Home About us Products Services Contact us Bookmark
:: wikimiki.org ::
אינטרון

אינטרון

אינטרונים הם רצפי נוקלאוטידים ב-DNA אשר אינם מבוטאים ושאינם מקודדים לחלבונים. רצפי ה-DNA שכן מבוטאים נקראים אקסונים. האינטרונים מוצאים מה-RNA זמן קצר אחרי שזה משועתק ל-mRNA. תהליך הוצאת האינטרונים מה-RNA נקרא שחבור. לפיכך, האינטרונים אינם זוכים לצאת מגרעין התא לריבוזומים ולהיות מתורגמים לחומצות אמינו (אבני הבניין של החלבונים). למרות שקיימים אינטרונים גם בחיידקים, התופעה קיימת בעיקר בתאים איקריוטיים. שיעור האינטרונים בגנים משתנה רבות ממין למין, ללא קשר נראה לעין לרמת התפתחות המין; הסיבה לכך אינה ידועה. ברוב היצורים המפותחים מהווים האינטרונים את רוב הגנום. ראו ערך אקסון להסבר. אקסון האינטרונים נמצאים בתוך הגנים, ולפיכך אין לבלבלם עם רצפי DNA שתפקידם אינו ידוע ושנמצאים מחוץ לגנים (junk DNA). תפקידם של האינטרונים, או הגורמים לקיומם, עדיין לוטים ברובם בערפל. השערה בנוגע לתפקידם היא שהם משמשים כ"אבני לגו" כלומר בכל תרגום ניתן "לשלוף" אינטרונים מסוימים ולסדר את האקסונים בסדר אחר, מה שמקל על סידור האקסונים לקראת התרגום. לאחרונה התגלה שהאינטרונים תורמים למגוון הרב של החלבונים, שכן הם מאפשרים תרגום של קטע יחיד בגן מסוים מספר פעמים, לשימוש בחלבונים שונים. תופעה זו נקראת שיחבור אלטרנטיבי. כמו כן הועלתה הסברה שהאינטרונים הינם שרידים אבולוציוניים של קטעים שבעבר הרחוק אכן תורגמו לחומצות אמינו, אך התנוונו במרוצת הדורות. בקרב חוקרי האבולוציה המולקולרית כיום קיימות שתי אסכולות עיקריות לגבי המקור האבולוציוני של האינטרונים. אסכולה אחת הקרויה Intron early גורסת כי האינטרונים התפתחו באבולוציה לפני הפיצול לתאים איקריוטיים ופרוקריוטיים ו"אבדו" במהלך האבולוציה של הפרוקריוטיים. אסכולה שנייה - Intron late טוענת מנגד שהאינטרונים התפתחו אחרי הפיצול הנ"ל. אף שמדענים רבים מצביעים על עדויות מסוימות לכל אחת מן הגישות, טרם הוברר מי מהאסכולות צודקת. קטגוריה:גנטיקה ja:イントロン ko:인트론

DNA

DNA (ראשי תיבות באנגלית של DeoxyriboNucleic Acid, חומצה דאוקסיריבונוקלאית; לעתים בתעתוק לעברית: דנ"א) היא מולקולת ענק של חומצת גרעין המכילה את כל המידע לבנייתם של כל החלבונים בתא. ה-DNA מורכב ממיליוני זוגות נוקלאוטידים היוצרים סליל כפול. שני הסלילים קשורים ביניהם בקשרי מימן. חומצות הגרעין של ה-DNA מורכבות רק מארבע תת יחידות של בסיסים חנקניים, שקיימות באופן קבוע בצמידות של שתי זוגות קבועים, שיוצרים קשר רק אחד עם השני; אדנין (A) עם תימין (T), וגואנין (G) עם ציטוזין (C). כל מקטע משמעותי ב-DNA המכיל מבנה של חלבון או הוראות הפעלה או אי-הפעלה נקרא גן. רצף הנוקלאוטידים קובע את הגנים השונים.

גילוי

גילוי מבנה הדנ"א נזקף לזכות המדענים הבריטים ג'יימס ווטסון ופרנסיס קריק, 1953, שאף קיבלו את פרס נובל לפיזיולוגיה ורפואה על כך בשנת 1962; בדיעבד התברר שעבודתם התבססה על עבודתה של המדענית היהודיה רוזלינד פרנקלין, שנפטרה בזמן קבלת הפרס.

מיקום וסידור

ביצורים פרוקריוטיים (חיידקים; מורכבים מתאים ללא גרעין) נמצא ה-DNA בציטופלזמה - הנוזל התוך תאי - והוא מעגלי ורציף; רוב החומר התורשתי בחיידקים שוכן על-גבי מולקולת DNA טבעתית אחת. ביצורים אוקריוטיים - שתאיהם בעלי גרעין - ה-DNA מסודר בגרעין התא. שם הוא נמצא בצורת כרומטין - סליל ה-DNA מלופף סביב חלבונים (היסטונים), המאפשרים לו להיות ארוז בצורה יעילה. בזמן חלוקת התא (מיטוזה ומיוזה) מופיעים כרומוזומים.

תפקוד

ה-DNA עצמו לא מקודד חלבונים באופן ישיר; במקום זאת הוא מקודד את מולקולות ה-RNA שממנה מיוצרים כל החלבונים שבאמצעותם מתפקד התא. תהליך יצור החלבונים מתרחש בשני שלבים עיקריים:
- בניית מולקולת RNA המבוססת על תבנית ה-DNA (שעתוק או תעתוק, Transcription),
- בניית החלבון על-פי ה-RNA (תרגום, Translation). התחלת התהליך היא כאשר הסליל הכפול של ה-DNA נפתח ואחד הצדדים משמש כמקור לסינתוז ה-RNA. האנזים שאחראי על התהליך נקרא RNA פולימראז (RNA polymerase). אנזים זה נקשר לאזור מיוחד ב-DNA הנקרא קָדָם (פרומוטר, promoter). שלב זה הוא מהחשובים בתא, משום שבאמצעות השליטה בו נקבע אילו חלבונים יווצרו בתא באותו הזמן. כך נוצרת השונות בין התאים השונים והשלבים השונים בחיים של התא. לדוגמא: החלבון שנותן את הצבע לעיניים יווצר רק בתאים של הקשתית.

מבנה הד.נ.א

עד לתחילת שנות החמישים, סברו רוב החוקרים כי החלבונים, שהם מולקולות מורכבות ביותר, הם אלה הנושאים את המידע התורשתי. הדנ"א נחשב לחומר פשוט ומשעמם המשמש כמרכיב מבני של הכרומוזומים, וזאת מפני שרוב החוקרים סברו כי ארבע האותיות של הדנ"א מופיעות בו בסדר מחזורי קבוע. כשכתב שרדינגר את ספרו, רוב המדענים חשבו שהגנים הם סוגים של מולקולת חלבונים. באותו זמן עסק הבקטריולוג א.ת. אוורי בניסויים במכון רוקפלר בניו יורק אשר הוכיחו כי אפשר להעביר תכונות מתא אחד לשני באמצעות ד.נ.א. ניסויו של אוורי הצביעו כי יתכן שניסויים בעתיד יוכיחו שכל הגנים מורכבים מד.נ.א, בגלל שד.נ.א נמצא בכרומוזומים של כל התאים.

דרך המחקר

שניהם העריכו את עבודתו של לינוס פאולינג שגילה את מבנה סליל האלפא רק ע"י התבוננות בתמונות של קרני רנטגן. הדבר היחיד שעשה זה למצוא איזה אטומים "אוהבים" להיות זה ליד זה ועבד עם דגמים ולקולרים שדמו לצעצועים. פרנסיס קריק וג'יימס ווטסון לא ראו שום סיבה למה הם לא יוכלו לפענח את מבנה הד.נ.א באותה הדרך, הם היו צריכים ליצור מערכת דגמים מולקולאריים ו"להתחיל לשחק". אם יהיה להם מזל המבנה יהיה סליל- כל תבנית אחרת עלולה להיות הרבה יותר מסובכת. כבר באחת השיחות הראשונות שלהם הם הניחו כי מולקולת הד.נ.א מכילה מספר רב של נוקליאוטידים הקשורים זה לזה במתכונת מוגדרת. הם גילו כי פענוח הד.נ.א הרבה יותר מסובך מאשר זה של סליל האלפא. באחד הימים בהם הלך ווטסון לפגוש את ווילקינס הוא סיפר לו שעוזר המחקר שלו הצליח להעתיק בחשאי כמה תמונות שצילמה רוזלין בקרני רנטגן. משום כך סביר היה שווילקינס יצליח בקרוב להגיע לפריצת דרך. רוזלין הצליחה לאבחן ראיות לגבי צורה תלת ממדית חדשה של ד.נ.א. מוריס הראה לווטסון את התמונה (ולכן אומרים שמוריס עזר לווטסון וקריק לגנוב את תצלומיה של רוזלין), ברגע שראה ווטסון את התמונה היה לו ברור כי הצלב השחור של ההחזרים שבלט בתמונה עשוי היה לנבוע רק ממבנה סלילי. די היה בחישוב של כמה דקות כדי לקבוע את מספר השרשראות המולקולאריות. עכשיו הקדיש פרנסיס קריק את כל זמנו לבניית דגם תלת מימדי. מיד לאחר שהסתיימה המלאכה השתמשו בלוחות מתכת לבניית הדגם.

הקוד הגנטי

רוב החוקרים סברו כי ארבע האותיות של הדנ"א מופיעות בו בסדר מחזורי קבוע. פענוח המבנה חשף את העובדה שאין כל סיבה להניח כך – האותיות יכולות להופיע בכל סדר שהוא בתוך הסליל הכפול, בלי שהמבנה עצמו יושפע כלל (כל עוד עיקרון זיווג האותיות של שתי השרשרות נשמר). על סמך כך ניתן היה מיד להציע כי סדר האותיות בכל מולקולת דנ"א הוא המידע התורשתי. דמיונו הוביל אותו גם למחוזות פראיים יותר. התאוריה שלו בדבר תפקידו של החלום כמנגנון למיון זיכרונות אינה מאיימת מדי, אבל הרעיון שהחיים על פני האדמה נזרעו באמצעות מיקרואורגניזמים שנשלחו אל כדור הארץ מן החלל החיצון בטילים בלתי מאוישים בידי תרבויות גבוהות יותר (פאן- ספרמיה מכוונת), לא עורר התלהבות גדולה בחוגים המדעיים.

תגליות מרכזיות

מבנה הד.נ.א

מולקולת הד.נ.א היא סליל הבנוי מיחידה חוזרת. רוחבו של הסליל ואורכה של היחידה החוזרת קבוע. המולקולה היא שרשרת ארוכה, שחוליותיה הם נוקליאוטידים מארבעה טיפוסים, כל נוקליאוטיד מכיל יחידה של סוכר מסוג דאוקסיריבוז, פוספט ובסיס חנקני. ארבעה סוגי בסיסים קובעי את ארבעת טיפוסי הנוקליאוטידים. ידוע גם שכמות האדנין שווה תמיד לזו של תימין, וכי גוואנין נוכח ברמות זהה לציטוזין. ווטסון וקריק פיתחו מודל ששילב בתוכו את כל הנתונים הללו תוך שמירה על האופן שבו ממלאת מולקולת הד.נ.א את יעודה הביולוי כנושאת המידע התורשתי. על פי המודל שלהם, מולקולת הד.נ.א היא מבנה דמוי סולם. שני מוטות האורך בסולם בנויים כל אחד כשרשרת של שני מרכיבים המתחלפים ביניהם: סוכר – פוספט – סוכר – פוספט ... אל צידו של כל סוכר קשור בסיס חנקני. כאשר שתי השרשראות ניצבות זו מול זו פונים הבסיסים החנקניים שבשרשרת האחד לעבר הבסיסים שבשרשרת האחרת. קישור בין בסיסים משתי השרשרות יוצר זוגות של בסיסים המהווים את שלבי הסולם. בכל זוג בסיסים שנוצר משתתף בסיס אחד קטן ובסיס אחד גדול. לא כל צירוף של בסיסים אפשרי מבחינה כימית, למעשה מורכבים שלבי הסולם משני סוגי צירופים של בסיסים חנקניים בלבד: אדנין (בסיס גדול) עם תימין (בסיס קטן), וגוואנין (בסיס גדול) עם ציטוזין (בסיס קטן). בין כל שני בסיסים קיימים קשרים כימיים חלשים- קשרי מימן. בין אדנין ותימין נוצרים 2 קשרי מימן ובין גוואנין וציטוזין נוצרים שלושה קשרי מימן. לכן זוג הבסיסים גוואנין וציטוזין חזק יותר. למרות זאת שני הסוגים של זוגות הבסיסים דומים בגודלם, ונתון זה מבטיח שמירה על רוחב קבוע. משמעות החוקיות בזיווג זה של הבסיסים היא כי סדר הבסיסים בגדיל אחד של ד.נ.א קובע את סדר הבסיסים בגדיל שמולו- המכונה "גדיל משלים". ארגונה של מולקולת ד.נ.א במבנה עם משלימות עצמית מהווה את הבסיס לשכפולה מדור לדור ולהבאת המידע הגנטי, הנמצא בה, לידי ביטוי. שני גדילי הד.נ.א מתפעלים זה סביב זה ויוצרים מולקולה לוליינית המכונה סליל כפול. גדולתו של דגם המבנה של הד.נ.א שהוצג על ידי ווטסון וקריק היא בכך שמבנה זה מתאים את המולקולה למילוי תפקידה כמולקולת התורשה, הוא מציע הסבר למנגנון השכפול העצמי של המולקולה לאופן שבו המידע הגנטי אצור בה ואף לדרך שבה שינויים במידע מועברים בתורשה. זו הייתה הפעם הראשונה שנבנה דגם שנמצאו בו כל מרכיבי הד.נ.א. זה היה כל כך הגיוני שהיה חייב להיות נכון.

פענוח הקוד

התשובה לניסוי שערכו בשנת 1961 פרנסיס קריק וסידני ברנר שטיפלו בד.נ.א שמקורו בנגיף בחומר אשר גרם לשינויים תורשתיים על ידי סילוק של זוגות בסיסים מן הד.נ.א של נגיף זה. אובדן של זוג בסיסים, או של שני זוגות בסיסים, הוא החסרת חלק ממילה בשפה של הד.נ.א, ותוצאתה - רצף בסיסים חסר משמעות. לעומת זאת, אובדן של שלושה זוגות בסיסים עשויה לגרום לשיבוש בחלק מן החלבון - למשל, להחסרת חומצת אמינו אחת, אך יתר החלבון יהיה תקין. בתוך חמש שנים נתגלתה המשמעות של כל 64 הצרופים האפשריים של שלשות של זוגות בסיסים. כמה מ- 64 הצרופים האלה מקודדים לאותה חומצת אמינו, ויש גם שלשות של "התחלה" ו"סיום" - סימני פיסוק. תגליות מאוחרות יותר הראו שגן אחד יכול להיות מקוטע, כשבין חלקי הגן ישנם אזורים שאינם מקודדים לחלבון, אך הקוד הבסיסי נותר כפי שנתגלה לפני שנים. כיום יודעים שהקוד הזה הוא זהה בכל היצורים החיים - עדות ברורה לאחידות החיים.

לקריאה נוספת


- עדי מרקוזה-הס, ביולוגיה עכשיו, בהוצאת ספרי תל אביב

קישורים חיצוניים


- [http://www.dna50.org/main.htm חמישים שנה לגילוי מבנה ה-DNA] קטגוריה:גנטיקה קטגוריה:תא קטגוריה:תגליות ja:デオキシリボ核酸 ko:DNA ms:DNA simple:DNA th:ดีเอ็นเอ

חלבון

חלבונים הם קבוצה של תרכובות אורגניות. החלבונים הם החשובים ביותר מכל החומרים המרכיבים את היצורים החיים; הם נמצאים בתאיו של כל יצור חי, ללא יוצא מן הכלל, ובתא עצמו נמצאים החלבונים כמעט בכל מבנה ואברון שהוא. מכלול תכונותיו של האורגניזם (הפנוטיפ) - כגון צבע עיניים, פעילות מערכת החיסון, רגישות לחומרים מסוימים - הינו תוצאה ישירה של פעילות חלבונים. בלועזית נקרא החלבון פרוטאין, הנובע מהמילה היוונית פרוטו ("ראשוני"); בימים עברו, לפני גילוי ה-DNA, נחשב בטעות החלבון כחומר התורשתי העובר מההורים לצאצאיהם, וממנו מתפתחים התאים וכל חלקי הגוף. חלבון הוא מולקולה אורגנית בעלת משקל מולקולרי גבוה. יחידת המבנה הבסיסית שלו היא חומצת אמינו. חלבון סטנדרטי בנוי ממאות עד עשרות אלפי חומצות אמינו. לחלבונים מבנה תלת-מימדי מורכב ביותר המכתיב את תפקידם ופעילותם בגוף החי.

סוגי חלבונים

רוב החלבונים משתייכים לאחת משתי קבוצות עיקריות:
- מבניים: אלו הם החלבונים שמרכיבים את התא, אברוניו, וחלק ממבני הגוף, לדוגמא:
  - העור מורכב ברובו (כ-75%) מהחלבון קולגן.
  - הפרווה והשיער מורכבים ברובם מקרטין, חלבון טבעיים המופיעים אצל יונקים.
  - משי (אשר מייצרות תולעי המשי) וקורי עכביש שניהם חלבונים טהורים.
- תפקודיים: אלו הם החלבונים שממלאים את כל התפקידים בגוף, ומתחלקים לתתי-קבוצות:
  - מגנים: חלבונים אלו מהווים את הנוגדנים של מערכת החיסון.
  - שליחים: משמשים להעברת אותות מתא לתא; הורמונים (כגון אינסולין), מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטרים, כגון אצטילכולין) וציטוקינים הינם חלבונים שליחים.
  - מכווצים: בעלי יכולת לייצר תנועה. חלבונים אלו, כגון מיוזין ואקטין, מצויים בשרירים.
- אנזימים: משמשים כזרזים של תגובות כימיות בגוף.

מבנה החלבון

תגובות כימיות תגובות כימיות תגובות כימיות תפקוד החלבון תלוי בצורה חזקה במבנה שלו, ומבנה זה מתקבל על ידי המערך המדויק של חומצות האמינו המרכיבות אותו. כל חלבון מתקפל במרחב לצורה תלת-מימדית, כתוצאה מקשרים כימיים בין חומצות האמינו השונות. למבנה החלבון ארבע רמות:
- מבנה ראשוני: זהו מבנה קווי פשוט, הבנוי אך ורק מהקשר הפפטידי בין חומצות האמינו. לכל חלבון יש מבנה ראשוני.
- מבנה שניוני: במבנה מיוחד זה נוצרים קשרי מימן בין חומצות אמינו מסוימות (רק חלק מחומצות האמינו מאפשרות מבנה שניוני) הגורמים לשינוי מרחבי המקפל את החלבון לאחת משתי צורות עיקריות: סליל α (אלפא) או משטח β (ביתא).
  - סליל α: צורה זו נוצרת כאשר חומצות אמינו יוצרות קשרי מימן עם חומצות אמינו במרחק 3.4 שיירים מהן. קשרים אלו מקפלים את החלבון ב-100 מעלות לכיוון שמאל (ראו איזומר אופטי) וכך נוצר מבנה ספירלי דחוס שבתוכו אין כמעט חלל פנוי. קבוצות ה-R של החומצות פונות כלפי חוץ בסליל α. בממוצע כשליש מכל חומצות האמינו בחלבונים נמצאות בסלילי α.
  - משטח β: צורה זו נוצרת כאשר שתי שכבות או יותר של חומצות אמינו נצמדות אחת לשניה על-ידי קשרי מימן, ויוצרות מבנה משטחי רך. למבנה זה שני מערכים: מקבילי (פרללי) ואנטי-מקבילי (אנטי-פרללי): במבנה מקבילי כיוון שכבת חומצות אמינו זהה לכיוון השכבה שמתחתיה - קצה אמיני מתחת לאמיני וקצה קרבוקסילי מתחת לקרבוקסילי. במבנה אנטי-מקבילי כיוון שכבת חומצות האמינו הפוך לכיוון השכבה שמתחתיה - קצה אמיני מתחת לקצה קרבוקסילי וקצה קרבוקסילי מתחת לאמיני. במבנה האנטי-מקבילי קשרי המימן קצרים יותר ולכן זהו מבנה חזק יותר בהשוואה למקבילי. בממוצע כרבע מכל חומצות האמינו בחלבונים נמצאות במשטחי β. קיימים מספר מבנים שניוניים אחרים, אך אלו פחות נפוצים. רק לחלק מהחלבונים יש מבנה שניוני.
- מבנה שלישוני: זהו המבנה התלת מימדי הכולל שמקנה לחלבון את היכולת לבצע תפקיד ספציפי בתא. הפרעה או פגם ביצירת מבנה זה תפגום בהכרח בפעולת החלבון. פגיעה בפעילות חלבון על-ידי חשיפתו לגורם ממיס (דטרגנט) נקראת דנטורציה. המבנה השלישוני נוצר ממספר סוגים של קשרים כימיים:
  - קשרי גופרית: קשרים קוולנטים הנוצרים רק בנוכחות חומצת האמינו ציסטאין, המכילה אטום גופרית בקצה קבוצת ה-R. קשרי S-S (מהמילה Sulphide, "גופרי") מכונים קשרים דיסולפידיים.
- קשרי מימן: קשרי מימן בין קבוצות ה-R של חומצות האמינו.
- קשרים יוניים: אלו הם קשרים בין יונים בעלי מטענים הפוכים זה מזה; מכונים גם גשרי מלח.
  - אפקט הידרופובי: חומצות אמינו שלהן קבוצת R הידרופובית (נדחית ממים) עשויות להיצמד יחדיו מתוך דחייה מהמים. זה אינו קשר כימי אלא דחייה משותפת מאותו גורם.
- מבנה רבעוני: זהו מבנה מורכב שקיים רק בחלק מהחלבונים. ייחודו בכך שהוא מורכב למעשה מתתי-יחידות, שכל יחידה היא חלבון בפני עצמו. מבנה רבעוני מכיל לפחות 4 תתי-יחידות, ואין גבול עליון למספר תתי-היחידות. לחלבון במבנה זה יש משקל מולקולרי מאד גבוה. הקשרים הכימיים היוצרים את המבנה השלישוני עושים זאת גם במבנה הרבעוני. המוגלובין הינו חלבון מוכר הבנוי במבנה רבעוני ולו 4 תתי-יחידות. חלבונים במבנה הרבעוני מסתדרים במרחב בשתי צורות עיקריות:
  - כדוריים: צורתם מעוגלת והם מסיסים לרוב בתמיסות מימיות. הם בדרך כלל חלבונים תפקודיים - אנזימים, חלבוני הובלה ועוד. חלבונים אלו מורכבים ממספר מבנים שונים, משטחי β וסלילי α.
  - סיביים: משמשים בעיקר כחלבוני מבנה בתאים, ובניגוד לכדוריים אינם מסיסים במים. רובם בעלי מבנה יחיד. שערה לדוגמא בנויה מחלבון סיבי, שמורכב מיחידות של חומצת האמינו ציסטאין.

יצירת חלבונים

החלבונים נבנים בתוך התאים על-ידי הריבוזומים. בתהליך היצירה של חלבונים, הקרוי תרגום, מתורגם המידע התורשתי המקודד ב-mRNA, שהוא בעצמו משועתק מה-DNA. הגנים המרכיבים את ה-DNA, הינם, לפיכך "תוכניות בנייה" לחלבונים. ה-DNA מקודד ליצירת חלבונים באמצעות הקוד הגנטי, כך שכל שלושה נוקלאוטידים (אבני הבניין של ה-DNA), מקודדים לחומצה אמינית אחת (שלושה נוקלאוטידים המקודדים לחומצת אמינו מכונים יחדיו בשם קודון). שרשרת קצרה של חומצות אמינו מכונה פפטיד; שרשרת ארוכה מכונה פוליפפטיד. לאחר שמיוצר הפוליפפטיד בריבוזום, הוא מתקפל למבנה תלת-מימדי מורכב ב-רטיקולום האנדופלסמי. תהליך היצירה של חלבון מתחיל בגרעין התא. בתחילה מופרדים שני גדילי הסליל הכפול של ה-DNA בעזרת אנזים, עליו אחד הגדילים נבנה mRNA. לאחר שהלה נוצר במלואו הוא נפלט לציטופלסמה ומוצמד לאחד מהריבוזומים בתא בעזרת rRNA. הריבוזום מתחיל לקרוא את הקוד הגנטי שמכיל ה-mRNA. כאשר הריבוזום מזהה את סוג החומצה האמינית הנחוצה לפי הקוד הגנטי, הוא מושך אליו tRNA הנושא חומצה אמינית מתאימה, ומוסיף אותה לשרשרת חומצות האמינות שכבר נוצרה. כאשר יווצר הקשר הבא בשרשרת החומצות האמיניות ישוחרר ה-tRNA לציטופלסמה בכדי להצמד לחומצה אמינית חדשה המתאימה לו. כך נבנית השרשרת עד שהחלבון מושלם. לאורך יצירת שרשרת חומצות האמינו משוחררים חלקים מושלמים מהשרשרת לציטופלסמה עד שכל החלבון המושלם משוחרר (לעת עתה במבנה ראשוני בלבד). בקצותיו של ה-RNA השליח נמצאים קטעים שאינם מקודדים חומצות אמינו; צפקידם הוא לסמן את תחילתו וסופו של החלבון. החלבון הבשל מסגל לעצמו את המבנה הסופי. לעיתים הבשלת החלבון כוללת גם קטיעה של מקטעים מסויימים שלו, הוספה של קבוצות כימיות כסוכרים, זרחה, קבוצות גופרית ושומנים. כמו כן, לעיתים החלבון חובר לחלבונים אחרים, רצועות RNA או ליונים ליצירת קומפלקס חלבוני פעיל. בעשורים האחרונים חלה התקדמות כבירה בהבנת המבנה המרחבי של חלבונים על-ידי שיטות של גיבוש חלבונים והדמיית תהודה מגנטית במסגרת תחום מחקר הקרוי ביולוגיה מבנית. המדע העוסק בחקר החלבונים, בפעילותם ובקשרי הגומלין ביניהם הינו הביוכימיה.

זיהוי חלבונים

ביוכימיה אינדיקטור לזיהוי חלבון הוא ביורט. אם מערבבים חומר המכיל חלבון עם ביורט משתנה צבעו לסגול. אמצעי להפרדת חלבונים הוא מכשיר ה-FPLC שלתוכו מזרימים קבוצות חלבונים, המופרדות לאחר-מכן על-פי מטען חשמלי או גודל.

רפואה

רוב רובן של כ-4,000 המחלות התורשתיות הגנטיות הידועות לנו קשורות לתפקוד לקוי או להעדר של חלבון מסוים בגוף. חשיבותם העצומה של החלבונים לחיים מודגשת באופן מצער באמצעות הנזק הרב העלול להיגרם לגוף עקב חוסר תפקודו של חלבון בודד; הדבר מראה כי למרות שבגוף פועלים עשרות אלפי חלבונים שונים, לכל אחד מהם תפקיד ספציפי ביותר והחלבונים האחרים אינם מסוגלים בדרך-כלל לחפות על חוסר תפקודו של חלבון מסוים. במחלות גנטיות קיים פגם - מוטציה - ברצף הנוקלאוטידים שב-DNA. הפגם עשוי לגרום:
- לייצור חומצת אמינו שגויה,
- להשמטת חומצת אמינו מהשרשרת החלבונית,
- להפסקת קידוד הגן במקום בו התרחשה המוטציה, ועקב כך לייצור חלבון חלקי, קצר מהרגיל. עובדה זו מראה שבנוסף לחשיבותו של כל חלבון לתפקוד הגוף, קיימת גם חשיבות עליונה לכל חומצת אמינו בודדת בשרשרת המרכיבה את החלבון. החלפה או העדר של חומצה בודדת, אפילו בחלבונים המורכבים ממיליון חומצות אמינו בסך-הכל, יכולה לשבש לחלוטין את תפקוד החלבון. כפי שהוסבר לעיל, הקיפול השלישוני של החלבונים, אשר מכתיב ברובו את תפקוד החלבון, תלוי בקשרים כימיים בין החומצות השונות; כשאחת החומצות המשתתפות בקשרים אלו לא קיימת, המבנה התלת-מימדי של החלבון נפגם, ועמו התפקוד. בין המחלות התורשתיות הנגרמות עקב חלבונים פגומים ניתן למנות את אנמיה חרמשית, סיסטיק פיברוזיס, עיוורון צבעים, לבקנות, פנילקטונוריה ועוד. בעשורים האחרונים התגלו חלבונים פגומים המסוגלים לגרום לחלבונים אחרים להפוך לפגומים. חלבונים אלו, הקרויים פריונים, גורמים לכמה מחלות מוח קשות, שסופן תמיד מוות.

חלבון והשפה העברית

המושג חלבון בשפה העברית משמש גם לציון החלק השקוף-לבן בביצה (להבדיל מהחלק הצהוב ממנו מתפתח האפרוח, הלא הוא החלמון). דבר זה גורם לעתים לבלבול.

קישורים חיצוניים


- [http://www.cryst.bbk.ac.uk/PPS2/projects/day/TDayDiss/ מקור יציבות החלבונים] - קשרים כימיים ומבנים של חלבונים, באתר אניברסיטת ברקבק (באנגלית)
- [http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/565proteins.html חלבונים] - באתר "ספר הכימיה הוירטואלי" של מכללת אלמהרסט (באנגלית) קטגוריה:ביוכימיה
- ja:蛋白質 ko:단백질 simple:Protein th:โปรตีน zh-min-nan:Nn̄g-pe̍h-chit

שעתוק (ביולוגיה)

שעתוק (Transcription) הוא תהליך בביולוגיה של התא שבו מולקולת רנ"א מסונתזת על-גבי מולקולת דנ"א המשמשת כתבנית. שעתוק הוא התהליך שבו נוצרת מולקולת רנ"א שליח, והוא שלב מקדים לתהליך התרגום, שבו הרנ"א-שליח משמש כתבנית ליצירת חלבון. באיקריוטיים בתהליך זה משועתק גן בודד. בפרוקריוטיים, לעיתים משועתקת קבוצת גנים רציפה על-גבי הכרומוזום. קבוצה זו נקראת אופרון. בנוסף ליצירת רנ"א שליח, בתהליך השעתוק נוצרות גם מולקולות רנ"א בעלות תפקידים נוספים בתא, לדוגמא רנ"א ריבוזומלי.
בניגוד לתהליך השכפול, תהליך השעתוק אינו מכיל מנגנון תיקון, ולכן מידת האמינות שלו נמוכה יותר, ויש סבירות גבוהה יותר לטעויות בשעתוק. עם זאת, מכיוון שמשך זמן החיים של מולקולות הרנ"א קצר, הסיכוי שטעות בתהליך תגרום נזק משמעותי למנגנון התאי הוא נמוך. מולקולות הרנ"א מתחלפות פעמים רבות במהלך חיי התא, ולכן טעות באחד מהם תגרום לנזק זמני בלבד, אם בכלל.
לתהליך השעתוק מתלווים מספר תהליכים נוספים שעוזרים, בין השאר, לשמור על יציבות מולקולת הרנ"א הנוצרת. התהליכים הידועים הבולטים הם:
- תהליך הוספת הכיפה (capping) לקצה 5' של רנ"א שליח.
- תהליך הוספת זנב הפוליאדנין (polyA tail) לקצה 3' של רנ"א שליח.
- תהליך השחבור (splicing) שבו מולקולת הרנ"א המסונטזת עוברת שינויים. יש לציין שתהליכי העיבוד המתוארים לעיל מתחילים כנראה עוד לפני סיום תהליך השעתוק. בנוסף, שעתוק נוסף של אותו גן או אופרון (על ידי קומפקלסים נוספים של הרנ"א פולימראז), גם כן יכול להתחיל לפני סיום השעתוק.

הבדלים בשעתוק בין הפרוקריוטיים לאיקריוטיים


- בפרוקריוטיים חסרי הגרעין, התהליך כולו מתרחש בציטופלסמה. באיקריוטיים התהליך מתרחש בגרעין התא. לאחר סיום השעתוק ומספר פעולות עריכה (כגון שחבור), רנ"א שליח יוצא מהגרעין לציטופלסמה, שם מתרחש תהליך התרגום. היתרון בהפרדה זו הוא בכך שקיימת אפשרות לביצוע בקרה נוספת באמצעות סלקטיביות משתנה של מעטפת הגרעין.
- בפרוקריוטיים תהליך התרגום יכול להתחיל עוד בטרם מסתיים השעתוק. שילוב זה אינו אפשרי באיקריוטיים בשל הפרדת האברונים (השעתוק מתרחש בגרעין והתרגום בציטופלסמה).
- באיקריוטים התהליך כולו מורכב יותר וקיימים יותר פקטורי שעתוק שמעורבים בכל שלביו.
- בעוד שבפרוקריוטיים קיים רק קומפלקס אחד של רנ"א פולימראז, באיקריוטיים מוכרים שלושה קומפלקסים שונים.

תיאור כללי של התהליך

בתהליך השעתוק, מולקולות רנ"א חדשה מסונתזת על-גבי תבנית של מולקולת דנ"א קיימת. בדומה לתהליך השכפול, הגדיל החדש נוצר על-פי עקרון זיווג בסיסים, שבו הבסיס A חובר ל-U (האנלוגי ל-T בדנ"א) ו-C חובר ל-G. כך גדיל הרנ"א מכיל רצף משלים (complementary) לרצף תבנית הדנ"א שלפיה נוצר.
כיוון תהליך הסינתזה הוא מקצה 5' של מולקולת הרנ"א הנוצרת אל קצה 3' שלה (מקצה 3' לקצה 5' של דנ"א התבנית). הקומפלקס האנזימתי היוצר את מולקולת הרנ"א קרוי רנ"א פולימראז. התהליך מתחלק לשלושה שלבים עיקריים - אתחול (initiation),התארכות (elongation) וסיום (termination).

אתחול

התהליך מתחיל כאשר הרנ"א פולימראז מזהה את רצף הפרומוטר של הדנ"א המשועתק. רצף זה נמצא במרחק של עשרות עד מאות בסיסים מתחילת הגן עצמו ולרוב מורכב ממספר רצפים קצרים המצויים בסמיכות זה לזה. טרם קישור הרנ"א פולימארז לדנ"א, פקטורי שעתוק נקשרים לרצפים שונים בפרומוטר ועוזרים בגיוס הפולימראז. בשלב זה הדנ"א הוא עדיין דו-גדיל אשר אינו מאפשר ביצוע שעתוק.
הדנ"א נפתח באתר האתחול (initiation site) ונחשפים שני גדיליו. אתר האתחול מצוי כ-10 בסיסים לפני תחילת האזור המשועתק. סינתזת רנ"א, בניגוד לסינתזת דנ"א בתהליך השכפול, יכולה להתחיל מנוקלאוטיד רנ"א בודד ולכן אין צורך במנגנון הפריימרים.
קיימת העדפה להתחיל את השעתוק מבסיס ATP או GTP. הפירימידינים CTP וUTP אינם מועדפים בשלב זה.
בפרוקריוטיים, בשלב הקישור הראשוני של הפולימראז הוא מחובר לפקטור סיגמא (σ factor) אשר מאפשר את הקישור הראשוני של הפולימראז לדנ"א, אך מונע את יציאת המולקולה המסונתזת מהקומפלקס. פקטור הסיגמא נושר מהקומפלקס אחרי סינתזה של כ-10 בסיסים. נשירת פקטור הסיגמא גורמת לשינוי קונפורמציה בקומפלקס הפולימראז שמהדק את קישורו לדנ"א ומאפשר את שלב ההתארכות.

התארכות

הרנ"א פולימראז מתקדם על-גבי תבנית הדנ"א ועבר כל בסיס בתבנית מקטלז זיווג נוקלאוטידים. כל נוקלאוטיד שנוסף מתחבר לרצף באמצעות קשר פוספודיאסטרי. בשלב זה נמצאים חלבונים נוספים, הקרויים פקטורי אלונגציה שנחוצים לקיום התהליך.

סיום

ידועים שני מנגנונים לסיום תהליך השעתוק: # מנגנון שאינו תלוי בחלבון הרו (Rho-independent termination). במנגנון זה סימן סיום השעתוק הוא מבנה שניוני של הרנ"א המסמן את אתר ההסרה של הפולימראז. הרצף באתר הסיום הוא בד"כ פלינדרום שמקודד למבנה שניוני של סיכה (hairpin) המפריעה להמשך התקדמות הפולימראז. # מנגנון תלוי חלבון רו (Rho-dependent termination). מנגנון זה משתמש בפקטור סיום ρ (רו) שנקשר לרנ"א פולימראז. לאחר קישור זה, הפולימראז נושר מהתבנית. האזור שבו הרנ"א פולימראז נושר מהתבנית קרוי הטרמינטור (terminator).

בקרת שעתוק

בשל חשיבותו הרבה של התהליך הוא נמצא תחת בקרה כבדה. היום מאמינים שעיקר הבקרה בתהליך המעבר מגן המקודד בדנ"א לחלבון פעיל מתרחשת בשלב השעתוק. הסיבה לבקרה הכבדה כבר התחילת התהליך היא האנרגיה הרבה, בעיקר בדמות מולקולות ATP, שהגוף משקיע על מנת לסנטז מולקולת רנ"א ולאחר מכן ליצור על-פיה חלבון פעיל. עיקר הבקרה מתבצעת בכך שקישור קומבינטורי של כ4-8 פקטורים דרוש לרוב ע"מ להתחיל את תהליך השעתוק. פקטורים אלה משפעלים את תהליך השעתוק (activators). בנוסף, קיימים פקטורים אחרים, דכאנים (repressors), אשר במצבם הרגיל קושרים חתיכת דנ"א באזור הפרומוטר ואינם מאפשרים התחלת שעתוק של הגן. הסרתם מתבצעת לרוב ע"י משרן (inducer) שמביא בסופו של התהליך לתחילת השעתוק. המערכת הראשונה שבה נחקר תהליך זה היא אופרון הלקטוז.

חקר רמות ביטוי גנטי

בשנים האחרונות, חקר רמות הביטוי של הגנים, כתוצאה מתהליך השעתוק, תפס תאוצה רבה. באמצעות חלק מן השיטות החדשות ניתן למדוד בו-זמנית רמות ביטוי של כל הגנים בתא. השיטות העיקריות הן:
- שבבי דנ"א (DNA microarray)
- תגובת PCR
- Southern Blot

הערות היסטוריות

גילוי ראשוני של תהליך השעתוק התרחש ב-1965, במספר מעבדות במקביל in vitro (בתאים מבודדים). כבר בשלב זה התגלה שקיימים פקטורים נוספים המסייעים לסיום התהליך. בסוף שנות הששים מספר עבודות מאוניברסיטת הרוורד תיארו חלקים נרחבים ממנגנון השעתוק. חקר המנגנון נמשך עד היום, והדרך להבנה מלאה של התהליך עודנה ארוכה.

ראו גם


- תהליך השכפול

קישורים חיצוניים


- [http://www.geneticengineering.org/chemis/Chemis-NucleicAcid/RNA.htm תיאור תהליכי הרנ"א הכולל איורים] קטגוריה:גנטיקה

שחבור (ביולוגיה)

שחבור (splicing) הוא אחד מהתהליכים המתרחשים בתא איקריוטי והמערבים רנ"א. בתהליך השחבור מולקולת רנ"א שמסונתזת בתהליך השעתוק, עוברת עריכה, ומתקבלת מולקולה המכונה רנ"א בוגר (mature RNA). מולקולה זו יכולה לעזוב את גרעין התא שבו מתרחש השעתוק והשחבור לעבור לציטופלסמה. בציטופלסמה לרנ"א תפקידים שונים בתהליך התרגום, שבסופו מסונתז חלבון חדש.
הגן המשועתק בייצורים איקריוטיים מכיל בדרך כלל מקטעים שאינם מקודדים לחלבון או רנ"א פעיל המכונים אינטרונים (introns) המשולבים בין המקטעים המקודדים המכונים אקסונים (exons). מטרת תהליך השחבור הינה "לשלוף" (splice) מתוך הרנ"א הלא מעובד את האינטרונים ולהשאיר מולקולת רנ"א שתכיל אך ורק את המקטעים התפקודיים.
הקומפקס שמבצע את השחבור קרוי ספייסוזום והוא מכיל שילוב של אנזימים ומולקולות רנ"א בעלות תפקיד קטליטי.
תהליך השחבור, בשל חשיבותו הרבה הוא תהליך מבוקר מאוד. הבקרה הבסיסית היא באמצעות "סימון" המקטעי בדנ"א שבמהם מתבצע חיתוך הרנ"א. אתרים אלה נקראים donor site וacceptor site ובשלב ביניים נוצרת ביניהם לולאה המכילה את האינטרון לפני שזה מוסר מהרנ"א. אף שברור שמנגנון השחבור הוא מורכב ביותר וכולל מרכיבים רבים, גורמים מעטים בלבד מבקרת השחבור ידועים כיום.
תהליך השחבור על אותה מולקולת הרנ"א אינו מתרחש תמיד באותה צורה. שתי מולקולות רנ"א זהות יכולות לעבור בתא שחבורים שונים, תופעה הידועה כשחבור אלטרנטיבי (alternative splicing). תופעה זו היא האחראית לכך שמספר גנים מצומצם יחסית יכול להביא לכמיליון תוצרים חלבוניים שונים האפשריים בתא איקריוטי.

קישורים חיצוניים

[http://www.snunit.k12.il/heb_journals/mada/325246.html שחבור רנ"א בהרחבה] קטגוריה:גנטיקה

גרעין התא

גרעין התא הוא אברון הנמצא בכל התאים האוקריוטיים. הגרעין מכיל את החומר התורשתי בתאים, ובכך הוא האחראי לכל תפקוד התא.

מבנה

הגרעין מוקף בממברנה ופילמנטים מיוחדים. הממברנה מכילה נקבים חלבוניים הנקראים נקבוביות ומאפשרים מעבר בררני ביותר של חומרים מהציטופלסמה לפלסמת הגרעין ולהפך. המולקולות החשובות ביותר שעוברות מהגרעין אל החוץ הן ללא ספק מולקולות ה-RNA, המשועתקות מה-DNA שבגרעין ואז נודדות אל ציטופלזמת התא, אל הריבוזומים, בהם משמש המידע המקודד ב-RNA לייצור חלבונים. הגרעין מכיל בתוכו את פלסמת הגרעין, שהיא נוזל סמיך. בפלסמה נמצאים הכרומוזומים, שהם מולקולות DNA וחלבונים הקשורים אליהם. בגרעין ישנו גם צביר מרוכז של חומר הקרוי גרעינון; שם מיוצרות תת-יחידות ריבוזומאליות, שהן RNA וחלבונים, ומהן מורכבים הריבוזומים.

תפקידי הגרעין

הגרעין הוא הגדול והחשוב מבין אברוני התא (הוא היחיד שניתן לראות בבירור דרך מיקרוסקופ אור, מלבד ממברנת התא); הוא אוגר בתוכו את המידע התורשתי (DNA) ומהווה מרכז פיקוח לכל התהליכים המתרחשים בתא. בתאים פרוקריוטיים, בהם אין גרעין, החומר התורשתי אינו מוקף בממברנה ואין הפרדה בינו לציטופלסמה. תפקידי הגרעין, אם כך, הם:
- הפרדה בין החומר התורשתי לבין הציטופלסמה. הפרדה זו מאפשרת את הכפלת החומר התורשתי טרם התחלק התא כולו.
- בקרה על חומרים הבאים במגע עם החומר התורשתי. בקרה זו נעשית ע"י הממברנה והנקבוביות שבה.

ראו גם


- גנטיקה
- רבייה
- מיטוזה
- מיוזה קטגוריה:אברוני התא ja:細胞核 ms:Nukleus

תרגום (ביולוגיה)

תרגום (Translation) הוא השלב העיקרי והאחרון בסינתזת חלבון שעוקב לתהליך השעתוק. בתהליך התרגום מולקולת חלבון מסונתזת לפי מידע המצוי במולקולת רנ"א שליח (mRNA) על-פי חוקי הקוד הגנטי. בשונה מתהליך השעתוק שבו קוד הדנ"א עובר לקוד הרנ"א עם שינוי קל בלבד (U במקום T), בתהליך התרגום המידע המצוי במולקולת הרנ"א, המקודד באמצעות ארבעת סוגי הנוקלאוטידים מתורגם לתוכן שרשרת חומצות האמינו המרכיבה את החלבון. הקוד הגנטי מקודד ל-20 סוגים של חומצות אמינו בתוספת סימוני עצירת תרגום, ולכן מעבר זה אינו מעבר פשוט. תהליך התרגום סוג כל חומצת האמינו בחלבון המסונתז נקבע על פי שלושה נוקלאוטידים סמוכים הנמצאים על-גבי מולקולת רנ"א שליח. שלשה כזו קרויה קודון.

תיאור התהליך

מולקולת הרנ"א שליח יוצאת מגרעין התא אל הציטופלסמה, שם מתבצע תהליך התרגום. התהליך כולו מבוצע באמצעות קומפלקס חלבוני גדול הקרוי ריבוזום. קומפלקס זה בנוי משילוב של אנזימים חלבוניים ומולקולת רנ"א ריבוזומלי. תוך כדי תהליך התרגום, הריבוזום עובר על מולקולת הרנ"א שליח מאתר אתחול התרגום ועד לאתר סיום התרגום מקצה 5' אל קצה 3' שלה. לכל קודון מותאמת חומצת אמינו באמצעות סוג רנ"א נוסף הקרוי רנ"א מוביל (tRNA). תפקיד הרנ"א מוביל הוא לספק את הספציפיות בהשמת חומצת אמינו על-פי תוכן הקודון. כיצד מושגת ספציפיות זו ? רנ"א מוביל מכיל מצד אחד אנטיקודון שנקשר לקודון ספציפי על-גבי הרנ"א שליח באמצעות זיווג בסיסים. מצד שני כל מולקולת רנ"א מוביל, קושרת את חומצת האמינו הספציפית על-פי האנטיקודון שלה.
כמו תהליכים אחרים המערבים חומצות גרעין, גם התרגום מחולק לשלושה שלבים - אתחול (initiation), התארכות (elongation) וסיום (termination) (שמתייחסים כאן לשרשרת הפוליפפטידית) .

אתחול

התהליך מתחיל כאשר תת היחידה הקטנה של הריבוזום נקשרת למולקולת רנ"א שליח. קישור זה מתבצע לרוב בקודון AUG, המקודד לחומצת האמינו מתיונין. לכן, מתיונין היא לרוב חומצת האמינו הראשונה בחלבון שנוצר ולרוב היא מוסרת אחרי התרגום. בפרוקריוטיים תרגום יכול להתחיל גם מקודונים אחרים. בבקטריות, חומצת האמינו הראשונה היא (N-formyl methionine) ובקיצור f-Met, מתיונין שעברה מודיפיקציה שקשרה קבוצה מתילית שחסמה את קבוצת האמינו שלה. קישור זה אינו מפריע לתהליך התרגום, שכן ה-f-Met מצויה בקצה הN-טרמינלי של החלבון. מקטעי רצף נוספים ברנ"א שליח, בנוסף לקודון ה-AUG, מסייעים לקישור הריבוזום. בפרוקריוטיים רצף כזה הוא (Shine-Dalgarno (SD המצוי 8-13 נוקלאוטידים לפני קודון הAUG לכיוון קצה ה-5'. הרצף הוא AGGAGG.

התארכות

לאחר קישור תת-היחידה הקטנה, תת-יחידה הגדולה מצטרפת לקומפלקס. בתוך הקומפלקס הריבוזומלי הנוצר קיימים 3 אתרים המותאמים למולקולת הרנ"א מוביל והסמוכים זה לזה - אתרי ה-P, A וE. לאורך תהליך התרגום באתר ה-P מצויה מולקולת רנ"א מוביל שקושרת את החלבון שסונתז עד לאותו שלב. הוספת כל חומצת אמינו מתתבצעת בצורה הבאה:

- באתר ה-A (Amino acid site) מתבצע זיווג הבסיסים בין הקודון הנוכחי ברנ"א שליח לאנטיקודון של רנ"א מוביל המתאים לו.

- כאמור, באתר ה-P (Peptide site) מצוי רנ"א מוביל נוסף ש"מחזיק" את כלל השרשרת הפוליפפטידית שסונתזה עד לאותו רגע (ראה ציור). כאשר שני האתרים (P וA) מאוכלסים, נוצרת קירבה בין חומצת האמינו שהובאה לאתר A לבין הקצה הC-טרמינלי של השרשרת הקיימת. קשר זה בא במקום הקשר בין חומצת האמינו החדשה לרנ"א מוביל שלה. בשלב זה האנזים פפטידיל טרנספראז יוצר קשר פפטידי בין חומצת האמינו החדשה לחלבון הקיים. באותו הרגע מתבצעת תזוזה של הריבוזום. הרנ"א מוביל באתר P עובר לאתר ה-E (Exit site) ועוזב את הריבוזום. הרנ"א מוביל שהיה באתר A ואשר "מחזיק" כעת את השרשרת המוארכת עובר לאתר P. לאחר צעד זה, תמונת המצב בריבוזום זהה לזו שלפני ההוספה ואתר ה-A יכול לקלוט רנ"א מוביל נוסף.

סיום

תהליך ההתאכות נמשך כל עוד הריבוזום אינו מגיע לאחד הקודונים המכונים קודוני עצירה (stop codons). כאשר הריבוזום נתקל באחד הקודונים הללו תהליך התרגום מופסק מכיוון שפקטורי סיום הדומים לרנ"א מוביל, אך חסרי חומצת אמינו, נקשרים לאתר ה-A והחלבון החדש עוזב את הריבוזום ללא תוספות.

ראו גם


- שכפול (ביולוגיה)
- שעתוק (ביולוגיה)

קישורים חיצוניים


- [http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=10591 כיצד פועל הדנ"א]
- [http://www.rothamsted.bbsrc.ac.uk/notebook/courses/guide/trad.htm תיאור תהליך התרגום עם תמונות וסרטון (אנגלית)] קטגוריה:גנטיקה ja:翻訳 (生物学)

חיידק

חיידקים אמיתיים (Bacteria) הינם יצורים חד-תאיים המהווים ממלכת-על בפרוקריוטיים, לצד ממלכת החיידקים הקדומים. בעבר נקראו ממלכות החיידקים האמיתיים והחיידקים הקדומים בשם הכולל מוֹנֵרָה או מונירה, (Monera). עד לפני כמה עשרות שנים סווג חלק מהחיידקים כצמחים, חלק כפטריות וחלק כאצות, וממלכת החיידקים לא היתה קיימת. התגלית שהביאה לסיווגם של החיידקים כיצורים נפרדים מהווה את ההבדל הבסיסי ביותר בין חיידקים ובין שאר היצורים: כל החיידקים (אמיתיים וקדומים) הינם פרוקריוטיים (חסרי גרעין), ואילו כל היצורים האחרים הינם איקריוטיים (בעלי גרעין). החיידקים מקיימים בעצמם תהליכי חיים עצמאיים ומתרבים על-ידי חלוקה. הזמן שעובר בין רגע יצירת החיידק לרגע חלוקתו נקרא זמן דור. בתנאים אופטימליים של חום ואנרגיה מתחלקים מרבית החיידקים בכל 20 דקות. החיידקים ניזונים מהסביבה, מפרישים לסביבה ובדרך כלל, בניגוד לנגיפים, אינם זקוקים למאכסן, כך שאינם מתקיימים כטפילים). בניגוד לדעה הרווחת שכל החיידקים גורמי מחלות, רק מיעוט מתוך מאות אלפי סוגי החיידקים הינו פתוגני הגורם מחלות וסוגים רבים של חיידקים אף מועילים וחיוניים לבריאות. בניגוד לתאיהם של בעלי חיים ובדומה לתאים צמחיים, לתאיהם של רוב החיידקים יש דופן תא. החיידקים מסווגים לשני סוגים לפי סוג הדופן שלהם. בשל קיום הדופן בחיידקים והעדרה בתאי האדם, משמשת הדופן כמטרה של הרבה סוגי אנטיביוטיקה, כגון פניצילין ואמוקסיצילין.

מגוון ועמידות

אמוקסיצילין] החיידקים, שמספרם על-גבי כדור הארץ עולה על זה של כל שאר היצורים גם יחד, מגוונים וסתגלנים הרבה יותר ממה שמסוגל האדם להעלות על דעתו: החל מחיידקים החיים בים המלח, עבור בחיידקים העמידים לקרינה, וכלה בחיידקים אשר חיים בטמפרטורות גבוהות ביותר (למעלה מ-50 חיידקים חובבי חום, המכונים תרמופילים, נמצאו משגשגים בטמפרטורות גבוהות מאוד במקומות דוגמת מעיינות מים חמים או בזרמים תת-ימיים חמים. חלק ממינים אלה, המכונים היפרתרמופילים, מתרבים בצורה אידיאלית בטמפרטורה של 105 מעלות צלזיוס, ויכולים לשרוד בטמפרטורה של עד 113 מעלות צלסיוס). מושבה קטנה של החיידק הנפוץ סטרפטוקוקוס נותרה במשך שלוש שנים בחללית הבלתי-מאוישת סרוויור 3, שנחתה על הירח בשנת 1967. הצוות של אפולו 12 גילה את המושבה והחזיר אותה לכדור הארץ בתנאים סטריליים. התגלית המקרית הוכיחה שחיידקים מסוימים מסוגלים לשרוד במשך שנים בתנאים של חשיפה לקרינה, ריק חללי וטמפרטורות מקפיאות - ללא מזון, מים או מקורות אנרגיה אחרים. מיני חיידקים המסוגלים לשרוד בתנאים כאלה (ותנאים קשים אחרים - חום גבוה במיוחד, קור, חומציות רבה, תנאי לחץ קשים ועוד) נקראים חיידקים קיצונאים או אקסטרמופילים.

זמן הדור

זמן הדור של אוכלוסיית חיידקים הוא, הזמן הלוקח לאותה אוכלוסיה להכפיל עצמה. בד"כ זמן הדור של החיידקים הוא קצר ביותר ביחס לזמן הדור של האדם. החיידקים ששימושם נעשה למטרות הנדסה גנטית מתרבים פעם ב- 20 דקות. זמן קצר זה הוא יתרון ברור בתחום ההנדסה הגנטית. חיידקים מסויימים מפיקים את ההורמון אינסולין ע"י תעתוק גן שהוחדר אליהם. זמן דור של 20 דקות, מאפשר התפשטות מהירה של החיידקים ובעקבות כך כמות גדולה מאוד של אינסולין המופק מחיידקים אלה. את האינסולין ממצים בשיטות תעשתיות.

שלבים בגידול מבוקר של אוכלוסיית חיידקים

שלב ההתסגלות - החיידקים מתרבית המזרע מסתגלים למצע ומייצרים חומרים (ובינהם מטבוליטים ראשוניים, אנזימים וכד') המכינים אותם לרבייה מהירה.
שלב הלוגירתמי - התרבות החיידקים מאיצה, זמן הדור קבוע לכל אורך השלב.
שלב העמידה - עקב צפיפות האוכלוסיה, ירידה בחומרי המצע והפרשת חומרי לוואי, אוכלוסיית החיידקים במצב סטטי. בנוסף, האוכלוסייה מצויה במצב עקה, ומפרישה מטבולטיים משניים לסביבה.
שלב התמותה - מפאת חוסר מתמשך של חומרי המצע והצטברות של חומרי לוואי, אוכלוסיית החיידקים מצויה בגידול שלילי מתמשך. החיידקים המתים מתפרקים כתוצאה מנוכחות אנזימים ליטיים.

המיון המדעי של החיידקים האמיתיים

להלן המיון השלם, המלא והמעודכן לשנת 2004.
- מערכת כחוליות Actinobacteria
- מערכת Aquificae
- מערכת Bacteroidetes
- מערכת Chlorobi
- מערכת Chlamydiae
- מערכת Lentisphaerae
- מערכת Verrucomicrobia
- מערכת Chloroflexi
- מערכת Chrysiogenetes
- מערכת Cyanobacteria
- מערכת Deferribacteres
- מערכת Deinococcus-Thermus
- מערכת Dictyoglomi
- מערכת Acidobacteria
- מערכת Fibrobacteres
- מערכת Firmicutes
- מערכת Fusobacteria
- מערכת Gemmatimonadetes
- מערכת Nitrospirae
- מערכת Planctomycetes
- מערכת Proteobacteria
- מערכת Spirochaetes
- מערכת Thermodesulfobacteria
- מערכת Thermomicrobia
- מערכת Thermotogae

ראו גם


- צביעת גרם

לקריאה נוספת


- [http://www.hs.ph.biu.ac.il/prokaryotes מידע על פרוקריוטים באתר אוניברסיטת בר אילן]
- קטגוריה:מיקרוביולוגיה
- קטגוריה:רפואה ja:真正細菌 ko:세균 th:แบคทีเรีย

תא

תא (Cell) הוא יחידת החיים הבסיסית בעולם הטבע. כל היצורים מלבד נגיפים מורכבים מתא אחד או יותר. ישנם יצורים המורכבים מתאים פשוטים וחסרי גרעין, כמו החיידקים למשל, ישנם יצורים חד תאיים המורכבים מתא אחד בלבד, כמו הסנדלית או האמבה לדוגמא, וישנם יצורים המורכבים ממיליוני תאים, כמו האדם או עץ.

חקר התא בהיסטוריה

הכל החל, בעיקבות כך ש רוברט הוק בנה את המיקרוסקופ הראשון, ולאחר מכן צפה במיקרוסקופ שלו בפקקי שעם, ושם, דפנות תאי השעם הזכירו לו את תאי הנזירים, ולכן הוא טבע את המונח - תא (Cellula). גם אחריו, אנתוני ון לייבנהוק שיפשף עדשות, ומהם הוא בנה מיקרוסקופ, איתו הוא ראה יצורים חד תאיים שמצא על ידי התבוננות במי גשם, ובו הוא ראו גם בקטריות, שבאו מגופו עצמו. הוא תיאר בעזרת המיקרוסקופ ה"חדיש" שלו גם תאי דם, תאי זרע ויצורים קטנים בהרבה. אך למרות כל הגילויים והתצפיות הללו, עדיים האנשים בתקופתם לא הצליחו להבין את מבנה התא. רק לאחר מכן, בהופעתה של התאוריה התאית, החלה הבנת התא ומבנהו. במאה ה-19, בשנת 1838, הוצעה תאוריה זו על ידי שני חוקרים גרמנים - מתייס שליידן ותיאודור שוואן. התאוריה טוענת שכל היצורים החיים מורכבים מתאים ומרכיבים של תאים. למרות שהיו מיקרוסקופים עוד לפני תקופתם של שליידן ושוואן, רק הם היו הראשונים שניסחו את התאוריה התאית, למרות שאף הם האמינו שיצורים חיים נוצרים ספונטנית. התאוריה התאית הורחבה לאחר מכן על ידי חוקר גרמני נוסף, ששמו וירכאו. כעת התאוריה התאית טענה דבר נוסף, והוא, שתאים אינם נוצרים ספוטנית, אלא רק מתא אחר. מייחסים לו את המשפט בלטינית הקובע שכל התאים באים מתא אחר (Omnis cellula e cellula).

סוגי תאים

נהוג לחלק את התאים על פי מבנם לשני סוגים:
- תא אאוקריוטי- תא הבנוי מאברונים ממודרים בעזרת קרום תא (ממברנה), תא זה מכיל אברונים רבים שהמרכזי מביניהם הוא הגרעין, המכיל בתוכו את החומר התורשתי (תא דם אדום הוא מקרה מיוחד בו מאבד התא את הגרעין במהלך הווצרותו מתא אב). החיות העילאיות - משמרים המורכבים מתא בודד ועד בני אדם המורכבים ממליוני תאים אאוקריוטיים. הצמחים מורכבים גם הם מתאים אאוקריוטים השונים במקצת מתאי היצורים החיים.
- תא פרוקריוטי- תא שאינו ממודר, בעל ממברנה חיצונית בלבד. בתוך ממברנה זו נמצא כל חומר התא - מאנזימים המשמשים לפירוק המזון ועד החומר התורשתי. חיידקים הינם תאים פרוקריוטיים. מזון

מבנה התא

מבנה התא משתנה מיצור ליצור ואין תא דם של נמר זהה לתא בעלה של נרקיס או לתא דם של אדם. גם ביצורים עצמם מבנה התאים ותיפקודם שונה זה מזה, התאים המרכיבים את הלב לדוגמא שונים מתאים בכבד. לקבוצת תאים בעלי מכנה משותף של מוצא, תפקוד ומבנה המבצעים יחדיו פעולה מסויימת קוראים רקמת תאים.

אברונים

אברונים הנקראים גם אורגנלות הם מבנים קטנים ומורכבים הנמצאים בתוך התא וממלאים תפקידים שונים בחיי התא. אפשר לראותם כאיברים זעירים, ולכן הם נקראים אברונים. יש אברונים נפוצים המצויים בתוך כל תא, לעומת זאת, ישנם אברונים נדירים המיוחדים לסוגי תאים מסויימים בלבד. להלן האברונים המתפקדים בתא:
- קרום התא (ממברנה)
- ציטופלסמה
- רשתית אנדופלזמית
- ציטוסקלטון
- ER (רטיקולום אנדופלסמי)
- פרוקסיסום
- ריבוזום
- אנדוזום
- דופן התא

ראו גם


- מיטוזה
- מיוזה

קישורים חיצוניים


- [http://library.thinkquest.org/C004535/introduction.html Cellupedia] - מקור מידע ומדריך על התא (באנגלית)
- ja:細胞 ko:세포 ms:Sel simple:Cell th:เซลล์ (ชีววิทยา)

איקריוטי

אוקריוטיים (Eukaryota) הם יצורים תאיים בעלי גרעין המהווים על-ממלכה במיון עולם הטבע. הם כוללים חד-תאיים כמו פרוטוזואה, ריריות, חלק מקבוצות האצות, וכן את הממלכות של הרב-תאיים: פטריות, צומח, בעלי חיים. שאר היצורים - החיידקים - הינם פרוקריוטיים. תא אוקריוטי מתאפיין בכך שגרעין התא והאברונים הפנימיים מופרדים מהציטופלסמה על-ידי קרום, שלא כמו בפרוקריוטיים, בהם הפרדה זו אינה קיימת.

מבנה התא האוקריוטי

תאים אוקריוטיים לרוב גדולים יותר מפרוקריוטיים (לעיתים אף פי 1,000). עדות לכך ניתן למצוא בהשוואה בין מספר התאים המרכיבים את גוף האדם (10 בחזקת 13) ובין מספר החיידקים השוכנים באופן תמידי בגוף האדם (10 בחזקת 14); הדבר מתאפשר בזכות ההבדל העצום בין גודלם של תאי הגוף (האוקריוטיים) וזה של החיידקים (הפרוקריוטיים). תאים אוקריוטיים מכילים מבנים שונים שניתן לכנותם באופן כללי בשם אברונים. במרכז התא נמצא גרעין המוקף ממברנה כפולה ובה מעברים מיוחדים למעבר חומרים חיוניים. בתוך הגרעין נמצא החומר התורשתי של התא (ה-DNA) המאוכסן בצמדים של כרומוזומים; משם מנוהלות פעילויות התא. כל מה שנמצא מחוץ לגרעין נקרא ציטופלסמה. הציטופלסמה היא נוזל צמיג בו נמצאים כל שאר אברוני התא ובו מתבצע חילוף החומרים של התא, יציבות הציטופלסמה נשמרת על ידי שלד התא - הציטוסקלטון.

המיון המדעי של אוקריוטיים

(המיון שלם, מלא ומעודכן לשנת 2004. נא לא לשנות את המיון)
- קבוצת Acanthamoebidae
- מחלקת Acantharea
- קבוצת Alveolata (alveolates)
  - מערכת Apicomplexa – פרוטוזואה
  - קבוצת Ciliophora – פרוטוזואה
  - מחלקת דינופלגנטים (Dinophyceae) – אצות
- משפחת Apusomonadidae (apusomonads)
- קבוצת Centroheliozoa
- קבוצת Cercozoa
- מחלקת Cryptophyta
- קבוצת Diplomonadida
- קבוצת Entamoebidae
- קבוצת Euglenozoa
  - מערכת עינניות (Euglenida) – אצות
- קבוצת Fungi/Metazoa
  - סדרת Choanoflagellida
  - ממלכת פטריות (iFung)
  - ממלכת בעלי חיים (Metazoa)
- מחלקת Glaucocystophyceae
- מחלקת Granuloreticulosea
  - סדרת חוריריות (Foraminifera) - פרוטוזואה
- מערכת Haplosporidia
- קבוצת פרימנסיות (Haptophyceae) - אצות
- מחלקת Heterolobosea
- משפחת Jakobidae
- מחלקת Lobosea
- משפחת Malawimonadidae
- קבוצת Mycetozoa
  - סדרת ריריות תאיות (Dictyosteliida)
  - קבוצת ריריות (Myxogastria)
- משפחת Nucleariidae
- סדרת Oxymonadida
- קבוצת Parabasalidea
- קבוצת Paramyxea
- קבוצת Pelobiontida
- קבוצת Plasmodiophorida
- מחלקת Polycystinea
- קבוצת אדומיות (Rhodophyta) – אצות אדומות
- קבוצת Stramenopiles באנגלית (heterokonts)
  - מערכת צורניות (Bacillariophyta) – אצות
  - מערכת חומיות (Phaeophyceae) – אצות חומות
  - מחלקת סיליקופלגלטים (Dictyochophyceae) - אצות
  - מערכת קסנתופיטיות (Xanthophyceae) – אצות
  - מחלקת זהוביות (Chrysophyceae) – אצות זהובות
  - סדרת Labyrinthulida – פרוטוזואה
  - סדרת Slopalinida
    - משפחת Opalinidae - פרוטוזואה
- ממלכת הצומח (Viridiplantae) הערה:
- בשיטה המודרנית של המיון המדעי לא תמיד דרגת מיון מסוימת נכללת בדרגת המיון שמעליה. כלומר, סדרה של צמחים יכולה להיות כלולה במערכה ולא תהיה שייכת לאף מחלקה.
- קבוצה היא דרגת מיון כמו מערכה, מחלקה, סדרה ומשפחה, אך ללא שם מאפיין. קטגוריה:ביולוגיה ja:真核生物

אקסון (גנטיקה)

בגנטיקה, אקסון הוא רצף בגן המשמש כתבנית ליצירת חלבון. המושג נכתב Exon; זהו קיצור של המילה האנגלית Expressed, שפירושה מבוטא (כלומר, מקודד לחלבון). אין להתבלבל עם המושג Axon, המתאר חלק בתאי העצב, הנוירונים. בין האקסונים, אשר מקודדים כאמור לחלבון, פזורים בדרך כלל מקטעים ארוכים של אינטרונים שאינם מקודדים לחלבון; תפקידם אינו ברור לגמרי. למרות שתפקידו העיקרי של החומר התורשתי, המכיל את הגנים, הוא לשמש תבנית ליצירת חלבונים, רוב הגנום של בני אדם ושל יצורים רבים אחרים מורכב דווקא מאינטרונים ולא מאקסונים. כהוכחה לכך ניתן להשוות את גודל הגנום ביצורים שונים: סוג מסוים של צפרדע, למשל, מכיל ב-DNA בכל אחד מתאיו כמות נוקלאוטידים הגדולה פי 30 מזו שבתאי האדם; למרות זאת ברור שהצפרדע אינה מייצרת כמות גדולה פי 30 של חלבונים, ולמעשה אין ספק שהאדם מייצר יותר חלבונים מאשר הצפרדע. ניתן להסיק מכך שהרוב המוחלט של הנוקלאוטידים בתאי הצפרדע אינם משמשים כלל ליצירת חלבונים. קטגוריה:גנטיקה ja:エクソン ko:엑손

גן (ביולוגיה)

גֵן (Gene) הינו יחידה של חומצת גרעין (בדרך-כלל DNA) בעלת תפקיד מוגדר. הגנים הינם יחידות התורשה של הייצורים החיים. הגנים מכילים את "הוראות הייצור" לעשרות אלפי חלבוני התא, ובכך אחראיים לקביעת רובן המוחלט של תכונות הייצור (האורגניזם).

מבוא

התפקיד השכיח ביותר של גנים הוא קידוד לחלבונים או לחלקי חלבונים (פפטידים), זאת באמצעות הקוד הגנטי הטמון בנוקלאוטידים המרכיבים את הגנים. גנים רבים אינם מקודדים לחלבונים, אלא מהווים מנגנון בקרה לקידוד חלבונים על ידי גנים אחרים. אופן התבטאות הגנים ותוצריהם הם אלו הקובעים את מכלול התכונות של כל הייצורים החיים. הגנים מועברים בתורשה מייצור לצאצאיו. הגנים הם יחידות התורשה, והם המקור לדימיון הרב בין יצורים וצאצאיהם. קיימות דוגמאות אינטואיטיביות רבות לגנים: ניקח, למשל, את צבע העיניים באדם. בקביעת תכונה זו משתתפים ארבעה גנים. כל אחד מהגנים מורכב מ-DNA בעל כמה אלפי נוקלאוטידים, אשר משועתקים ומתורגמים לחלבון צבע (צבענים, פיגמנטים). צבענים אלו מצטברים בעיניים ומקנים להן את צבען. שניים מהגנים של צבע העיניים מקודדים לצבענים כחולים, ושניים - לצבענים חומים (נגזרות של מלנין). לצד דוגמה פשוטה זו, קיימים מקרים רבים של גנים בעלי התבטאות משולבת, התבטאות שאינה ברורה או התבטאות שאינה חלבונית:
- גנים רבים אינם מקודדים חלבון שלם; קיימות קבוצות של גנים, כשכל אחד מהגנים בהן מקודד חלק מהחלבון. לאחר תום התרגום מתאחים החלקים השונים והופכים לחלבון השלם.
- גנים רבים אינם מקודדים לתכונות כה ברורות ונחרצות כמו צבע העיניים. אלפי חלבונים משתתפים בתהליכים תוך-תאיים סבוכים, וכל אחד מהחלבונים הללו מקוּדד בגן כלשהו. קיימים חלבונים רבים שתפקידם עדיין אינו מובן.
- גנים רבים אינם מקודדים לחלבונים, אלא משתתפים בבקרה. גנים אלו מעודדים קידוד מוגבר של גנים אחרים, מדכאים קידוד, מאפשרים קידוד רק בתנאים מסוימים (בנוכחות חומר מסוים בתא, למשל) ועוד. בדוגמה של צבע העיניים מדובר על ארבעה גנים הפועלים יחדיו להקניית הצבע הסופי. תכונות מסוימות נקבעות על ידי עשרות גנים יחדיו; תכונות אחרות נקבעות על ידי גן בודד.

מושגים בסיסיים

תאיים
- אלל (Allele). גנים רבים מופיעים בשתי צורות אלטרנטיביות לפחות, כשכל אחת מהן מביאה להתבטאות שונה במקצת של התכונה. כל אחת מצורותיו של גן ספציפי נקראת אלל. לדוגמה, הגן המקודד לצבע זרעי צמח האפונה יכול לקודד לצבע ירוק (זהו אלל אחד) או לצבע צהוב (אלל שני). הניסויים הראשונים שהביאו לגילוי כללי התורשה בוצעו בצמח האפונה על ידי גרגור מנדל.
- לוֹקוּס (Locus). הגנים הינם יחידות DNA, ולפיכך הם מסודרים בכרומוזומים. המיקום הספציפי של גן מסוים על-גבי הכרומוזום נקרא לוֹקוּס. קיימות שיטות שונות לחישוב והגדרת לוקוסים. לעניין זה חשיבות רבה בחיזוי מוטציות, למשל. מוטציה עלולה להיווצר במקרה ונוצר שבר בכרומוזום, דבר המפריד בין שני גנים האמורים להישאר יחדיו. ככל ששני גנים שוכנים רחוק יותר האחד מהשני, כך גדל הסיכוי שהם ייפרדו כתו