חומצות הגרעין

Question 1

חומצות הגרעין

Answer 1

חומצות הגרעין אלו הם מאקרו-מולקולות מאוד מרכזיות בתא, החשיבות שלהם באה לידי ביטוי גם בהקשר של DNA וגם בהקשר של RNA. חומצת גרעין יכולה להופיע גם כמולקולה יחידה, כלומר המונומר הבודד, או כשרשרת ארוכה מאוד. שמה הלועזי הוא נוקלאוטיד, והיא מורכבת מיחידת סוכר, בסיס חנקני וקבוצת פוספאט.

Question 2

יחידת הסוכר:

Answer 2

יחידת הסוכר: למעשה מדובר בסוכר מסוג Aldopentose, המכיל 5 פחמנים, הקרוי ריבוז. קיימים שני סוגי סוכרים בהקשר של חומצות גרעין, האחד הוא הריבוז, ואילו השני הוא דה-אוקסי-ריבוז. ההבדל בניהם הוא קטן אך משמעותי ביותר. על הריבוז, בעמדה מספר 2 מצויה קבוצת הידרוקסיל (OH), ואילו על הדה-אוקסי-ריבוז, בעמדה מספר 2 קיים רק המימן. זהו לא ההבדל היחידי בניהם אך זהו ההבדל המשמעותי והחשוב ביותר.

יחידת הריבוז תופיע המולקולת ה-RNA.
ויחידת הדה-אוקסי-ריבוז תופיע במולקולת ה-DNA.

Question 3

קבוצת הפוספאט

Answer 3

קבוצת הפוספאט: עפ”י הגדרה, כאשר נוקלאוזיד (סוכר + בסיס חנקני) פוגש קבוצת פוספאט נקבל את הנוקלאוטיד. חשוב לשים לב כי הפוספאט תמיד יתחבר על פחמן מספר 5 של יחידת הסוכר.

Question 4

סינתזת מולקולת ה-DNA:

Answer 4

בניית שרשרת ה-DNA נעשית תמיד מקצה 5 לקצה 3, וכך גם קוראים את ה-DNA. קצה 5 זהו הקצה שכזכור מכיל את קבוצת הפוספאט, ואילו בקצה 3, זהו הפחמן שאליו מחוברת קבוצת הידרוקסיל (OH). הבנייה של מולקולות ה-DNA נעשית כך שהנוקלאוטיד החדש מצטרף לנוקליאוטיד הישן דרך ההידרקסיל (OH) שקשור לפחמן 3, וכתוצאה מכך נפלטת מולקולת מים.

האנזים שיודע להוסיף נוקליאוטידים נקרא RNA פולימראז או DNA פולימראז, אך חשוב להבין שמבחינה תרמו-דינמית, יצירת הקשר לסינתוז השרשרת היא לא דבר שקורה מעצמו, זהו תהליך שדורש אנרגיה. את האנרגיה לקשר אנו מקבלים מפירוקם של שני פוספאטים מאבן הבניין המכילה סה”כ 3 פוספאטים. בפירוק הראשון משתחררת אנרגיה בגודל של 31 קילו ג’אול למול, ואילו בפירוק השני משתחררת אנרגיה בגודל של 33 קילו ג’אול למול. לכן זוהי למעשה האנרגיה בה משתמש האנזים במטרה לבנות את שרשרת ה-DNA או ה-RNA, ובעזרתה הוא מתגבר על אותה תרמו-דינמיקה ששואפת לפירוק.

Question 5

עובדות חשובות

Answer 5

דבר חשוב נוסף הוא שחומצת הגרעין בנויה למעשה מחומצה זרחתית ולכן מולקולה זו נקראת חומצה, ולכן ב PH=7, חומצות הגרעין כולן טעונות שלילית, דבר המשמש ליתרון בהפרדת DNA בשיטת האלקטרופורזה בג’ל.

שתי עובדות חשובות:
o מולקולת ה-DNA היא המאקרו-מולקולה היציבה ביותר בטבע.
o לעומת זאת, מולקולת ה-RNA היא נחשבת יחסית למאקרו-מולקולה שאינה יציבה.

Question 6

מודל ה-DNA של ווטסון וקריק:

Answer 6

• ה-DNA מכיל שני גדילים המלופפים סביב עצמם בצורת דאבל הליקס.
• שני הגדילים הם אנטי פארלליים.
• הבסיסים החנקניים מצויים למעשה במרכז ההליקס, ואילו הפוספאט מצוי בפריפריה.
• שני הגדילים מחוברים זה לזה ע”י קשרי מימן בין הבסיסים החנקניים.

Question 7

עובדות חשובות

Answer 7

מבחינה מונחית ה-DNA שאנו מתעסקים בו למעשה נקרא B-DNA, והוא הנפוץ ביותר. לכן חשוב להבין כי קיימים סוגי DNA נוספים, כאשר השוני הוא שוני מרחבי מאוד קטן, אבל הוא קיים. השוני בדרך כלל נובע ממספר הבסיסים שמצויים על הסיבוב, או בגודל הזווית בין כל בסיס ובסיס מבחינת הסיבוב.

כל סיבוב של שני הסלילים יוצר מעין שקעים, כאשר הגדול שבניהם נקרא major groove, ואילו הקטן נקרא minor groove. הדבר החשוב שצריך להבין בהקשר זה הוא, שדרך השקעים הללו יכולים חלבוני שעתוק להיקשר לנוקליאוטידים החשופים ולבצע את עבודתם.

Question 8

כיצד ניתן לכמת DNA?

Answer 8

האופן שבו אנו מודדים את כמות ה-DNA, הוא ע”י מכשיר שנקרא ספקטרו-פוטו-מטר. זהו למעשה, מכשיר שיודע לתאר את הצפיפות האופטית של כל חומר. קודם כל חשוב להבין כי לכל חומר יישנו איזשהו מקדם בליעה של האור.

לכן, כאשר נשליך אור לבן על איזושהי מנסרה, שתפריד בין אורכי הגל השונים, ולאחר מכן אורך הגל הרצוי יפגע בקיווטה המכילה את תמיסת ה-DNA, מהצד השני בעזרת גלאי, נוכל לדעת מהי הבליעה של אות החומר.

A=O.D= ƐCL = log⁡〖I_0⁄I〗
A = תצפית C = ריכוז (1 מולאר)
O.D = צפיפות אופטית L = עובי הקיווטה (1 ס”מ)
Ɛ = מקדם הבליעה

Question 9

גילוי החומר התורשתי ה-DNA:

Answer 9

כבר בתחילת המאה הקודמת עובדת התורשה הייתה ידועה, ידעו שיישנו חומר אשר עובר מההורים אל הצאצאים, אשר גורם להופעת תכונות דומות. אך השאלה הגדולה הייתה מהו החומר התורשתי? כאשר התחיל המחקר לגילוי החומר התורשתי המדענים הציגו 4 מועמדים, והם ארבעת המאקרו מולקולות:
–הסוכרים—החלבונים—חומצות הגרעין—חומצות השומן–

Question 10

Fredrick Griffith (1928)

Answer 10

ביצע ניסוי בזני חיידקים שגרמו לדלקת ריאות בבני האדם. הוא עסק בשני זנים: S (זן אלים) ו-R (זן לא אלים).
 כאשר הרתיח את חיידקי S והזריק לעכברים – העכברים לא מתו.
 כאשר הרתיח את חיידקי S וערבב אותם עם חיידקי R חיים – העכברים אכן מתו. מניתוחם של העכברים לאחר המוות הוא מצא כי החיידקים הם מסוג S.

מסקנה: ישנו איזשהו חומר תורשתי שעבר מחיידקי ה-S אל חיידקי ה-R, גרם להם להשתנות ולהיות אלימים (Transforming principle).

Question 11

Avery, MacLeod, McCarty (1944)

Answer 11

בתחילה הם למעשה חזרו על הניסוי של גריפית’, במטרה לבדוק את נכונותו של הניסוי.
 בשלב הראשון, הם בדקו האם המעטפת החיידקית של חיידקי ה-S היא שמנעה ממערכת החיסון של העכבר לתקוף את החיידק. הם העבירו את המעטפת באופן נפרד לחיידקי ה-R, אך גילו כי העכברים נותרו בחיים.
 בשלב השני, הם הפרידו את החלבונים של חיידקי ה-S והעבירו אותם אל חיידקי ה-R, גם כאן התוצאה הייתה שהעכברים נשארו בחיים.
 בשלב השלישי הם הפרידו והעבירו לחיידקי ה-R, סוכרים, חומצות גרעין וחומצות שומן. התוצאה הייתה שרק העכברים שקיבלו את חומצות הגרעין של חיידקי ה-S למעשה מתו.

מסקנה: החומר התורשתי שגרם לחיידקי ה-R לרכוש תכונות חדשות הוא חומצות הגרעין.

Question 12

Hershey & Chase (1952)

Answer 12

ביצעו ניסוי על חיידקים ובקטריופאג’ים (וירוסים שהורגים חיידקים).
 בשלב הראשון הם החדירו לחיידקים מסוימים איזוטופ רדיואקטיבי של פוספאט P32, המסמן DNA. את החיידקים הללו חשפו לבקטיורפאג’ים שפוצצו את החיידקים, ויצרו בקטריופאג’ים חדשים מחומרי החיידקים, כך שה-DNA שלהם סומן באיזוטופ הנ”ל.
 בשלב השני הם חזרו על התהליך רק שהפעם האיזוטופ היה של גופרית S35, אשר מסמן חלבונים. וכך נוצרו בקטריפאג’ים בעלי חלבון מסומן באיזוטופ הנ”ל.
 בשלב הבא הם ערבבו את שני סוגי הבקטריופאג’ים ביחד עם חיידקים חדשים ונקיים. לאחר ההדבקה של החיידקים, הם ביצעו סירכוז בכדי לבודד את תכולת החיידקים בלא הבקטריופאג’ים שהדביקו אותם.
 תוצאת הניסוי הראתה כי ה-DNA שבחיידקים היה מסומן ב-P32, בעוד חלבוני החיידקים לא סומנו.

מסקנה: הבקטריופאג’ים מחדירים לחיידקים DNA, וע”י כך מתרבים (ולא חלבונים).