גדיל (ביולוגיה) – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף

בשורה

גרסה מ־13:35, 1 בספטמבר 2021

הסליל החד-גדילי של ה-mRNA המכונה גם RNA שליח. סגול - אטום פחמן, לבן - אטום מימן, אדום - חמצן, צהוב - חנקן

בביולוגיה, גדיל הוא מקטע של חומצות גרעין. צורתו היציבה של DNA היא כמולקולה דו-גדילית, המחוברת בקשרי מימן בבסיסים מסוימים, ליצירת סליל כפול. RNA היא לרוב מולקולה חד-גדילית המתקפלת ליצירת מבנה שניוני יציב. בטבע קיים מצב של DNA תלת-גדילי, המכונה H-DNA.

מאז גילוי מבנה ה-DNA נוצרו כינויים שונים המתארים את הגדילים השונים^[1]. השם הניתן לשני הגדילים תלוי בהקשר. בהתייחס לגדילים המרכיבים כרומוזום, יש להתבונן במבנהו, כאשר הצנטרומר מחלק אותו לשתי זרועות: קצרה וארוכה. כאות הוקרה למפענחי מבנה ה-DNA, התקבע הכינוי ווטסון (על שם ג'יימס ווטסון) לגדיל שקצה ה-5' שלו נמצא בזרוע הקצרה של הכרומוזום, והכינוי קריק (על שם פרנסיס קריק) לגדיל שקצה ה-5' שלו נמצא בזרוע הארוכה של הכרומוזום^[1]. להלן טבלה המפרטת כינויים שונים לגדילים לפי תחומים^[1]:

שמות הגדילים לפי תחומים
תחום ההגדרה	ווטסון (W)	קריק (C)
מקורי^[2]	עני בציטוזין	עשיר בציטוזין
הרכב	עשיר בפירימדין	עני בפירמדין
שעתוק	מול-קריא	קריא
שכפול	משתהה	מוביל
מאגרי מידע	חיובי\עליון	שלילי\תחתון
כיווניות של 5' ל-3'	שמאל לימין\עליון	ימין לשמאל\תחתון

חלק מהכינויים הנ"ל הם יחסיים וחלקם מוחלטים.

גדיל קריא וגדיל מול-קריא

ב-DNA

גְּדִיל קָרִיא (sense strand), נקרא גם גדיל חיובי או "+". DNA דו-גדילי מורכב תמיד משני גדילים המשלימים זה את זה, לפי עיקרון זיווג בסיסים. בכדי להביל בין שני הגדילים, התקבע המונח גדיל קריא כמתאר את הגדיל שרצף הנוקליאוטידים שבו זהה לרצף ה-RNA ההמשועתק מדו-גדיל זה (מלבד החלפת התימין באורציל). גדיל זה מכונה לעיתים גְּדִיל מְקוֹדֵד (coding strand), אך מכיוון שתוצר גן לא בהכרח מקודד לחלבון, המינוח גדיל קריא מדויק יותר. המוסכמה היא שזהו רצף ה-DNA שמוצג כחד-גדיל בכיווניות של 5' ל-3, כפי שמופיע באיור. בתהליך השעתוק לא נעשה שימוש בגדיל הקריא, אך מכיוון שתוצר ה-RNA זהה לו, לעיתים מכונה התעתיק RNA קריא (sense RNA).

גְּדִיל מוּל-קָרִיא (antisense strand), נקרא גם גדיל שלילי, "-" או גדיל התבנית (template strand). גדיל זה הוא הופכי ומשלים לגדיל הקריא ולמולקולת ה-RNA המשועתקת ממנה. ה-RNA פולימראז משתמש בגדיל המול-קריא כתבנית לסינתזה, ובאמצעות זיווג בסיסים נוצר גדיל RNA הזהה לגדיל הקריא (מלבד החלפת התימין באורציל) (ראו איור). לעיתים מכונה הגדיל שאיננו מקודד (noncoding strand).

הסיווג של גדילי DNA כקריא ומול-קריא הוא יחסי למולקולת RNA נתונה. כל אחד משני גדילי ה-DNA יכול לשמש הן כגדיל קריא והן כגדיל מול-קריא. בגנומים של יצורים ניתן למצוא גנים על שני הגדילים, במיקומים שונים על גבי ה-DNA. במקרים מסוימים, ניתן למצוא קדם המבקר שעתוק של שני תעתיקי RNA, אחד לכל כיוון (כלומר, אחר מגדיל הווטסון ואחד מגדיל הקריק). כמו כן, ניתן למצוא בתוך אינטרון של גן הממוקם בגדיל הקריא, גן אחר הנמצא בגדיל המול-קריא.

חלוקה של הגדיל הקריא לשלשות של נוקליאוטידים המייצגות קודונים יחשוף את שרשרת חומצות האמינו של תוצרים חלבוניים. לדוגמה, אם בגדיל הקריא נמצא רצף הנוקליאוטידים CTG, משמעו שברצף ה-RNA (המסונתז מהגדיל המול-קריא, שבו מופיע הרצף 3'-GAC-5') מופיע CUG, שהוא הקודון של לאוצין.

דוגמה

בדוגמה ניתן לראות רצף DNA דו-גדילי, כאשר הגדיל העליון (הנמצא בכיווניות של 5' ל-3') משמש כגדיל הקריא. ניתן לראות שרצף ה-mRNA המסונתז זהה לגדיל הקריא, והופכי ומשלים לגדיל המול-קריא (מלבד ההחלפה של תימין באורציל).

    DNA:5' - AAC AGC CTG CGT ACG GCT CTC - 3' קריא
        3' - TTG TCG GAC GCA TGC CGA GAG - 5' מול-קריא
   mRNA:5' - AAC AGC CUG CGU ACG GCU CUC - 3'
Protein:     Asn Ser Leu Arg Thr Ala Leu

ב-RNA

רצף RNA המשלים לרצף ה-mRNA האנדוגני נקרא RNA מול-קריא (antisense RNA). בעקבות זיווג הבסיסים בין שתי המולקולות החד-גדיליות, תהליך התרגום (ביולוגיה) נחסם. תהליך זה נקרא RNA Interference. תאים יכולים ליצור RNA מול-קריא באופן טבעי, הנקראים microRNA המעכבים ביטוי של mRNA. מדענים עושים שימוש במנגנון זה כדי למנוע ביטוי של RNA מסוים. שימוש נוסף בתחום המחקר הוא שימוש במולקולת RNA מתוייגת (בצורה רדיואקיטיבית או פלאורסנטית (FISH)) בכדי לסמן תעתיקי RNA בתא.

בווירולוגיה

בווירולוגיה משמעות המונח קריא (sense) מעט שונה, ונעשה בו שימוש במשמעות שווה למונח גדיל (strand). הגנום של נגיף RNA יכול להיות דו-גדילי, חד-גדילי חיובי, או חד-גדילי שלילי.

נגיף בעל גנום של גדיל RNA קריא (מכונה "+") דומה ל-RNA-שליח ויכול להיות מתורגם ישירות לחלבון על ידי התא הפונדקאי. לעומת זאת נגיפים בעלי גנום של RNA מול-קריא אינו יכול להיתרגם ישירות ונצרכת יצירת RNA קריא על ידי RNA רפליקאז לפני התרגום לחלבון.

גדיל משלים

גְּדִיל מַשְׁלִים (complementary strand) הוא הגדיל ההופכי בכיווניות והמשלים לפי עיקרון זיווג הבסיסים לגדיל הנתון. בעקבות עקרון זה, בהינתן רצף, ניתן תמיד להסיק את הרכב הגדיל המשלים.

גדיל מוביל וגדיל משתהה

גְּדִיל מוֹבִיל (leading strand) וגְּדִיל מִשְׁתַּהֶה (lagging strand) הם כינויים לגדילים ה-DNA בתהלך השכפול. בתהליך זה גדילי ה-DNA מופרדים, וכל אחד מהם משמש כתבנית ליצירת דו-גדיל חדש, כך שמעותק DNA אחד דו-גדילי נוצרים שני עותקי DNA דו-גדיליים. תהליך השכפול הוא כיווני, כלומר, הסינתזה יכולה להיעשות רק בכיווניות של 5' ל-3'^[3]. רק אחד הגדילים נמצא בכיווניות כזו, והוא מכונה הגדיל המוביל. בכדי לשכפל את הגדיל המשתהה, נעשה שימוש במקטעי אוקזקי, שהם מקטעי RNA קצרים המשמשים כנקודות מוצא לשכפול הגדיל המשתהה בכיווניות הנכונה, כך שנוצרים מקטעי DNA המחוברים בינהם במקטעי RNA קצרים, המוסרים ומוחלפים בבסיסי DNA. תהליך זה איטי יותר מאשר השכפול הפשוט שנעשה בגדיל המוביל, ומכאן שמו.

ראו גם

הערות שוליים

^ ¹ ² ³ Cartwright, Reed; Graur, Dan (8 פבר' 2011). "The multiple personalities of Watson and Crick strands". Biology Direct. 6: 7. doi:10.1186/1745-6150-6-7. PMC 3055211. PMID 21303550. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: date and year (link)
^ בפרסום של ווטסון וקריק
^ תהליך שכפול ה-DNA, ד"ר ארז גרטי, מכון דוידסון

[WC-1] ¹ ² ³ Cartwright, Reed; Graur, Dan (8 פבר' 2011). "The multiple personalities of Watson and Crick strands". Biology Direct. 6: 7. doi:10.1186/1745-6150-6-7. PMC 3055211. PMID 21303550. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: date and year (link)

[2] בפרסום של ווטסון וקריק

[3] תהליך שכפול ה-DNA, ד"ר ארז גרטי, מכון דוידסון

[1]

[2]

[3]