דנ"א DNA החומר התורשתי

בתאים אאוקריוטים הדנ"א מצוי בגרעין התא.

כיום ידוע כי: בגרעין מצוי החומר התורשתי – הדנ"א. וגם מבנה המולקולה ידוע: מבנה המולקולה: סליל, העשוי משני סיבים, הקשורים זה לזה ע"י קשרי מימן. כל סיב עשוי שורה של נוקלאוטידים. לסיב שלד של סוכר פוספט, ממנו בולטים הבסיסים, אשר קשורים בקשרי מימן לבסיסים המתאימים בסיב הנגדי.

כיצד הוכח הקשר בין התא, לגרעין, לדנ"א, לגנים ולתורשה?

כיצד התגלה תפקיד הדנ"א ומבנהו?

הוכחת תפקיד גרעין התא- הניסוי שערך האמרלינג בשנת 1931 במיני אצטבולריה (אצה ימית) שונים

אצטבולריה

מאפייני האצה אורך האצה 5 ס"מ – עשויה תא אחד! לתא 3 חלקים: כובע, גבעול ובסיס. גרעין התא נמצא בבסיס. קיימים מינים שונים של אצטבולריה, אשר נבדלים בצורת הכובע, למשל A. crenulata ו- A. acetabulatum

מהלך הניסוי האמרלינג חבר לבסיס של אצטבולריה ממין אחד גבעול של אצטבולריה ממין שני ובדק מהו סוג הכובע שיצמח. (מי משפיע על התכונות? הבסיס או הגבעול?)

צורת הכובע נקבעת על ידי בסיס הגבעול, בו נמצא גרעין התא. (בניסוי מאוחר יותר – הועבר הגרעין בלבד ממין אחד לגבעול של מין שני)

גרעין התא מכיל את המידע הגנטי הדרוש להתפתחות התאית מסקנה גרעין התא מכיל את המידע הגנטי הדרוש להתפתחות התאית

בידל וטאטום 1941 החוקרים גידלו נבגים של הפטריה Neurospora במצע דל . הפטריה מסוגלת להתפתח במצע מסוג זה משום שמכילה אנזימים ייחודיים, המסוגלים ליצור מן החומרים המעטים שבמצע את שלל המולקולות החיוניות לחייה. לאחר שהקרינו את הנבגים, התקבלו נבגים מוטנטיים, ובהם כאלה שגידולם היה תלוי בתוספת מזון ייחודית, של מרכיב מזון אחד, למצע.

בידל וטאטום 1941 החוקרים הסיקו שהקרינה פגעה בגן אחד, והמוטנט הלקוי היה חסר את גן זה ואת תוצרו (אנזים), ולכן לא יכול היה לייצר את חומר המזון הדרוש , והיה צורך להוסיפו למצע.

גן אחד – אנזים אחד

מסקנה גנים מעצבים את הכימיה של התא באמצעות יצירה של אנזימים ייחודיים One gene – one enzyme

עבור תגליתם שגנים פועלים על-ידי רגולציה של אירועים כימיים מוגדרים הניסוי – 1941 פרס הנובל - 1958 "for their discovery that genes act by regulating definite chemical events” עבור תגליתם שגנים פועלים על-ידי רגולציה של אירועים כימיים מוגדרים Beadle Tatum

גן אחד... קישור לאנימציה של הניסוי

גורם הטרנספורמציה קישור לאנימציה של הניסוי

מהו החומר גורם הטרנספורמציה? הניסוי של אברי, מקלויד ומקרטי – Avery, MacLeod & McCarty (1944) גורם הטרנספורמציה במושבות סטרפטוקוקוס פנאומוניה Sterptococcus pneumoniae

תיאור הניסוי בודדו חיידק דלקת ריאות אלים. לחיידק יש מעטפת למושבות החיידק מראה חלק. ממושבות אלה מיצו דנ"א. S מערבבים את הדנ"א עם תאים מגזע שאינו אלים, נטול מעטפת, עם מושבות שאינן חלקות. R

מה קורה?

תוצאות חלק מהמושבות שהתפתחו היו חלקות והכילו תאים בעלי מעטפת, כלומר הוספת הדנ"א של S, גרמה לטרנספורמציה, לשינוי תורשתי, בחלק מתאי R. כאשר הוסיפו חלקים אחרים של חיידקי S (כמו חלבונים או רנ"א ועוד – לא התחוללה טרנספורמציה!

תוצאות הוספה של פרוטאזות (אנזימים המעכלים מולקולות חלבון) או של ריבונוקלאז (אנזים המעכל רנ"א) – לא השפיעה על כושר הטרנספורמציה של החומר. הוספה של דאוקסיריבונוקלאז (אנזים המעכל דנ"א) – ביטלה את פעולת גורם הטרנספורמציה

מסקנה גנים עשויים מדנ"א גורם הטרנספורמציה הוא דנ"א. החומר התורשתי, הגנים, המורים על יצירת חלבונים מסוימים, הוא דנ"א. גנים עשויים מדנ"א

הרשי וצ'ייס - 1952 - מערכת מודל חדשה נגיף T2 של Escherichia coli

נגיף T2 הנגיף מורכב מדנ"א ומחלבונים מספק מערכת לאפיון ביוכימי של החומר התורשתי יש לבדוק מהו החומר המוחדר לתא החיידק וגורם ליצירת חלקיקי נגיף צאצאים. האם זה הדנ"א? או חלבון?

נגיף רדיואקטיבי חלבונים מכילים גופרית (S) דנ"א מכיל זרחן (P) מתקבלים נגיפים "מסומנים" או בחלבונים שלהם או בדנ"א שלהם מוסיפים את הנגיפים לתרבית תאים

תוצאות הדבקה  ספיחה של נגיפים לחיידקים  מערבל לניתוק הנגיפים מהתאים  הפרדה בסרכוז: נגיפים בנוזל עליון, חיידקים ומה שחדר לתוכם במשקע בדיקת רדיואקטיביות בפרקציות השונות. רב הזרחן המסומן נמצא במשקע החיידקי רב הגופרית המסומנת נמצאה בנוזל העליון

מסקנה הדנ"א הוא החומר התורשתי רק הדנ"א של הנגיף, ולא החלבון, חייב לחדור לתא החיידק כדי לגרום להתרבות נגיפים. המידע התורשתי, האחראי ליצירת נגיפים חדשים, מצוי בדנ"א הדנ"א הוא החומר התורשתי

מבנה הדנ"א

"מולקולת התורשה" מבנה המולקולה לא היה ידוע, אולם היה ברור שעל המבנה לאפשר את המאפיינים הבאים: בעלת מנגנון שכפול עצמי אוצרת מידע גנטי שינויים במידע הגנטי מועברים בתורשה בעלת מנגנון המאפשר העברת המידע למולקולות "מבצעות"

פולימר ביולוגי חלבונים  בנויים חומצות אמינו הדנ"א הוא מקרומולקולה – מולקולת ענק. המבנה הבסיסי שלה הוא מבנה דמוי שרשרת, הנקראת פולימר. השרשרת הפולימרית נבנית ע"י חיבור בין מולקולות קטנות (מונומרים). חלבונים  בנויים חומצות אמינו דנ"א  בנוי מחומצות גרעין = נוקלאוטידים

מודל הדנ"א קישור לאנימציה של הניסוי

מודל הדנ"א פענחו את מבנה הדנ"א ווטסון וקריק, 1953. בהתבסס על מידע רב שנאסף, כולל הממצאים הבאים: הדנ"א הוא סלילי (Franklin), היחס בין הבסיסים A ו- T תמיד זהה, כמו גם היחס בין G ל- C (ממצא של Chargaff), פענחו את מבנה הדנ"א

ווטסון וקריק

מודל הדנ"א המולקולה עשוייה שני גדילים סליליים – שתי שרשראות נוקלאוטידים, בכיוונים מנוגדים. במרכז הסליל הכפול מצויים זוגות בסיסים, אשר מקנים למולקולה מרחק קבוע בין שני הגדילים. המודל המוצע כפי שמופיע במאמר שפרסמו ווטסון וקריק ב1953 בכתב העת NATURE

מידע כימי כל נוקלאוטיד מכיל יחידה טבעתית של סוכר מסוג דאוקסיריבוז מולקולת הדנ"א היא שרשרת ארוכה של נוקלאוטידים (חומצות גרעין) כל נוקלאוטיד מכיל יחידה טבעתית של סוכר מסוג דאוקסיריבוז נגזרת של חומצה זרחתית ובסיס חנקני.

מבנה של חומצת גרעין

ממונומר (נוקלאוטיד) לפולימר (דנ"א)

מידע כימי ישנם ארבעה סוגי בסיסים חנקניים – אדנין, A תימין, T גואנין G וציטוזין C

בכל מקור שנבדק, נמצא כי כמות האדנין בדנ"א שווה תמיד לכמות התימין, וכי כמות הגואנין זהה לכמות הציטוזין. מבנה הדנ"א כפי שהוצג ע"י וטסון וקריק ב- 1953 מסביר עובדה זו.

מודל ווטסון וקריק מולקולת הדנ"א היא מבנה דמוי סולם. שני מוטות האורך (השידרה) בסולם בנויים, כל אחד, כשרשרת של שני רכיבים מתחלפים: סוכר-זרחה-סוכר-זרחה... אל צידו של כל סוכר קשור בסיס חנקני. כאשר שתי השרשראות ניצבות זו מול זו, פונים הבסיסים החנקניים שבשרשרת אחת לעבר הבסיסים החנקניים שבשרשרת האחרת.

מודל ווטסון וקריק קישור בין בסיסים משתי השרשראות יוצר זוגות של בסיסים, המהווים את "שלבי הסולם". לא כל צירוף של בסיסים אפשרי מבחינה כימית. שלבי הסולם מורכבים משני סוגי צירופים של בסיסים חנקניים בלבד: אדנין עם תימין ; וגואנין עם ציטוזין. מכאן שסדר הבסיסים על גדיל אחד, קובע את סדר הבסיסים על הגדיל השני, המכונה על כן "גדיל משלים".

שלבים בסולם

קשרי מימן מולקולת הדנ"א בנויה משתי שרשראות (גדילים strands) פולינוקלאוטידיות. שתי השרשרות הפולינוקלאוטידיות ערוכות כך שהבסיסים החנקניים בולטים מהגדיל פנימה, וניצבים מול הבסיסים של הגדיל הנגדי. בין כל שני בסיסים קיימים קשרים כימיים חלשים, מסוג קשרי מימן.

קשרי מימן בין זוג הבסיסים A ו- T, מתקיימים 2 קשרי מימן בין זוג הבסיסים G ו- C, מתקיימים 3 קשרי מימן

קשרי מימן בין תימין ואדנין קשרי מימן בין תימין ואדנין

משלימות = complementarity צורתו והרכבו הכימי של בסיס מכתיבים את בן-זוגו – הבסיס המשלים לו (A-G, C-T) כל גדיל מהווה מעין תמונת ראי של הגדיל האחר. (ניתן לנחש את רצף הבסיסים בגדיל אחד ע"פ קריאת הרצף בגדיל השני). כל גדיל מהווה מעין תמונת ראי של הגדיל האחר. יחסים מבניים אלה קרויים יחסי משלימות (קומפלמנטריות).

רשימה ביבליוגרפית (קישור לקובץ וורד) דף עבודה – בעקבות המצגת וקישורים לאינטרנט (קישור לקובץ וורד)