'''ביולוגיה מולקולרית''' עוסקת בפעילויות הבסיסיות בתא על רמת המולקולות. התחום מתמקד ב‑DNA (החומר התורשתי), ב‑RNA (עותק מולקולרי של מידע) ובחלבונים (המולקולות הפועלות בתא). עקרון מרכזי הוא =הַדּוֹגְמָה הַמֶּרְכָּזִית=: מידע ב‑DNA עובר ל‑RNA וממנו מתורגם לחלבון. על פי נוסח קריק המקורי, חלבון לא מחזיר מידע ל‑DNA.
התחום צמח במאה ה‑20. עבודות חשובות כללו את הקישור בין גנים לחלבונים (ארצ'יבלד גארוד), הוכחה ש‑DNA הוא חומר תורשתי (אברי; ניסוי הרשי‑צ'ייס) ופענוח מבנה ה‑DNA על ידי ווטסון וקריק. בשנות ה‑60 הובנו תפקיד ה‑mRNA (RNA שליח) והקוד הגנטי, ובשנות ה‑70 התגלו אנזימי הגבלה, כלי מרכזי להנדסה גנטית. מאז התחום הוביל לפריצות דרך ברפואה, בחיסונים ובביוטכנולוגיה.
DNA הוא שרשרת ארוכה של נוקלאוטידים (אבני בניין). כל נוקלאוטיד כולל בסיס חנקני, סוכר בעל חמישה פחמנים וקבוצת פוספט. הבסיסים הם A, G (פורינים) ו‑C, T (פירימידינים). שני גדילים של DNA יוצרים סליל כפול, כאשר בסיסים מזווגים בדרך כלל A‑T ו‑G‑C בקשרי מימן (זוגות ווטסון‑קריק).
הסוכר הוא פנטוז. קבוצות הפוספט נושאות מטען שלילי, ולכן DNA ו‑RNA מטענים שליליים. בקשרים שבין הסוכרים והפוספטים נוצר רצף כיווני: קצה 5' וקצה 3'.
RNA דומה ל‑DNA, אך שונה בכמה תכונות: הוא חד‑גדילי בדרך כלל, מכיל U במקום T, וסוכר שונה מעט. ה‑RNA גמיש ופחות יציב כימית; בתאים הוא מיוצב על ידי חלבונים.
אורך ה‑DNA בתא אנושי גדול מאוד (כ‑2 מטרים), והוא נארז בצפיפות בתוך הגרעין. אבני היסוד לאריזה הן ההיסטונים (חלבונים). המכלול של DNA וחלבונים נקרא כרומטין. התא יכול לשנות את דחיסות הכרומטין כדי לאפשר או למנוע גישה לגן.
וירוסים צריכים לארוז הרבה מידע בחלל קטן. הם משתמשים בחזרה על יחידות חלבון כדי לבנות קפסיד סימטרי. דחיסת הגנום ומבנה הקפסיד מאפשרים כלכלה יעילה של מידע.
המידע נשמר ב‑DNA. הוא משוכפל להעברה לדורות הבאים, מומר ל‑RNA (שעתוק) וממנו מתורגם לחלבון (תרגום).
שכפול DNA נעשה על ידי DNA‑פולימראז, חלבון שמאריך גדיל קיים אך לא יכול להתחיל לבד. לכן נדרשים פריימרים (קטעי RNA קצרים) שפרימאז מייצר. ההליקאז מפריד בין שני הגדילים, וחלבונים נוספים (למשל SSB, טופואיזומראז וליגאז) מסייעים. מכלול החלבונים נקרא רפליזום.
כאשר שני הגדילים משוכפלים במקביל, אחד מסונתז באופן רציף (leading strand), והשני באופן מקוטע במקטעים קצרים הנקראים מקטעי אוקאזקי. הגדיל הקצר יוצר לולאה שמסבירה את הסינתזה המקבילה.
שעתוק (transcription) הוא יצירת RNA מתבנית DNA. החלבון המרכזי כאן הוא RNA‑פולימראז. בתאים גבוהים יש פקטורי שעתוק שמסייעים לקיבוע הפולימראז לפרומוטר (אתר התחלה לגן). אלמנטים בקרה קובעים מתי ואילו גנים ישעבדו.
הריבוזום הוא המכשיר שמבנה חלבונים על פי mRNA. tRNA נושא חומצות אמינו ועוזר לקריאת הקוד. כל שלשה של נוקלאוטידים ב‑mRNA נקראת קודון, והיא מקושרת לאנטי‑קודון על גבי ה‑tRNA. הריבוזום קורא קודון אחר קודון, ומוסיף חומצות אמינו לשרשרת.
הביולוגיה המולקולרית חופפת לגנטיקה, ביוכימיה וביופיזיקה. היא מתמקדת במנגנונים של שכפול, שעתוק ותרגום, ומשתמשת בכלים כמותיים וביואינפורמטיקה.
כלים מרכזיים כוללים אנזימי הגבלה (חותכים DNA), ביטוי מבוקר של גנים (Expression Cloning), תגובת שרשרת פולימראזית (PCR) לשכפול מקטעי DNA, ואלקטרופורזה בג'ל להפרדה לפי גודל. גם שימוש בנוגדנים, SDS‑PAGE וטכניקות טיהור נחשבים בסיסיים.
בקיצור: מעתיקים את הגן לפלסמיד (וקטור ביטוי), מכניסים אותו לתא מארח, ומייצרים חלבון לבדיקות ושימושים תעשייתיים.
PCR משכפל מקטע DNA רב פעמים במהירות. הטכניקה מאפשרת שכפול, יצירת שינויים, וזיהוי רצפים.
שיטה להפרדת מולקולות לפי גודל או מטען, באמצעות שדה חשמלי. DNA נטען שלילי נע לכיוון חיובי ויוצר דפוסי בנדים.
נוגדנים (חלבונים שמזהים חלבונים אחרים) משמשים לזיהוי ולטיהור חלבונים. SDS‑PAGE מפריד חלבונים לפי גודל, ואז אפשר לזהותם על קרום בעזרת נוגדנים.
אלה שיטות מתקדמות לבדיקת תפקידים של גנים, להנדסה של מוטציות ולבקרה גנטית מדויקת בתאים.
בין המפורסמים: פרנסיס קריק, ג'יימס ווטסון, פרנסואה ז'קוב וז'אק מונו, כולם תרמו לתובנות מרכזיות בתחום.
'''ביולוגיה מולקולרית''' בוחנת את הדברים הקטנים בתא. היא חוקרת איך מידע ב‑DNA הופך לחלבונים.
מדענים גילו שהמידע נמצא ב‑DNA, ופענחו את צורתו הסלילית. כך התחילו להבין איך גנים עובדים.
DNA הוא שרשרת ארוכה של אבני בניין שנקראות נוקלאוטידים (יחידות קטנות). הבסיסים שלה הם A, T, G ו‑C. שני גדילים מתחובים יחד כמו ריצ'רץ'.
RNA הוא עותק קצר של DNA. הוא דומה ל‑DNA אבל יש לו U במקום T.
בתא יש הרבה DNA. חלבונים בשם היסטונים עוזרים לגלגל את ה‑DNA ולארוז אותו.
המידע עובר: DNA → RNA → חלבון. זהו המסלול שמייצר את הרכיבים שהתא צריך.
כשהתא רוצה לחלק את עצמו, הוא מכין עותק של ה‑DNA. חלבון עיקרי בשם DNA‑פולימראז מוסיף רכיבים לשרשרת.
שעתוק זה לבנות עותק RNA מה‑DNA. האנזים שעושה את זה נקרא RNA‑פולימראז.
הריבוזום (מכונה קטנה בתא) קורא את ה‑mRNA. tRNA מביא חומצות אמינו. החומצות מתחברות ויוצרות חלבון.
- PCR: שיטה שמכפילה מקטעי DNA מהר מאוד.
- אנזימי הגבלה: חותכים DNA במקומות מסוימים.
- ביטוי בבקטריה: שמים גן בפלסמיד כדי לייצר חלבון.
- אלקטרופורזה: מפרידים DNA או חלבונים בג'ל לפי גודל.
דוגמא מעניינת: חיסונים מודרניים השתמשו ב‑RNA קטן, שעוטף אותו מעטפת שומנית (ליפופלקס). זה מראה איך ידע בביולוגיה מולקולרית עוזר לרפואה.
תגובות גולשים