואיך הוא עובד?"

2. DNA לא מקודד

כ-90% מהגנום של אדם אינו מקודד לחלבונים.. חלק זה של ה-DNA נקרא DNA שאינו מקודד. ניתן לחלק את ה-DNA מושגית לשתי קטגוריות, גנים מקודדי חלבון וגנים שאינם גנים. במינים רבים, רק חלק קטן מה-DNA מקודד לחלבונים - האקסונים - והם מהווים רק כ-1.5% מהגנום האנושי.

DNA לא מקודד, הידוע גם כ-DNA זבל, הוא DNA שאינו מקודד לחלבון: רצפים כמו אינטרונים, רקומבינציות וירוסים וכו'. עד לאחרונה, הדנ"א הזה נחשב חסר תועלת עד שמחקרים אחרונים הראו שזה לא המקרה. רצפים אלו יכולים לווסת את ביטוי הגנים מכיוון שיש להם זיקה לחלבונים שיכולים להיקשר ל-DNA ונקראים רצפים רגולטוריים.

מדענים זיהו רק אחוז קטן מכל רצפי הרגולציה הקיימים. הסיבה לנוכחות של כמויות גדולות של DNA לא מקודד בגנום אוקריוטי ו הבדלים בגודל הגנום בין מינים שונים נותרו חידה במדע. מתנה. למרות שיותר ויותר פונקציות של DNA לא מקודד הופכות ידועות, כגון:

2.1. האלמנטים החוזרים על עצמם

אלמנטים חוזרים בגנום הם גם חלקים פונקציונליים של גנום, מהווים יותר ממחצית מכל הנוקלאוטידים. קבוצה של מדענים מאוניברסיטת ייל מצאה לאחרונה רצף DNA שאינו מקודד שכביכול יש לו תפקיד לאפשר לבני אדם לפתח את יכולת השימוש כלים.

2.2. טלומרים וצנטרומרים

כמו כן, חלק מרצפי ה-DNA אחראים למבנה הכרומוזומים. טלומרים וצנטרומרים מכילים מעט או ללא גנים מקודדים, אבל חיוניים להחזקת מבנה הכרומוזומים יחד.

23. DNA ל-RNA

גנים מסוימים אינם מקודדים לחלבונים, אלא מתועתקים למולקולות RNA: RNA ריבוזמלי, RNA העברה ו-RNAi מפריע (RNAi).

2.4. חבור חלופי

סידור האינטרונים והאקסונים ברצפי גנים מסוימים חשוב מכיוון מאפשר שחבור חלופי של RNA טרום-שליח, יצירת חלבונים שונים מאותו גן. ללא יכולת זו, מערכת החיסון לא הייתה קיימת.

2.5. פסאודוגנים

כמה רצפי DNA שאינם מקודדים מגיעים מ גנים שאבדו במהלך האבולוציה. פסאודוגנים אלה יכולים להיות שימושיים מכיוון שהם יכולים להוליד גנים חדשים עם פונקציות חדשות.

2.6. חלקים קטנים של DNA

רצפי DNA אחרים שאינם מקודדים מגיעים משכפול של חלקים קטנים של DNA, אשר זה גם שימושי מכיוון שמעקב אחר קטעים חוזרים ונשנים של DNA יכול לעזור במחקרים על תוֹלְדוֹת הַגֶזַע.

סיכום

DNA היא המולקולה המכילה מידע תורשתי בבני אדם; מידע זה, הכלול ב-DNA, מאפשר לתא לדעת את הסדר שבו יש לחבר את חומצות האמינו המרכיבות את החלבונים. חלבונים אחראים לרוב תפקודי הגוף ולבעיה בייצורם יכולה להיות השלכות גדולות על בריאותנו. עם זאת, כאשר אנו מדברים על DNA → RNA → חלבון, אנו מתייחסים לדוגמה הגדולה של ביולוגיה וגנים, שוכחים 90% מה-DNA. עד לאחרונה, תפקיד ה-DNA, שאינו מקודד לחלבון, נחשב חסר תועלת, אלא מחקרים לאחרונה, יותר ויותר פונקציות של רצפים אלה שאינם מקודדים נקראו רגולטורים.