ידוע היטב שלכל צורות החומר החי, מווירוסים ועד לבעלי חיים מאורגנים מאוד (כולל בני אדם), יש מנגנון תורשתי ייחודי. הוא מיוצג על ידי מולקולות של שני סוגים של חומצות גרעין: deoxyribonucleic ו-ribonucleic. בחומרים אורגניים אלו מוצפן מידע המועבר מפרידי הורה לצאצאים במהלך הרבייה. בעבודה זו נלמד הן את המבנה והתפקודים של ה-DNA וה-RNA בתא, וכן נשקול את המנגנונים העומדים בבסיס תהליכי העברת התכונות התורשתיות של החומר החי.
כפי שהתברר, התכונות של חומצות גרעין, למרות שיש להן כמה תכונות משותפות, בכל זאת שונות במובנים רבים. לכן, נשווה את הפונקציות של DNA ו-RNA המבוצעים על ידי ביו-פולימרים אלה בתאים של קבוצות שונות של אורגניזמים. הטבלה המוצגת בעבודה תעזור להבין מה ההבדל המהותי ביניהם.
חומצות גרעין –ביופולימרים מורכבים
תגליות בתחום הביולוגיה המולקולרית שהתרחשו בתחילת המאה ה-20, בפרט, פענוח מבנה החומצה הדאוקסיריבונוקלאית, שימשו תנופה לפיתוח הציטולוגיה המודרנית, הגנטיקה, הביוטכנולוגיה והגנטיקה. הַנדָסָה. מנקודת מבט של כימיה אורגנית, DNA ו-RNA הם חומרים מקרו-מולקולריים המורכבים מיחידות שחוזרות על עצמן שוב ושוב - מונומרים, הנקראים גם נוקלאוטידים. ידוע שהם קשורים זה בזה, ויוצרים שרשראות המסוגלות לארגון עצמי מרחבי.
מאקרומולקולות DNA כאלה נקשרות לעתים קרובות לחלבונים מיוחדים בעלי תכונות מיוחדות הנקראות היסטונים. קומפלקסים של נוקלאופרוטאין יוצרים מבנים מיוחדים - נוקלאוזומים, אשר, בתורם, הם חלק מהכרומוזומים. ניתן למצוא חומצות גרעין הן בגרעין והן בציטופלזמה של התא, הקיימות בחלק מאברוניו, כגון מיטוכונדריה או כלורופלסטים.
מבנה מרחבי של מהות התורשה
כדי להבין את הפונקציות של DNA ו-RNA, אתה צריך להבין בפירוט את התכונות של המבנה שלהם. כמו חלבונים, לחומצות גרעין יש כמה רמות של ארגון של מקרומולקולות. המבנה הראשוני מיוצג על ידי שרשראות פולינוקלאוטידים, התצורות המשניות והשלישוניות מסובכות בעצמן בשל סוג הקשר הקוולנטי המתהווה. תפקיד מיוחד בשמירה על הצורה המרחבית של מולקולות שייך לקשרי מימן, כמו גם לכוחות האינטראקציה של ואן דר ואלס. התוצאה היא קומפקטיתמבנה ה-DNA, הנקרא סליל העל.
מונומרים של חומצת גרעין
המבנה והתפקודים של DNA, RNA, חלבונים ופולימרים אורגניים אחרים תלויים הן בהרכב האיכותי והן בהרכב הכמותי של המקרומולקולות שלהם. שני סוגי חומצות הגרעין מורכבים מאבני בניין הנקראים נוקלאוטידים. כידוע ממהלך הכימיה, מבנה החומר משפיע בהכרח על תפקודיו. DNA ו-RNA אינם יוצאי דופן. מסתבר שסוג החומצה עצמה ותפקידה בתא תלויים בהרכב הנוקלאוטידים. כל מונומר מכיל שלושה חלקים: בסיס חנקני, פחמימה ושארית חומצה זרחתית. ישנם ארבעה סוגים של בסיסים חנקניים ל-DNA: אדנין, גואנין, תימין וציטוזין. במולקולות RNA, הן יהיו, בהתאמה, אדנין, גואנין, ציטוזין ואורציל. פחמימה מיוצגת על ידי סוגים שונים של פנטוז. חומצה ריבונוקלאית מכילה ריבוז, בעוד שה-DNA מכיל את צורתו הנטולת חמצן, הנקראת דאוקסיריבוז.
תכונות של חומצה דאוקסיריבונוקלאית
תחילה, נסתכל על המבנה והתפקודים של ה-DNA. RNA, בעל תצורה מרחבית פשוטה יותר, נלמד על ידינו בחלק הבא. אז, שני גדילי פולינוקלאוטידים מוחזקים יחד על ידי חזרה על קשרי מימן הנוצרים בין בסיסים חנקניים. בזוג "אדנין - תימין" יש שניים, ובזוג "גואנין - ציטוזין" יש שלושה קשרי מימן.
ההתכתבות השמרנית של בסיסים פורין ופירימידין הייתההתגלה על ידי E. Chargaff ונקרא עקרון ההשלמה. בשרשרת בודדת, הנוקלאוטידים מקושרים זה לזה על ידי קשרים פוספודיסטרים הנוצרים בין הפנטוז לשארית החומצה האורתופוספורית של נוקלאוטידים סמוכים. הצורה הסלילית של שתי השרשראות נשמרת על ידי קשרי מימן המתרחשים בין אטומי המימן והחמצן שהם חלק מהנוקלאוטידים. המבנה הגבוה יותר - שלישוני (סליל-על) - אופייני ל-DNA הגרעיני של תאים אוקריוטיים. בצורה זו, הוא קיים בכרומטין. עם זאת, לחיידקים ולנגיפים המכילים DNA יש חומצה דאוקסיריבונוקלאית שאינה קשורה לחלבונים. הוא מיוצג על ידי צורה בצורת טבעת ונקרא פלסמיד.
ל-DNA של מיטוכונדריה וכלורופלסטים, אברונים של תאי צמחים ובעלי חיים, יש אותו מראה. לאחר מכן, נגלה כיצד התפקודים של DNA ו-RNA שונים זה מזה. הטבלה שלהלן תראה לנו את ההבדלים הללו במבנה ובתכונות של חומצות גרעין.
חומצה ריבונוקלאית
מולקולת ה-RNA מורכבת מגדיל פולינוקלאוטיד אחד (היוצא מן הכלל הוא המבנים הדו-גדיליים של כמה וירוסים), שיכול להיות ממוקם גם בגרעין וגם בציטופלזמה של התא. ישנם מספר סוגים של חומצות ריבונוקלאיות, הנבדלות במבנה ובתכונות. לפיכך, ל-RNA שליח יש את המשקל המולקולרי הגבוה ביותר. הוא מסונתז בגרעין התא על אחד הגנים. המשימה של mRNA היא להעביר מידע על הרכב החלבון מהגרעין לציטופלזמה. צורת הובלה של חומצת גרעין מחברת מונומרים חלבוניים– חומצות אמינו - ומעביר אותן למקום הביוסינתזה.
לבסוף, RNA ריבוזומלי נוצר בגרעין ומעורב בסינתזת חלבון. כפי שניתן לראות, הפונקציות של ה-DNA וה-RNA במטבוליזם התאי מגוונים וחשובים מאוד. הם יהיו תלויים, קודם כל, בתאים שבהם אורגניזמים מכילים את המולקולות של חומר התורשה. אז בווירוסים, חומצה ריבונוקלאית יכולה לפעול כנושאת מידע תורשתי, בעוד שבתאי אורגניזמים אוקריוטיים, רק לחומצה דאוקסיריבונוקלאית יש את היכולת הזו.
פונקציות של DNA ו-RNA בגוף
לפי חשיבותן, חומצות גרעין, יחד עם חלבונים, הן התרכובות האורגניות החשובות ביותר. הם משמרים ומעבירים תכונות ותכונות תורשתיות מהורה לצאצאים. בואו נגדיר את ההבדל בין הפונקציות של DNA ו-RNA. הטבלה שלהלן תציג את ההבדלים הללו ביתר פירוט.
| View | מקום בכלוב | תצורה | פונקציה |
| DNA | core | Superspiral | שימור והעברת מידע תורשתי |
| DNA |
מיטוכונדריה כלורופלסטים |
מעגלי (פלסמיד) | שידור מקומי של מידע תורשתי |
| iRNA | cytoplasm | linear | הסרת מידע מהגן |
| tRNA | cytoplasm | secondary | הובלה של חומצות אמינו |
| rRNA | ליבת וציטופלזמה | linear | היווצרות ריבוזומים |
מהם המאפיינים של חומר התורשה של וירוסים?
חומצות גרעין של וירוסים יכולות להיות בצורה של סלילים או טבעות חד-גדילים וגם של דו-גדילים. לפי הסיווג של ד' בולטימור, עצמים אלה של המיקרוקוסמוס מכילים מולקולות DNA המורכבות משרשרת אחת או שתיים. הקבוצה הראשונה כוללת פתוגנים של הרפס ואדנוווירוס, והשנייה כוללת, למשל, נגיפי parvo.
תפקידיהם של נגיפי DNA ו-RNA הם לחדור לתא מידע תורשתי משלהם, לבצע תגובות שכפול של מולקולות חומצת גרעין נגיפית ולהרכיב חלקיקי חלבון בריבוזומים של התא המארח. כתוצאה מכך, כל חילוף החומרים התאי כפוף לחלוטין לטפילים, אשר, מתרבים במהירות, מובילים את התא למוות.
נגיפים של RNA
בווירולוגיה נהוג לחלק את האורגניזמים הללו למספר קבוצות. אז, הראשון כולל מינים הנקראים RNA חד-גדילי (+). חומצת הגרעין שלהם מבצעת את אותן פונקציות כמו ה-RNA השליח של תאים אוקריוטיים. קבוצה נוספת כוללת RNA חד-גדילי (-). ראשית, שעתוק מתרחש עם המולקולות שלהן, מה שמוביל להופעת מולקולות (+) RNA, ואלו, בתורן, משמשות תבנית להרכבת חלבונים ויראליים.
בהתבסס על האמור לעיל, עבור כל האורגניזמים, כולל וירוסים, תפקודי ה-DNA וה-RNA מאופיינים בקצרה כדלקמן: אחסון של מאפיינים ותכונות תורשתיות של האורגניזם והעברה נוספת שלהם לצאצאים.
