תוֹכֶן
חשיבותו של הקוד הגנטי נעוצה ביכולתו הטבועה להוליד חלבונים, יחידות המבנה והתפקוד הבסיסיות בכל תא חי. כל האורגניזמים מכילים RNA או DNA כקוד הגנטי שלהם. האורגניזמים הראשונים השתמשו ב- RNA, או בחומצה ריבונוקלאית, כקוד שלהם ליצירת חלבונים. ככל שצורות החיים גדלו במורכבותן, ה- DNA, או החומצה הדאוקסיריב-גרעינית, החליפו את ה- RNA כמסר המסתורי שתאים מתורגמים לתהליכים נותני חיים, אך ה- RNA שמר על פונקציות מיוחדות הקשורות ל- DNA וייצור חלבונים. RNA יכול לבצע את הפונקציות של חלבונים ו- DNA בחלק מהאורגניזמים, עם פחות יעילות.
הרכב ומבנה
DNA הוא מבנה גדול ונרחב יותר מאשר RNA. ה- DNA מכיל שתי שרשראות המשלימות זו את זו ומתחברות באמצעות קשרים כימיים. ה- RNA מורכב מחוט בודד. ה- DNA דומה לגרם מדרגות לולייני, ואילו ה- RNA הוא רק מחצית גרם המדרגות. RNA משתמש בריבוז כמרכיב הסוכר שלו, ואילו ב- DNA משתמשים בדאוקסיריבוז, שהוא זהה לחלוטין לריבוז, פחות אטום חמצן.
בשתי חומצות הגרעין יש נוקלאוטידים, מבנים המורכבים ממולקולות סוכר מתחלפות ופוספטים המקושרים למולקולה אחרת - בסיס חנקני. סוכרים ופוספטים המתחלפים זה בזה יוצרים את "מדרגות הסולם". בסיסי החנקן (פורינים ופירמידינים) תלויים מרכיב הסוכר. גם ה- DNA וגם ה- RNA מכילים את הפורינים אדנין וגואנין. ה- DNA משתמש בפירמידינים ציטוזין ותימין, בעוד ש- RNA משתמש בציטוזין ואורציל.
פונקציות
ל- DNA תפקיד ייחודי ומרכזי בתאים: אחסון קוד המידע הגנטי. שלושה סוגים שונים של RNA קיימים בתאים ולכל סוג יש מבנה ותפקוד ספציפיים. ה- Messenger של ה- RNA (mRNA) נוצר כאשר התא צריך לייצר חלבונים. במהלך התהליך, הנקרא תעתיק, אות מפעיל את גדילי ה- DNA ו- mRNA נוצר לאורך קווצת ה- DNA היחידה, נוקלאוטיד על ידי נוקלאוטיד. גדיל יחיד של mRNA עובר לריבוזום. RNA ריבוזומלי או rRNA הוא חלק מריבוזומים, מבנים בהם חלבונים מסונתזים. העברת RNA, או tRNA, נושאת חומצות אמינו - היחידות הבסיסיות שהופכות חלבונים - לריבוזומים, כדי להיצמד לגדיל ה- mRNA. כל tRNA מכיל חומצת אמינו ספציפית אחת. החלבון בנוי לאורך שרשרת ה- mRNA, חומצת אמינו אחת בכל פעם. ברגע ש- tRNA משחרר את חומצת האמינו, הוא לוקח עוד אחד וחוזר לאתר סינתזת החלבון.
הפצה
ה- DNA נמצא באזורים ספציפיים של תאים או נשאר בתוך הגרעין, שם הוא מוגן על ידי מעטפת הגרעין. RNA, המתרחש במספרים גדולים יותר מ- DNA, מתפשט בכל התאים. ה- mRNA לא קיים עד שאות מהגרעין קורא לסינתזת חלבונים, ושרשרת ה- mRNA מתחילה להיווצר מול מודל ה- DNA שלך בגרעין. בתוך הריבוזומים, ה- rRNA מחזיק את החלבון במקום. בינתיים, מולקולות ה- tRNA צפות בציטופלזמה - החומר הג'לטיני היוצר את החלק הפנימי של התא. בעוד שחוט mRNA מוחזק על ידי הריבוזום, ה- tRNA נע סביב הציטופלסמה ומחפש חומצות אמינו צפות ספציפיות ליחידות מסוימות של tRNA.
יַצִיבוּת
נראה כי ה- RNA היה מבשרו של ה- DNA, אך עם הזמן ה- DNA הוכיח כי הוא מותאם טוב יותר למשימת אחסון החומר הגנטי. מבנה ה- DNA יציב יותר מ- RNA, בין השאר בגלל הרכב חלקו של הסוכר. דאוקסיריבוז, החסר אטום חמצן, אינו מגיב באותה קלות כמו ריבוז. לפעמים מולקולות סוכר מאבדות את קשרין עם בסיסים חנקניים: שגיאות אלה מתרחשות לעתים קרובות יותר ב- RNA מאשר ב- DNA. קווצת ה- DNA הכפולה מייצבת גם את המולקולה, ומונעת מכימיקלים להרוס אותה בקלות.
מכיוון ש- DNA מורכב משני קווצות, ניתן לתקן אותו באמצעות החוט הפגוע כדי להרכיב קווד מנוגד חדש. במהלך תהליך השכפול, שגיאות מתרחשות בתדירות גבוהה יותר בשכפול RNA מאשר ב- DNA. לבסוף, האנרגיה הנדרשת לשבירת רנ"א פחותה משבירת דנ"א, כלומר ניתן לשבור בקלות רבה יותר את ה- RNA.
השלכות על נגיפים
נגיף, הנחשב לא-חי, יכול להשתמש גם ב- DNA וגם ב- RNA כקוד הגנטי שלו, וסוג חומצת הגרעין משנה באופן משמעותי את עוצמת הנגיף. באופן כללי, נגיפי RNA נוטים לגרום למחלות מסוכנות יותר. מכיוון ש- RNA פחות יציב מ- DNA, הוא הופך בקצב של פי 300 מזה של נגיפי ה- DNA. מוטציות תכופות גורמות לווירוסי RNA להסתגל טוב יותר למערכת החיסון של המארח. וירוסים לעיתים קרובות נכנסים למארחיהם דרך הגוף באמצעות סוג של הובלה בינונית, הנקראת וקטור. לנגיפי DNA יש יותר מגבלות וקטוריות מאשר לווירוסי RNA, מה שאומר שיותר אורגניזמים יכולים לשאת ולהעביר נגיפי RNA. בנוסף, נגיפי DNA נוטים להיצמד למארח, בעוד שוירוסי RNA עשויים להיות מסוגלים להדביק מגוון רחב של מארחים.