10.2: מבנה ותפקוד ה- DNA

Last updated

Oct 31, 2023
Page ID
209290
Save as PDF
- 10.1: שימוש במיקרוביולוגיה כדי לגלות את סודות החיים
- 10.3: מבנה ותפקוד ה- RNA

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}$

מטרות למידה

תאר את המבנה הביוכימי של דאוקסיריבונוקלאוטידים
זהה את זוגות הבסיס המשמשים בסינתזה של דאוקסיריבונוקלאוטידים
הסבר מדוע הסליל הכפול של ה-DNA מתואר כאנטי-מקביל

ב מטבוליזם מיקרוביאלי, דנו בשלושה סוגים של מקרומולקולות: חלבונים, שומנים ופחמימות. בפרק זה נדון במחלקה רביעית של מקרומולקולות: חומצות גרעין. כמו מקרומולקולות אחרות, חומצות גרעין מורכבות ממונומרים, הנקראים נוקלאוטידים, אשר מפולמרים ליצירת גדילים גדולים. כל גדיל חומצת גרעין מכיל נוקלאוטידים מסוימים המופיעים בסדר מסוים בתוך הגדיל, הנקרא רצף הבסיס שלו. רצף הבסיס של חומצה deoxyribonucleic (DNA) אחראי על נשיאת ושמירה של המידע התורשתי בתא. ב מנגנונים של גנטיקה מיקרוביאלית, נדון בפירוט בדרכים שבהן ה-DNA משתמש ברצף הבסיס שלו כדי לכוון את הסינתזה שלו, כמו גם את הסינתזה של RNA וחלבונים, אשר, בתורו, מוליד מוצרים בעלי מבנה ותפקוד מגוונים. בחלק זה נדון במבנה והתפקוד הבסיסי של ה-DNA.

נוקלאוטידים של DNA

אבני הבניין של חומצות גרעין הן נוקלאוטידים. נוקלאוטידים המרכיבים DNA נקראים דאוקסיריבונוקלאוטידים. שלושת המרכיבים של דאוקסיריבונוקלאוטיד הם סוכר בעל חמישה פחמנים הנקרא deoxyribose, קבוצת פוספט ובסיס חנקני, מבנה טבעת המכיל חנקן האחראי על זיווג בסיסים משלים בין גדילי חומצת גרעין (איור). $\PageIndex{1}$ אטומי הפחמן של הדאוקסיריבוז בעל חמישה פחמנים ממוספרים 1, 2, 3, 4ו- 5( 1נקרא כ"פריים אחד "). נוקלאוזיד כולל את הסוכר בעל חמשת הפחמנים והבסיס החנקני.

א) במרכז דאוקסיריבונוקלאוטיד נמצא סוכר דאוקסיריבוז. זוהי צורת מחומש עם O בחלק העליון ו- H מחובר לפחמן הימני התחתון ו- OH המחוברים לפחמן הימני התחתון. לפחמן השמאלי העליון מחוברת קבוצת פוספט המורכבת מפוספט המחובר ל-4 אוקסיגנים. לפחמן הימני העליון של הסוכר מחובר בסיס המורכב מ -1 או 2 טבעות המכילות פחמן וחנקן כאחד. ב) ציור מפורט יותר של דאוקסיריבוז. זהו מבנה בצורת מחומש עם חמצן בפינה העליונה. נע בכיוון השעון, בפינה הימנית העליונה יש פחמן שכותרתו 1-prime. יש OH המחובר לפחמן הזה. הפחמן הימני התחתון מסומן 2-פריים ויש לו H מחובר אליו. הפחמן השמאלי התחתון מסומן 3-prime ויש לו קבוצת OH מחוברת אליו. הפחמן השמאלי העליון מסומן 4-פריים ויש לו CH2OH מחובר. הפחמן האחרון הזה מסומן 5-פריים. — איור $\PageIndex{1}$ : (א) כל דאוקסיריבונוקלאוטיד מורכב מסוכר הנקרא דאוקסיריבוז, קבוצת פוספט ובסיס חנקני - במקרה זה אדנין. (ב) חמשת הפחמנים בתוך דאוקסיריבוז מסומנים כ- 1, 2, 3, 4ו- 5.

הדאוקסיריבונוקלאוטיד נקרא על פי הבסיסים החנקניים (איור). $\PageIndex{2}$ הבסיסים החנקניים אדנין (A) וגואנין (G) הם הפורינים; יש להם מבנה טבעת כפולה עם טבעת שישה פחמן התמזגה לטבעת של חמישה פחמן. הפירימידינים, ציטוסין (C) ותימין (T), הם בסיסים חנקניים קטנים יותר שיש להם מבנה טבעת של שישה פחמנים בלבד.

לפירימידינים טבעת אחת המכילה גם פחמן וגם חנקן בטבעת. ציטוסין ותימין שניהם פירמידינים. הטבעות שלהם זהות אך יש להן קבוצות פונקציונליות שונות. לפורינים יש 2 טבעות המכילות פחמן וחנקן. אדנין וגואנין שניהם פורינים אך יש להם סידור שונה של אטומים כחלק מהטבעות שלהם ומחוברות אליהן. — איור $\PageIndex{2}$ : בסיסים חנקניים בתוך ה-DNA מסווגים לפורינים דו-טבעתיים אדנין וגואנין ולפירמידינים החד-טבעתיים ציטוסין ותימין. תימין ייחודי ל- DNA.

טריפוספטים נוקלאוזידים בודדים משתלבים זה בזה על ידי קשרים קוולנטיים המכונים קשרי פוספודיסטר 5-3, או קישורים לפיהם קבוצת הפוספט המחוברת לפחמן 5של הסוכר של נוקלאוטיד אחד נקשרת לקבוצת ההידרוקסיל של פחמן 3 של הסוכר של הנוקלאוטיד הבא. קשר פוספודיסטר בין נוקלאוטידים יוצר את עמוד השדרה של סוכר-פוספט, מבנה הסוכר-פוספט המתחלף המרכיב את המסגרת של גדיל חומצת גרעין (איור). $\PageIndex{3}$ במהלך תהליך הפילמור משתמשים בטריפוספטים דאוקסינוקלאוטידים (dNTP). כדי לבנות את עמוד השדרה של סוכר-פוספט, שני הפוספטים הסופיים משתחררים מה-dNTP כפירופוספט. לגדיל שנוצר של חומצת גרעין יש קבוצת פוספט חופשית בקצה הפחמן 5וקבוצת הידרוקסיל חופשית בקצה הפחמן 3. שתי קבוצות הפוספט שאינן בשימוש מהנוקלאוטיד טריפוספט משתחררות כפירופוספט במהלך היווצרות קשר פוספודיסטר. פירופוספט עובר הידרוליזה לאחר מכן, ומשחרר את האנרגיה המשמשת להנעת פילמור נוקלאוטידים.

נוקלאוטיד עם סוכר במרכז, הסוכר הוא מחומש עם חמצן בנקודה העליונה. נעים בכיוון השעון הפחמנים ממוספרים 1 (מימין למעלה) 2, (מימין למטה), 3 (משמאל למטה), 4 (שמאל למעלה) ו -5 (מקרין מפחמן 4. לפחמן 1 מחובר בסיס (תימין). לפחמן 5 מחוברת קבוצת פוספט. לנוקלאוטיד אחר למטה יש אותו מבנה (חוץ מזה שהבסיס הוא C ולא T). קבוצת הפוספטים המחוברת לפחמן 5 של הנוקלאוטיד התחתון מחוברת גם לפחמן 3 של הנוקלאוטיד העליון. לנוקלאוטיד התחתון יש OH המחובר לפחמן 3 שלו. לנוקלאוטיד אחר מודגשת קבוצת OH של הפוספט שלו. קשר פוספודיסטר נוצר כאשר מסירים מים משתי קבוצות OH אלה. התוצאה היא קשר שנוצר בין פחמן 3 של הנוקלאוטיד בשרשרת לבין קבוצת הפוספט המחוברת לפחמן 5 של הנוקלאוטיד החדש. זה נקרא קשר פוספודיסטר. — איור $\PageIndex{3}$ : קשרי פוספודיסטר נוצרים בין קבוצת הפוספטים המחוברת לפחמן 5של נוקלאוטיד אחד לבין קבוצת ההידרוקסיל של פחמן 3 בנוקלאוטיד הבא, מה שמביא לפילמור של נוקלאוטידים לחוטי חומצת גרעין. שימו לב לקצוות 5ו- 3של גדיל חומצת גרעין זה.

תרגיל $\PageIndex{1}$

מה הכוונה בקצוות 5ו- 3של גדיל חומצת גרעין?

גילוי הסליל הכפול

בתחילת שנות החמישים הצטברו עדויות ניכרות המצביעות על כך ש- DNA הוא החומר הגנטי של התאים, וכעת החל המירוץ לגלות את המבנה התלת מימדי שלו. בערך בתקופה זו, הביוכימאי האוסטרי ארווין צ'רגף ¹ (1905—2002) בחן את תוכן ה-DNA במינים שונים וגילה שאדנין, תימין, גואנין וציטוסין לא נמצאו בכמויות שוות, וכי הוא משתנה ממין למין, אך לא בין פרטים מאותו המין. הוא מצא שכמות האדנין קרובה מאוד לכמות התימין, וכמות הציטוסין הייתה קרובה מאוד לכמות הגואנין, או A = T ו- G = C. קשרים אלה ידועים גם ככללי Chargaff.

מדענים אחרים גם חקרו את התחום הזה באופן פעיל באמצע המאה ה -20. בשנת 1952, המדען האמריקאי לינוס פאולינג (1901—1994) היה הכימאי המבני המוביל בעולם וחביב הסיכויים לפתרון מבנה ה- DNA. פאולינג גילה קודם לכן את המבנה של סלילי חלבון α, באמצעות עקיפה של קרני רנטגן, ובהתבסס על תמונות עקיפה של קרני רנטגן של DNA שנעשו במעבדה שלו, הוא הציע מודל משולש גדילי של DNA. ² במקביל, החוקרים הבריטים רוזלינד פרנקלין (1920—1958) ותלמידתה לתואר שני ר 'גוסלינג השתמשו גם בדיפרקציה של קרני רנטגן כדי להבין את מבנה ה- DNA (איור). $\PageIndex{4}$ המומחיות המדעית של פרנקלין היא שהביאה לייצור תמונות דיפרקציה מוגדרות יותר של קרני רנטגן של DNA שיראו בבירור את מבנה הסליל הכפול הכולל של ה- DNA.

דפוס עקיפת הרנטגן של ה- DNA מראה את אופיו הסלילי. תצלום של ספירלה מטושטשת עם נקודות שחורות מטושטשות היוצרות דמות מטושטשת 8. — איור $\PageIndex{4}$ : דפוס עקיפת הרנטגן של ה- DNA מראה את אופיו הסלילי. (קרדיט: המכונים הלאומיים לבריאות)

ג'יימס ווטסון (1928—), מדען אמריקאי, ופרנסיס קריק (1916—2004), מדען בריטי, עבדו יחד בשנות החמישים כדי לגלות את מבנה ה- DNA. הם השתמשו בחוקים של Chargaff ובתמונות עקיפה של קרני רנטגן של פרנקלין ווילקינס של סיבי DNA כדי לחבר את זיווג הפורין-פירימידין של מולקולת ה-DNA הסליל הכפול (איור). $\PageIndex{5}$ באפריל 1953 פרסמו ווטסון וקריק את המודל שלהם לסליל הכפול של ה- DNA בטבע. ³ אותה גיליון כללה בנוסף מאמרים של וילקינס ועמיתיו, ⁴ וכן מאת פרנקלין וגוסלינג, ⁵ כל אחד מתאר היבטים שונים של המבנה המולקולרי של ה-DNA. בשנת 1962 זכו ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק ומוריס וילקינס בפרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה. לרוע המזל, עד אז פרנקלין מת, ופרסי נובל באותה תקופה לא הוענקו לאחר מותו. עם זאת, העבודה נמשכה על למידה על מבנה ה- DNA. בשנת 1973 הצליחו אלכסנדר ריץ '(1924—2015) ועמיתיו לנתח גבישי DNA כדי לאשר ולהבהיר עוד יותר את מבנה ה- DNA. ⁶

תצלום של דגם תיל במוזיאון. — איור $\PageIndex{5}$ : בשנת 1953 בנו ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק מודל זה של מבנה ה- DNA, המוצג כאן בתצוגה במוזיאון המדע בלונדון.

תרגיל $\PageIndex{2}$

לאילו מדענים ניתן את רוב הקרדיט לתיאור המבנה המולקולרי של ה-DNA?

מבנה ה- DNA

ווטסון וקריק הציעו ש- DNA מורכב משני גדילים המפותלים זה סביב זה ליצירת סליל ימני. שני גדילי ה-DNA הם אנטי מקבילים, כך שקצה 3של גדיל אחד פונה לקצה 5של השני (איור). $\PageIndex{6}$ לקצה 3של כל גדיל יש קבוצת הידרוקסיל חופשית, בעוד שלקצה 5של כל גדיל יש קבוצת פוספט חופשית. הסוכר והפוספט של הנוקלאוטידים המפולמרים מהווים את עמוד השדרה של המבנה, ואילו הבסיסים החנקניים נערמים בפנים. בסיסים חנקניים אלה בחלק הפנימי של המולקולה מתקשרים זה עם זה, זיווג בסיסים.

ניתוח דפוסי העקיפה של ה- DNA קבע שיש כ -10 בסיסים לכל סיבוב ב- DNA. המרווח הא-סימטרי של עמוד השדרה של סוכר-פוספט יוצר חריצים עיקריים (כאשר עמוד השדרה רחוק זה מזה) וחריצים קלים (כאשר עמוד השדרה קרוב זה לזה) (איור). $\PageIndex{6}$ חריצים אלה הם מיקומים שבהם חלבונים יכולים להיקשר ל- DNA. הקישור של חלבונים אלה יכול לשנות את מבנה ה- DNA, לווסת את השכפול או לווסת את שעתוק ה- DNA ל- RNA.

א) תרשים של DNA המוצג כסליל כפול (סולם מעוות). החלק החיצוני של הסולם הוא סרט כחול שכותרתו "עמוד השדרה של פוספט סוכר". שלבי הסולם מסומנים כ"זוג בסיס "והם אדומים וצהובים או ירוקים וכחולים. אדום מציין את אדנין הבסיס החנקני. צהוב מציין את הבסיס החנקני תימין. כחול מציין את גואנין הבסיס החנקני. ירוק מציין את הבסיס החנקני ציטוסין. הסולם מתפתל כך שיש חללים רחבים (הנקראים חריצים גדולים) וחללים צרים (הנקראים חריצים קלים) בין הפיתולים. ב) תרשים שונה של DNA המראה אותו כסולם ישר. זה מקל על ראיית הבסיסים (שכעת ניתן לתייג באותיות A, T, C או G ישירות על התמונה. בגדיל השמאלי יש 3 פריים בחלקו העליון ו -5 פריים בתחתית. בגדיל הימני יש 5 פריים בחלקו העליון ו -3 פריים בתחתית. ג) תרשים נוסף של DNA המציג קטע קצר בהרבה המאפשר לראות את המבנים הכימיים בצורה ברורה יותר. הגדילים מראים שקבוצת הפוספטים נמצאת תמיד בין פחמן 3 של נוקלאוטיד אחד לפחמן 5 מהאחר. שני הגדילים מחוברים בקווים מנוקדים המצביעים על קשרי מימן. לקשר A-T יש 2 קשרי מימן ול- C-G 3 קשרי מימן. המטען השלילי של הפוספטים ניכר גם הוא. — איור $\PageIndex{6}$ : ווטסון וקריק הציעו את מודל הסליל הכפול ל- DNA. (א) עמוד השדרה של סוכר-פוספט נמצא בחלק החיצוני של הסליל הכפול והפורינים והפירמידינים יוצרים את "השלבים" של סולם סליל ה-DNA. (ב) שני גדילי ה-DNA הם אנטי מקבילים זה לזה. (ג) הכיוון של כל גדיל מזוהה על ידי מספור הפחמנים (1 עד 5) בכל מולקולת סוכר. קצה 5הוא זה שבו פחמן #5 אינו קשור לנוקלאוטיד אחר; קצה 3הוא זה שבו פחמן #3 אינו קשור לנוקלאוטיד אחר.

זיווג בסיס מתרחש בין פורין לפירימידין. ב-DNA, אדנין (A) ותימין (T) הם זוגות בסיסים משלימים, וציטוסין (C) וגואנין (G) הם גם זוגות בסיסים משלימים, המסבירים את כללי Chargaff (איור). $\PageIndex{7}$ זוגות הבסיס מיוצבים על ידי קשרי מימן; אדנין ותימין יוצרים שני קשרי מימן ביניהם, ואילו ציטוסין וגואנין יוצרים ביניהם שלושה קשרי מימן.

תרשים של DNA המציג קטע קצר המאפשר לראות את המבנים הכימיים בצורה ברורה יותר. הגדילים מראים שקבוצת הפוספטים נמצאת תמיד בין פחמן 3 של נוקלאוטיד אחד לפחמן 5 מהאחר. שני הגדילים מחוברים בקווים מנוקדים המצביעים על קשרי מימן. לקשר A-T יש 2 קשרי מימן ול- C-G 3 קשרי מימן. המטען השלילי של הפוספטים ניכר גם הוא. — איור $\PageIndex{7}$ : קשרי מימן נוצרים בין בסיסים חנקניים משלימים בחלק הפנימי של ה-DNA.

במעבדה, חשיפת שני גדילי ה-DNA של הסליל הכפול לטמפרטורות גבוהות או לכימיקלים מסוימים יכולה לשבור את קשרי המימן בין בסיסים משלימים, ובכך להפריד את הגדילים לשני גדילים בודדים נפרדים של DNA (DNA חד-גדילי [ssDNA]). תהליך זה נקרא דנטורציה של DNA והוא מקביל לדנטורציה של חלבונים, כמתואר בחלבונים. ניתן להרכיב את גדילי ה- ssDNA גם כ- DNA דו-גדילי (dsDNA), באמצעות חישול מחדש או רנטורציה על ידי קירור או הסרה של הדנטורנטים הכימיים, מה שמאפשר לקשרי מימן אלה לבצע רפורמה. היכולת לתפעל דנ"א באופן מלאכותי בדרך זו היא הבסיס למספר טכניקות חשובות בביוטכנולוגיה (איור $\PageIndex{8}$ ). בגלל קשר המימן הנוסף בין זוג הבסיסים C = G, DNA עם תכולת GC גבוהה קשה יותר לניטור מאשר DNA עם תכולת GC נמוכה יותר.

מדינות ילידות הן כמו סולם מעוות. שלבי הסולם עשויים מבסיס של גדיל אחד המחובר לבסיס הגדיל השני. חום וכימיקלים יכולים לנתק את הגדילים הללו. כאשר זה קורה, ה- DNA הוא חד גדילי - זהו סרט ארוך עם הקרנות קצרות לאורכו. רנטורציה, הדורשת תנאים מיוחדים, מחזירה את ה- DNA למצב הסליל הכפול (מצב מחדש). — איור $\PageIndex{8}$ : במעבדה, ניתן לפטור את הסליל הכפול ל-DNA חד-גדילי באמצעות חשיפה לחום או כימיקלים, ולאחר מכן לפטור מחדש באמצעות קירור או הסרה של דנטורנטים כימיים כדי לאפשר לגדילי ה-DNA להתחדש מחדש. (אשראי: שינוי עבודות מאת הרננדז-למוס E, ניקסיו-קולזו לוס אנג'לס, קסטאנדה-פריגו R)

קישור ללמידה

צפה באנימציה על מבנה ה- DNA ממרכז הלמידה של DNA למידע נוסף.

תרגיל $\PageIndex{3}$

מהם שני זוגות הבסיס המשלימים של ה- DNA וכיצד הם קשורים זה לזה?

פונקציית DNA

ה- DNA מאחסן את המידע הדרוש לבניית התא ולשליטה בו. העברת מידע זה מתאי אם לבת נקראת העברת גנים אנכית והיא מתרחשת בתהליך שכפול ה- DNA. DNA משוכפל כאשר תא יוצר עותק כפול של ה- DNA שלו, ואז התא מתחלק, וכתוצאה מכך חלוקה נכונה של עותק DNA אחד לכל תא שנוצר. DNA יכול גם להתפרק אנזימטית ולהשתמש בו כמקור לנוקלאוזידים ונוקלאוטידים לתא. בניגוד למקרומולקולות אחרות, ה- DNA אינו ממלא תפקיד מבני בתאים.

תרגיל $\PageIndex{4}$

כיצד מעביר ה- DNA מידע גנטי לצאצאים?

סלילת הדרך לנשים במקצועות המדע והבריאות

מבחינה היסטורית, נשים לא היו מיוצגות במדעים וברפואה, ולעתים קרובות התרומות החלוציות שלהן נעלמו מעיניהם יחסית. לדוגמה, למרות שרוזלינד פרנקלין ביצעה את מחקרי עקיפת הרנטגן המדגימים את המבנה הסלילי הכפול של ה- DNA, ווטסון וקריק הם שהתפרסמו בזכות תגלית זו, ובנו על הנתונים שלה. עדיין נותרה מחלוקת רבה בשאלה האם רכישת הנתונים שלה מתאימה והאם התנגשויות אישיות והטיה מגדרית תרמו להכרה מאוחרת בתרומותיה המשמעותיות. באופן דומה, ברברה מקלינטוק עשתה עבודה חלוצית בגנטיקה של תירס (תירס) משנות השלושים עד החמישים, וגילתה טרנספוזונים (גנים קופצים), אך היא לא הוכרה עד הרבה יותר מאוחר, וקיבלה פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה בשנת 1983 (איור). $\PageIndex{9}$

כיום, נשים עדיין נותרות מיוצגות בתת-ייצוג בתחומים רבים של מדע ורפואה. בעוד שיותר ממחצית התארים לתואר ראשון במדעים מוענקים לנשים, רק 46% מתארי הדוקטורט במדעים מוענקים לנשים. באקדמיה, מספר הנשים בכל רמה של התקדמות בקריירה ממשיך לרדת, כאשר נשים מחזיקות בפחות משליש מתפקידי מדענים ברמת דוקטורט בתפקידי מסלול קביעות, ופחות מרבע מהפרופסורים המלאים במכללות ואוניברסיטאות בנות 4 שנים. ⁷ אפילו במקצועות הבריאות, כמו כמעט בכל התחומים האחרים, נשים לרוב מיוצגות בתת-ייצוג בקריירות רפואיות רבות ומרוויחות פחות משמעותית ממקבילותיהן הגברים, כפי שמוצג במחקר שפורסם בשנת 2013 על ידי כתב העת של האיגוד הרפואי האמריקני. ⁸

מדוע פערים כאלה ממשיכים להתקיים וכיצד אנו שוברים את המחזורים הללו? המצב מורכב וככל הנראה נובע משילוב של גורמים שונים, כולל האופן שבו החברה מתנה את התנהגויותיהן של בנות מגיל צעיר ותומכת באינטרסים שלהן, הן מבחינה מקצועית והן אישית. יש שהציעו שנשים אינן שייכות למעבדה, כולל זוכה פרס נובל טים האנט, שהערותיו הפומביות משנת 2015 המצביעות על כך שנשים רגשיות מדי למדע ⁹ נתקלו בגינוי נרחב.

אולי צריך לתמוך יותר בבנות מגיל צעיר בתחומי המדע והמתמטיקה (איור $\PageIndex{9}$ ). תוכניות מדע, טכנולוגיה, הנדסה ומתמטיקה (STEM) בחסות האיגוד האמריקאי לנשים באוניברסיטה (AAUW) ¹⁰ והמינהל הלאומי לאווירונאוטיקה וחלל (נאס"א) ¹¹ הן דוגמאות מצוינות לתוכניות המציעות תמיכה כזו. תרומות של נשים במדע צריכות להיות מוכרות יותר לציבור, ושיווק המיועד לנערות צעירות צריך לכלול תמונות נוספות של מדעניות ואנשי מקצוע בתחום הרפואה המצליחים מבחינה היסטורית ומקצועית, ולעודד את כל המוחות הצעירים הבהירים, כולל בנות ונשים, להמשיך בקריירה במדע וברפואה.

א) תצלום של ברברה מקלינטוק. ב) תצלום של 2 נשים מדעניות במעבדה. — איור $\PageIndex{9}$ : (א) עבודתה של ברברה מקלינטוק על גנטיקה של תירס בשנות השלושים עד החמישים הביאה לגילוי טרנספוזונים, אך משמעותה לא הוכרה אז. (ב) המאמצים להדריך כראוי ולספק תמיכה חברתית מתמשכת לנשים במדע וברפואה עשויים לסייע מתישהו להקל על חלק מהנושאים המונעים שוויון מגדרי בכל הרמות במדע וברפואה. (אשראי א: שינוי עבודות על ידי מכון סמיתסוניאן; אשראי ב: שינוי עבודות מאת הייני SL, הינקל AS, ג'ונס NL, מרטין קליפורניה, אולסייבסקי PJ, רוברטס MF)

מיקוד קליני: חלק 2

בהתבסס על הסימפטומים שלו, הרופא של אלכס חושד שהוא סובל ממחלה הנישאת במזון שרכש במהלך מסעותיו. האפשרויות כוללות זיהום חיידקי (למשל, enterotoxigenic E. coli, Vibrio cholerae, קמפילובקטר ג'ג'וני, סלמונלה), זיהום ויראלי (וירוס רוטה או נורובירוס), או זיהום פרוטוזואני (ג'יארדיה למבליה, Cryptosporidium parvum או Entamoeba histolytica).

הרופא שלו מזמין דגימת צואה כדי לזהות גורמים סיבתיים אפשריים (למשל, חיידקים, ציסטות) ולחפש נוכחות של דם מכיוון שסוגים מסוימים של חומרים זיהומיים (כמו C. jejuni, Salmonella ו - E. histolytica) קשורים לייצור צואה עקובה מדם.

דגימת הצואה של אלכס לא הראתה דם ולא ציסטות. לאחר ניתוח דגימת הצואה שלו ובהתבסס על היסטוריית הנסיעות האחרונה שלו, חשד רופא בית החולים שאלכס סובל משלשול של מטיילים שנגרם על ידי E. coli enterotoxigenic (ETEC), הגורם הסיבתי לשלשול של רוב המטיילים. כדי לאמת את האבחנה ולשלול אפשרויות אחרות, הרופא של אלכס הורה על בדיקת מעבדה אבחנתית של דגימת הצואה שלו כדי לחפש רצפי DNA המקודדים לגורמי ארסיות ספציפיים של ETEC. הרופא הורה לאלכס לשתות הרבה נוזלים כדי להחליף את מה שהוא איבד ושחרר אותו מבית החולים.

ETEC מייצרת מספר גורמי ארסיות המקודדים בפלסמיד שהופכים אותו לפתוגני בהשוואה ל-E. coli טיפוסי. אלה כוללים את הרעלים המופרשים אנטרוטוקסין עמיד בחום (LT) ואנטרוטוקסין יציב בחום (ST), כמו גם גורם קולוניזציה (CF). הן LT והן ST גורמים להפרשת יוני כלוריד מתאי המעי אל לומן המעי, וגורמים לאובדן מים כתוצאה מתאי המעי, וכתוצאה מכך לשלשול. CF מקודד לחלבון חיידקי המסייע לאפשר לחיידק להיצמד לרירית המעי הדק.

תרגיל $\PageIndex{5}$

מדוע הרופא של אלכס השתמש בניתוח גנטי במקום בבידוד של חיידקים מדגימת הצואה או כתם גראם ישיר של דגימת הצואה בלבד?

מושגי מפתח וסיכום

חומצות גרעין מורכבות מנוקלאוטידים, שכל אחד מהם מכיל סוכר פנטוז, קבוצת פוספט ובסיס חנקני. דאוקסיריבונוקלאוטידים בתוך ה-DNA מכילים דאוקסיריבוז כסוכר הפנטוז.
ה- DNA מכיל את הפירימידינים ציטוסין ותימין, ואת הפורינים אדנין וגואנין.
נוקלאוטידים מקושרים יחד על ידי קשרי פוספודיסטר בין קבוצת הפוספט 5של נוקלאוטיד אחד לקבוצת ההידרוקסיל 3של אחר. לגדיל חומצת גרעין יש קבוצת פוספט חופשית בקצה 5וקבוצת הידרוקסיל חופשית בקצה 3.
Chargaff גילה שכמות האדנין שווה בערך לכמות התימין ב- DNA, וכי כמות הגואנין שווה בערך לציטוסין. מאוחר יותר נקבע כי מערכות יחסים אלה נובעות מזיווג בסיסים משלים.
ווטסון וקריק, בהתבסס על עבודתם של צ'ארגף, פרנקלין וגוסלינג ווילקינס, הציעו את מודל הסליל הכפול וזיווג הבסיסים למבנה ה- DNA.
ה-DNA מורכב משני גדילים משלימים המכוונים אנטי-מקבילים זה לזה עם עמוד השדרה הפוספודיסטר בחלק החיצוני של המולקולה. הבסיסים החנקניים של כל גדיל פונים זה לזה ובסיסים משלימים קשרי מימן זה לזה, ומייצבים את הסליל הכפול.
חום או כימיקלים יכולים לשבור את קשרי המימן בין בסיסים משלימים, תוך דנטורציה של DNA. קירור או הסרה של כימיקלים יכולים להוביל לחידוש או חישול מחדש של ה-DNA על ידי מתן אפשרות לרפורמה בקשרי מימן בין בסיסים משלימים.
ה- DNA מאחסן את ההוראות הדרושות לבניית התא ולשליטה בו. מידע זה מועבר מהורה לצאצאים באמצעות העברת גנים אנכית.

הערות שוליים

1 נ 'קרסגה ואח '. "כללי צ'רגף: עבודתו של ארווין צ'רגף." כתב העת לכימיה ביולוגית 280 (2005) :e21.
2 ל 'פאולינג, "מבנה מוצע לחומצות הגרעין." הליכי האקדמיה הלאומית למדע של ארצות הברית של אמריקה 39 מס '2 (1953): 84—97.
3 ג'יי.די ווטסון, F.H.C. קריק. "מבנה לחומצה גרעינית דאוקסיריבוז." טבע 171 מס '4356 (1953): 737—738.
4 מ"ף וילקינס ואח '. "מבנה מולקולרי של חומצות גרעין Deoxypentose." טבע 171 מס '4356 (1953): 738—740.
5 ר 'פרנקלין, ר.ג. גוסלינג. "תצורה מולקולרית בנתרן תימונוקלאט." טבע 171 מס '4356 (1953): 740—741.
6 RO יום ואח '. "שבר גבישי של הסליל הכפול: מבנה הדינוקלאוזיד פוספט גואניליל-3',5'-ציטידין." הליכי האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית של אמריקה 70 מס '3 (1973): 849—853.
7 N.H. Wolfinger "עבור מדעניות, אין זמן טוב להביא ילדים לעולם." האוקיינוס האטלנטי 29 ביולי 2013. www.theatlantic.com/סקס/קשת... אילדרן/278165/.
8 SA סיבורי ואח '. "מגמות ברווחים של אנשי מקצוע בתחום הבריאות לגברים ונשים בארצות הברית, 1987 עד 2010." כתב העת של האיגוד הרפואי האמריקאי לרפואה פנימית 173 מס '18 (2013) :1748—1750.
9 א 'צ'ונג. "טים האנט, סקסיזם ומדע: 'הצרה האמיתית עם בנות' במעבדות." CBC חדשות טכנולוגיה ומדע, 12 ביוני 2015. http://www.cbc.ca/news/technology/ti...labs-1.3110133. גישה 8/4/2016.
10 האיגוד האמריקאי של נשות האוניברסיטה. "בניית צינור STEM לילדות ונשים." www.aauw.org/what-we-do/חינוך גזע/. גישה ל -10 ביוני 2016.
11 מינהל האווירונאוטיקה והחלל הלאומי. "תוכניות הסברה: יוזמת נשים ונערות." http://women.nasa.gov/outreach-programs/. גישה ל -10 ביוני 2016.