מולקולת ה-DNA התגלתה בשנת 1868 על ידי רופא בשם Miescher שבדק את ההרכב הכימי של גרעיני התאים. הוא בודד חומר שקרא לו נוקלאין, ורק בשנות החמישים של המאה ה-20 התברר שהחומר שבודד היה DNA.
בשנת 1953 פוענח מבנה המולקולה על ידי Watson ו-Crick. הם הציעו מודל שקראו לו הסליל הכפול – the double helix. הם בנו דגם מקרטון, פיסות מתכת וחוטי ברזל כפופים, ולמדו עליו איך החלקים השונים קשורים זה לזה.
DNA בנוי מארבעה סוגים של נוקלאוטידים, שהם אבני הבניין של חומצות הגרעין. כל נוקלאוטיד בנוי משלושה חלקים: סוכר בעל חמישה אטומי פחמן, שאצל ה-DNA הוא דה-אוקסיריבוז, קבוצת פוספט ובסיס המכיל חנקן.
ארבעת הבסיסים ב-DNA הם: אדנין- A, גואנין- G, תימין –T, ציטוזין- C
Guanine
אדנין וגואנין הם פורינים, בעלי מבנה דו טבעתי
תימין וציטוזין הם פירימידינים בעלי מבנה חד טבעתי.
בשנת 1950 מצא חוקר בשם Chargaff שהכמות היחסית של אדנין וגואנין שונה במינים שונים של יצורים, ושבכל המינים כמות האדנין שווה לכמות התימין וכמות הגואנין שווה לכמות הציטוזין. החוקרים הבינו שחייב להיות סדר לפיו ערוכים הנוקלאוטידים לאורך המולקולה.
החוקרים Wilkins ו- Franklin מצאו בעזרת צילומים מיוחדים עם קרני X שמולקולת ה-DNA ארוכה ודקה. החישובים הראו שקוטר המולקולה הוא 2 ננומטר, המרחק בין כל שני בסיסים 0.34 ננומטר, ואורך של פיתול שלם של סליל ה-DNA 3.4 ננומטר, כלומר, 10 בסיסים בכל פיתול.
המודל של ווטסון וקריק נתן תשובה לכל המימצאים הקודמים. מולקולה של DNA מורכבת משני גדילים של נוקלאוטידים הקשורים זה לזה בקשרי מימן בין הבסיסים. קשרים אלה נוצרים כששני הגדילים הפוכים בכיוון שלהם, מתפתלים זה מסביב לזה כשאדנין בנוקלאוטיד אחד נקשר ב-2 קשרי מימן לתימין בשרשרת השניה. באופן דומה נוצרים 3 קשרי מימן בין הגואנין לציטוזין. דגם הקשרים מאפשר מגון רחב של רצפי בסיסים בכל גדיל של DNA. לכל מין יש רצף בסיסים אופייני, למרות שדגם הקשרים זהה בכל מולקולות ה-DNA.
זיווג הבסיסים בין שני גדילי הנוקלאוטידים קבוע בכל המינים, אדנין עם תימין, גואנין עם ציטוזין. אבל הסדר שבו מופיעים הבסיסים לאורך הגדילים של הנוקלאוטדים שונה ממין למין, וזה הבסיס המולקולרי לאחידות ולשוני שבעולם החי. אפשר לראות את ה-DNA המצוי במקורות שונים כשפות שונות המשתמשות באותן אותיות, אבל המילים והמשפטים שונים בכל שפה.
גילוי מבנה ה-DNA הביא לקידום גדול בהבנת העברת האינפורמציה הגנטית עם שכפול ה-DNA. האינפורמציה הגנטית מורכבת משפת קוד של ארבעה בסיסים ב-DNA. היא מתורגמת בתיווך ה-RNA לשפת חלבון המורכב מ-20 חומצות אמינו.
הכפלת מולקולת ה-DNA
לפני חלוקת התא משוכפלות מולקולות ה-DNA. אנזימים מנתקים את קשרי המימן שבין שני הגדילים של ה-DNA. הסליל הכפול נפרם לכל אורכו, וכל גדיל שנחשף משמש תדפיס (template) ליצירת גדיל משלים. נוצר גדיל משלים זהה לחלוטין לגדיל שנפרד, והם מתפתלים מיד לסליל כפול. בכל מולקולת DNA חדשה יש גדיל ישן וגדיל חדש. שכפול מולקולת ה-DNA נעשה על ידי שכפול של מקטעים רבים לאורך המולקולה באותה עת. בשנת 1973-74 גילו Lehman וחבריו אנזים המכונה DNA-ligase המסוגל לאחות קטעים של DNA לשרשרת אחת. האנזים DNA polymerase מצמיד נוקלאוטידים בודדים אל הגדיל המתארך. DNA-ligase מאחה את הקטעים החדשים וכך נוצר גדיל אחד רצוף.
לסיכום, בעקבות אותות המגיעים מתוך התא, אנזימי ההכפלה מתחילים לפעול ברצפים של בסיסים ייחודיים הנקראים אזורי תחילת ההכפלה (origins of replication ). תצמידים מאורגנים של אנזימים וחלבונים אחרים פורמים את הפיתול של שני גדילי המולקולה, ובונים על כל אחד מהם גדיל חדש.
תהליך זה מתרחש רק במזלגות הכפלה (replication forks). אלה הם אזורים קצרים דמוייV המתקדמים מאזורי תחילת ההכפלה לשני הכיוונים. מאחורי כל מזלג הכפלה נעים אנזימים המפתלים מחדש את שני הגדילים למולקולה. הבסיסים שנחשפו בגדילי התבנית ההוריים מכתיבים את סדר הנוקלאוטידים ברצף ההולך ונבנה, על פי הכלל של זיווג הבסיסים: A עם T, G עם C.
מקורות
Becker WM. Kleinsmith LJ. Hardin J. 2000 The World of the Cell. Fourth edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company.
Stryer L. 1995, Biochemistry, Fourth edition. WH. Freeman and Company, New York
