אחד התהליכים החשובים בזמן חלוקת התא הוא שכפול החומר התורשתי ה-DNA

בכל פעם שתא בגוף מתחלק, ה-DNA חייב להיות מועתק בדיוק רב על מנת שלא יפלו בו טעויות. בתהליך המבוקר מעורבים אנזימים רבים שפותחים את ה-DNA, מסנתזים את הגדיל המקביל בו, וכמובן עושים בקרת איכות כדי למנוע שגיאות בשכפול.

לפני שתא מתחלק עליו להכפיל את החומר התורשתי שלו. התהליך הזה מורכב משני חלקים עיקריים: פתיחת ה-DNA וסינתזה שלו. בשלב הראשון האנזים הליקאז מגיע ופותח אזורים בדנ"א כדי לפצל אותו לשני הגדילים, שכל אחד מהם ישוכפל בנפרד. חלבונים מיוחדים, שמסומנים בסרטון בכדורים צהובים, מונעים מהדנ"א להתאחות מחדש.

הסרטון ממחיש את תהליך ההעתקה והסינתוז של ה-DNA: 

בתפקיד הראשי: DNA פולימראז

גדיל ה-DNA הראשון הוא הגדיל המוביל, שה-DNA מסונתז עליו מקצה 5 לקצה 3 - כיוון שמוכתב על ידי מבנה חומצות הגרעין - באמצעות האנזים DNA פולימראז (DNA Polymerase). בגדיל השני יש בעיה: ה-DNA פולימראז יודע לסנתז רק בכיוון אחד, כך שבגדיל המשלים הוא אינו יכול לסנתז ברצף ולכן חייב לסנתז בקטעים קטנים שנקראים קטעי אוקוזקי.

אחת המגבלות של ה-DNA פולימראז היא שהוא צריך מקטע DNA-RNA משלים "להתיישב עליו", ורק ממנו הוא יכול להתחיל לסנתז. לשם כך קיים האנזים RNA פרימאז (RNA Primase), שיוצר קטעים משלימים קטנים של RNA על הגדיל המשלים, עליהם יכול "להתיישב" ה-DNA פולימראז, ולהתחיל במלאכת הסינתוז. אנזים נוסף מחליף את מקטע ה-RNA ב-DNA, ולבסוף, אנזים נוסף בשם ליגאז (ligase) מחבר את הקטעים השונים וסוגר את DNA החדש. כעת יש לנו גדיל ישן עם הגדיל החדש והמשלים שלו.

 

ה-DNA פולימראז הוא אנזים המפתח בתהליך זה. הוא מופיע בגוף בכמה הרכבים שונים, ולכל אחד מהם תפקידים ומאפיינים שונים. יש כאלה שעושים בקרת איכות DNA, ומתקנים טעויות שנעשו בסינתזה. אחרים מחליפים RNA ב-DNA בקטעים המכונים קטעי אוקוזקי. בתעשייה המיקרוביולוגית עושים שימוש נרחב ב-DNA פולימראז, בעיקר בשיטת ה-PCR שכרוכה בשכפול של קטעי DNA. כדי לאפשר שכפול, במקום להשתמש בפרימאז עושים שימוש בקטעי DNA קטנים שמתאימים לקצות DNA המשוכפל. אלו נקראים פריימרים (תחלים).

שכפול ה-DNA הוא למעשה התהליך שמגדיר את החיים. עם זאת, לפי תיאוריות מסוימות, החיים החלו במולקולה RNA, עליה אנחנו חושבים כעותק של ה-DNA, שידעה לשכפל את עצמה.

בכל רגע נתון, אנזימים רבים פועלים בתא להפריד את גדילים של ה-DNA ולהעתיק את הקוד הגנטי לתאים חדשים | מקור: Dee-sign, Shutterstock 

10 תגובות

  • אשמח לתשובה

    מאיפה מגיעים החדשים

    למדתי קצת על הנושא בבית ספר וגם פה ולא ברור מאיפה מגיעים הסלילים הצהובים החדשים ששם, אמרו לי שממה שהם מורכבים פשוט חופשי ולכן הם מיותרים אבל אחרי כמה פעמים לא אמור להיות עוד מיותרים, אשמח לתשובה

  • נעה לוי

    הסרטון כבר לא זמין... :-(

  • חיים

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום חיים
    מבחינה טכנית האנזים DNA polymerase מסוגל לשכפל DNA בכיוון אחד והוא 5 ל3. אם כי יש לו את היכולת לעשות תיקון טעויות גם בכיוון ההפוך. הסיבה לחד כיווניות הזאת קשורה למבנה הDNA ומבנה האנזים אשר מתאים להוספת נוקלאוטידים רק לצד OH של הנוקלאוטיד הקודם.

    אם אתה שואל מדוע אבולוציונית לא התפתח מבנה שמאפשר תנועה הפוכה, אני מעריך שישנם שני הסברים אפשריים: 1. פולימראז "דו כיווני" עלול ליצור מצבים של התנגשויות והפרעות בין אנזימים שמשכפלים בכיוונים מנוגדים. 2. כמו הרבה מקרים באבולוציה יתכן ופשוט זה המצב שהיה הכי יעיל בנקודת זמן מסויימת ועל כן תכונה זו התקבעה. שיפור של האנזים טומן בחובו מספר שינויים אשר תחילה מורידים מיעילותו, דבר שהוא בלתי נסבל מבחינת התא.
    מקווה שעזרתי
    ארז

  • חיים

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

  • מאיה

    לידיעתכם, יש בעיה עם התרגום המקורי

    כתוביות התרגום של הסרטון מכילות מלים שלא קיימות בקריינות (בעיקר שמות ערים שונות ברחבי ארה"ב...)
    קצת מוזר..

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןארז גרטי

    תשובה

    שלום מאיה
    סרטון זה לא מכיל כתוביות מובנות לעברית. יתכן ואופצית תרגום אוטומטי הופעלה אצלך וגרמה לתרגום הבעייתי.
    כל טוב
    ארז

  • אריק

    תהליך מדהים

    הנושא מאוד מעניין ולדעתי הוא מאוד אקטואלי בימים אלה. במדינות רבות יותר ויותר אנשים מתעסקים בתחום ה DNA ולא רק בגלל שהם ררוצים לדעת מדוע נישואי קרובים מגבירים הסיכוי לפגמים גנטיים בילדים. האם בבעלי חיים כמו פרפר או חילזון יש תהליכים דומים כמו לאנשים? או שמדובר בתהליכים שונים לגמרי

  • עידו קמינסקי

    תשובה

    תהליך שכפול ה-DNA, או לצורך העניין כל תהליך העברת המידע בתא, הינו אכן תהליך מדהים. תהליך זה קיים בכל יצור חי מהחיידק הכי קטן, ועד לאדם. ישנם הבדלים מסויימים בתהליך ביננו לבין יצורים ירודים כמו החיידקים, אבל העקרונות ושחקני המפתח דומים.