ביולוגיה- מדנ"א לחלבון

מדנ"א לחלבון

כדי להבין איך דנ"א הופך לחלבון ,ואנחנו מתחילים לחיות , אנחנו צריכים קודם כל להבין כמה מושגים :

• קריוטיפ - תמונת הכרומוזומים של האדם - אם אנחנו נוציא את כל הכרומוזומים מתוך הגרעין של התא , ונשים זה ליד זה בזוגות  את הכרומוזומים ההומולוגים (חכו רגע, הגדרה בהמשך ), נסמן אותם בשמות שלהם  (1-22, X,Y) ונצלם אותם , נקבל קריוטיפ.
• כרומוזום- מולקולת דנ"א אחת , ארוכה ומפותלת (היא גם די מסולסלת ודחוסה), המולקולה הזו מורכבת גם מחלבונים (הם שם בעיקר כדי שהיה לה על מה להתקפל).
• כרומוזומים הומולוגים -כרומוזומים שיש עליהם את הגנים לאותן התכונות - אני לא מתכוונת לזה שעל שניהם יש את התכונה של צבע שיער שחור, אלא על זה שעל שני הכרומוזים יש את התכונה לצבע שיער.
• מספר הפלואידי- הכוונה היא למספר זוגות הכרומוזומים - באדם  23 זוגות .
  שימו לב, בתאי הרבייה יש מספר הפלואידי של כרומוזומים ,יש סה"כ 23 כרומוזומים (וזה כדי שלילד החמודי שיצא , יהיו בדיוק 46)
• מספר דיפלואידי - מספר הכרומוזומים - באדם יש 46. בכל תא בגוף חוץ מבתאי הרבייה יש 46 כרומוזומים (מספר דיפלואידי).
• חומצות גרעין - מולקולות ארוכות שמורכבות מנוקלאוטידים .
  הנוקלאוטידים הם מולקולות שמורכבות מקבוצת זרחה, סוכר ובסיס חנקני . הם נבדלים זה מזה בבסיס החנקני שלהם :
  

  
• גן - מקטע בדנ"א (רצף  נוקלאוטידים ) שמכיל את המידע ליצירת חלבון .גן אחד= חלבון אחד.

עכשיו , אנחנו מכירים את המושגים הבסיסיים שכדאי להכיר ואפשר להתחיל לדבר תכלס.

*  דבר שמאוד חשוב לדעת -  הדנא מורכב משני גדילים שמחוברים זה לזה. הסדר של הגדיל הפוך- אחד מהם הוא מפחמן 3 לפחמן 5 , ואילו השני הוא מפחמן 5 לפחמן 3. הכוונה בפחמנים היא לפחמן החופשי בסוכר שעל הנוקלאוטיד האחרון בגדיל.

מידע כללי על דנ"א , חלבון והקשר ביניהם

מסכימים איתי שבכל תא בגוף יש בדיוק את אותם הגנים ? אם לא , אז אנחנו קצת בבעיה…

כל התאים בגוף השתכפלו, ונוצרו מתא ביצה מופרה אחד- הם העתקים זהים שלו מבחינת הגנים שבתוכם . אבל קמה השאלה הבאה- איך יכול להיות , אם כל הדנ"א זהה, שהתאים שונים זה מזה? הרי תא עין לא נראה אותו דבר כמו תא שריר- התשובה היא זו - הגנים שבאים לידי ביטוי שונים בין סוגי התאים .

אבל איך בכלל בא לידי ביטוי גן? הוא הופך לחלבון . ואיך זה קורה?

המעבר מDNA לחלבון

מולקולות הדנ"א לעולם לא יוצאות מגרעין התא, אבל החלבונים עצמם מפוזרים בציטופלסמה.מכאן, שאנחנו זקוקים לאיזו מולקולה שתקשר בין מה שנמצא בתוך גרעין התא, למה שנמצא מחוצה לו . זו תהיה מולקולת הרנ"א.

שלב ראשון בביטוי הגנים נקרא תעתוק:

מקטעים של דנא מועתקים למולקולות mRNA  בתוך הגרעין , ואז הmRNA יוצא מן הגרעין אל הציטופלסמה.

שלב אחרי שלב :

1. גדילי הDNA נפרדים באזור הגן שיועתק.
2. אנזים בשם RNA פולימראז בונה את המולקולה mRNA. הוא מוסיף נוקלאוטידים משלימים על גדיל הDNA. נוקלאוטידים משלימים הכוונה היא שאם בDNA היה T, בRNA שליח (שם נרדף לmRNA) יהיה A, אם בDNA היה C יהיה בRNA שליח G ולהפך . אבל שימו לב, שאם בDNA היה A, בRNA שליח לא יהיה T אלא U (אוריציל).
3. סופסוף סיימנו להעתיק (יאייי!) ועכשיו מולקולת RNA שליח מתנתקת מDNA, וגדילי DNA (שהופרדו בשלב 1) מתחברים שוב.
4. מולקולת הRNA שליח , עוד לא יוצאת מן הגרעין , אלא עוברת תהליכי עיבוד נוספים -
   הוספת מקטעים -א. הוספת "זנב" בקצה ה-3  (פולי A)
                         ב.הוספת "כובע" בקצה ה-5 (5cap   )
   שחבור- חיתוך וסילוק אינטרונים.
   המולקולה נחתכת בכל מיני מקומות , החלקים שיצאו מהגרעין ויהיו את המולקולה המוגמרת נקראים אקסונים (exit) ,והם מתחברים ויוצאים מהגרעין אל הציטופלסמה. החלקים שנשארים בתוך הגרעין  נקראים אינטרונים (in)  
   שחבור חלופי -אין רק  דרך אחת שבה החלקים נחתכים, אלא כל מולקולת RNA שליח יכולה להיחתך במקומות שונים בכל פעם וכך ליצור מולקולת RNA שליח סופית אחרת  - משמע החלבון שיווצר יהיה אחר.
   היום חלק אחד יכול להיות אינטרון , אבל מחר הוא יהיה אקסון .

ווהוו קולולולו - מולקולת mRNA מוגמרת יצאה מגרעין התא אל הציטופלסמה, ועכשיו מתחיל להיווצר החלבון .

כל 3 אותיות בRNA שליח הן קודון , והרבה אותיות (זה מה שיש לנו בmRNA ) הן מילה, שתהפוך לחלבון.
קיימים בעולם 64 קודונים, שכל אחד מהם מייצג חומצת אמינו שונה (שימו לב שיש רק 20 חומצות אמינו , אז בהכרח יש חומצות אמינו שיש להן יותר מקודון אחד- היתרון הוא שבמידה וחלה טעות שגרמה לשינוי הקודון , עדיין קיים סיכוי לקישור החומצה האמינית הנכונה ויצירת החלבון הנכון והתקין ).

התרגום עצמו ממולקולות של RNA שליח לחלבון מתבצעות בריבוזום .

רגע לפני שניכנס אל הריבוזום , בואו נכיר את הtRNA , הוא המולקולה שנושאת על גבה את החומצות האמיניות , ומתחברת בהתאם לאנטי קודון שיש עליה.

איך זה עובד?

אם אני צריכה חומצה אמינית שמקודדת לפי CCC ( זה מה שיהיה רשום בmRNA ) , היא תהיה מחוברת לtRNA  שהאנטי קודון שיהיה עליו הוא GGG.   בציור: החלק הכחול הוא המקום שבו יהיה האנטי קודון , והסגול הוא המקום שבו תתחבר החומצה האמינית .

אל הריבוזום נכנסת המולקולה המוגמרת של mRNA, בהתאמה לקודונים שעליה, נכנסות מולקולות tRNA שנושאות עליהן את החומצות האמיניות המתאימות . tRNA נקשר לmRNA בעזרת ההתאמה בין הקודון לאנטי קודון , וברגע שיש שתי חומצות אמיניות אחת ליד השנייה, נוצר ביניהן קשר פפטידי, ולאט לאט נוצר החלבון (זוכרים שחלבון מורכב פשוט ממלא חומצות אמיניות הקשורות ביניהן בקשר פפטידי?).

רגע לפני שמסיימים את החלק הזה בסיכום, כמה נקודות חשובות:

1. כרומוזומים  שונים זה מזה בכמה דברים :
   1. רצף הנוקלאוטידים - שוני ברצף של הנוקלאוטידים משמעו שוני בכרומוזום
   2. אורך מולוקולה שונה- אורך המולקולה נובע מספר הנוקלאוטידים ולכן שוני במספר                הנוקלאוטידים מביא לשוני בכרומוזום .
   3. סוג הנוקלאוטידים - הסוג של הנוקלאוטיד זה השם שלו (A,T,C,G) שוני בו יביא לשוני בכרומוזום .
2. הבדלים בין RNA לDNA:
   

DNA	RNA
דו גדילי	חד גדילי
T תימין	U אוריציל
דה-אוקסיריבוז Deoxiribose Nucleic Acid= DNA	ריבוז Ribose Nucleic Acid= RNA

3. הקוד הגנטי הוא אוניברסלי-לא משנה באיזה ייצור, כלב, חתול , חמוס , אדם או כל יצור שעולה על רוחכם - אותו הקוד יביא את אותה החומצה האמינית.
   

ועכשיו חברים , הבנתם איך נוצר חלבון ממולקולת DNA.

אבל ברור לכולנו , שזה לא הדבר היחיד שנכנס תחת הכותרת מדנא לחלבון ….

תעתוק הפוך

וירוסים שיש להם DNA מחדירים את הDNA שלהם אל תוך תאים של יצור אחר. התאים של הויצור משכפלים את הDNA של הוירוס, ומייצרים את החלבונים לפיו - וכך נוצרים וירוסים חדשים (יעני ככה הוירוסים מתרבים ).

וריוסים שאין להם DNA, אלא רק RNA, מחדירים לתוך תאים של יצור אחר את הRNA יחד עם אנזים שמתעתק הפוך (יוצר DNA מRNA ) ואז בתוך התא ה"נפלש" מיוצר הדנא של הוירוס, ואז הוירוס מתרבה .

בקרה על ביטוי גנים

אמרנו כבר קודם שלא כל הגנים באים לידי ביטוי בכל התאים,גנים לתחזוקה שוטפת של התא (כמו למשל גנים של אינזימים הקשורים לנשימה תאית , או גנים הקשורים לתעתוק ותרגום הדנא) באים לידי ביטוי בכל התאים. יש גם גנים שכן באים לידי ביטוי אבל לא כל הזמן .אבל איך זה קורה?

ליד כל גן , או קבוצת גנים יש אתר שנקרא אתר מקדם עליו יושב האנזים RNA פולימראז . ליד האתר המקדם יש אתר מפעיל , עליו יושבים חומרים שמעודדים או מונעים את התעתוק.בגלל שהם מעכבים את התעתוק הם בעצם מונעים את ייצור החלבון ובכך מבקרים על ביטוי הגנים .

מוטציות

מוטציה זה שינוי בDNA שעובר מדור לדור( לא מאמא לילדים שלה, אלא מדורות של התאים - מתא אחד לשכפולים שלו ).

• מוטציה בתא רבייה - תעבור לילדים במידה והתא הופרה- בגלל שהתאים של העובר מקורם באותו תא שיש בו מוטציה, והם שכפולים מדוייקים של הDNA שלו , גם בDNA שלהם יהיה את אותה המוטציה.
• מוטציה בכל תא שהוא אינו תא רבייה- לא תעבור לילדים- המוטציה תעבור רק לתאים שישוכפלו מהתא בו קרתה המוטציה.

יש מוטציות שהן ספונטניות (קרו מעצמן בגלל איזו טעות בשכפול או בתעתוק), ויש מוטציות מושרות , שהן מוטציות שנגרמו בידי גורם כלשהו כמו למשל קרינה או חומרים כימיים מסוימים .

מוטציה כרומוזומלית

זוהי מוטציה שקצת קשה לפספס- יש שינוי במספר הכרומוזומים או במבנה של קטעים מסוימים, לפעמים חלק מהכרומוזום פשוט נחתך. עודף או חוסר גנטי . דוגמה מוכרת למוטציה כזו היא תסמונת דאון- לחולים בה יש שלושה עותקים מכרומוזום 21 (במקום 2) .

מוטציה נקודתית

בנקודה מסוימת בגן  יש שינוי בנוקלאוטיד אחד. השינוי יכול להיות הוספה או החסרה של נוקלאוטיד, והוא גם יכול להיות החלפה של נוקלאוטיד אחד באחר. על פניו לא נשמע כמו משהו כל כך נורא, אבל שינוי בנוקלאוטיד יגרום לכך שהחומצה האמינית שתבוא לידי ביטוי עלולה להיות חומצה לא נכונה, מה שיגרום לכך שיווצר חלבון שונה ממה שהיה אמור להיות , יהיה לו תפקוד שונה ופוף כל העולם יתפוצץ.

במקרה של הוספה או החסרת נוקלאוטיד, כל השרשרת תזוז , מה שיגרום לשינויים רבים יותר.

ההשפעות שיש למוטציה נקודתית (החלפה) -

1. כמו שאמרנו עכשיו , המוטציה יכולה לגרום לכך שתקושר חומצה אמינית לא נכונה ובכך יושפע המבנה של החלבון (גם ראשוני, גם שניוני וגם שלישוני ) ובכך גם התפקוד של החלבון.
2. המוטציה יכולה לקרות בקודון התחלה או סיום , מה שיגרום לכך שהתעתוק לא יקרה בכלל (אם הבעיה היא בקודון התחלה) או שהתעתוק לא ייסתיים במקום הנכון מה שיגרום למולקולת RNA ארוכה או קצרה מהרגיל (במקרה והבעיה היא בקודון סיום ) .
3. אפס השפעה 1- אם החלפת הנוקלאוטיד חלה באות השלישית קטן הסיכוי להחלפת חומצה אמינית ( הרי אמרנו שיש חומצות אמיניות עם יותר מקודון אחד) , אם לא הוחלפה החומצה האמינית אין כל השפעה למוטציה.
4. אפס השפעה 2- אם החלפת הנוקלאוטיד  קרתה בחלק שהוא אינטרון, לא תהיה לה כל השפעה על מולקולת הRNA המוגמרת שיוצאת מן הגרעין , ועל כן לא תהיה לה השפעה על החלבון שיווצר בסוף התהליך .

במקרה של מוטציה נקודתית של הוספה או החסרה של נוקלאוטיד, דבר שיגרום לכך שכל הרצף של הRNA יזוז, יווצר חלבון חסר משמעות שיפורק בתא.

שכפול DNA

השכפול של הDNA מתרחש בכל תא ממש לפני השכפול , כדי שבכל תא יהיה DNA.

התהליך:

1. אנזים מפרק את קשרי המימן בין שני גדילי הDNA.
2. נוצר מזלג הכפלה ( בגלל שעל כל גדיל יווצר עוד גדיל זה נראה כמו מזלג)
3. מול כל גדיל נוצר גדיל משלים בעזרת האנזים DNA פולימראז שמחבר נוקלאוטיד משלים לכל נוקלאוטיד.
4. מתקבלות שני מולקולות DNA

בכל מולקולה שנוצרה יש עכשיו את הגדיל החדש וגם גדיל ישן , ולכן קוראים לתהליך הזה שכפול חצי שמרני (כי הוא חצי שומר על מה שהיה קודם ).\

גם את הסיכום הזה שרדתם ! בטוח תשרדו את המבחן!

בהצלחה!!!