במאמר זה תוכלו ללמוד את התפקיד הביולוגי של ה-DNA. אז הקיצור הזה מוכר לכולם מספסל הלימודים, אבל לא לכולם יש מושג מה זה. לאחר קורס ביולוגיה בבית הספר, ידע מינימלי של גנטיקה ותורשה נשאר בזיכרון, שכן ילדים מקבלים נושא מורכב זה רק באופן שטחי. אבל הידע הזה (התפקיד הביולוגי של ה-DNA, ההשפעה שיש לו על הגוף) יכול להיות שימושי להפליא.
בוא נתחיל עם העובדה שחומצות גרעין ממלאות תפקיד חשוב, כלומר, הן מבטיחות את המשכיות החיים. מקרומולקולות אלו מוצגות בשתי צורות:
- DNA (DNA);
- RNA (RNA).
הם משדרים של התוכנית הגנטית למבנה ותפקודם של תאי הגוף. בואו נדבר עליהם ביתר פירוט.
DNA ו-RNA
בוא נתחיל באיזה ענף מדע עוסק במורכב שכזהשאלות כמו:
- לימוד העקרונות של אחסון מידע תורשתי;
- היישום שלה;
- transmission;
- לומד את המבנה של ביופולימרים;
- הפונקציות שלהם.
כל זה נחקר על ידי ביולוגיה מולקולרית. בענף זה של מדעי הביולוגיה ניתן למצוא את התשובה לשאלה מה התפקיד הביולוגי של DNA ו-RNA.
תרכובות מקרו-מולקולריות אלו הנוצרות מנוקלאוטידים נקראות "חומצות גרעין". כאן מאוחסן מידע על הגוף, שקובע את התפתחות הפרט, הגדילה והתורשה.
הגילוי של דיאוקסיריבונוקלאית וחומצה ריבונוקלאית נופל ב-1868. אז הצליחו מדענים לזהות אותם בגרעיני הלויקוציטים ובזרעונים של איילים. מחקר שלאחר מכן הראה שניתן למצוא DNA בכל התאים של הטבע הצומח והחי. מודל ה-DNA הוצג ב-1953 ופרס נובל לגילוי הוענק ב-1962.
DNA
בוא נתחיל את הקטע הזה עם העובדה שישנם 3 סוגים של מקרומולקולות בסך הכל:
- חומצה דאוקסיריבונוקלאית;
- חומצה ריבונוקלאית;
- proteins.
עכשיו נסתכל מקרוב על המבנה, התפקיד הביולוגי של ה-DNA. אז, ביופולימר זה מעביר נתונים על תורשה, תכונות התפתחותיות לא רק של הנשא, אלא גם של כל הדורות הקודמים. מונומר ה-DNA הוא נוקלאוטיד. לפיכך, ה-DNA הוא המרכיב העיקרי בכרומוזומים, המכיל את הקוד הגנטי.
איך השידור של זהמֵידָע? כל העניין טמון ביכולתן של המקרומולקולות הללו לשכפל את עצמן. מספרם אינסופי, דבר שניתן להסביר על ידי גודלם הגדול, וכתוצאה מכך, במספר עצום של רצפי נוקלאוטידים שונים.
מבנה DNA
כדי להבין את התפקיד הביולוגי של ה-DNA בתא, יש צורך להכיר את המבנה של מולקולה זו.
בוא נתחיל מהפשוט ביותר, לכל הנוקלאוטידים במבנה שלהם יש שלושה מרכיבים:
- בסיס חנקן;
- פנטוז סוכר;
- קבוצת פוספט.
כל נוקלאוטיד בודד במולקולת ה-DNA מכיל בסיס חנקני אחד. זה יכול להיות כל אחד מארבעה אפשריים:
- A (אדנין);
- G (גואנין);
- C (ציטוזין);
- T (תימין).
A ו-G הם פורינים, ו-C, T ו-U (אורציל) הם פירמידינים.
יש כמה כללים ליחס בין בסיסים חנקניים, הנקראים חוקי Chargaff.
- A=T.
- G=C.
- (A + G=T + C) נוכל להעביר את כל הלא ידועים לצד שמאל ולקבל: (A + G) / (T + C)=1 (נוסחה זו היא הנוחה ביותר בעת פתרון בעיות ב ביולוגיה).
- A + C=G + T.
- הערך של (A + C)/(G + T) הוא קבוע. בבני אדם הוא 0.66, אבל, למשל, בחיידקים הוא מ-0.45 עד 2.57.
המבנה של כל מולקולת DNA דומה לסליל מעוות כפול. שימו לב ששרשרות הפולינוקלאוטידים הן אנטי מקבילות. כלומר, מיקומו של הנוקלאוטידהזוגות על גדיל אחד נמצאים בסדר הפוך מאלה שבשני. כל סיבוב של סליל זה מכיל עד 10 זוגות נוקלאוטידים.
איך מהודקים השרשראות האלה? מדוע מולקולה חזקה ואינה מתפרקת? הכל קשור לקשר המימן בין בסיסים חנקניים (בין A ל-T - שתיים, בין G ל-C - שלוש) ואינטראקציה הידרופוביה.
בסוף הקטע, אני רוצה להזכיר ש-DNA הוא המולקולה האורגנית הגדולה ביותר, שאורכה משתנה בין 0.25 ל-200 ננומטר.
השלמה
בואו נסתכל מקרוב על אג ח זוגיות. כבר אמרנו שזוגות של בסיסים חנקניים נוצרים לא בצורה כאוטי, אלא ברצף קפדני. אז, אדנין יכול להיקשר רק לטימין, וגואנין יכול להיקשר רק לציטוזין. הסידור הרציף הזה של זוגות בגדיל אחד של מולקולה מכתיב את הסידור שלהם בשני.
כאשר משכפלים או מכפילים ליצירת מולקולת DNA חדשה, הכלל הזה, הנקרא "השלמה", מתקיים בהכרח. ניתן להבחין בתבנית הבאה, שהוזכרה בתקציר הכללים של Chargaff - מספר הנוקלאוטידים הבאים זהה: A ו-T, G ו-C.
שכפול
עכשיו בואו נדבר על התפקיד הביולוגי של שכפול ה-DNA. נתחיל בעובדה שלמולקולה הזו יש את היכולת הייחודית לשכפל את עצמה. מונח זה מתייחס לסינתזה של מולקולת בת.
בשנת 1957, הוצעו שלושה דגמים של תהליך זה:
- שמרני (המולקולה המקורית נשמרת ונוצרת חדשה);
- שמרני למחצה(שבירת המולקולה המקורית למונו-שרשרות והוספת בסיסים משלימים לכל אחד מהם);
- מבוזר (דעיכה מולקולרית, שכפול מקטעים ואיסוף אקראי).
תהליך השכפול כולל שלושה שלבים:
- התחלה (התרוקנות של קטעי DNA באמצעות אנזים הליקאז);
- הארכה (הארכת השרשרת על ידי הוספת נוקלאוטידים);
- סיום (הגעה לאורך הנדרש).
לתהליך מורכב זה יש תפקיד מיוחד, כלומר, תפקיד ביולוגי - להבטיח העברה מדויקת של מידע גנטי.
RNA
נאמר מה התפקיד הביולוגי של ה-DNA, כעת אנו מציעים לעבור לשיקול של חומצה ריבונוקלאית (כלומר, RNA).
בוא נתחיל את הקטע הזה באמירה שהמולקולה הזו חשובה לא פחות מה-DNA. אנו יכולים לזהות אותו בכל אורגניזם, תאים פרוקריוטיים ואיקריוטים. מולקולה זו אפילו נצפית בנגיפים מסוימים (אנחנו מדברים על וירוסים המכילים RNA).
תכונה ייחודית של RNA היא נוכחות של שרשרת בודדת של מולקולות, אבל, כמו DNA, היא מורכבת מארבעה בסיסים חנקניים. במקרה זה זה:
- adenine (A);
- uracil (U);
- ציטוזין (C);
- guanine (G).
כל ה-RNA מחולקים לשלוש קבוצות:
- מטריקס, הנקרא בדרך כלל אינפורמטיבי (הפחתה אפשרית בשתי צורות: mRNA או mRNA);
- טרנספורט (tRNA);
- ריבוזומלי (rRNA).
פונקציות
לאחר שעסקנו בתפקיד הביולוגי של ה-DNA, המבנה שלו והתכונות של ה-RNA, אנו מציעים לעבור למשימות (הפונקציות) המיוחדות של חומצות ריבו-נוקלאיות.
נתחיל עם mRNA או mRNA, שהמשימה העיקרית שלהם היא העברת מידע ממולקולת ה-DNA לציטופלזמה של הגרעין. כמו כן, mRNA הוא תבנית לסינתזת חלבון. לגבי האחוז של סוג זה של מולקולות, הוא נמוך למדי (כ-4%).
והאחוז של rRNA בתא הוא 80. הם נחוצים, מכיוון שהם הבסיס לריבוזומים. RNA ריבוזומלי מעורב בסינתזת חלבון והרכבה של שרשרת הפוליפפטידים.
מתאם הבונה חומצות אמינו של השרשרת - tRNA המעביר חומצות אמינו לאזור סינתזת החלבון. האחוז בתא הוא בערך 15%.
תפקיד ביולוגי
לסיכום: מה התפקיד הביולוגי של ה-DNA? בזמן גילויה של מולקולה זו, לא ניתן היה למסור מידע ברור בעניין זה, אך גם כעת לא הכל ידוע על משמעות ה-DNA וה-RNA.
אם מדברים על המשמעות הביולוגית הכללית, אז תפקידם להעביר מידע תורשתי מדור לדור, סינתזת חלבון וקידוד של מבני חלבון.
רבים מבטאים את הגרסה הבאה: מולקולות אלו קשורות לא רק עם החיים הביולוגיים, אלא גם עם החיים הרוחניים של יצורים חיים. אם אתה מאמין לדעתם של מטפיזיקאים, אז ה-DNA מכיל את החוויה של חיים קודמים ואנרגיה אלוהית.
