חומצה דאוקסיריבונוקלאית, או DNA, היא מולקולת הטבע להעברת מידע גנטי לאורך הדורות. לרוב כל תא בגופך מכיל 46 כרומוזומים - קבוצה של 23 מכל הורה - שהתא חייב לשכפל לפני שהוא יכול להתחלק.
קרא עוד על המבנה, הפונקציה והחשוב של ה- DNA.
מצד שני, לחיידק (ופרוקריוטים אחרים) יש בדרך כלל כרומוזום יחיד. באופן מפתיע, לוקח לך ולחיידק בערך באותו זמן, כשעה או פחות, לשכפל DNA באמצעות אותם שלבי שכפול DNA.
יסודות DNA: מבנה
עיתוי השכפול תלוי במהירות שכפול הדנ"א, כמות הדנ"א בתא ומספר מקורות השכפול בכל מולקולת דנ"א. DNA הוא פולימר ארוך עם עמוד שדרה של קבוצות סוכר ופוספט מתחלפות. אחד מארבעה בסיסי נוקלאוטיד חנקניים תלוי בכל קבוצת סוכר. רצף הבסיסים הוא אלפבית בן ארבע אותיות המכתיב את רצף חומצות האמינו בחלבונים, המולקולות האחראיות לתכונות הגופניות שלך ולביוכימיה.
יסודות DNA: שכפול
כרומוזומים הם חבילות קומפקטיות של DNA וחלבונים. שני גדילי DNA יוצרים סליל כפול בלב כל כרומוזום.
קרא עוד על מהו כרומוזום.
כדי שהשכפול ימשיך, מכונות התא חייבות לפתוח את הסליל הכפול ולהשתמש בכל קווצה חשופה כתבנית לבניית קווצת שותף חדשה. זהו שכפול חצי שמרני, שבו התוצר הסופי הוא שני סלילים, כל אחד עם קווצה מקורית וחדש. צמדי הבסיס בגדיל התבנית קובעים את אלה בגדיל החדש באמצעות תהליך של זיווג משלים - כל סוג של בסיס נוקלאוטיד יכול להתאים רק עם בן זוג ספציפי.
שלבים כלליים של שכפול DNA
אלו הם יסודות ה- DNA של שכפול ה- DNA.
שלב 1: טפסות מזלג שכפול. אנזים הנקרא DNA הליקאז "פותח" את הסליל הכפול לתצורת מזלג Y.
שלב 2: פריימר פריינד. פריימרים של DNA נקשרים לאזורים בהם אנזים השכפול, DNA פולימראז, יתחיל להשתכפל. הפריימרים משמשים כאות לאנזים ומאפשרים לו לדעת היכן להתחיל ובאיזה כיוון להיכנס.
שלב 3: התארכות. זה השלב שבו ה- DNA משוכפל למעשה. פולימראז ה- DNA "מאריך" את החוט החדש, כלומר הוא מתחיל להפוך את החוט החדש על בסיס כל חוט תבנית.
שלב 4: סיום. לאחר השלמת השכפול, קורים כמה דברים. ראשית, אנזים הנקרא "אקסונוקלאז" מוריד את התחל מה- DNA ונקודות אלו מולאות ברצף ה- DNA המתאים.
לאחר מכן, גדיל אחד (המכונה "גדיל" בפיגור) זקוק לליגזה של DNA כדי לחבר את שברי ה- DNA שרק שוכפלו. אנזים אחר מגיע לבדיקה ולתיקון שגיאות שנעשו במהלך השכפול. האחרון מבין שלבי שכפול הדנ"א הוא כאשר הטלומראז מוסיף לסוף החוטים רצפים מיוחדים הנקראים "טלומרים".
שכפול חיידקי
הכרומוזום היחיד של חיידק הוא לולאה של DNA כפול גדילי. מספר הבסיסים יכול להשתנות ממין אחד למשנהו. החיידקים הידועים E. ל- coli יש 4.7 מיליון זוגות בסיס שנמשכים כ- 40 דקות לשכפול, מה שמרמז על מהירות של למעלה מ -1,000 בסיסים לשנייה.
השכפול מתחיל במיקום קבוע אחד וממשיך בכל גדיל בכיוונים מנוגדים. תהליך השכפול כולל שלב הגהה שמבטיח שיעור טעות שלא יעלה על אחד מכל מיליארד.
שכפול איקריוטי
התאים של בני האדם ואוקריוטים אחרים ארגנו גרעינים הסוגרים מערך כרומוזומים. לכרומוזום האנושי האופייני יש כ -150 מיליון זוגות בסיס שהתא משכפל בקצב של 50 זוגות לשנייה. באותה מהירות של שכפול ה- DNA, ייקח לתא יותר מחודש להעתיק כרומוזום.
העובדה שזה לוקח רק שעה אחת נובעת ממקורות שכפול מרובים. ההעתקה מתבצעת בו זמנית מנקודות רבות ושונות בכרומוזום, ואנזימים מחברים את החלקים יחד ויוצרים את העותק השלם הסופי. כל 46 הכרומוזומים האנושיים משתכפלים בו זמנית, במהלך שלב S של מחזור התא.