שיעור #1
ספרי הלימוד עבור הקורס "ביוכימיה א'" הם:1) Biolchemistry 3rd Edition - Mathews. Van Holde & Ahern
2) Fundamentals of Biochemistry - Voet. Voet & Prattעיקר ההבדלים בין תא פרוקריוטי לתא אאוקריוטי הם בגרעין, צורת ההעתקה, התרגום והשעתוק של ה-DNA, הגודל ועוד מס' הבדלים (לחזור על החומר משנה א').
סכימה של תהליך שכפול ה-DNA:
דנ"א --> רנ"א --> חלבון --> פעילות בתאים (Function)
קשרי מימן הם קשרים חלשים יותר מקשרים קוולנטים. הם מקשרים בין חומצות הגרעין בDNA וגם בין מולקולות מים.
אלו קשרים די חזקים, אך ניתן להפריד אותם והם מבוססים על מטען חשמלי.
יש כיווניות כלשהי בקשרים מסוג זה (Donor מול Acceptor) שבאה לידי חשיבות בעת פתיחת הקשרים בין הבסיסים.
בניסוי של Avery, Mcloeod & McCarty בשנת 1944 הצליחו לקבוע עובדה חשובה. הם העבירו חומרים מתוך גרעין התא, מתא פתוגני לתא שאינו פתוגני. מלבד הDNA הם העבירו גם חלבונים וחומרים אחרים, אך רק לאחר בדיקות מעמיקות, הם ראו שהתא שאינו פתוגני הופך לפתוגני רק אם הDNA מועבר אליו. מתוך כך הסיקו שהחלבונים אינם אלו שאחראיים על העברת הגנים, אלא החומר התורשתי, הDNA הוא שאחראי לכך.
כמה שנים מאוחר יותר, בשנת 1952 ערכו הרשי וקייס ניסוי משלהם (Hersy-Case Experiment) שקבע כי הDNA הוא החומר התורשתי של הפאג', ומעבר לכך, של כל האורגניזמים. לפני הניסוי, חשבו שהחלבונים הם החומר התורשתי של הוירוסים, ולא הDNA.
באקטריופאג' הוא וירוס קטן שמדביק באקטריה. הוא מכיל מעטפת חלבונים ובתוכה החומר הגנטי. בתהליך ההדבקה, הפאג' מחדיר את החומר הגנטי לתוך הבאקטריה, אך מעטפת החלבונים נשארת בחוץ.
נערכו שני ניסויים. בניסוי הראשון לקחו פאג' (מסוג T2) גידלו אותו על מצע של פוספט P32 כך שכל הDNA שלו היה מסומן רדיואקטיבית.
בניסוי השני גידלו פאג' על מצע של גופרית S35 שמסמן את החלבון בתא.
לאחר שראו שהחומר שעובר מהפאג' לבאקטריה הוא הDNA הסיקו מכך שזהו החומר הגנטי.
הDNA\RNA בנוי משלושה חלקים:
1) קבוצת הסוכר: בDNA לריבוז (הסוכר) חסר חמצן אחד שקשור לפחמן מס' 2, וכן גם הוא נקרא DNA - Deoxyribonucleic Acid.
2) בסיסים: פורינים הם A ו-G, והם מורכבים מ2 טבעות ארומטיות.
פירמידינים הם T ו-C (קטנים יותר בנפח) ובנויים כ"א מטבעת יחידה.
במולקולות הRNA הבסיס T מוחלף בU.
3) פוספט: שלד הDNA בנוי מקבוצות של סוכר-פוספט הקשורות אחת לשניה בשרשרת ארוכה.
קבוצה זומחברת את קבוצות הריבוז בעזרת קשרים פוספודיאסטרים בין פחמן '3 לפחמן '5. המבנה של הRNA זהה לזה של הDNA, אך הRNA מורכב מסליל אחד (חד-גדילי).
לכל מולקולת RNA או DNA יש 2 קצוות הנקראים '3 ו-'5 (3 פריים, ו-5 פריים)
חיבור של נוקליאוטיד לשרשרת DNA קיימת, נוצר בזכות אנרגיה הנוצרת כתוצאה משחרור של 3 מולקולות P מקבוצת הפוספט. מולקולות עתירות אנרגיה דוחפות את הריאקציה ליצירת DNA.
ניתן לפרק DNA בעזרת חומצה חזקה או בסיס חזק, אך מדובר במולקולה יציבה מאוד שיכולה להחזיק מעמד שנים רבות.
RNA לעומתה היא מולקולה הרבה פחות יציבה. כיוון שתי המולקולות הוא מ'5 ל-'3.
חשוב לדעת כיצד אנזימים "קוראים" את הגן (בשיעורים הבאים).
אלו קשרים די חזקים, אך ניתן להפריד אותם והם מבוססים על מטען חשמלי.
יש כיווניות כלשהי בקשרים מסוג זה (Donor מול Acceptor) שבאה לידי חשיבות בעת פתיחת הקשרים בין הבסיסים.
בניסוי של Avery, Mcloeod & McCarty בשנת 1944 הצליחו לקבוע עובדה חשובה. הם העבירו חומרים מתוך גרעין התא, מתא פתוגני לתא שאינו פתוגני. מלבד הDNA הם העבירו גם חלבונים וחומרים אחרים, אך רק לאחר בדיקות מעמיקות, הם ראו שהתא שאינו פתוגני הופך לפתוגני רק אם הDNA מועבר אליו. מתוך כך הסיקו שהחלבונים אינם אלו שאחראיים על העברת הגנים, אלא החומר התורשתי, הDNA הוא שאחראי לכך.
כמה שנים מאוחר יותר, בשנת 1952 ערכו הרשי וקייס ניסוי משלהם (Hersy-Case Experiment) שקבע כי הDNA הוא החומר התורשתי של הפאג', ומעבר לכך, של כל האורגניזמים. לפני הניסוי, חשבו שהחלבונים הם החומר התורשתי של הוירוסים, ולא הDNA.
באקטריופאג' הוא וירוס קטן שמדביק באקטריה. הוא מכיל מעטפת חלבונים ובתוכה החומר הגנטי. בתהליך ההדבקה, הפאג' מחדיר את החומר הגנטי לתוך הבאקטריה, אך מעטפת החלבונים נשארת בחוץ.
נערכו שני ניסויים. בניסוי הראשון לקחו פאג' (מסוג T2) גידלו אותו על מצע של פוספט P32 כך שכל הDNA שלו היה מסומן רדיואקטיבית.
בניסוי השני גידלו פאג' על מצע של גופרית S35 שמסמן את החלבון בתא.
לאחר שראו שהחומר שעובר מהפאג' לבאקטריה הוא הDNA הסיקו מכך שזהו החומר הגנטי.
הDNA\RNA בנוי משלושה חלקים:
1) קבוצת הסוכר: בDNA לריבוז (הסוכר) חסר חמצן אחד שקשור לפחמן מס' 2, וכן גם הוא נקרא DNA - Deoxyribonucleic Acid.
2) בסיסים: פורינים הם A ו-G, והם מורכבים מ2 טבעות ארומטיות.
פירמידינים הם T ו-C (קטנים יותר בנפח) ובנויים כ"א מטבעת יחידה.
במולקולות הRNA הבסיס T מוחלף בU.
3) פוספט: שלד הDNA בנוי מקבוצות של סוכר-פוספט הקשורות אחת לשניה בשרשרת ארוכה.
קבוצה זומחברת את קבוצות הריבוז בעזרת קשרים פוספודיאסטרים בין פחמן '3 לפחמן '5. המבנה של הRNA זהה לזה של הDNA, אך הRNA מורכב מסליל אחד (חד-גדילי).
לכל מולקולת RNA או DNA יש 2 קצוות הנקראים '3 ו-'5 (3 פריים, ו-5 פריים)
חיבור של נוקליאוטיד לשרשרת DNA קיימת, נוצר בזכות אנרגיה הנוצרת כתוצאה משחרור של 3 מולקולות P מקבוצת הפוספט. מולקולות עתירות אנרגיה דוחפות את הריאקציה ליצירת DNA.
סיכום ביניים:
ריאקציה של DNA + נוקליאוטידים מתבצעת בעזרת אנזימים ואנרגיה.ניתן לפרק DNA בעזרת חומצה חזקה או בסיס חזק, אך מדובר במולקולה יציבה מאוד שיכולה להחזיק מעמד שנים רבות.
RNA לעומתה היא מולקולה הרבה פחות יציבה. כיוון שתי המולקולות הוא מ'5 ל-'3.
חשוב לדעת כיצד אנזימים "קוראים" את הגן (בשיעורים הבאים).
המבנה השניוני של הDNA
המדענים המהוללים ווטסון וקריק, הם שהגיעו למסקנה שצורתו של הDNA היא מסולסלת ושהוא בנוי משני סלילים (דו-גדילי). יש הטוענים שעותק מיומנה של המדענית רוזלין פרנקלין, שהגיעה למסקנה זו שבועיים קודם לכן, מצא את דרכו לידיהם בצורה לא ברורה...
ווטסון וקריק גילו שכמות הבסיסים A ו-T שוות, וגם כמות הC וה-G שוות באותו הסליל, וכך הגיעו למסקנה שאלו בסיסים שמשלימים אחד את השני בהתאמה.
הם גיבשו מבנה של מולקולת DNA, וע"י שימוש בקרני X הם קיבלו את מבנה הDNA. תחילה הם בנו מודל המורכב מ-3 סלילים, אך מאוחר יותר הבינו שהDNA הוא מבנה דו-גדילי.
אורך הקשר בין A ל-T זהה לאורך הקשר בין C ל-G. אלו קשרי מימן. בין A ל-T יש 2 קשרים, ובין C ל-G יש 3 קשרים, ולכן קשה יותר להפריד מולקולה המכילה יותר קשרי C-G מאשר קשרי A-T. אורך הקשר הוא 1.08 ננומטר.
ווטסון וקריק גילו שכמות הבסיסים A ו-T שוות, וגם כמות הC וה-G שוות באותו הסליל, וכך הגיעו למסקנה שאלו בסיסים שמשלימים אחד את השני בהתאמה.
הם גיבשו מבנה של מולקולת DNA, וע"י שימוש בקרני X הם קיבלו את מבנה הDNA. תחילה הם בנו מודל המורכב מ-3 סלילים, אך מאוחר יותר הבינו שהDNA הוא מבנה דו-גדילי.
אורך הקשר בין A ל-T זהה לאורך הקשר בין C ל-G. אלו קשרי מימן. בין A ל-T יש 2 קשרים, ובין C ל-G יש 3 קשרים, ולכן קשה יותר להפריד מולקולה המכילה יותר קשרי C-G מאשר קשרי A-T. אורך הקשר הוא 1.08 ננומטר.
