נוקלאוטידים של DNA: מה הם, מאפיינים ותפקודים

פרויקט הגנום האנושי, שהושק ב-1990 עם תקציב של 3 מיליארד דולר, הציב לעצמו את היעד העולמי למפות את הבסיסים הכימיים המייצרים את ה-DNA שלנו ולזהות את כל הגנים הקיימים בגנום של המין בן אנוש. הרצף הושלם בשנת 2003, 13 שנים מאוחר יותר.

הודות לעבודה מולקולרית וגנטית טיטאנית זו, אנו יודעים כעת שהגנום האנושי מכיל כ-3,000 מיליון זוגות בסיסים ו-20,000-25,000 גנים. למרות זאת, נותר לתאר הרבה, שכן התפקודים של כל אחד ואחד מקטעי המידע הגנטי שקודדנו בכל אחד מתאינו אינם ידועים.

ככל שמדענים חוקרים, האוכלוסייה הכללית הופכת יותר ויותר מודעת למהי גנטיקה, מדע שחוקר את האלפבית הזה של מולקולות שמארגנות ומקודדות את התורשה ואת כל אחת מהפונקציות שלנו חִיוּנִי. אנחנו כלום בלי הגנים שלנו, ולמרות שהם אינם נראים לעין בלתי מזוינת, כל החומר החי "נמצא" בזכותם. מכיוון שאיננו יכולים לרכוש ידע מבלי להתחיל מההתחלה, במאמר זה אנו מציגים אתכם המבנה הבסיסי המקודד את קיומנו: נוקלאוטידים של ה-DNA.

• מאמר קשור: "הבדלים בין DNA ל-RNA"

מהו נוקלאוטיד?

נוקלאוטיד מוגדר כ מולקולה אורגנית שנוצרה על ידי קשר קוולנטי של נוקלאוזיד (פנטוז + בסיס חנקני) וקבוצת פוספט.

רצף של נוקלאוטידים הוא המילה הגנטית שלו, שכן הסדר שלו מקודד את הסינתזה של חלבונים על ידי המנגנון התא, ולכן, את חילוף החומרים של היצור החי. אבל בואו לא נקדים את עצמנו: אנחנו הולכים להתמקד תחילה בכל אחד מהחלקים שיוצרים את המולקולה הייחודית הזו.

1. פנטוז

פנטוזים הם חד סוכרים, פחמימות פשוטות (סוכרים), הנוצרים משרשרת של 5 אטומי פחמן יחד הממלאים פונקציה מבנית ברורה. הפנטוז יכול להיות ריבוז, מה שיוצר ריבונוקלאוזיד, המבנה הבסיסי של ה-RNA. מצד שני, אם ריבוז מאבד אטום חמצן, נוצר דאוקסיריבוז, הפנטוז שהוא חלק מ-deoxyribonucleoside, המבנה העיקרי של ה-DNA.

2. בסיס חנקן

כפי שאמרנו בעבר, פנטוז ובסיס חנקני יוצרים ריבונוקלאוזיד או דאוקסיריבונוקלאוזיד, אבל מהו בסיס? בסיסים חנקן הם תרכובות אורגניות מחזוריות הכוללות שני אטומי חנקן או יותר. בהם נמצא המפתח לקוד הגנטי, מכיוון שהם נותנים שם ספציפי לכל אחד מהנוקלאוטידים שהם חלק מהם. ישנם 3 סוגים של תרכובות הטרוציקליות אלה:

בסיסים חנקניים פורין: אדנין (A) וגואנין (G). שניהם חלק מ-DNA וגם מ-RNA. בסיסים חנקניים של פירמידין: ציטוזין (C), תימין (T) ואורציל (U). תימין ייחודי ל-DNA, בעוד שאורציל ייחודי ל-RNA.

בסיסים חנקניים של איזואלוקסצין: פלבין (F). זה לא חלק מ-DNA או RNA, אבל הוא ממלא תהליכים אחרים.

לפיכך, אם נוקלאוטיד מכיל בסיס תימין, הוא נקרא ישירות (T). בסיסים חנקניים הם אלה שנותנים שמות לאותם רצפים שכולנו ראינו על לוח או חומר מדעי אינפורמטיבי בשלב מסוים בחיינו. לדוגמה, GATTACA הוא דוגמה לרצף DNA של 7 נוקלאוטידים, שלכל אחד מהם בסיס שנותן לו את שמו..

• אולי יעניין אותך: "שלושת החוקים והאפונה של מנדל: זה מה שהם מלמדים אותנו"

3. קבוצת פוספטים

כבר יש לנו את הנוקלאוזיד השלם, מכיוון שתיארנו את הפנטוז, המקושר בקשר גליקוזידי לאחד הבסיסים A, G, C ו-T. עכשיו אנחנו צריכים רק תרכובת אחת שתהיה לנוקלאוטיד בשלמותו: קבוצת הפוספט.

קבוצת פוספט היא יון רב-אטומי המורכב מאטום זרחן מרכזי (P) המוקף בארבעה אטומי חמצן זהים בסידור טטרהדרלי. שילוב זה של אטומים חיוני לחיים, מכיוון שהוא חלק מהנוקלאוטידים של ה-DNA וה-RNA, אך גם מאלה שמעבירים אנרגיה כימית (ATP).

נוקלאוטיד: נוקלאוזיד (בסיס + פנטוז) + קבוצת פוספט

פענוח חיים באמצעות נוקלאוטידים של DNA

כל המידע הכימי הזה נהדר, אבל איך נוציא אותו לפועל? ובכן, קודם כל, עלינו לקחת זאת בחשבון כל שלושה נוקלאוטידים מקודדים יוצרים ביטוי אחר כדי לספק מידע על כל אחד מהמכלולים שיוצרים חלבון. ניקח דוגמה:

• ATT: אדנין, תימין ותימין
• ACT: אדנין, ציטוזין ותימין
• ATA: אדנין, תימין ואדנין

שלושת רצפי הנוקלאוטידים הללו המקודדים בגרעין ה-DNA של התא מכילים את ההוראות עבור להרכיב את חומצת האמינו איזולאוצין, שהיא אחת מ-20 חומצות אמינו המשמשות לסינתזת חלבון פוּנקצִיוֹנָלִי. נבהיר את הדברים הבאים: זה לא ששלושת הרצפים נחוצים להרכבת איזולאוצין, אלא שהשלושה ניתנים להחלפה מכיוון שכולם מקודדים לחומצת אמינו זו (יתירות).

בתהליך שלא מעסיק אותנו יותר מדי כאן, המנגנון הסלולרי מבצע תהליך הנקרא שעתוק, לפיו שלישיות הנוקלאוטידים של DNA אלו מתורגמות ל-RNA. מכיוון שהבסיס החנקני תימין אינו חלק מ-RNA, יש להחליף כל (T) ב-(U). לפיכך, שלישיות הנוקלאוטידים הללו ייראו כך:

• AUU
• ACU
• WUA

אם התא דורש איזולאוצין, RNA שתועתק עם כל אחת משלושת השלשות הללו (הנקראות כעת קודונים) ינוע מגרעין התא אל הריבוזומים של הציטוזול שלו, שם הם יקבלו הוראה לשלב את חומצת האמינו איזולאוצין בחלבון שנבנה באותו הרגע.

באמצעות שפת נוקלאוטידים זו המבוססת על בסיסים חנקניים, ניתן ליצור סך של 64 קודונים., המקודדות ל-20 חומצות האמינו הנחוצות לבניית חלבון כלשהו ביצורים חיים. יש לציין שלמעט מקרים נדירים, כל חומצת אמינו יכולה להיות מקודדת על ידי 2,3,4 או 6 קודונים שונים. במקרה שראינו בעבר של איזולאוצין, למשל, שלושה שילובי נוקלאוטידים אפשריים תקפים.

חלבונים מורכבים בדרך כלל מ-100 עד 300 חומצות אמינו.. לפיכך, חלבון המורכב מ-100 מהם, תוך חישובים, יקודד על ידי 300 קודונים (כל שלישיית בסיסים מגיב לחומצת אמינו, כזכור), שתהיה תוצר של תרגום של 300 נוקלאוטידים DNA הנמצאים בגנום של תָא.

הסבר קצר

אנחנו מבינים שכל ההסבר הפתאומי הזה יכול להיות קצת מסחרר, אבל אנחנו מבטיחים לכם שעם דימות שאנו מציגים להלן, הפונקציה של נוקלאוטידים של ה-DNA תהיה ברורה יותר עבורך מאשר מים.

עלינו לראות את ה-DNA בתוך גרעין התא כספרייה ענקית מלאה בספרים. כל אחד מהספרים הוא גן, המכיל (במקרה של בני אדם) כ-150 אותיות, שהן נוקלאוטידים המסודרים למטרה מסוימת. לפיכך, כל שלוש מאותיות נוקלאוטידים אלו יוצרות ביטוי קצר.

ספרן בלתי נלאה, במקרה הזה האנזים RNA פולימראז של התא מבקש להפוך את המילים של אחד הספרים לחומר מוחשי. ובכן, זה יהיה אחראי על חיפוש הספר הספציפי, הביטוי הספציפי ומכיוון שלא ניתן להתחיל את המילים מבין הדפים (לא ניתן להזיז DNA מהליבה), הוא יעתיק את המידע הרלוונטי לטופס שלו בעצמו מחברת.

"הביטויים המועתקים" אינם אלא נוקלאוטידים של DNA שהומרו לנוקלאוטידים של RNA, כלומר קודונים. לאחר שמידע זה תומלל (תעתיק), מכונה מוכנה להרכיב את המידע הכלול בכל אחת מהמילים בהתאם. אלו הם הריבוזומים, מקומות שבהם חלבונים מסונתזים מרצף של חומצות אמינו בסדר מסוים. יותר קל ככה, נכון?

סיכום

כפי שאולי שמתם לב, הסבר על התהליכים המורכבים המקודדים על ידי ה-DNA מורכב כמעט כמו הבנתם. למרות זאת, אם אנחנו רוצים שתשמרו על מושג קונקרטי של כל הקונגלומרט הטרמינולוגי הזה, זה הדבר הבא: סדר הנוקלאוטידים הקיימים ב-DNA של יצורים חיים מקודד לסינתזה נכונה של חלבונים, המתורגם לתהליכים מטבוליים שונים ובכל אחד מחלקי גופנו המגדירים אותנו, שכן אלו מייצגים 50% מהמשקל היבש של כמעט כל רקמה.

לפיכך, ביטוי של DNA (גנוטיפ) באמצעות מנגנונים תאיים מולידה את התכונות שלנו. חיצוני (פנוטיפ), המאפיינים שהופכים אותנו למי שאנחנו, גם בנפרד וגם מִין. לפעמים ההסבר של תופעות ענק נעוץ בהבנה של דברים הרבה יותר קטנים.

הפניות ביבליוגרפיות:

• חומצות גרעין, אוניברסיטת ולנסיה.
• קוד גנטי, המכון הלאומי לחקר הגנום האנושי (NIH).
• FOX KELLER, E. v. ו. ל. י. נ. (2005). מרצפי נוקלאוטידים ועד ביולוגיה של מערכת. מדעים, (077).
• ספאלוויירי, חבר פרלמנט. & רוטנברג, ר.ג. (2004). רפואה גנומית: יישומים של פולימורפיזם נוקלאוטיד בודד ומיקרו-מערכי DNA. רפואה (בואנוס איירס), 64(6): עמ'. 533 - 542.