5-6-7-8הרצאות

cell division – DNA replication

RNA transcription

(translation)- תרגום 5 (translation)- תרגום 5

-תרגום האינפורמציה ב mRNAלחלבון

( כיצד האינפורמציה שבשפת הנוקלאוטידים AGCU X4)

(Argenine, Histidine... X20 מתורגמת לשפת חומצות האמינו )

הקוד הגנטי!

-רצף הנוקליאוטידים ב mRNA נקרא בשלשות = ( קודוןcodon)

4*4*4 = 64אפשרויות שונות לקודונים חומצות אמיניות !!!20ישנן

קיימות חומצות אמינו המקודדות ע"י כמה קודונים

ה"מידע" לבניית חלבון- הקוד הגנטי!

לכל חומצת אמינו מקודדים מספר קודונים

רב הקודונים המקדדים לאותה חומצת אמינו שונים רק בנוקליאוטיד האחרון, שכן

נקשרים לרב באופן מדויק רק לשני הנוקליאוטידים הראשונים בקודון.tRNAה-

מסגרת הקריאה

-3 תרגום חלבון אפשרי ב ( מסגרות קריאהreading frames)

רק מסגרת קריאה אחת מהווה את המסר לחלבון האמיתי

RNA הזיהוי נעשה ע"י סימנים ברצף ה-

Thesunwashotbuttheoldmandidnotgethishat.

T hes unw ash otb utt heo ldm and idn otg eth ish at.

Th esu nwa sho tbu tth eol dma ndi dno tge thi sha t.

The sun was hot but the old man did not get his hat.

מסגרת הקריאה- תרגיל

הנתון mRNAמה הוא רצף החומצות האמיניות שניתן לתרגם מרצף

UCAAGCUAUUCUAAU

1.

2.

3.

הבוגר לחלבון בציטופלסמה הבוגר לחלבון בציטופלסמהmRNAmRNAהאנזימים המעורבים בתהליך תרגום ה- האנזימים המעורבים בתהליך תרגום ה-

Ribosomal-RNA , rRNA

Transfer – RNA , tRNA

"בית החרושת" בו מתרחש התרגום

rRNA חלבונים שונים ו-50בנוי מ-בעל שתי תתי יחידות – גדולה וקטנה

כל תת-יחידה בנויה מתצמידים של חלבוןורנ"א-ריבוזומי

הריבוזום מבטיח: ח"א1000א. דיוק – טעות אחת ל- ב. מסגרת הקריאה הנכונה

בתא יוקריוטי קיימים מיליוני ריבוזומים

הריבוזומים הם גופיפים בתא בהם

מתבצע תהליך הבנייה של החלבונים.

(Ribosomal-RNA , r-RNA) רנ"א ריבוזומי

tRNAהיחידה הקטנה מהווה תבנית עליה ה-

mRNAמותאמים לקודון ב-

היחידה הגדולה עושה קטליזה להיווצרות

השרשרת הפוליפפטידית המתארכת )חומצות האמינו(

tRNA שלושה ל- mRNA אתרי קשירה: אחד ל- 4לריבוזום

(Transfer RNA ,tRNA )רנ"א מוביל

מוביל את החומצות האמיניות השונות המצויות רנ"א-מוביל•

בציטופלסמה, ל"אתר הבנייה" של החלבונים, הנמצא בריבוזומים.

בשתי הקצוות של המולקולה ממוקמות שתי שלשות של •נוקלאוטידים

בלתי מזווגים.

לכל אחת מהשלשות תפקיד חשוב בתהליך בניית החלבון.•

והיא שמקשרת בין מולקולת הרנ"א- ,אנטיקודוןשלשה אחת נקראת •

מוביל ובין שלשה מתאימה של נוקלאוטידים במולקולת הרנ"א-שליח

בתהליך בניית החלבון. , (, הנמצאת בריבוזוםקודון)

השלשה האחרת נמצאת בקצה האחר של מולקולת הרנ"א-מוביל.

אתר "היא נקשרת לחומצה האמינית המתאימה, ולכן היא נקראת

."הקישור לחומצה אמינית

לכל חומצה אמינית יש לפחות מולקולת רנ"א-מוביל ייחודית אחת,

.שנושאת אותה לריבוזום, בזמן שמתרחש שם תהליך בנייה של חלבון

מהווה מסגרת קריאה לכל הרצף שלב האיניציאציה

קודון התחלה AUG( המקדד לחומצת האמינו מתיונין start codon)

שלבי התרגום

הארכת השרשרת החלבוניתשלב האלונגציה , -אתרי ה tRNA: A )aminoacyl(, P )peptidyl(, E )exit(

שלב הטרמינציהmRNA התרגום מפסיק והריבוזום נופל מה-

:התרגום מפסיק באחד מהקודונים UAA, UAG, UGA )stop codons( שאינם מקדדים לחומצות אמינו

בסופו של תהליך התרגום מתקבל שייר של חומצות

אמיניות שמהוות את המבנה הראשוני של החלבון המיועד

החלבון -6

- חומצות אמיניות6

מבנה ראשוני, שניוני, שלישוני ורבעוני פעיל.

סוגי חלבונים ותפקידם

תוספות למבנה החלבונים

חלבונים

, והינם המרכיב תרכובות אורגניות הם קבוצה של חלבונים•האורגני העיקרי בתא.

החלבונים נמצאים בכל סוגי התאים, כמעט בכל מבנה ואברון •שהוא.

( - כגון צבע עיניים, הפנוטיפמכלול תכונותיו של האורגניזם ) •פעילות מערכת החיסון, רגישות לחומרים מסוימים - הינו תוצאה

ישירה של פעילות חלבונים.לחלבונים מבנה תלת-מימדי מורכב ביותר המכתיב את תפקידם •

ופעילותם בגוף החי.

חלבונים

. החלבון הינו חומצת אמינויחידת המבנה הבסיסית היא •שרשרת של חומצות אמינו.

חלבון סטנדרטי בנוי ממאות עד עשרות אלפי חומצות אמינו. •

אשר לכולן מבנה בסיסי משותף, חומצות אמינו20קיימות •אליו

מחוברת תוספת )שייר( ייחודית היוצרת את השוני ביניהן.

הרכב החומצות:

( Cכל חומצה אמינית מכילה אטום פחמן)

שאליו מחוברות מספר קבוצות:

קבוצה קרבוכסילית COOHבעלת אופי חומצי 2 קבוצה אמיניתNHבעלת אופי בסיסי קבוצה המסומנת באותR ,והוא החלק השונה בין החומצות

. השרשרת הצדדיתונקרא

שרשרת צדדית זו קובעת את זהות החומצה האמינית..השרשרת הצדדית שונה בגודל, בצורה, במטען ובפעילות

( NH3שחור – קבוצה אמינית )(.COOHוקרבוקסית )

כחול – שייר צדדי

nonpolar and ח.אמינו 8כתום -hydrophobic

polar, hydrophilicירוק-

acidicוורוד -

basicתכלת -

חלוקת החומצות אמינו

מבנה ראשוני

רצף חומצות האמינו היוצר את השרשרת. מבנה קווי פשוט.

כאשר חומצות אמיניות נקשרות זו לזו, נוצרת שרשרת חלבון. זהות וסדר החומצות האמיניות בשרשרת, קובע

את המבנה הראשוני של החלבון.

קשר הקשר הנוצר בין החומצות האמיניות נקרא: פפטידי

מבנה ראשוני

המבנה השניוני של חלבון

בין חומצות אמינו קשרי מימןבמבנה מיוחד זה נוצרים •מסוימות )רק חלק מחומצות האמינו מאפשרות מבנה

המקפל את החלבון לאחת לשינוי מרחבישניוני(, הגורמים משתי צורות עיקריות:

)ביתא(.β )אלפא( או משטח α סליל

של חומצה אמינית קבוצה קרבוקסיליתקשר מימן נוצר בין • של חומצה אמינית אחרתקבוצה אמיניתאחת לבין

(: כתוצאה מקשרים בתוך השייר helixצורת סליל )•

המבנה השניוני של חלבון

(: כתוצאה מקשרים בין שני שיירים או יותר Sheetצורת משטח )•

המבנה השניוני של חלבון

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.

כוחות משיכה ודחייה הקיימים בין האטומים של שרשרת החלבון גורמים •

לשרשרת עיוותים והתקפלויות אופייניות. המבנה המרחבי נוצר כתוצאה

מקיפול זה.

(, קשרי מימן, קשרים יוניים.S-S מספר סוגי קשרים: קשרי גופרית )•

במבנה השלישוני, חומצות אמינו שהיו רחוקות אחת מהשנייה במבנה •

הראשוני, יכולות להתקרב.

המבנה הרביעוני

זהו מבנה מורכב שקיים רק בחלק מהחלבונים. ייחודו בכך שהוא •

מורכב למעשה מתתי-יחידות, שכל יחידה היא חלבון בפני עצמו.

הקשרים הכימיים היוצרים את המבנה השלישוני עושים זאת גם •

במבנה הרבעוני.

לדוגמה החלבון טרופומיוזין המרכיב את סיבי השרירים מורכב משתי שרשרות.

סוגי חלבונים

רוב החלבונים משתייכים לאחת משתי קבוצות עיקריות:

חלבונים מבניים

חלבונים תפקודיים

אלו הם החלבונים שמרכיבים את התא, אברוניו, וחלק ממבני הגוף. לדוגמא:

-קולגן( מהחלבון 75% העור מורכב ברובו )כ .

מקרטין הפרווה והשיער מורכבים ברובם,

שניהם חלבונים וקורי עכביש )אשר מייצרות תולעי המשי( משי טהורים.

חלבונים מבניים

חלבונים תפקודיים

החלבונים הממלאים את כל התפקידים בגוף:

של מערכת החיסון. הנוגדנים חלבונים אלו מהווים את :מגנים הנוגדנים מסייעים למערכת החיסון להתגונן בפני פולשים זרים כגון

חיידקים ווירוסים.

חלבונים המעורבים בתקשורת בין תאים או בין יצורים :שליחים מוליכים עיצביים )כגון אינסולין(,הורמוניםחיים שונים.

ועוד.פרומונים)נוירוטרנסמיטרים, כגון אצטילכולין(,

מיוזין בעלי יכולת לייצר תנועה. חלבונים אלו, כגון :מכווצים, המצויים בשרירים.ואקטין

:חלבונים בעלי פעילות בקרה על ביטויי גנים.חלבונים מווסתים

( חלבוני הובלהtransporters:) חלבונים המסייעים בהעברת

חומרים ממקום למקום )הובלה בכלי דם, הובלת חומרים מחוץ

לתא ולתוך התא...

-משמשים כזרזים של תגובות כימיות בגוףאנזימים:

רוב התגובות הכימיות )בניה ופירוק( המתרחשות במערכות ביולוגיות מזורזות על ידי אנזימים.

האנזימים מזרזים את התגובות הכימיות לפחות פי מיליון.

סיכום

חלבוןתפקידחלבוני מבנהקרטין בשיער, ציפורניים ועוד

נוגדנים- חלבוני הגנה מפולשים

חלבונים מגינים

אנזימיםזרזים לתהליכים ביולוגיים

שליחיםבתקשורת בין תאים

בהעברת חומרים ממקום למקום

חלבוני הובלה

מכווציםיכולת לייצר תנועה

חלבונים מווסתיםפעילות בקרה על ביטוי גנים

קישור יונים 1(

פוספורילציה- הוספת פוספט2(

מתילציה- הוספת קבוצת מתיל3(

גליקוליזציה- הוספת סוכרים4(

חיתוך, סידור מבנה תלת-מימדי5(

תוספות למבנה החלבון

בקרת חיי התא

: בזמן חלוקת התאDNAהכפלת ה-•

: כאשר שיש צורך בביטוי גנים מסוימים = DNAשיעתוק ה-•

mRNAיצירת

תרגום mRNAלאחר השיעתוק יעבור ה- :DNAתרגום ה-•

לחלבון

החלבון יעבור שינויים נוספים – חיתוך, סידור מבנה •

תלת-מימדי, הוספת קבוצות סוכר )גליקוזילציה(, קב' אמיניות,

פוספטים וכ"ו.

רצפי בקרה- פרומוטורים

וחלבונים.DNAבקרה אפיגנטית – מתילציה של

ספרות עזר

MBC, ch.II-7. )Control of Gene Expression(

בקרת שיעתוק ( 7 גנים

בקרת שיעתוק ( 7 גנים

כיצד מתבצעת בקרת שיעתוק הגנים בפרוקריוטים ואאוקריוטים•

בקרת שיעתוק

מושגי יסוד:Promoter אתר מקדם בסיסי(פרומוטור )–Enhancer"רצף מעודד" – –Repressor "רצף מדכא" – –נקודת התחלת שיעתוק –-Operonבפרוקריוטים שיעתוק משותף - אופרון –באאוקריוטים – יחידות שיעתוק נפרדות –trams-elements, רצפים רחוקים cis-elements רצפים קרובים – = חלבונים הנקשרים transcription factorsפקטורי שיעתוק, –

או לעכב שיעתוק. לרצפי בקרה עלמנת לאפשר/לזרז

המבקרים שיעתוק של גניםDNAרצפי בקרה ב-

Promoters – פרומוטור

(.upstream )באזור שלפני הגן, DNAרצף רגולטורי על ה-

(איפה יתחיל השעתוק1)קובע:

(כמה עותקים – ע"י חוזק הקשירה של הפולימרז אליו )פרומוטור חזק/חלש(2)

שונה בכל גן אבל בעל אזורי קונצנזוס

CAAT box, TATA box

Repressorרצף מדכא –

רצפי קישור לחלבונים מעכבים

יכול להקשר לאופרטור ולהפסיק את רפרסור – בקרה שליליתשעתוק הגנים

Enhancerרצף מעודד –

רצפי בקרה המזרזים קישור פקטורי שיעתוק שמזרזים תרגום או שעתוק. הם יכולים להיות רחוקים, קרובים,

אחרי, לפני ובתוך הגן

Transcription start siteנקודת התחלת שיעתוק

ומתחיל בו את תהליך השעתוק RNApolyהאתר בו נקשר ה-

חלבונים שעוזרים לו בתהליך השעתוק )הם יכולים גם 12ביחד איתו נקשרים

Transcription factorsפקטורי שעתוק- לעכב בתהלכים אחרים ( הם נקראים

Transcription start siteנקודת התחלת שיעתוק

ומתחיל בו את תהליך השעתוק RNApolyהאתר בו נקשר ה-

חלבונים שעוזרים לו בתהליך השעתוק )הם יכולים גם 12ביחד איתו נקשרים

Transcription factorsפקטורי שעתוק- לעכב בתהלכים אחרים ( הם נקראים

Trans – elementsרצפי בקרה "רחוקים" cis-elementsלעומת

( cisבאאוקריוטים ימצאו אזורי בקרה קרובים )•(, transורחוקים )

רצפי בקרה באאוקריוטים

בפרוקריוטים יימצאו בד"כ יחידות שיעתוק = אופרון•

כיצד משתמשים ברצפי הבקרה ?

רצפי הבקרה מאפשרים שליטה על •ביטוי הגן

באופן מעשי בהנדסה גנטית ניתן •לשפעל את התא/הוקטור המכיל את

הגן ע"י "מתן פקטורי שיעתוק –או חומרי מזון במצע שיאפשרו את –

"פתיחת האופרון "שינוי טמפרטורה–

פרוקריוטים –"אופרון הלקטוז"

מנגנון "השראתי"••inducible transcription

רק כאשר מופיע במצע •הגידול הסובסטרט, הוא

יגרום לחלבון המעכב "לרדת" מהפרומוטור

ויאפשר שיעתוקלא תמיד העיכוב הוא •

אקטיבי

כל עוד מצוי טריפטופן במצע – אין •צורך לייצר אותו. לכן הטריפטופן

נקשר לחלבון המעכב

מקרה שלישי – •רמות נמוכות של גלוקוז גורמות •

לגיוס קומפלקס חלבוני הנקשר cAMPלאנהנסור יחד עם

ומאפשר שיעתוק

כאשר הגלוקוז גבוה , אין גיוס של •הקומפלקס

מוטציות8(

מיקום המוטציות

סוגי מוטציות

ספרות עזר

The Cell, ch.I-5. Replication, Maintenance, and Rearrangements of Genomic

DNA.

Evolution in Action

מוטציות הינן המקור לווריאציה גנטית.

מוטציות יוצרות אללים חדשים המספקים את הבסיס לאבולוציה.

מוטציותמוטציות

כל שינוי בגנום נקרא 'מוטציה'.

. הפרעות כרומוזומאליות:1

- שינוי כרומוזומאלי גדול שניתן לאבחון מיקרוסקופי

- שינוי במספר הכרומוזומים

שינוי גס במבנה הכרומוזום -

מוטציותמוטציות

כל שינוי בגנום נקרא 'מוטציה'.

שינוי ברצף הנוקלאוטידי של גן. 2

מוטציה יכולה לגרום למוות, אולם גם לא להיות מורגשת כלל

מוטציות סומטיות:

- מתרחשות בתאים שאינם הגמטות

- נוצרת "מוזאיקה" באורגניזם

- הסיבה לחלק מהסרטנים

מוטציות בתאי הנבט:

מוטציה מורשת

מתרחשות בתאים היוצרים את הגמטות

הגמטה מעבירה את המוטציה לדור הבא

מוטציותמוטציות

איך נגרמות מוטציות?איך נגרמות מוטציות?

מוטציות ספונטניותמוטציות ספונטניות1.1.

99.9999999%מנגנון השכפול מדויק רק ב-

DNA polymerase

RNA polymerase

Robosomal RNA

. גורמים סביבתיים. גורמים סביבתיים22

DNAקרינה - עלולה לגרום לשבירת ה-1.

- יכול לאחות שני תימידינים.UVאור 2.

בזמן השיכפולinsertionsחומרים ארומטיים יכולים לגרום ל- 3.

חומרים מוטגניים4.

וירוסים ועוד5.

. וירוסים. וירוסים33

חלק מהוירוסים מחדירים את הגנום שלהם לגנום התא •

AIDSהמאכסן, כדוגמת וירוס ה-

כשהווירוס עוזב את התא הוא יכול בטעות לקחת חלק •

של המאכסן, ולהעביר אותו למאכסן אחר.DNAמה-

ממין אחד לאחר.DNAלעיתים וירוסים יכולים להעביר •

•EBVוירוס מסרטן -

. טרנספוזומים. טרנספוזומים44

•DNA )"עצמאי )וירוסים "ערומים יוצרים עותקים מעצמם, היכולים רנדומאלית לחדור לגנום•כיום שרידי טרנספוזומים מרכיבים כחצי מגנום האדם•

לכל פרט שני עותקים מכל כרומוזום•

בגמטות עותק אחד מכל כרומוזום הנבחר רנדומאלית•

הכרומוזומים מבצעים שיחלופים ה"מערבבים" גנים בין שני •

הכרומוזומים ביצירת הגמטות

שיחלוף בין עותקים שונים של אותו הטרנספוזום יכול •

לגרום לחסר או הכפלה

. שיחלוף. שיחלוף55

שיחלוף נורמאלי:אזורים הומולוגיים התחלפו

שיחלוף מוטעה עקב רצפים חוזרים

...מוטציהמוטציה מוטציה חיובית•

מוטציה ניטראלית•

מוטציה מזיקה•

מוטציה לטאלית•

מוטציות הנגרמות משינוי נוקלאוטיד בודד:

DNA מוטציה נקודתית - שינוי ברצף מולקולת ה-•

מוטציה שקטה - Sense- מוטציית

- שינוי בחומצה אמיניתmissense- מוטציית

- יוצרת קודון סיוםnonsense- מוטציית

מוטציה המשנה את מסגרת הקריאה•

מוטציה שקטה אין שינוי ברמת החלבון, למרות השינוי ברמת הגנום

SenseSenseמוטציית מוטציית

שינוי של נוקלאוטיד ברצף, הגורם להכנסת חומצה אמינית שונה לחלבון הנוצר.

missensemissenseמוטציית מוטציית

אנמיה חרמשית

זהו שינוי קיצוני מחומצת אמין פולארית ללא פולארית

קודון המקודד לחומצה אמינית משתנה לקודון סיום.

NonsenseNonsenseמוטציית מוטציית

מוטציות בהן נוספים לרצף נוקלאוטידים, או מוסרים

מסגרת הקריאה של הרצף הראשוני מוסתת

מוטציות אלה התגלו כגורם המרכזי להפרעות גנטיות

מהמוטציות הידועות5-10% כ

THE FAT CAT ATE HIS HAT

THE FAA TCA TAT EHI SHA T Insertion of an A  THE FTC ATA TEN ISH AT Deletion of an A

What happens if you insert or delete three nucleotides?

((frame-shift mutationsframe-shift mutationsמוטציות חסר והוספה המשנה את מסגרת הקריאה)מוטציות חסר והוספה המשנה את מסגרת הקריאה)

Human breast cancer gene, BRCA2Human breast cancer gene, BRCA2

)wild type( אלל נורמאלי

אלל מוטנטי

4 base pair deletionCauses frameshift

Stop codon

ממקרי סרטן השד הינם על רקע משפחתי5%

מהמקרים המשפחתיים20% מהוות BRCA2מוטציות בגן

מוטציית הכפלהמוטציית הכפלה

זוהיא מוטציה בה איזור מסויים בגנום מכפיל את עצמו

חזרות של שלשות נוקלאוטידיםחזרות של שלשות נוקלאוטידים

ברצף של חלק מהגנים קיימות חזרות של שלשות נוקלאוטידים. .שלשת הנוקלאוטידים חוזרים זה אחר זה למספר פעמים משתנה

!מוטציה? תלוי במספר החזרות

(CAG השביר )Xסינדרום ה-

מחלת myotonic dystrophy

חזרות של 5-37 באלל נורמאלי GTC

חזרות50 באלל מוטנטי )חולה( יש מעל

מספר החזרות עולה במעבר לדור הבא  

Review of our types of mutations

SUMMARYSUMMARY