סינתזת DNA מתרחשת כחלק משכפול ה- DNA. DNA הוא נשא המידע הגנטי ושולט בכל תהליכי החיים. הוא ממוקם בגרעין התא בבני אדם כמו בכל שאר האורגניזמים החיים. ל- DNA צורה של קווצה כפולה, בדומה לסולם חבלים מתפתל, הנקרא סליל. סליל כפול זה מורכב משני DNA מולקולות. כל אחד משני הגדילים הבודדים המשלימים מורכב משדרה של סוכר מולקולות (deoxyribose) ו פוספט שאריות, שאליהן ארבע החנקן האורגני בסיסים גואנין, אדנין, ציטוזין ותימין מחוברים. שני הגדילים קשורים זה לזה באמצעות הידרוגנציה קשרים בין מהפך, מה שנקרא משלים, בסיסים. כאן, על פי העיקרון של זיווג בסיסים משלים, הצמדה אפשרית רק בין גואנין לציטוזין מחד, לבין אדנין ותימין מאידך.
מהי סינתזת DNA?
סינתזת DNA מתרחשת כחלק משכפול ה- DNA. DNA הוא נשא המידע הגנטי ושולט בכל תהליכי החיים. על מנת ש- DNA ישתכפל, יש צורך בתהליך סינתזת ה- DNA. זה מתאר את הבניין של חומצה דאוקסיריבונוקלאית (בקיצור DNA או גם DNA). האנזים המכריע בתהליך זה הוא DNA פולימראז. רק בדרך זו חלוקת תאים אפשרית. לצורך שכפול, חוט הכפול הכפול של ה- DNA מפותל על ידי אנזימים המכונה הליקאסות וטופואיזומרזות, ושתי הגדילים הבודדים מופרדים זה מזה. הכנה זו לשכפול בפועל נקראת ייזום. כעת מסונתזת פיסת RNA, שאותה זקוק פולימראז ה- DNA כנקודת מוצא לפעילותה האנזימטית. במהלך ההתארכות הבאה (הארכת גדיל), כל גדיל יכול לשמש את ה- DNA פולימראז כתבנית לסינתזת ה- DNA המקביל המשלים. מאז אחד ה בסיסים יכול ליצור אי פעם קשרים עם בסיס אחר, ניתן להשתמש בגדיל בודד כדי לשחזר את החוט המקביל האחר. הקצאה זו של הבסיסים המשלימים היא המשימה של פולימראז DNA. ה סוכר-פוספט עמוד השדרה של גדיל ה- DNA החדש מקושר על ידי ליגאז. זה יוצר שני קווצות DNA חדשות כפולות, שכל אחת מהן מכילה קווצה אחת מסליל ה- DNA הישן. הסליל הכפול החדש נקרא אפוא חצי שמרני. לשני גדילי הסליל הכפול יש קוטביות המציינת את כיוון ה מולקולות. הכיוון של שתי מולקולות ה- DNA בסליל הוא הפוך. עם זאת, מכיוון שפולימראז DNA פועל רק בכיוון אחד, ניתן לבנות ברציפות רק את הגדיל שנמצא בכיוון המתאים. החוט השני מסונתז חלק אחר חלק. פלחי ה- DNA שנוצרו, הידועים גם בשם שברי אוקאזאקי, מחוברים יחד על ידי הליגאז. סיום סינתזת ה- DNA בעזרת קופקטורים שונים נקרא סיום.
פונקציה ומשימה
מכיוון שלרוב התאים יש אורך חיים מוגבל, תאים חדשים חייבים להיווצר כל הזמן בגוף באמצעות חלוקת תאים כדי להחליף את אלה שמתים. למשל, אדום דם תאים בגוף האדם הם בעלי אורך חיים ממוצע של 120 יום, בעוד שחלק מתאי המעי צריכים להיות מוחלפים בתאים חדשים לאחר יום או יומיים בלבד. לשם כך נדרשת חלוקת תאים מיטוטיים, שבה נוצרים שני תאי בת חדשים זהים מתא אם. שני התאים דורשים מערך גנים מלא, כך שבניגוד לרכיבי תאים אחרים, אי אפשר לחלק את זה פשוט. על מנת להבטיח שלא אבד מידע גנטי במהלך החלוקה, יש לשכפל את ה- DNA ("לשכפל") לפני החלוקה. חלוקת תאים מתרחשת גם במהלך התבגרותם של תאי נבט זכריים ונקביים (ביצה ו זרע תאים). עם זאת, בחלוקה המיוטית המתרחשת, ה- DNA אינו משוכפל מכיוון שרצוי להפחית בחצי מה- DNA. כאשר הביצה ו זרע נתיך, המספר השלם של הכרומוזומים, מצב האריזה של ה- DNA, ואז מושג שוב. DNA חיוני לתפקוד גוף האדם וכל שאר האורגניזמים, מכיוון שהוא הבסיס לסינתזה של חלבונים. שילוב של שלושה בסיסים עוקבים כל אחד מייצג חומצת אמינו, ומכאן המונח קוד שלישיות. כל שלישיית בסיס "מתורגמת" לחומצת אמינו באמצעות RNA שליח (mRNA); אלה חומצות אמינו אז הם מקושרים בפלזמה התא כדי ליצור חלבוניםה- mRNA שונה מ- DNA רק באטום אחד ב סוכר שאריות של עמוד השדרה ובכמה בסיסים. MRNA משמש אפוא בעיקר כמוביל מידע להעברת מידע המאוחסן ב- DNA מהגרעין לציטופלזמה.
מחלות והפרעות
אורגניזם שאינו מסוגל לסינתזת DNA לא יהיה בר קיימא, מכיוון שתאים חדשים חייבים להיווצר כל הזמן על ידי חלוקת תאים גם במהלך ההתפתחות העוברית. עם זאת, שגיאות בסינתזת ה- DNA, כלומר בסיסים שהוחדרו באופן שגוי שאינם פועלים לפי עקרון ההתאמה המשלימה של הבסיס, מתרחשות בתדירות יחסית. מסיבה זו, לתאים אנושיים יש מערכות תיקון. אלה מבוססים על אנזימים השולטים בחוט הכפול של ה- DNA ומתקנים בסיסים שהוחדרו בצורה שגויה על ידי מנגנונים שונים. לדוגמא, ניתן לחתוך את האזור סביב הבסיס השגוי ולבנות אותו מחדש על פי עקרון הסינתזה המוסבר. עם זאת, אם מערכות תיקון ה- DNA של התא לקויות או עומסות יתר, חוסר התאמה בבסיס, מה שמכונה מוטציות, יכול להצטבר. מוטציות אלה מערערות את היציבות של הגנום, ומגדילות את הסבירות לטעויות חדשות אי פעם במהלך סינתזת ה- DNA. הצטברות של מוטציות כאלה יכולה עוֹפֶרֶת ל סרטן. בתהליך זה, גנים מסוימים רוכשים א סרטן- השפעה מקדמת (רווח תפקוד) כתוצאה מהמוטציה, ואילו גנים אחרים מאבדים את השפעתם המגוננת (אובדן תפקוד). עם זאת, בחלק מהתאים, שיעור שגיאות מוגבר אף רצוי כדי להפוך אותם ליותר מסתגלים, כמו למשל בתאים מסוימים של האדם המערכת החיסונית.
