DNA גרעיני

DNA גרעיני (nDNA), או חומצה גרעינית דאוקסיריבונוקלאית, היא ה-DNA הכלול בכל גרעין תא של אורגניזם איקריוטי. הוא מקודד עבור רוב הגנום באיקריוטים, כאשר ה-DNA המיטוכונדריאלי וה-DNA הפלסטידי מקודדים עבור השאר. הוא נצמד לתורשה מנדליאנית, עם מידע שמגיע משני הורים, אחד זכר ואחד נקבה - ולא באופן מטריליני (דרך האם) כמו ב-DNA המיטוכונדריאלי.

מבנה 
DNA גרעיני הוא חומצת גרעין, ביו-מולקולה פולימרית או ביו-פולימר, הנמצאת בגרעין של תאים אוקריוטיים. המבנה שלו הוא סליל כפול, עם שני גדילים כרוכים זה סביב זה, מבנה שתואר לראשונה על ידי פרנסיס קריק וג'יימס ד. ווטסון (1953) תוך שימוש בנתונים שנאספו על ידי רוזלינד פרנקלין. כל גדיל הוא שרשרת פולימר ארוכה של נוקלאוטידים חוזרים. כל נוקלאוטיד מורכב מסוכר בעל חמישה פחמנים, קבוצת פוספטים ובסיס אורגני. נוקלאוטידים נבדלים על ידי הבסיסים שלהם: פורינים, בסיסים גדולים הכוללים אדנין וגואנין ; ופירמידינים, בסיסים קטנים הכוללים תימין וציטוזין. הכללים של Chargaff קובעים שאדנין תמיד מזדווג עם תימין, וגואנין תמיד עם ציטוזין. קבוצות הפוספט מוחזקות יחד על ידי קשר פוספודיסטר והבסיסים מוחזקים יחד על ידי קשרי מימן.

הבדלים מה-DNA המיטוכונדריאלי 
DNA גרעיני ו-DNA מיטוכונדריאלי שונים במובנים רבים, החל במיקום ובמבנה. DNA גרעיני ממוקם בתוך הגרעין של תאים איקריוטים ובדרך כלל יש לו שני עותקים לתא בעוד שה-DNA המיטוכונדריאלי ממוקם במיטוכונדריון ומכיל 100-1,000 עותקים לתא. המבנה של כרומוזומי ה-DNA הגרעיני הוא ליניארי עם קצוות פתוחים וכולל 46 כרומוזומים ומכיל למשל 3 מיליארד נוקלאוטידים בבני אדם בעוד המבנה של כרומוזום ה-DNA המיטוכונדריאלי הוא בדרך כלל סגור, מעגלי, ומכיל למשל 16,569 נוקלאוטידים בבני אדם. ה-DNA הגרעיני הוא דיפלואידי, בדרך כלל יורש את ה-DNA משני הורים, בעוד ה-DNA המיטוכונדריאלי הוא הפלואידי, המגיע רק מהאם. שיעור המוטציות של DNA גרעיני הוא פחות מ-0.3% בעוד ששיעור ה-DNA המיטוכונדריאלי גבוה יותר.

זיהוי פלילי 
DNA גרעיני ידוע בתור מולקולת החיים ומכיל את ההוראות הגנטיות להתפתחות של כל היצורים החיים. הוא נמצא כמעט בכל תא בגוף האדם, למעט חריגים כגון תאי דם אדומים. לכל אחד יש תוכנית גנטית ייחודית, אפילו תאומים זהים. מחלקות משפטיות כמו ה-BCA) והבולשת הפדרלית לחקירה (FBI) מסוגלות להשתמש בטכניקות המערבות DNA גרעיני כדי להשוות דגימות בתיק. 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).

חלוקת תא 
כמו מיטוזה, מיוזה היא צורה של חלוקת תאים אוקריוטיים. מיוזיס מולידה ארבעה תאי בת ייחודיים, שלכל אחד מהם יש מחצית ממספר הכרומוזומים כמו תא האב. מכיוון שמיוזה יוצרת תאים שנועדו להפוך לגמטות (או תאי רבייה), 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 שהוא עובר מיוזה, תא 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.

שכפול 
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 ותיקון DNA 
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. נזקי DNA גרעיני מעורבים גם בהזדקנות ומחלות ניווניות.

מוטציה 
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.

ראו גם 
 כרומטין

הערות שוליים 

DNA