תוֹכֶן
מרבית העבודה הנעשית בתא חי נעשית על ידי חלבונים שלה. דבר שתא צריך לעשות הוא לשכפל את ה- DNA שלו.
בגופך, למשל, DNA שוכפל טריליוני פעמים. חלבונים עושים את העבודה הזו, ואחד מאותם חלבונים הוא אנזים הנקרא DNA ligase. מדענים זיהו כי ליגאז יכול להועיל בבניית DNA רקומביננטי במעבדה, ולכן שילבו שלב קשירה בתהליך יצירת DNA רקומביננטי.
מבנה ה- DNA
גדיל DNA יחיד מורכב מרצף של בסיסים חנקניים העוברים לפי הקיצורים A, T, G ו- C. בדרך כלל, DNA נמצא בגדיל כפול, בו רצף אחד ארוך של בסיסים מותאם עם גדיל ארוך אחר של בסיסים.
שני הגדילים הם משלימים, בזה שבמקום בו גדיל אחד יש A לשני יש T, ובמקום שיש לו G, לשני יש C. A ו- T מתאימים זה לזה דרך קשר כימי חלש הנקרא קשר מימן, ו- G ו- C עושים את אותו הדבר.
בסך הכל, שני הגדילים המשלימים מחוברים זה לזה באמצעות קשרי מימן רבים. כל אחד משני הגדילים האישיים מחזיק בבסיסים גרעיניים משלו יחד עם קשר חזק יותר בצורת שרשרת ארוכה של קבוצות סוכר ופוספט המחוברות בקובאלציה.
פונקצית ליגאז
אתה יכול לחשוב על גדיל DNA כצמיד קסם אחד ארוך עם ארבעה סוגים שונים של קסמים. הקסמים פשוט תולים את השרשרת החזקה שמחברת אותם זה לזה.
שכפול ה- DNA בונה צמיד קסם נוסף המותאם לראשון. בכל מקום שיש בו קסם A על הצמיד הראשון, קסם T יתאים לצמיד השני, וזהה גם ל- C ו- G.
הקסמים בצמיד השני יכולים להתאים לצמיד הראשון מבלי להיות על הצמיד עצמם. כלומר, הם יכולים להתחבר לשרשרת ההפוכה דרך חיבור חלש מבלי שיהיה להם שרשרת חזקה שתקשר אותם לשכניהם.
האנזים ה- DNA ligase מגלה מקומות שבהם נשברת שרשרת הסוכר והפוספט, ובונה מחדש את החוליה, ומחבר בין קבוצות הסוכר והפוספט בקשר חזק.
DNA רקומביננטי
DNA רקומביננטי הוא תוצאה של חיתוך גדיל כפול של DNA וחיבורו לחוט כפול אחר. כל גדיל כפול נחתך לרוב בצורה לא אחידה, כאשר גדיל אחד מסתיים כמה בסיסים קצרים מזה.
ישנם בסיסים נוספים התלויות בקצה האחד, כמו ב- TTAA, למשל. לחוט הכפול השני יש בסיסים נוספים ברצף כמו AATT. שתי מערכות הבסיסיות הנוספות - המכונות "קצוות דביקים" - תופסים זו את זו דרך קשרי המימן החלשים שלהם.
כשחושבים על צמידי קסם, דמיין שיש לך צמיד קסם כפול אחד עם שתי שרשראות המחוברות רק דרך קסמיה. אתה חוטף את הקצה, אבל אתה מצמיד את הקצה האחד ארבעה קסמים קצרים מהקצה השני, כך שזנב קטן מסתובב.
אתה עושה את אותו הדבר לעוד צמיד קסם כפול. אם ארבעת הקסמים משלימים זה את זה, שני הקסמים הקטועים יתחברו זה לזה, אך רק דרך הקסמים שלהם.
אנזים ליגז המשמש בשילוב מחדש
בשלב הקודם של שילוב מחדש של DNA, קצות דביקים תואמים של שתי מולקולות DNA דו-גדולות התחברו. עם זאת, הקשר היחיד בין שני הסעיפים הוא באמצעות הקשרים החלשים. כמו צמיד הקסם המחובר רק דרך הקסמים התואמים, קל יהיה לפרק אותם זה מזה.
אנזים ה- DNA ligase מוצא את המקומות שבהם קבוצות הסוכר והפוספט אינם קשורים זה לזה וזה מקשר ביניהם. שוב, כמו צמיד הקסם, לאחר שחלוף של ליגנזה של די.אן.איי עובר ומשרשר את הבסיסים יחד, מולקולת ה- DNA החדשה, הארוכה והכפולת-חוטים, קשורה זו לזו.