DNA גרעיני

DNA גרעיני (nDNA), או חומצה גרעינית דאוקסיריבונוקלאית, היא ה-DNA הכלול בכל גרעין תא של אורגניזם איקריוטי. הוא מקודד מתוך רוב הגנום באיקריוטים, ובנוסף לו, מקודדים גם ה-DNA המיטוכונדרי וה-DNA הפלסטידי. הוא נצמד לתורשה מנדליאנית, עם מידע שמגיע משני הורים, זכר ונקבה, ולא באופן מטריליני (דרך האם) כמו ב-DNA המיטוכונדרי. DNA גרעיני הוא חומצת גרעין, ביו-מולקולה פולימרית או ביו-פולימר, הנמצאת בגרעין של תאים איקריוטיים. המבנה שלו הוא סליל כפול, עם שני גדילים כרוכים זה סביב זה, מבנה שתיארו לראשונה פרנסיס קריק וג'יימס ווטסון ב-1953 תוך שימוש בנתונים שאספה רוזלינד פרנקלין. כל גדיל הוא שרשרת פולימר ארוכה של נוקלאוטידים חוזרים. כל נוקלאוטיד מורכב מסוכר עם חמישה פחמנים, קבוצת פוספטים ובסיס אורגני. נוקלאוטידים נבדלים בבסיסים שלהם: פורינים, בסיסים גדולים שכוללים אדנין וגואנין; ופירמידינים, בסיסים קטנים שכוללים תימין וציטוזין. חוקי צ'רגף קובעים שאדנין תמיד נצמד לתימין, וגואנין תמיד לציטוזין. קבוצות הפוספט מוחזקות יחד בקשר פוספודיאסטרי והבסיסים מוחזקים יחד בקשרי מימן. DNA גרעיני ו-DNA מיטוכונדרי שונים במובנים רבים, החל במיקום ובמבנה. DNA גרעיני שוכן בגרעין של תאים איקריוטים ובדרך כלל יש לו שני עותקים לתא, בעוד שה-DNA המיטוכונדריאלי ממוקם במיטוכונדריון ומכיל 100–1,000 עותקים בתא. המבנה של כרומוזומי ה-DNA הגרעיני הוא ליניארי עם קצוות פתוחים וכולל 46 כרומוזומים ומכיל 3 מיליארד זוגות נוקלאוטידים בבני אדם בעוד המבנה של כרומוזום ה-DNA המיטוכונדריאלי הוא בדרך כלל סגור, מעגלי, ומכיל 16,569 נוקלאוטידים בבני אדם. ה-DNA הגרעיני הוא דיפלואידי, בדרך כלל יורש את ה-DNA משני הורים, בעוד ה-DNA המיטוכונדריאלי הוא הפלואידי, מגיע רק מהאם. שיעור המוטציות של DNA גרעיני הוא פחות מ-0.3% ושיעור ה-DNA המיטוכונדריאלי גבוה יותר. DNA גרעיני מכיל את ההוראות הגנטיות להתפתחות היצורים החיים. הוא נמצא כמעט בכל תא בגוף האדם, למעט חריגים כגון תאי דם אדומים. לכל אחד יש תוכנית גנטית ייחודית, אפילו לתאומים זהים. מחלקות משפטיות כמו ה-BCA והבולשת הפדרלית, FBI, מסוגלות להשתמש בטכניקות המערבות DNA גרעיני כדי להשוות דגימות בתיק חקירה. הטכניקות בהן נעשה שימוש כוללות תגובת שרשרת פולימראז (PCR), המאפשרת לנצל כמויות קטנות מאוד של DNA על ידי יצירת עותקים של אזורים ממוקדים על המולקולה, הידועה גם כחזרות טנדם קצרות (STR). כמו מיטוזה, מיוזה היא צורה של חלוקת תאים איקריוטיים. מיוזה מולידה ארבעה תאי בת ייחודיים, שלכל אחד מהם יש מחצית ממספר הכרומוזומים כמו תא האב. מיוזה יוצרת תאים שנועדו להפוך לגמטות (או תאי רבייה), ולכן הפחתה זו במספר הכרומוזומים היא קריטית – בלעדיה, האיחוד של שני גמטות במהלך ההפריה יביא לצאצאים עם מספר כפול מהנורמלי של כרומוזומים. מיוזה יוצרת שילובים חדשים של חומר גנטי בכל אחד מארבעת תאי הבת. השילובים החדשים הללו נובעים מהחלפת DNA בין כרומוזומים מזווגים. עקב חילוף כזה, הגמטות המיוצרות באמצעות מיוזה מפגינות לעיתים קרובות שונות גנטית ניכרת זו מזו. מיוזה כוללת שני סבבים של חלוקה גרעינית. לפני שתא עובר מיוזה, הוא גדל, משכפל את הכרומוזומים שלו ובודק את כל המערכות שלו כדי לוודא שהוא מוכן להתחלק. כמו במיטוזה, גם למיוזה יש גם שלבים ברורים: פרופאזה, מטפאזה, אנפאזה וטלופזה. במהלך המיוזה, כל אחד מהשלבים הללו מתרחש פעמיים – פעם אחת במהלך סיבוב החלוקה הראשון, הנקרא מיוזה I, ושוב במהלך סיבוב החלוקה השני, הנקרא מיוזה II. לפני חלוקת התא, ה-DNA משתכפל בתא המקורי, כך שלאחר חלוקת התא, כל תא חדש מכיל את מלוא ה-DNA. תהליך שכפול ה-DNA מכונה לעיתים "שמרני למחצה" כי כל תא חדש מכיל גדיל אחד של DNA מקורי וגדיל אחד של DNA מסונתז חדש. גדיל הפולינוקלאוטיד (גדיל רב נוקלאוטידים) המקורי של ה-DNA משמש כתבנית המנחה את הסינתזה של הפולינוקלאוטיד המשלים החדש של ה-DNA. תבנית ה-DNA החד-גדילית מנחה את הסינתזה של גדיל משלים של DNA. שכפול ה-DNA מתחיל באתר ספציפי במולקולת ה-DNA, הנקרא מקור השכפול. האנזים הליקאז מתפרק ומפריד חלק ממולקולת ה-DNA. אז חלבונים קושרים חד-גדיליים מגיבים ומייצבים את החלקים החד-גדיליים המופרדים של מולקולת ה-DNA. אנזים מורכב, DNA פולימראז, מעורב בחלק המופרד של המולקולה ומניע את תהליך השכפול. DNA פולימראז יכול לחבר רק נוקלאוטידים חדשים של DNA לשרשרת קיימת של נוקלאוטידים. לכן שכפול מתחיל כשהאנזים פרימאז מרכיב תחל (פריימר RNA) במקור השכפול. התחל מורכב מרצף קצר של נוקלאוטידים של RNA, רצף המשלים קטע קטן וראשוני של גדיל ה-DNA המוכן לשכפול. DNA פולימראז מסוגל אז להוסיף נוקלאוטידים של DNA לתחל וכך להתחיל בתהליך של בניית גדיל משלים חדש של DNA. מאוחר יותר מסירים את התחל באופן אנזימטי ובמקומו מצרפים את הרצף המתאים של נוקלאוטידים של DNA. שני הגדילים המשלימים של מולקולת ה-DNA מכוונים בכיוונים מנוגדים וה-DNA פולימראז יכול להכיל שכפול רק בכיוון אחד, ולכן משתמשים בשני מנגנונים שונים להעתקת גדילי ה-DNA. גדיל אחד משוכפל ברציפות לקראת התפרקות, ומפריד את החלק של מולקולת ה-DNA המקורית. הגדיל השני משוכפל באופן לא רציף בכיוון ההפוך עם היווצרות סדרה של מקטעי DNA קצרים הנקראים מקטעי אוקזקי. כל מקטע דורש תחל נפרד. בסינתזה של מקטעי אוקזקי, תחלים מוחלפים בנוקלאוטידים של DNA והמקטעים קשורים זה לזה בגדיל משלים רציף. נזק ל-DNA גרעיני הוא בעיה מתמשכת הנובעת ממגוון מקורות אנדוגניים ואקסוגניים משבשים. איקריוטים פיתחו מערך מגוון של תהליכי תיקון DNA המסירים נזקי DNA גרעיניים. תהליכי תיקון אלה כוללים תיקון כריתת בסיס, תיקון כריתת נוקלאוטידים, תיקון רקומבינציה הומולוגית, תיקון DNA לא הומולוגי וחיבור קצה בתיווך מיקרו-הומולוגי. תהליכי תיקון אלה חיוניים לשמירה על יציבות ה-DNA הגרעיני. כשפעילות התיקון לא מצליחה לעמוד בקצב התרחשות הנזקים, יש לכך השלכות שליליות. נזקי DNA גרעיני, כמו גם המוטציות והשינויים האפיגנטיים שנזקים כאלה גורמים, נחשבים גורם עיקרי לסרטן.[דרוש מקור] נזקי DNA גרעיני מעורבים גם בהזדקנות ומחלות ניווניות. DNA גרעיני נתון למוטציות. הגורם העיקרי למוטציות הוא שכפול DNA לא מדויק, לעיתים קרובות על ידי DNA פולימראז מיוחד המסנתז נזקי DNA ומכניס אותם לגדיל התבנית. מוטציות נוצרות גם על ידי תיקון DNA לא מדויק. מסלול חיבור הקצה בתיווך מיקרו-הומולוגיה לשם תיקון שברים בגדילים כפולים, נוטה במיוחד למוטציה. מוטציות המתעוררות ב-DNA הגרעיני של קו הנבט (תאי רבייה) הן לרוב נייטרליות או לוקות בבעיות התאמה. עם זאת, החלק הקטן של המוטציות שמתגלה כיתרון מספק את השונות הגנטית שעליה פועלת הברירה הטבעית כדי ליצור הסתגלויות חדשות. כרומטין "DNA" – via The Free Dictionary. "* Nuclear genome (Biology) - Definition, meaning - Online Encyclopedia". en.mimi.hu. "Nuclear DNA". thefreedictionary.com. "DNA: The Genetic Material". highered.mcgraw-hill.com. אורכב מ-המקור ב-2020-11-09. נבדק ב-2013-03-19. Anderson S, Bankier AT, Barrell BG, de Bruijn MH, Coulson AR, Drouin J, Eperon IC, Nierlich DP, Roe BA, Sanger F, Schreier PH, Smith AJ, Staden R, Young IG (אפר' 1981). "Sequence and organization of the human mitochondrial genome". Nature. 290 (5806): 457–65. Bibcode:1981Natur.290..457A. doi:10.1038/290457a0. PMID 7219534. {{cite journal}}: (עזרה) "Mitochondrial DNA". אורכב מ-המקור ב-2014-02-01. נבדק ב-2014-04-23. Casselman, Anne. "Identical Twins' Genes Are Not Identical". Scientific American. נבדק ב-18 בינואר 2014. {{cite web}}: (עזרה) "Forensic Science - Nuclear DNA". dps.mn.gov. "FBI — Nuclear-DNA Unit". אורכב מ-המקור ב-2014-07-01. נבדק ב-2016-07-28. "Replication and Distribution of DNA during Meiosis | Learn Science at Scitable". "DNA Replication". אורכב מ-המקור ב-2013-01-28. נבדק ב-2013-04-02. "DNA Replication". highered.mcgraw-hill.com. Freitas AA, de Magalhães JP (2011). "A review and appraisal of the DNA damage theory of ageing". Mutat. Res. 728 (1–2): 12–22. doi:10.1016/j.mrrev.2011.05.001. PMID 21600302. Brasnjevic I, Hof PR, Steinbusch HW, Schmitz C (ביולי 2008). "Accumulation of nuclear DNA damage or neuron loss: molecular basis for a new approach to understanding selective neuronal vulnerability in neurodegenerative diseases". DNA Repair (Amst.). 7 (7): 1087–97. doi:10.1016/j.dnarep.2008.03.010. PMC 2919205. PMID 18458001. {{cite journal}}: (עזרה) Madabhushi R, Pan L, Tsai LH (ביולי 2014). "DNA damage and its links to neurodegeneration". Neuron. 83 (2): 266–282. doi:10.1016/j.neuron.2014.06.034. PMC 5564444. PMID 25033177. {{cite journal}}: (עזרה) Waters LS, Minesinger BK, Wiltrout ME, D'Souza S, Woodruff RV, Walker GC (במרץ 2009). "Eukaryotic translesion polymerases and their roles and regulation in DNA damage tolerance". Microbiol. Mol. Biol. Rev. 73 (1): 134–54. doi:10.1128/MMBR.00034-08. PMC 2650891. PMID 19258535. {{cite journal}}: (עזרה) McVey M, Lee SE (בנובמבר 2008). "MMEJ repair of double-strand breaks (director's cut): deleted sequences and alternative endings". Trends Genet. 24 (11): 529–38. doi:10.1016/j.tig.2008.08.007. PMC 5303623. PMID 18809224. {{cite journal}}: (עזרה)