תוֹכֶן
מאז שג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק חשפו את מבנה ה- DNA הוא התקבל כמולקולת התורשה. לפני הגילוי, הקהילה המדעית שמרה על סקפטיות כלשהי לפיה ה- DNA עומד במשימה, מכיוון שתפקיד ה- DNA הוא פי ארבעה ונראה היה כי מולקולה פשוטה מכדי לבצע את אותם ארבע פונקציות נחוצות: שכפול, קידוד, ניהול תאים והיכולת להשתנות .
המבנה הייחודי של ה- DNA מאפשר לו למלא את כל הפונקציות הללו.
אבני הבניין של ה- DNA
ה- DNA הוא קיצור של חומצה deoxyribonucleic. זה מורכב מארבעה בסיסים חנקניים, מקוצרים A, C, G ו- T. הבסיסים הללו מהווים שני גדילים ונקשרים יחד בתצורת סליל כפולה.
A תמיד נקשר עם T בגדול אחד, ו- C תמיד נקשר עם G בשני, הנקרא כלל התאמת הבסיס המשלים.
שכפול
מטרה אחת של ה- DNA היא שכפול. פירוש הדבר שחוט של DNA מייצג עותק של עצמו. זה קורה במהלך חלוקת התא, וככה ה- DNA מעביר תכונות תורשתיות לקבוצת התאים הבאה.
במהלך שכפול ה- DNA הסליל הכפול מרפה את עצמו ליצירת שני גדילים יחידים. כאשר שני גדילי ה- DNA מופרדים ונבנה גדיל חדש בהצלחה, הוא ישתמש בתבנית של הגדיל הקיים כדי לבנות עותק מדויק.
לפעמים, מסיבות שונות ומגוונות, שכפול אינו מייצר עותק מדויק. זה נקרא מוטציה DNA. מוטציות הן קריטיות להתפתחות, שכן הן מאפשרות לאורגניזמים לפתח הסתגלות שיכולות לעזור להם לשרוד בסביבות משתנות.
עם זאת, מוטציות ב- DNA בבני אדם יכולות גם לגרום להורים להעביר ללא ידיעה מצבים גנטיים מסוימים לילדיהם, כולל סיסטיק פיברוזיס, מחלת טיי-סקס ואנמיה חרמשית.
קידוד
קידוד הוא פונקציה נוספת של ה- DNA. העבודה של כל תא נעשית על ידי חלבונים, ולכן אחד התפקידים של ה- DNA הוא לבנות את החלבונים הנכונים לכל תא. ה- DNA ממלא תפקיד זה על ידי מכיל קטעי שלושה בסיס - המכונים קודונים - המכוונים את היווצרותם של חלבונים.
בקטע DNA ארוך, כל קודון מכיל את המידע שמכוון את ההרכבה של חומצת אמינו אחת לחלבון. קודונים שונים תואמים את ההרכבה של חומצת אמינו נוספת על חלבון, כך שחלק שלם של DNA עם רצף נתון של בסיסים יבנה חלבון ספציפי.
ניהול סלולרי
באורגניזמים רב-תאיים, תא מופרה יחיד, זיגוטה, מחלק ומשכפל פעמים רבות בכדי להתפרנס בייצור שלם. לכל תא יש אותו חומר גנטי בדיוק, אך תאים שונים מתפתחים באופנות שונות.
כלומר, בתהליך שנקרא התמיינות תאים יש תאים שבונים את החלבונים הנכונים שיהפכו לתאי כבד, ואחרים הופכים לתאי עור, ואחרים תאי קיבה. בנוסף, על התאים לשנות את אופן פעולתם כאשר התנאים משתנים. תאי הקיבה שלך, למשל, צריכים לייצר יותר הורמוני עיכול ואנזימים כאשר אוכל קיים.
ה- DNA עושה זאת באמצעות אותות שמפעילים ומכבים את ייצור החלבונים המעורבים בעיכול. אותו סוג קורה כאשר התאים מבדילים: אותות מפעילים את הרמות הנכונות של ייצור חלבון ליצירת התא המתאים.
היכולת להשתנות
האבולוציה היא שינוי המאפיינים ככל שיוצרים דורות של אורגניזם. האבולוציה מתרחשת על קשקשים קטנים בתוך אורגניזם - כמו שינויים בצבע העור או בצבע השיער אצל בני אדם - וגם על קשקשים גדולים - כמו יצירת טווח החיים העצום בכדור הארץ מאורגניזם חד-תאי מוקדם.
זה יכול לקרות רק אם המולקולה הגנטית יכולה להשתנות, יכולה להשתנות. כאשר DNA משוכפל לייצור תאי ביצה וזרע, שינויים יכולים לזחול פנימה בכמה רמות.
דרך אחת היא באמצעות שינויים בנקודה אחת שמוסיפים, מפחיתים או משנים רצף קיים. שינויים אחרים קורים כאשר מולקולות DNA חוצות זו את זו, ומשנות את סידור הגנים על כל אחד משני גדילי ה- DNA החוצים.