מדנ"א לחלבון
תפקידים של דנ"א העברת המידע האצור בו מתא אם לתאי הבת, מאורגניזם לצאצאיו. בחלוקת התא מתקבלים שני תאים זהים מבחינת מידע תורשתי לתא אם. קשרים כימיים חזקים בין נוקלאוטידים בגדיל של דנ"א מאפשרים שמירה על המידע התורשתי לאורך דורות. קשרים כימיים חלשים בין גדילי הדנ"א מאפשרים את הפרדתם לצורך שכפול הדנ"א ביטוי המידע האצור בו בתא. בגנים מקודדת אינפורמציה על מבנה החלבונים הפועלים בתא. פעילות החלבונים קובעת את תפקוד התא.
הדוגמה המרכזית דנ”א שכפול תיעתוק חלבון רנ”א תרגום
הקשר בין דנ”א לבין חלבונים “הוראות הייצור” של כל אחד מהחלבונים נמצא בגנים. רצף הבסיסים במולקולת הדנ”א מהווה את התוכנה ליצירת חלבונים ונקרא “הקוד הגנטי”. גן - זהו קטע ממולקולת הדנ”א המכיל את המידע ליצירת חלבון אחד.
החלבונים החלבונים הם מולקולות גדולות המורכבות מחומצות אמיניות. החלבונים הם מולקולות גדולות המורכבות מחומצות אמיניות. החלבונים מבצעים את התהליכים הרבים המתרחשים בתאים ובגוף היצורים החיים. החלבונים מביאים לידי ביטוי את התכונות השונות: צבע עיניים, צורה חיצונית וכו’.
החומצה האמינית היא המונומר של מולקולת החלבון מבנה ראשוני מבנה שניוני החומצה האמינית היא המונומר של מולקולת החלבון מבנה שלישוני מבנה רביעוני
היכן מתבצעים התהליכים בתא? תהליך התעתוק – מתבצע בתוך גרעין התא תהליך התרגום – מתבצע בציטופלסמה, מחוץ לגרעין התא.
חומצת אמינו רנ"א-מוביל חלבון רנ"א-שליח ריבוזום
שלבי התיעתוק התקשרות רנ”א פולימראז ל”אתר ההתחל”. פתיחת קטע של דנ”א המכיל תבנית בניה של חלבון. התקשרות רנ”א פולימראז ל”אתר ההתחל”. תיעתוק גדיל רנ”א על גבי גדיל דנ”א המשמש לו כתבנית. התיעתוק נעשה על פי הכלל של יחסים משלימים בין זוגות הבסיסים החנקניים. שחרור הרנ”א פולימראז מהדנ”א וסיום התיעתוק. http://www.fed.cuhk.edu.hk/~johnson/teaching/genetics/animations/transcription.htm
ת ה ל י ך ת ע ת ו ק רצף נוקלאוטידים מאחד הגדילים של דנ"א מועתק לרצף נוקלאוטידים במולקולת רנ"א-שליח. ה אנזים רנ"א-פולימרז מפעיל את התהליך בועת התעתוק אנזים שליח הגדיל המתועתק
סליל הDNA נפתח ומתחיל להיווצר הmRNA .
mRNAהולך ומתארך.
טרם יציאת mRNA לציטופלסמה היא עוברת תהליך שחבור – תהליך עיבוד בו מוספים קטעים ומושמטים קטעים. קטעי RNA שמורחקים נקראים אינטרונים ואלו שנשארים – אקסונים. אורך ממוצע של גן באדם 16.000 בסיסים אורך ממוצע של mRNA בציטופלסמה רק 2.200 בממוצע בכל גן באדם 7 אקסונים בגנים שונים גם 60 אקסונים
שחבור עם סיום התעתוק ה mRNA יוצא דרך נקבוביות בתוך קרום הגרעין אל תוך הציטופלסמה בו מתבצע שלב התרגום.
מהם ההבדלים בין DNA ל- RNA ? http://vector.cshl.org./dnaftb/21/concept/index.html מהם ההבדלים בין DNA ל- RNA ? מהם שלושת סוגי ה-RNA בתא ומהם תפקידיהם? לפניך קטע ממולקולת DNA: ---------ACGTTTAACCGGCGA--------------------- -----------TGCAAATTGGCCGCT------------------- עליך לבנות RNA – שליח (mRNA) מהגדיל התחתון
הבדל בין DNA ל- RNA
טיפוסי רנ"א רנ”א ריבוזומלי rRNA רנ”א מעביר tRNA רנ”א שליח m RNA
כיצד רצף הבסיסים בדנ”א מתורגם ליצירת חלבון? רצף של שלושה נוקלאוטידים מהווים צופן (קוד) לחומצה אמינית מסוימת. סדר שלשות הנוקלאוטידים בדנ”א קובע את סדר החומצות האמיניות בחלבון. כל סדר שונה של נוקלאוטידים יתורגם לרצף שונה של חומצות אמיניות ויווצר חלבון שונה. ישנם 64 קודונים: 61 מקודדים לחומצות אמיניות 3 מסמנים סיום תהליך התרגום לרוב חומצות אמיניות יש יותר מקודון אחד. קוד גנטי הוא אוניברסלי – אצל כל יצורים חיים אותן חומצות אמיניות מקודדות על ידי אותם קודונים.
מולקולות רנ"א, המאופיינות על ידי 4 סוגי בסיסים לבין תהליך התרגום מקשר בין מולקולות רנ"א, המאופיינות על ידי 4 סוגי בסיסים לבין מולקולות חלבונים המורכבות מ - 20 חומצות אמיניות. בתהליך זה לפולימר הקיים ולפולימר הנבנה עליו יש יחידות חוזרות שונות לחלוטין.
רנ"א-שליח – העתק מגן אחד גן – קטע DNA הנושא מידע על רצף חומצות אמיניות בחלבון אחד קוד גנטי (קודון) – רצף של שלושה נוקלאוטידים המקודד לחומצה אמינית אחת. ישנם 64 קודונים: 61 מקודדים לחומצות אמיניות 3 מסמנים סיום תהליך התרגום לרוב חומצות אמיניות יש יותר מקודון אחד. קוד גנטי הוא אוניברסלי – אצל כל יצורים חיים אותן חומצות אמיניות מקודדות על ידי אותם קודונים. קוד גנטי הוא בלתי-חפיף – כל נוקלאוטיד שייך לקודון אחד.
בתהליך התרגום נוצרים חלבונים על פי המידע הגנטי שמצוי ברנ"א-שליח
המידע הגנטי עובר מ- הדנ"א לחלבון דרך הקוד הגנטי רנ"א-שליח חלבון תעתוק תרגום את הנוקלאוטידים קוראים מקצה ה – 5' לקצה ה – 3'
הקוד הגנטי והקודונים הקוד הגנטי הוא אוסף של שלישיות בסיסים על גבי רנ"א-שליח. כל שלישיית בסיסים קרויה קודון. לכל אחת מ-20 החומצות האמיניות מתאים קודון אחד או יותר. ארבעת הבסיסים : אדנין - A, אורציל - U, ציטוזין - C וגואנין – G, מאפשרים יצירה של שלישיות מרובות (בסיס מסוים יכול להופיע יותר מפעם אחת באותה שלישיה).
הקוד הגנטי
הקוד הגנטי טבלת קודונים וחומצות אמיניות נראה את שלושת קודוני העצירה (STOP), שאינם מקודדים חומצות אמיניות וכמו כן נראה שלכל חומצה אמינית יש יותר מקודון אחד, למעט חומצה אחת - Met. קודון
על רנ"א-שליח נמצא המידע גנטי לרצף החומצות האמיניות בחלבון. אבל : HELP ! על רנ"א-שליח נמצא המידע גנטי לרצף החומצות האמיניות בחלבון. אבל : רנ"א-שליח אינו נקשר ישירות לחומצות האמיניות. ב – 1955 הציע קריק את ההשערה הבאה: "תהליך התרגום מחייב קיום של מולקולה נוספת: מולקולה שנושאת עליה את החומצה האמינית וגם מזהה את הקודון המתאים לחומצה זו על רנ"א שליח". מולקולה זו היא רנ"א-מעביר.
המולקולה שראה קריק בדמיונו: חומצה אמינית רנ"א-שליח קודון מצידה האחד נקשרת לחומצה אמינית ומצידה האחר נקשרת לקודון
לרנ"א-מעביר יש שני אתרים חשובים
אתר הקישור לחומצה האמינית
אתר הקישור אל הקודון ברנ"א-שליח אתר הקישור אל הקודון ברנ"א-שליח. הקשרים בין הקודון לאנטיקודון הם קשרי מימן
שני אתרי הקישור של רנ"א-מעביר זמינים מבחינה מרחבית
סיכום זמני המידע הגנטי שבדנ"א הועתק לרנ"א שליח . המידע הזה הוא אוסף של קודונים. לכל קודון מתאימה חומצה אמינית. רנ"א מעביר נקשר לחומצה אמינית ומביא אותה אל הקודון המתאים לה. עכשיו ניתן להתחיל את תהליך התרגום. היכן הוא מתרחש? על גבי מבנה שנקרא ריבוזום.
הריבוזום הפעיל מורכב משתי יחידות : יחידה קטנה ויחידה גדולה כל אחת משתי היחידות בנויה משני סוגי מולקולות: רנ"א-ריבוזומלי שמהווה שני שליש ממשקל הריבוזום. חלבון שמהווה שליש ממשקל הריבוזום.
מבנה הריבוזום- rRNA.
הרכב הריבוזום
הריבוזום הוא מבנה שמצוי בציטופלסמה של התא. על גבי הריבוזום מתבצע תהליך התרגום. ריבוזומים ציטופלסמה גרעין התא
בתוך הריבוזום יש שלושה אתרים לקשירת tRNA ואתר אחד לקשירת mRNA
4 "שחקנים" משתתפים בתהליך התרגום ריבוזום –מבנה בציטופלסמה של התא. על גביו מתרחש תהליך התרגום כלומר ייצור החלבון רנ"א-שליח –מולקולה שנוצרת בגרעין התא על פי תבנית הדנ"א ומכילה את הקוד הגנטי. מולקולה זו מגיעה אל הציטופלסמה ונקשרת לריבוזום. רנ"א-מעביר – מולקולה הפועלת כמתאמת בין הנוקלאוטידים ברנ"א-השליח לבין החומצות האמיניות בחלבון. חומצות אמיניות –מונומרים מהם בנויים החלבונים.
רנ"א-שליח נקשר גם הוא ליחידה הקטנה רנ"א-מעביר טעון בחומצה האמינית מתיונין מתחבר ליחידה הקטנה של הריבוזום, באתר P - רנ"א-מעביר רנ"א-שליח נקשר גם הוא ליחידה הקטנה
רנ"א-מעביר נע לאורך הרנ"א השליח עד שהוא מגיע לקודון AUG קודון ההתחלה
תת-היחידה הגדולה של הריבוזום מתחברת אל תת-היחידה הקטנה
רנ"א-מעביר אחר, שנושא את החומצה האמינית הבאה מתחבר לאתר A
נוצר הקשר הפפטידי הראשון (וניתק הקשר בין מתיונין לרנ"א-מעביר)
סיום
בתום יצירת הפוליפפטיד נפרדים כל מרכיבי המערכת בידידות , מוכנים ליצירת פוליפפטיד חדש
כל התהליך:
יצירת שרשרת פוליפפטידית
תהליך התרגום מתבצע בו זמנית על ידי מספר ריבוזומים - פוליזום
תהליך התרגום יכול להתבצע באופן סימולטני, עם מספר ריבוזומים, על אותו מקטע mRNA
האם רנ"א-מעביר יודע לאיזו חומצה אמינית להיקשר ? בניסויים, מצאו שניתן לקשור לרנ"א-מעביר כל חומצה אמינית כרצוננו והוא ישבץ אותה בפוליפפטיד על פי האנטיקודון שלו, גם אם השיבוץ שגוי ! לפיכך...
יש מולקולה נוספת שעומדת מאחורי הקלעים מולקולה זו היא האנזים: אמינו-אציל-רנ"א-מעביר-סינתטאז aars האנזימים השייכים למשפחה זו הינם המולקולות היחידות שמכירות את הקוד הגנטי
מולקולה זו היא האנזים: אמינו-אציל-רנ"א-מעביר-סינתטאז aars חומצה אמינית רנ"א מעביר
אנימציה של כל התהליך http://207.207.4.198/pub/flash/26/transmenu_s.swf
http://www.amalnet.k12.il/meida/biolog/bioi0053.htm http://vector.cshl.org./dnaftb/22/animation/index.html http://www.accessexcellence.org/AB/GG/protein_synthesis.html http://www.accessexcellence.org/AB/GG/central.html http://www.celera.com/genomics/geneed/c/c/geneed/geneed.cfm http://www.accessexcellence.org/AB/GG/cell.html
התפקוד החלבוני חלבונים פעילים רק לאחר שהם מתקפלים למבנה התלת מרחבי, למבנה השלישוני. בדרך כלל שתהליך הקיפול אינו מתבצע באופן עצמאי ע"י החלבון שנוצר, אלא בעזרת חלבון נוסף הקרוי chaperone.
גם לאחר סיום ייצור החלבון וקיפולו, יש עוד צורך לשלח אותו לאברון המתאים בתא. המיון של אברוני המטרה של החלבונים נעשה בעזרת רצף אופייני של חומצות אמינו שיש בחלבון.
תוחלת חיים של החלבון. לחלבונים השונים יש תוחלת חיים בהתאם לתפקיד החלבון. לחלבוני מבנה יש תוחלת חיים של חודשים או שנים. מאידך חלבונים הקשורים למטבוליזם התאי תוחלת חיי קצרה יותר. לדוגמא, לחלבונים הקשורים לחלוקת התא, תוחלת חיים של שעות או אפילו שניות! חלבונים שאינם נחוצים לתפקוד התא מתפרקים ע"י אברון בשם proteasome.
עיכול תאי של חלבונים. חלבונים שמיועדים להשמדה מסומנים ע"י חלבון קטן בשם ubiquitin. ה proteasome אשר מורכב מ 10 חלבונים שונים. לאחר כניסת החלבון ל proteasome החלבון עובר עיכול.
http://gifted.snunit.k12.il/activities/clone/lab1.html
פרס נובל בכימיה 2009 לחוקרת ישראלית, פרופ' עדה יונת פרס נובל בכימיה 2009 לחוקרת ישראלית, פרופ' עדה יונת מי גילה את הריבוזום? באמצע שנות החמישים של המאה ה-20, גילה הביולוג פאלאדה את הריבוזומים באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני פאלדה קיבל פרס נובל בכימיה בשנת 1974
ומהם הישגיהם של זוכי הפרס השנה? פענוח מבנה הריבוזום באמצעות שימוש בשיטת קריסטלוגרפיה בקרני X פענוח המבנה אפשר זיהוי האתרים בריבוזום שבהם מתבצע כל אחד משלבי יצור החלבונים החל מקשירת m-RNA ו t-RNA לריבוזום ועד יציאת חלבון שלם ריבוזום של חיידקים בנוי מכ- 50 סוגים של חלבונים, ריבוזום בתאים של איקריוטים אף ממספר רב יותר http://www.weizmann.ac.il/YonathNobel/
ומהם הישגיהם של זוכי הפרס השנה? הכרת ההבדלים בין מבנה של ריבוזומים ביצורים איקריוטים לבין אלה שביצורים פרוקריוטים (חיידקים) פענוח מנגנון הפעולה של תרופות אנטיביוטיות הפוגעות באופן ייחודי בתהליך יצירת חלבון בריבוזום של חיידק ואינן פוגעות בתהליך המתקיים בתאי אדם http://www.d-arena.co.il/lofiversion/index.php/t56308.html
ומהם הישגיהם של זוכי הפרס השנה? זיהוי מנגנון עמידות של חיידקים לתרופות אנטיביוטיות הישגים אלה יאפשרו: לפתח תרופות אנטיביוטיות חדשות ויעילות לטפל במחלות הנגרמות על ידי יצור לא מבוקר של חלבונים