מאפיינים של מולקולה הנושאת מידע תורשתי

מבוא לביוטכנולוגיה מולקולרית: מבנה חומצות הגרעין והפונקציות שלהן

• מולקולות הנושאות מידע תורשתי צריכות להיות יציבות אך בעלות יכולת לעבור שינויים. להיות בעלות מבנה הניתן להעתקה ושכפול, קיבולת להכיל אינפורמציה תורשתית, ויכולת כיווץ למצב קומפקטי.
• כל חומצת גרעין מורכבת מבסיס (פורין / פרימידין), סוכר (ריבוז / דאוקסיריבוז) ופוספט.

הבסיסים

• בסיסים פוריניים או פרימידיניים, מולקולות אורגניות המכילות אטום חנקן ובעלות תכונות כימיות של בסיס, בעלי pKa נמוך המעיד על היותם בסיס חלש, בעלי מבנה שטוח ונוקשה, ועוברים טאוטומריזציה.
• טאוטומרים הם זוג או יותר של איזומרים מבניים בש"מ, מתבצע בו זמנית חילוף של מימנים ואלקטרונים, מהווה מקור למוטציות ספונטניות.

הגורמים לזיווג בסיסים

• הזיווג נקבע לפי קשרי המימן הנוצרים בין צורות הטאוטומרים היציבות (קטו לפורינים, אמינו לפרימידינים), ונוצרים בין A-T ו-G-C.
• הבסיסים מולקולות יחסית הידרופוביות אך יוצרים קשרי מימן. כאשר אין הרבה מים, בסיסים יוצרים קשרי מימן זה עם זה ונערמים זה על זה.
• בסיס ציטוזין עלול לעבור התקפה נוקליאופילית ממים ולהפוך לאורציל. בהיבט האבולוציוני, RNA נוצר ראשון, אחריו חלבונים ולבסוף DNA (ישנן דוגמאות נוספות לשינויים שחלבונים מבצעים על הDNA).

קשרי מימן ושינויים בבסיסים

• אינטראקציות דיפול-דיפול בין מימן לאטום בעל אלקטרושליליות גבוהה.
• בסיסים יכולים לעבור שינויים בדרך כלל לאחר השעתוק, חשובים להבחנה בין גדילי DNA חדשים וישנים, זיהוי DNA זר או ויראלי ובקרה על הגנום. בחיידקים, methyl cytosine-5 מגן על הDNA מפני אנזים שחותך אותו. בבסיסים המכילים מתיל מעורבים ברגולציה של ביטוי גנים בבני אדם.

סיכום הבסיסים

• הבסיסים פוריניים או פרימידיניים הבנויים מטבעות ארומטיות עם חנקן, בעלי איזומרים מבניים (טאוטומריזציה), יוצרים קשרי מימן, בעלי מבנה נוקשה והידרופוביים, וגם יכולים להיערם ולעבור שינויים.

הסוכר

• בחומצות הגרעין יכולים להיות ריבוז או דיאוקסיריבוז. דיאוקסיריבוז נוצר מהורדת חמצן מהריבוז ע"י האנזים רדוקטאז, תהליך דאוקסידציה המתבצע על פחמן 2' ומייצב את המולקולה.
• עובדת תהליך הדאוקסידציה מתרחש ע"י אנזים היא הוכחה שחלבונים נוצרו לפני הDNA.
• בתור חד-סוכר חופשי הוא יכול להשתנות מפורנוז(5) לפירנוז (6), בDNA הסוכר מקובע כפורנוז.
• טבעת 5 גמישה מטבעת 6 ומעניקה לסוכר חופש. תופעה זו נקראת sugar puckering, וחמשת האטומים של הפנטוז אינם במישור אחד.

הקשר שבין הבסיס לסוכר

בין פחמן 1' של הסוכר לחנקן בבסיס (9' בפורינים ו1' בפרימידינים) נקרא bond-N-glycosidic

• סוכר שמחובר לבסיס נקרא נוקליאוזיד. ישנם שני אנומרים לנוקליאוזיד. אנומר ביתא – הבסיס מעל מישור הטבעת ואנומר אלפא – הבסיס מתחת לטבעת, בDNA נמצא אנומר ẞ בלבד.

הקשר עם הפוספט

• הפוספט מתחבר לסוכר ומתקבל הנוקליאוטיד, ומוסיף מטען שלילי לנוקליאוטידים (חומצות גרעין) שהן חומצות. DNA מורכב משרשראות פולינוקליאוטידיות כשהנוקליאוטידים מחוברים דרך קשרי פוספו-די-אסטרים בין עמדה 3' בסוכר של נוק' אחד לבין עמדה 5' בסוכר בנוק' שכן, ויש חופש סיבוב לקשרי הפוספו-די-אסטרי. כל נוקליאוטיד מכיל מספר קשרים שיכולים להסתובב, אמנם ישנן מגבלות הנובעות מאינטראקציות בין הנוקליאוטידים לבין מים, יונים וחלבונים, והגמישות במבנה הנוקליאוטידים מאפשרת להם לשנות את המבנה בזמן תרגום ושיעתוק.

קונפורמציות אנטי וסין וסיכום הנוקלאוטיד

• סיבוב סביב הקשר הגליקוזידי מעביר את המולקולה מקונפורמציות אנטי לסין, הסיבוב סביב הקשר מוגבל וקונפורמר האנטי מועדף בעיקר עקב שיקולים סטריים.
• בנוקליאוטידים הסוכר יהיה ריבוז או דאוקסיריבוז (על פחמן 2'), הסוכר בקונפיגורציה של טבעת פורנוז (5) ובקונפיגורציית B
• הסוכר קשור דרך פחמן 1' לבסיס בקשר N – גליקוזידי, וגם הסיבוב סביב הקשר הגליקוזידי מעביר מקונפורמציית אנטי לסין הפוספט מוסיף מטען שלילי

פוספט ונומנקלטורה

• הפוספט מתחבר לסוכר ומתקבל הנוקלאוטיד בעל מטען שלילי, לכן הנוקליאוטיד הוא חומצה, יכול להימצא בעמדה 3' או 5' בסוכר, ולקשר הפוספו-די-אסטרי יש חופש סיבוב. לנוקליאוטידים שימושים רבים קואנזימים, מטבע אנרגיה ועוד...
• נומנקלטורה: בסיס+סוכר = נוקליאוזיד, +פוספט = נוקליאוטיד, נוקליאוטידים מקוצרים ע"י ראשי תיבות(AMP/dAMP/UDP/ATP)

מבנה ה-DNA והתהליכים

• מורכב משני גדילים של נוקליאוטידים הבונים מבנה של סליל הליקלי. לDNA פולריות הפוכה, הבסיסים כלפי פנים (הידרופוביים), הסוכרים והפוספטים (הידרופיליים) כלפי חוץ, והשלד של הDNA הוא אנטי פרללי. הגלידים בעלי רצפים משלימים.
• הDNA מיוצב על ידי זיווג בסיסים קשרי מימן, הגדילים מתחברים ומים נדחפים החוצה, ובעזרת interctions Stacking בין ענני אלק' של הבסיסים דיפול מושרה, וואן-דר-ולס ואינטראקציות הידרופוביות. קשרי המימן נוצרים בין טאוטומרים נפוצים של הבסיסים.

המיקום בסליל וקצוות שני הבסיסים

• לשני הבסיסים יש מרחק דומה בין פחמן 1' של הסוכר ויש להם סימטריה כפ ולה, סיבוב של 180 מעלות יחזיר את פחמן 1' לאותו מקום. מסיום 36° אחד ביחס לבסיס השכן לו nm 0.34 וממוקם המסתיימים הסיבוב הבסיסים ב-10 כ סיבוב שאחרי. המבנה הדו-גדילי גמיש והוא סיבוב ימני.
• התעלות נוצרות כתוצאה מהגאומטריה של צימוד הבסיסים הזווית בין שני הקשרים הגליקוזידיים היא בזווית הצרה בזווית הרחבה. התעלה הצרה מידע פחות מכילה התעלה לכן, רצפים הספציפיים בDNA הנקשרים חלבונים שהקשירה הזו דרך הרחבה, לרצף כלשהו הנקשרים המייצבים זאת, כלשהו ספציפיות ללא הDNA הנקשים חלבוני דרך הצרה.
• התעלה הרחבה יכולה להכיל בתוכה גם מבנים שניוניים גדולים יותר.

מדוע צורת סליל של הליקס

רווח בין הבסיסים גדול, הרווח מאפשר כניסה של מים שמפריעה לאינטראקציות בין הבסיסים ובכך פוגעת ביציבות של המולקולה .

הבסיסים מסתדרים בצורה אלכסונית ומסובבת על מנת להקטין את הרווח בין הבסיסים ולשפר את האינטראקציות ביניהם.

קונפורמציות ומבנה DNA

• B-DNA הצורה הנפוצה, מבנה ממוצע ומראה וריאציות. סיבוב חופשי בקשר בין הבסיס לסוכר ישנה תנועה מסוימת של הבסיסים סביב קשר זה, תנועה זו תתבצע על מנת לשפר את האינטראקציות בין הבסיסים.
• A DNA מבנה יותר קומפקטי עם 11 זוגות בסיסים כל סיבוב, הטייה של זוגות הבסיסים ביחס לציר הסימטריה של הסליל, ושיענו חור במרכז הסליל, קונפורמציה זו נפוצה בסלילי RNA-RNA או RNA-DNA.
• Z DNA - סיבוב שמאלי ומראה "זיג-זגי" כאשר בפרימידין אנטי ובפורין סין, יוצרת מבנה הזיג-זגי. לא ברור החשיבות הביולוגית וסינתז אותו במעבדה. ה-DNA יכול לעבור דנטורציה ורנטורציה באופן ספונטני על ידי הפרדה בין גדילים ע"י טמפרטורה גבוהה - נמוך מלח, רצף וחומציות

Southern blot

יטה המאפשרת זיהוי רצפים ספציפיים של ה-DNA, מתבצע ע"י קישור "פרובים פלורסנטיים" ספציפיים לרצף לאחר הפרדה בין הגדילים.

שיטות עבודה : שיטות עבודה: הפרדת מקטעי DNA

שיטה להפרדת מאקרו-מולקולות DNA ו RNA (ג'ל אלקטרופורזה תכונות תעלה טעינה הג'ל מניחיםבתוך נוזל זרם ישלילימ יביא לתנועה מקטודה הפרדה ניתן ללמוד גודל קטעים ועל ריכוז

DNase חיתוך DNA

:DNase אנזים מסוג דאוקסי ריבונוקליאז, חותך את הDNA בשלד הפוספו-די אסתרי בצורה לא ספציפית, האזרח יכול לחתוך גדיל בוא בסיב

ניסוי MICA

MICA הוא תורמי מקל את כל סלילה DNA לאחר מכן מוסיפו DNase וראו התקבלו מולקולות DNA באורכים שהם כפולות של אור כלור אור מודה מחיר לרוחם

טופולוגית ה DNA

טופולוגיה היא תומך המתמטיות של צורותאואוריוןוטופולוגיות מבנה מוגלו ביונית או בחלבונית ,גמיש פרנט

super-coiling

הפרדה בגילה בגללה כנניעאש

סבבת קבוצת רגולטוריקניטיבין גנים.

צפיפות, פיתול וחומרים מצומדים

DNA מאורגנים במבנים

• חצי מבוסןחמירםה ם חלבונים
• אורגניזמים מפותחים משתמשים רק בחכם

המורכבות מצומדת

DNA השרטט מאורגנןתחפיוטוג יחד הבסיס של פוספט ג'נום לאתנצ

אילן סוף הכובש פתיחת של DNA

לא יווצרו יצירת שית לטימבל ליחדת המקשר אתאמאקראים פגסDNA

מרוק כרומטין והנוק לאזום המרומטית

מאפשר איכון ללכת עם הבנתי לי יכפרם DNA מחקנו

רכיש המיקוטק ובתגובת

עכשיו יאנה מרומח ובתהנגה בפרס דנוקריאוקידום DNA

טופולוגיה עב המים תרובוצוויו

סופירט וקטור ליקו DNA עמדת הקונפורמציה אמר מקורו

סינתזת ה DNA

נוקליאוטידים בצורתם כקצה של פד טיגי

ג'י סס טי או מנין חומצות

שיר טוב

פנימה משמש מולקולה נייס עשיב

התארכות האחד מהאש

מרוצת סולל להבאת הדומה באקאמה שחברות הולמיתי

סיוע החיים הנה

חולבים נשמש ברשות ודאיךק

ו

בחן את עצמך על מושגים מרכזיים בביולוגיה מולקולרית, כולל ההבדלים בין ריבוז לדיאוקסיריבוז, הדרישות לחומר גנטי, והיתרונות של DNA קומפקטי. בחן את ההבנה שלך לגבי שכפול DNA וצפיפות DNA לאחר העברה בין איזוטופים שונים של חנקן.