68
ביולוגיה1 הרצאה1 ? חוקר הביולוג איך. לחקר שונות גישות יש1 . שאפשר ביותר המרכזי הדבר זה תופעות בעין לראות תצפיות ליצור מנת על כלים מפתחים החוקרים ומסתכלים מקום באיזהשהוא שיושבים כך ידי על תצפיות לראות אפשר. לעשות2 . . בטבע מצבים של ודימוי במעבדה ניסוי של ביצוע כתוצאה. גישות כמה ישנם בעצם מהתצפית לשאול אפשר שאלות לסכמן אפשר אשר, בהשערות משערים אנו ואפשר, אמפריות הן הללו ההשערות. עובדים הדברים כיצד לנבא יש דבר של בסופו. לבחון הניבוי מידה באיזה. נכונה שלנו ההשערה או לעשות יכולים אנחנו2 : ניסויים של סוגים1 . . קבוצות או דגימות בין השוואה. תצפיות בעיקר: השוואתים ניסויים2 . מתבצע. הקבוצות בין להבדלים לגרום המשוער המשתנה הגורם של שינויים בחינת: מבוקרים ניסויים. בעצמנו למעבדה והפיכתה מהטבע פיסה לקיחתי" ע או במעבדה בעיקר ומורידים תופעה שיש להגיד דדוקטיבית בצורה או היפותזות יצירתי" ע אינדוקטיבי באופן לחקור אפשר לבחון ניסויים ובעזרת מסויימת תופעה לנבא, כלומר- משערים אנו אותה לתוצאה הכרחי מה ורואים אלמנטים. אותה צפרדעים למחקר דוגמא שאל והוא המחקר את ערךונסון' ג פטר. נוספת גפה בעלי צפרדעים נצפו בקליפורניה שבבריכות הראתה התצפית לתופעה גרם מזהם חומר" הייתה שלו ההשערה." בגפיים מומים עם צפרדעים נמצאו מסויימות בבריכותמדוע" מסוג שהצפרדע זה מצא שהוא ומה. המים את ובדק הבריכות מכל מים לקח, השוואתי ניסוי עשה הוא." הזו, שלו בהיפוטזה תמכו לא המזהמים ניטור של והתוצאות מאחר מהזיהום הנראה ככל מושפע לא טרי פסיפיק. בצפרדעים לדפורמציה גרם לא שהזיהום למסקנה הגיע ולכן ריביורה נקרא אשר טפיל בהם שיש מחלזונות אלא ב הבאים הפרמטרים את בדק הוא9 ב ו,( בשקףכתובים) נורמלים צפרדעים בהם שהיו הבריכות4 , פגומים שהיו. דפורמציה הייתה גם, (טפיל) רבריורה שהיה ואיפה פגומים צפרדעים היו חלזונות שיש שאיפה ראה והוא הוא ואז. לדפורמציה גרמו הריביורה הנראה ככל או החלזונות אבל, הגורם לא הוא שהזיהום הייתה המסקנה." הריביורה טפיל בשל נגרמו בצפרדעיםהמומים- החדשה ההיפטוזה על שהתבוסס הבא לניסוי עבר לקח הוא במעבדה לניסוי תצפית מניסוי עבר הוא4 הוא. צפרדעים של ביצים בהם ושם גדולים אקווריומים בין אותם פיזר4 : אקווריומים של שונים סוגים1 . . דבר בו הוסיף לא ביקורת אקווריום2 . לריה בשם ביקורת טפיל ביקורת חיית עם אקווריום3 . . המזהם הטפיל עם אקווריום4 . אקווריום של תערובת2+3 הצפרדעים שמספר ככל וירדה הלכה שהתמותה ראה הוא? פגומים צפרדעים יווצרו אקווריום באיזה שאל הוא כן הריבוריה אך, בצפרדעים דפורמציה לשום גורמת לא( הביקורתטפיל) שהלריה מצא והוא, עלה הפגומים. גורמת. מעבדה וניסוי תצפית לניסוי דוגמא ראינו) בריאים ולא בריאים צפרדעים יש המזוהם שבאגם להיות יכול איך: הוא עשהונסון' שג אחד דבר עוד85% התפתחות של מוקדם בשלב כלומר, בוקעת הביצה שבה בשלב רק לדפורמציה גורם שהטפיל מצא הוא?( פגומים. נפגעו לא מהביצים חלק ולכן, הצפרדע יש מדעי במחקר2 : משתנים סוגי. הנמדדת התגובה או החוקר בודק אותו התהליך או בניסוי המושפע הגורם תלוי. התהליך על משפיע והוא בניסוי משנים אותו הגורם תלוי בלתי? חיים מהם היא טובה יותר הגדרה. ביולוגית לא אך יפה הגדרה שזה, " באפו נשמה אשרכל" הם שחיים אומר שושן אבן הבא לדור להעביר שמסוגל יצור, כלומר, " חומרים חילוף ומקיים להתרבות מסוגל אשר הוא חייצור" . חומרים חילוף ולקיים גנטית אינפורמציה רביה. תורשתי חומר של בצורה תכונות מועברות אליו אשר בנים דור ליצור היכולת© לוי אלעדי" ע נכתב1

סיכום וידאו ביולוגיה - ורד

Embed Size (px)

Citation preview

1 – הרצאה 1 ביולוגיה איך הביולוג חוקר?

יש גישות שונות לחקר.החוקרים מפתחים כלים על מנת ליצור תצפיות – לראות בעין תופעות – זה הדבר המרכזי ביותר שאפשר.1

לעשות. אפשר לראות תצפיות על ידי כך שיושבים באיזהשהוא מקום ומסתכליםביצוע של ניסוי במעבדה ודימוי של מצבים בטבע..2

– אנו משעריםבהשערות , אשר אפשר לסכמן שאלות אפשר לשאול מהתצפיתבעצם ישנם כמה גישות . כתוצאה באיזה מידה הניבוילבחון. בסופו של דבר יש לנבאכיצד הדברים עובדים. ההשערות הללו הן אמפריות , ואפשר

או ההשערה שלנו נכונה.

סוגים של ניסויים:2אנחנו יכולים לעשות ניסויים השוואתים: בעיקר תצפיות. השוואה בין דגימות או קבוצות..1ניסויים מבוקרים: בחינת שינויים של הגורם המשתנה המשוער לגרום להבדלים בין הקבוצות. מתבצע.2

בעיקר במעבדה או ע"י לקיחת פיסה מהטבע והפיכתה למעבדה בעצמנו.

אפשר לחקור באופן אינדוקטיבי – ע"י יצירת היפותזות או בצורה דדוקטיבית להגיד שיש תופעה ומורידיםאלמנטים ורואים מה הכרחי לתוצאה אותה אנו משערים- כלומר, לנבא תופעה מסויימת ובעזרת ניסויים לבחון

אותה.

דוגמא למחקר צפרדעיםהתצפית הראתה שבבריכות בקליפורניה נצפו צפרדעים בעלי גפה נוספת. פטר ג'ונסון ערך את המחקר והוא שאל"מדוע בבריכות מסויימות נמצאו צפרדעים עם מומים בגפיים". ההשערה שלו הייתה " חומר מזהם גרם לתופעה

הזו". הוא עשה ניסוי השוואתי , לקח מים מכל הבריכות ובדק את המים. ומה שהוא מצא זה שהצפרדע מסוגפסיפיק טרי לא מושפע ככל הנראה מהזיהום מאחר והתוצאות של ניטור המזהמים לא תמכו בהיפוטזה שלו,

אלא מחלזונות שיש בהם טפיל אשר נקרא ריביורה ולכן הגיע למסקנה שהזיהום לא גרם לדפורמציה בצפרדעים. שהיו פגומים ,4 הבריכות שהיו בהם צפרדעים נורמלים(כתובים בשקף), ו ב 9הוא בדק את הפרמטרים הבאים ב

והוא ראה שאיפה שיש חלזונות היו צפרדעים פגומים ואיפה שהיה רבריורה (טפיל) , גם הייתה דפורמציה.המסקנה הייתה שהזיהום הוא לא הגורם , אבל החלזונות או ככל הנראה הריביורה גרמו לדפורמציה. ואז הוא

עבר לניסוי הבא שהתבוסס על ההיפטוזה החדשה - ”המומים בצפרדעים נגרמו בשל טפיל הריביורה ". אקווריומים גדולים ושם בהם ביצים של צפרדעים. הוא4הוא עבר מניסוי תצפית לניסוי במעבדה – הוא לקח

סוגים שונים של אקווריומים:4פיזר אותם בין אקווריום ביקורת – לא הוסיף בו דבר..1אקווריום עם חיית ביקורת – טפיל ביקורת בשם לריה.2אקווריום עם הטפיל המזהם..32+3תערובת של אקווריום .4

הוא שאל באיזה אקווריום יווצרו צפרדעים פגומים? הוא ראה שהתמותה הלכה וירדה ככל שמספר הצפרדעיםהפגומים עלה, והוא מצא שהלריה (טפיל הביקורת) לא גורמת לשום דפורמציה בצפרדעים , אך הריבוריה כן

גורמת.

ראינו דוגמא לניסוי תצפית וניסוי מעבדה.85%עוד דבר אחד שג'ונסון עשה הוא: איך יכול להיות שבאגם המזוהם יש צפרדעים בריאים ולא בריאים (

פגומים)? הוא מצא שהטפיל גורם לדפורמציה רק בשלב שבה הביצה בוקעת , כלומר בשלב מוקדם של התפתחותהצפרדע, ולכן חלק מהביצים לא נפגעו.

סוגי משתנים: 2 במחקר מדעי יש תלוי – הגורם המושפע בניסוי או התהליך אותו בודק החוקר או התגובה הנמדדת.

בלתי תלוי – הגורם אותו משנים בניסוי והוא משפיע על התהליך.

מהם חיים? אבן שושן אומר שחיים הם "כל אשר נשמה באפו" , שזה הגדרה יפה אך לא ביולוגית. הגדרה יותר טובה היא

"יצור חי הוא אשר מסוגל להתרבות ומקיים חילוף חומרים" , כלומר , יצור שמסוגל להעביר לדור הבאאינפורמציה גנטית ולקיים חילוף חומרים.

– היכולת ליצור דור בנים אשר אליו מועברות תכונות בצורה של חומר תורשתי.רביה•

1נכתב ע"י אלעד לוי ©

– מטבוליזים – מכלול תהליכים שבעתיים נוצרים אנרגיה וחומרי תא. חילוף חומרים• משום שהגוף שלנו הוא בריכה עטופה בעור - רוב גופנו מכיל נוזלים ואנואנרגיהיש חשיבות רבה למונח •

מקיימים משטר קפדני של טמפרטורת גוף , כמות מים , מלחים , אנרגיה וכדומה. ברגע שיש יציאה אנו משקיעיםהומואוסטזיסמהאיזון , יש לנו חום או תחושות לא טובות. ובכדי לשמור על מצב יציב או

המון אנרגיה – בעיקר על מנת לחמם את הגוף שלנו.

ביליון שנים הם נוצרו ממולקולות כימיות על פני כדוה"א. אבל ברגע שנוצרו חיים,4חיים מקורם בדומם. לפני תא חי נוצר מתא קודם.

אריסטוטלוס בתיאוריה שלו על מוצא החיים כתב שחיים נוצרים באופן ספונטני מדומם, והוא אף נתן דוגמא.למשל עכברים נוצרים מבגדים שנמצאים באזור חשוך, והוא הציע שדגים נוצרים מבוצה , וזבובים נוצרים מבשר

מקולקל. לכנסיה היה נוח עם ההגדרה הזו והיא כפתה את ההגדרה הזו משום שהעולם לא היה עולם ניסויי בזמנו. ועד

התיאוריה הזו החזיקה מעמד.17למאה ה היא נכונה. וביצירה ספונטנית של חיים החלו לשאול שאלות , האם התיאוריה הזו של 17בתקופת המאה ה

אחד בשם תומאס בראון קרא תיגר על התיאוריה הזו , ואז החלה הביולוגיה הניסויית. 16464 שעשה ניסוי מעניין על זבובים. הוא לקח נתח בשר וחילק אותה ל 1668אחד החלוצים היה פרנצסקו רדי בשנת

קערות. הוא רצה להפריך את תיאורית יצירת הזבובים מבשר: הייתה גלויה והייתה קערת ביקורת.1קערה מספר • הוא עטף עם בד יוטה2קערה מספר • הקערות הנוספות הוא סגר בצורה הרמטית.2את•

וכך הוא הוכיח שזבובים נוצרו רק בקערה הגלויה – כלומר , רק כאשר הבשר היה גלוי. , נפתרה הבעיה על ידי לואי פסטר.19הניסוי שלו היה טוב אך לא משכנע ורק בסוף המאה ה

האקדמיה הלאומית למדעים של צרפת הכריזה על פרס כספי לפותר הבעיה, ולואי פסטר הוכיח כי התיאוריה שלהיצירה הספונטנית של החיים איננה נכונה. הוא ערך את הניסוי הבא:

כלי זכוכית , ומילא אותו בתמצית בשר. הנוזל הזה מעלה עובש וחיידקים אם מושאר בחוץ. הוא שם2הוא לקח את הנוזל בכלי זכוכית עם פתח צר וארוך אשר מונע מגע ישיר של האוויר עם הנוזל. הוא הרתיח את הקערות כך

שכל מה שחי שם מת , וכלי אחד הוא השאיר פתוח ואחד סגור. בסיום הניסוי הוא ראה שהכלי הפתוח היהמזוהם עם חיידקים ואילו הסגור לא היה מזוהם. וכך הוא הפריך את תיאוריית היצירה הספונטנית של החיים.

השאלה הייתה באמת , האם יכול להיות שהחיים נוצרו כתוצאה של אוסף מולקולות כימיות שאיכשהוא יצרו את. כל מה שאנו קוראים לו חיים אוRNA ו DNAהמולקולות המורכבות שאנו היום מכירים כחיים – חלבונים ,

מדענים: יורי ומילר. 2 ע"י 1953תא חי. ואחת התשובות המכריעות לשאלה זו ניתנה ב ביליון שנים לא היה בכדוה"א חמצן , והיו יסודות ותרכובות פשוטות, אבל לא4התיאוריה שלהם טענה כי לפני

. והשאלה הייתה , האם בסביבה של אז, שהייתה מלאה בסערות ברקים , יכלו להביאDNAהיו פולמרים כמו ליצירה של מולקלות אשר מרכיבות אותנו היום שזה חומצות אמינות שמרכיבות חלבונים או נוקליאוטידים אשר

.DNAמרכיבים ביליון שנים. הם חיממו4הם בנו נוזל המכיל את כל התרכובות האורגניות הבסיסיות אשר משערים שהיו לפני

ווולט (לדמות ברקים) ובדקו מה יצא. הם בעצם ניסו לדמות את הסביבה1000את הנוזל וגרמו לניצוץ של הקדמונית על כדוה"א משום שהם רצו לבדוק האם המולקולות הייסוד יכלו להוצר בסביבה כזו. הם מצאו כי

,חלבונים,פחמימות ושומניםDNA חומצות אמיניות בסיסיות, ותרכובות אורגניות אשר הם חלק מה 3נוצרו ביליון4שלנו. הניסוי הזה הניח יסוד לכך שתרכובות הייסוד הללו נוצרו בעזרת הברקים אשר היו בעולם לפני

שנים. היהRNA והגיעו למסקנה שכנראה RNA או DNAשאלה נוספת הייתה מהו החומר התורשתי הראשון ?

הראשון.

ביולוגיה הוא מדע העוסק בחקר החיים והרכב עולם החיי.רבגניותו , ויחסי הגומלין בין היצורים החיים. מהפכות מאוד חשובות:2הביולוגיה היום עוברת שינוי. חלו

הנדסה גנטית..1טכנולוגיות הספיקה הגבוהה – היכולת לקבל רצף של גנומים שלמים. מה שהביא לגילוי של הגנום.2

האנושי ובע"ח נוספים. זה גורם ליכולת גבוהה בדיאגנוסטיקה של מחלות.כל זה הפך את הביולוגיה מאיכותית לכמותית.

מטרת הביולוג הוא לתאר את החיים במונחים מלקולארים כמותיים. כמו כן היא גרמה לביולוגיה להיות אינטרדיסצפלינרית – היום בביולוגיה עוסקים פיזקאים ,מתמטים, אנשי מחשבים וכדומה.

2נכתב ע"י אלעד לוי ©

תכונות היצורים החייםבנויים מתאים – אחד או יותר.•מכילים אינפורמציה גנטית.•מנצלים את האינפורמציה הגנטית להתרבות ולהעביר את זה הלאה.•קשורים גנטית והתפתחו בדרך אבולציונית.•

תכונות אורגניזמים חייםיכולים להפוך מולקלות שבסביבתם למולקלות ביולוגיות חדשות – ביצוע ריאקיה כימית.•יכולים לנצל אנרגיה מהסביבה למטרת פעילות תאית (ביצוע עבודה ביולוגית) – גם אנרגיה כימית וגם•

אנרגיית אור (פוטוסינתזה לדוגמא)יכולים לווסת ולבקר את הסביבה הפנימית (הומואוסטזיס) – הם חייבים. ומושקעת הרבה אנרגיה על•

מנת לשמור על מצב יציב , משום שיציאה ממנו תגרום נזק.

אבולוציההתהליך מתרחש על ידי אדפטציה (התאמה) ורביה. לדוגמא יצורים אשר נולדו עם מוטציה אשר נתנה להם

סוגים:2התאמה טובה יותר לסביבה , היה להם יתרון. כלומר אדפטציה מחולקת לאדפטציה יכולה להיות גנטית , כלומר נולד יצור בעל יתרון על שאר חבריו מאותו מין•אדפטציה של מיקום – לדוגמא אנשים שגרים בהימלאיה – להם קל לחיות בגבהים הללו לנו יהיה קשה•

יותר.

כדי להדגים רב גוניות , ניתן מספר דוגמאות מן הספר:חיידק הסולפולגוס: אפשר לראות בצד שמאל חיידק שכל גודלו הוא כ מיקרומטר (מיליונית מטר)•

-סולפולגוס – זהו חיידק ממשפחת חיידקי הארכיאה אשר חיים בתנאים מאוד קיצוניים במעיינות מיםחמים. הארכיאה מכילים גנים שדומים לנו יותר מאשר לחיידקים.

חיידקים – אפשר לראות באמצע. החיידקים נקראים גם בקטריה. יש מספר דוגמאות: בצילוסים ,•באורך מיקרון, קוקוס אשר יכולים להיות בשרשרת ואז הם נקראים סטרפטוקוקים שנמצאים בגרון.

הם יכולים להיות דבוקים אחד לשני באשכולות ואז הם נקראים סטפילוקוקוס . יש חיידק שנראה כמוקפיץ והוא נקרא אליסאל. חיידקים יכולים לנוע בעזרת המשוטונים שלהם.

ייצור חד תאי בשם קוקוליטפורה , שיש לו גרעין תא (בצד ימין) ייצור זה בעל צורה מאוד מגוונת.•יצורים נוספים כגון צמח , פטריות ויצורים חיים שהם יצורים מורכבים מאוד.•

כלומר , יש מגוון גדול מאוד של יצורים חיים. אנו נדבר על פרוייקט הגנום. התגלה שהגנום של כל האורגניזמים אלף גנים גם30 מהגנום האנושי מכיל גנים. לצמח האורז יש 2% אלף גנים. רק 30הוא די דומה. לבני אדם יש

אלף גנים. מעניין שמרבית הגנים30כן. כיצד זה יכול להיות? מסתבר שגנים זה לא חזות הכל. לחרקים יש גם כ בין כל המגוון הגדול של האורגניזמים הוא דומה. כלומר , הדמיון בין האורגניזמים הוא גבוהה (ברמת הגנים) אך

יש בכל זאת שוני בין האורגניזמים. זה מביא לתובנה שלא רק הגנים אלא גם האינטרצקציה בין הגנים היא זושמשפיעה על האורגניזם.

נדבר כעת על ההיררכיה הארגונית בטבע(מקטן לגדול) – כל שלב מכיל את השלבים הקודמים.אטום – יחידה הקטנה ביותר.•מולקולה – מורכבת מאוסף של אטומים. מולקולה היא אוסף של אטומים הקשורים בקשר כימי ביניהם.•אברון•תא – נוצר מאוסף של מולקלות.•רקמה – אוסף של תאים בעלי פונקציה אחת. למשל רקמת שריר. זה אוסף של תאים שתפקידם ליצור•

תנועה.לדוגמא יש אוסף תאים אשר יוצר רקמת אפיטל אשר עוטפת את המעי שלנו. אלו תאים בעלי מברשת

אשר מגדילים את שטח הפנים של התא על מנת לספוג חומרים מן המעים וזה יוצר את איבר העיכול שלהאדם.

איבר – מספר רקמות יוצרות איבר , לדוגמא מוח של דג.באיבר הזה יש רקמות שונות.•אורגניזמים – נוצרים מאוסף איברים. לדוגמא בני אדם , דגים.•אוכלוסיה – מספר אורגניזמים נקראים אוכלוסיה.•חברה – אוכלוסיה של מספר מינים שונים.•ביוספירה – החלל על פני כדוה"א שבו מתקיימים חיים בכל צורה שהיא.•

3נכתב ע"י אלעד לוי ©

אורגניזמים צורות:2קיים ב חד תאי•רב תאים – בנויים מהרבה תאים אשר עברו התמחות לתקידים שונים.•

רמת המורכבות עולה כאשר מספר התאים עולה.

כיצד חוקרים? בעזרת מיקרוסקופ. בעזרתו אפשר לצפות בחיידקים ובתאים.

תיאורית התאהתאים הם יחידות המבנה הבסיסייות והיחידות הפיסיולוגיות של כל האורגניזמים החיים. התאים הם גם

יחידות עצמאיות וגם יחידות מבנה באורגניזמים מורכבים.כלומר בשורה התחתונה חיים הם הארגון המינימיל המאפשר חיים ע"פ ההגדרה של חיים שהגדרנו לעיל.

כל התאים נוצרים מתאים•התאים דומים במבנה הכימי שלהם•רוב הריאקציות הכימיות ביצורים חיים מתרחשות בתוך התאים.•התכולה של החומר הגנטי בתא משוכפלת ועוברת לדור ההמשך במהלך חלוקת התאים•

אבולציההאחידות בטבע מוכיחה כי יש קשר התפתחותי בין כל האורגניזמים.

תהליכים מטבולים דומים בין חיידקים לבני אדם. אנו מוצאים הרבה תהליכים אשר דומים ביצורים.1הכי שונים. לדוגמא כל התהליכים המטבולים הבסיסים של פירוק סוכרים או פירוק שומנים, יצירת

חלבונים – כל התהליכים הללו הם מאוד דומים בצורה מדהימה בין החיידקים לבין בני אדם. התאיםשלנו מייצרים את הדברים הללו בצורה דומה לחיידקים , למעט מספר מוטציות שונות.

ההנדסה הגנטית מבוססת על כך שכל התהליך של הכפלת הגנום, המנגנון של ביטוי הגנים, הם זהים בכלהאורגניזמים. זה מאפשר לקחת גן של צמח ולבטא אותו בחיידק , מאחר והמנגנון שלהם לביטוי הגנים

הוא זהה. כך אפשר לקחת גן של אינסולין ולבטא אותו בחיידקים ולקבל אותו בכמויות אדירות.תהליכי בקרה הם אחידים..2

התפיסה הארגוניתכמו שאמרנו , לאורגניזמים בעלי דמיון מבני דומה יש כנראה מוצא דומה. ההתפתחות נובעת כתוצאה מתהליכיאדפטציה. המוטבציה של אורגניזמים להתפתח נובעת מתחרות על מקורות מזון ובגלל הצורך הזה יש תהליכי

אדפטציה אשר נותנים יתרון בתחרות.דרווין הציע שלכל האורגניזמים יש מוצא מאב משותף אחד. כלומר בסיס האבולציה הוא בברירה טבעית.

כקבוצת אורגניזמים דומים שיכולים להתרבות ולהביא צאצאים פוריים. זוהי דרגת ההפרדה הנמוכהמיןנגדיר ביותר.

בני אדם משתמשים בסלקציה טבעית על מנת לשבח בע"ח וכך לשפר את תכונתיהם. זה סוג של ברירה טבעית,וכך משבחים מינים.

דוגמאות לאדפטציה:צמחי מים. בגלל שהם חיים בשטח עם הרבה מים , הם בעלי עלים בעלי שטח פנים רחב אשר גורמים•

להתאדות גדולה של המים וכך נמנעת הבעיה של עודף מים. צמחי מדבר הם בדיוק ההפך, הם בשרניים ובעלי שעווה אשר מקטינים את ההתאדות. •היכולת של צמחים לתמותה מבוקרת של עלים – גורמת לעץ לעבור את החורף עם שטח פנים מינימלי.•צמחים טורפים פיתחו מערכת עיכול אשר מאפשר להם לעכל חרקים.•

החומר התורשתי.DNA.בנוי מנוקליאוטידים –

הגנים הם רצף בסיסים (נוקליאוטידים) אשר מכיל קוד גנטי , שבעזרתו התא מייצר חלבונים או מבצע פעולותבתוך התא.

4נכתב ע"י אלעד לוי ©

2 הרצאה אם נסכם את השורה התחתונה בהרצאה האחרונה:

רוב התהליכים בטבע הם אחידים..1הומוסטאזיס (שמירה על מצב יציב) הוא מנגנון הכרחי לקיומם של חיים..2

בעצם רוב הדברים שנדבר עליהם בקורס הם אחידים, לאורך כל האבולוציה (בשינויים קלים).היום נתמקד בתאים.

היום נתמקד ביחידת החיים הבסיסית – התא. תיאוריית התא טענה כי התא הוא יחידת החיים הבסיסית וראינוהיכן היא נמצאת בהיררכיה הזו. תאים קיימים בגדלים שונים. לדוגמא:

מיקרומטר.0.05חיידק המיקרופלזמה הוא חיידק קטן ביותר בגודל .1 מיקרומטר. הוא חי במעי שלנו ולא גורם לנזק/תועלת.2חיידק הקולי נמצא במעיים שלנו והוא בגודל של .2

יש איזהשהיא תלות בו. מיקרומטר והוא אחד התאים הגדולים7תא כדורית דם, הוא תא פחוס ונראה כמו כפתור. קוטרו הוא .3

בגופנו. כל החיידקים הללו הם בשקף ביחס לחלמון של ביצה , שגודלו הוא מעל סנטימטר , וגם זה תא אחד.

בהיררכיה שדיברנו עליה בהרצאה הקודמת (מהקטן לגדול) נאנו מטר0.1אטום – אלמנט קטן ביותר כ •מולקולות•ליפידים•וירוסים•חלבונים•כלרופלסט – אברון•חיידקים•

אפשר גם לראות עם איזה כלי עזר ניתן לראות את אותם אלמנטים. התחום שבו אנו מסוגלים לראות ללא כל מיקרו מטר ) ומעלה.לכל השאר יש צורך במיקרוסקופ אור או מיקרוסקופ אלקטרוני200סיוע נע בין ביצי דגים (

על מנת לראות את התאים. מיקרון) , התהליכים הבסיסים2 ל 1ניתן לראות כמו שאמרנו כבר , כי אם מסתכלים על התאים הראשונים (בין

בתאים הם אחידים, למרות השוני בגודל הנראה שלהם בעין.

מדוע תאים הם קטנים?אחד הפקטורים החשובים ביותר בחייו של תא , הוא היכולת של קרום התא (הגבול הקובע מהו תוך ומהו חוץ

התא). התפקיד של קרום התא הוא לספק מזון לתא ולהפטר מתוצרי לוואי של התא. ועל כן הספיקה של הקרום,היכולת לספק את צורכי התא ביחידת זמן (זרימת מזון או מומסים) היא קריטית. כאשר לוקחים תא , בין אם

צורתו היא קוביה , כדור או כל צורה שהיא, ברור שכל שינוי ברדיוס או באורך הצלעות גורם לעליה בשטח הפניםכפונקציה של הריבוע של הצלע , בשעה שהנפח עולה בחזקה שלישית. כלומר, כל שינוי קטן באורך הצלע מתבטא

בעליה גדולה יותר באופן פרופרציונאלי בנפח. כלומר היחס בין שטח הפנים לנפח יורד , ויש לכך ביטוי מידיביכולת הספיקה של הקרום. לכן זה לא מפליא שגילו שחיידקים אינם יכולים לגדול מעבר לגודל מסויים.

(חיידקים הם תאים פשוטים ביותר -שק של נוזל תוך תאי וחומר תורשתי) הקרום מגיע למקסימום ספיקה שלו ,וכאשר תא מגיע למקסימום ספיקה שלו הוא מתחלק. תא גדל גדל גדל ומגיע לגבול הספיקה שלו ומתחלק

לשניים. ובחיידקים זה סיגנל להתחלק ולכן הם מתרבים במהירות. תאים מפותחים יותר למדו להגדיל את שטחהפנים שלהם ולהיות מוזנים ע"י חומרים לא מומסים (ע"י המסתם במערכת העיכול) – ולכן יצורים שהצליחו

לפתור את בעיית שטח הפנים ובעיית הדיפוזיה – הבעיה של הגעת החומרים לכל התא.

אמרנו שקרום התא הוא הגבול המפריד בין התא לסביבתו , ונקדיש לכך פרק בהמשך, משום שקרומי התאיםאחידים בכל התאים ,לא חשוב אם זה תא ירוד או תא מפותח. וכמובן אחד הדברים המעניינים הוא איך

הקרומים נוצרו ואיך הגיעו למבנה הזה. למשל בשקף רואים ניסוי שבו ערבבו ליפידים עם חומצותאמינו(חלבונים) וראו שאפשר לקבל גופיפים הנקראים פרוטינואידים שהם מעין שלפוחיות אשר מכילים שומנים

וחלבונים. המיוחד בהם הוא שהם יוצרים הפרדה בין סביבה פנימית וסביבה חיצונית , ובעזרת החלבונים הםיכולים לנתב תנועה של מומסים במולקולות בין פנים התא לחוץ.

גודל של תאים והגדלת רזולוציה על מנת לחקור תאים יש לצפות בהם ולכן יש צורך לפתח טכנולוגיות אשר יאפשרו לצפות בהם.

כלים בסיסים2קיימים מיקרוסקופ אור: פשוט ביותר. מאפשר על ידי הארה , בעזרת עדשות , להגדיל כמה מאות פעמים.1

מיקרומטר0.2אובייקט ולראותו באופן ברור. מיקרוסקופ אור בעל רזולציה של

5נכתב ע"י אלעד לוי ©

מיקרוסקופ אלקטרוני: מיקרוסקופ שזורק אלומה של אלקרטונים העוברים דרך אובייקט. חלק מהם.2נעצרים וחלקם ממשיכים ומקבלים הבדלים של צל ואור , אשר על מסך פלורסנטי באים לידי תמונה,

ובעזרת שדה מגנטי הם משנים את הזווית ופורשים את התמונה (הגדלה שלה). נאנומטר0.2מיקרוסקופ אלקטרוני בעל רזולציה של

שקפים הבאים יתארו כל3אפשר לראות בשקף את כל המנגנונים שפותחו עד היום על מנת להביט בתאים , וה אחד מהשורות שבשקף.

מיקרו מטר ואפשר לראות תאים שהם באופן יחסי100-140מיקרוסקופ אור מראה תאים בגודל של כ •גדולים. אם יש להם צבע, אזי נראה אותם בצבע הטבעי שלהם. והמיקרוסקופ מאפשר הגדלה מסויימת.אך לעיתים זה לא מספיק ואז משתמשים בשיטות אחרות. לדוגמא מיקרוסקופ אשר זורק אלומת אור

מלמטה והוא משתמש בגורם השבירה כאלמנט , ולכן ככל שהמחסום שהאור עובר הוא בעל שבירהגדולה יותר , כך האובייקט יהיה כהה יותר , ואז מקבלים רזולציה על בסיס צפיפות העצמים שדרכו

עובר האור, וכך אפשר לראות ממש אלמנטים בתוך התא. זה מיקרוסקופט קונטרסט פאזות. מיקרוסקופנוסף נותן לנו משחקי אור וצל ונותן לנו יותר את שטח הפנים של התאים.הוא גם מיקרוסקופ פאזות

משוכלל יותר המאפשר לנו ראיה תלת מימדית בכאילו בגלל משחקי האור וצל.שורה אמצעית – מיקרוסקופ באלמנט של צביעה – צובעים אלמנט בתא ומשתמשים במיקרוסקופ שיודע•

(צובע את גרעיני התאים) ,וכך אפשר לשדרגDNAלזהות את הצבע הזה. למשל בחומר גינזה אשר צובע את מה שרואים מאחר והפוקוס נובע מהצביעה של החומר.

טכניקות של המערכת החיסונית. לוקחים ארנבת ונניח שרוצים ללמוד על חלבון מסויים. יזריקו לארנבת•את החלבון, והיא מייצרת נוגדנים כנגדה , ואז מוציאים את הנוגדנים הללו ומשתמשים בזה על מנת

לזהות את אותו חלבון בתאים אותם אנו חוקרים, מכיוון שהנוגדנים שהארנבת תייצר הם ספציפית נגדאותו חלבון שהזרקנו לארנבת. ואז לוקחים צבע פלורסנטי אל הנוגדן. ובאופן כזה אפשר להשתמש

במיקרוסקופ שיודע לקלוט את האור הזה ולצלם ולראות. בצד הימני מצולמת רשת בתוך התא ורואיםאותה בעזרת הצבע הפלורסנטי, ואנו רואים את הפרטים בגלל שאנחנו מתפקסים על הצבע. קוראים לזה

אימונופלורסנטיה. החסרון הוא שהשיטה מראה לנו רק דבר אחד. אבל אז התפתחה מיקרוסקופיהקונפוקלית שמאחדת מספר מקורות קרינה , אשר מאפשרות לראות כמה צבעים בו זמנית. כלומר אפשר

אלמנטים שונים, וכך לצבוע כל אחד בחומר אחר,3 נוגדנים שונים ל 3לקחת תא ולהשתמש ב האלמנטים באותו מישור, וכך רואים כיצד הם יושבים3והמיקרוסקופ הקונפוקלי יכול להראות את

בתא ביחס אחד לשני. אפשר גם לראות תנועה בתוך התא בצורה הזו. למשל אם רוצים לראות התפתחות של חלבון בגרעין התא

, אפשר להשתמש בתאים חיים (בגלל שזה אור ולא אלקטרונים) – יש אפשרות בטכנולוגיה של הנדסהגנטית לבטא חלבונים שהם כבר מכילים את החומר הפלורסנטי בגן עצמו , כלומר הם מופיעים

כפלורסנטים בתוך התא , וכך אפשר לעקוב אחרי תהליכים וליצור קליפים של האירוע שמתרחשמיקרוסקופ אלקטרוני – נותן רזולציה מאוד גבוהה. אלומת אלקטרונים נזרקת. האלקטרונים עוברים•

דרך האובייקט ויוצאים ממנו במהירויות שונות בהתאם לצפיפות החומר וכך היכן שהבליעה גדולהרואים אזור שחור והיכן שהבליעה קטנה רואים אזור בהיר יותר. ויש שדה מגנטי שגורם לפרישה גדולה

של האלקטרונים ומסך פלורסנטי אשר עליו מוצגת התמונה בסופו של דבר. ישנו גם מיקרוסקופאלקטרוני סורק אשר נותן לנו תמונה תלת מימדית של שטח הפנים של התא אותו אנו רואים.

freeze fractureטכינקה הגורמת לנו להקפיא תאים ולשבור אותם וכך לראות מה יש בתוכם. זה נקרא •וכך אפשר לפתוח את קרום התא ולראות מה קורה בפנים בעזרת מיקרוסקופ אלקטרוני.

קרום התאקרום התא בנוי באופן כזה שהוא מכיל פוספוליפידים. הליפידים הם חומרים שלא נמסים במים, והם בעצם

דוחים את המים , והם יוצרים שכבה העוטפת את התא ולכן הם יוצרים מעין "גבול" כזה בין חוץ התא לבין פניםהתא, והתפקיד של הקרום הוא

לשמור על הומואוסטזיס•קיום מעבר סלקטיבי של חומרים פנימה החוצה והחוצה פנימה•הוא חשוב לקיום של תקשורת בין התאים. למשל כאשר יש סרטן התקשורת בין התאים נדפקת.•

חלקים: 2 אנו מחלקים את עולם החי לצרכני אנרגיה – יצורים הטרוטרופיים כמו בני האדם הזקוקים לאנרגיה לצורך תפקוד.•יצרני אנרגיה – יצורים אוטוטרופים ,כמו צמחים , אשר בעזרת אנרגיית האור מייצרים חומר אורגני•

מחומר אי אורגני (סוכר מפחמן דו חמצני ומים). יש גם יצרנים שהם לא פותוסינטטים ויכולים ליצוראנרגיה מריאקציות כימיות.

העולם יכול להתקיים רק אם יתקיים קשר כזה בין צרכנים ליצרנים. ברגע שחלק מהשרשרת יעלם החלק השני

6נכתב ע"י אלעד לוי ©

יעלם. ולכן היחסים ביניהם הם חשובים.

החלוקה השניה מתייחסת יותר למבנה של תאים:יצורים פרוקריוטים – חסרי גרעין תא. כגון חיידקים או ארכיאה. •

התאים הללו חסרי גרעין.◦ מיקרו מטר.2קטנים מאוד וקוטרם אינו עולה על ◦הם עטופים בדופן , מעין שריון כזה שיושב מעל הקרום והם ניזונים מחומרים מומסים בלבד. מה◦

שלא מסיס לא נכנס אל תוכם וזה מגבלה רצינית.לדוגמא בשקף תמונה של תא פרוקריוטי: תא שמבחוץ זה הדופן , יש להם כרומוזום אחד שהוא▪

ארוך ומקופל . יש ריבוזומים, שעוד נלמד עליהם. יש להם שוטונים אשר מאפשרים להם תנועה.אין להם מיקום מוגדר. המזוזום הוא קפל פנימי של קרום התא שחודר אל תוך התא.

הסטרפטוקוקוס הם דוגמא לתא פרוקריוטי. יצורים אאוקריוטים – בעלי גרעין תא. הם מאוחרים יותר באבולציה. התאים גדולים ומפותחים יותר.•

7נכתב ע"י אלעד לוי ©

3 הרצאה העיקרון הוא שכל התאים עטופים בקרום שהוא בררני. התפקיד המרכזי של הקרום הוא לבודד את הנפח הפנימי

של התא מהסביבה ,באופן כזה שמעבר של חומרים בין אם הם מומסים במים שבהם נמצאים התאים ובין אםמדובר בחומרים לא מומסים לא יעברו באופן חופשי מהסביבה אל התא ולהפך.

יש מפלי ריכוזים בין תוך התא וחוץ התא – שנובעים מהצורך של התא. לדוגמא , בדם שלנו יש כמויות גדולות שלנתרן כלורי (מלח) . הנתרן הוא יסוד רעיל לתאים והתאים מסלקים עודפי נתרן מתוך התא , והם שומרים על

ריכוז נמוך מאוד מאשר בזרם הדם של נתרן כלורי. בגלל שהקרום הוא בעל מוליכות נמוכה לחומרים בעלי מטען ,אזי התנועה בדיפוזיה של נתרן אל התאים היא מאוד איטית , וכך אפשר להכניס חלבונים אל תוך קרום התא

אשר תפקידם הוא לשנע בעזרת אנרגיה את הנתרן כך שהוא לא יצטבר בתוך התאים.

בשיעור שעבר ראינו את הקבוצה הראשונה של התאים , אשר קראנו להם פרוקריוטים. אלו התאים הפרימטיביםביותר. החיידקים הם תאים פרוקריוטים. אלו בעצם תאים אשר עטופים בקרום , וחיצונית לו יש דופן העשוי

מחומר קשיח אשר נותן חוזק מכני וצורה לתאים. תפקידו של הקרום הוא לשמור על הומוסטאזיס. כלומר,להוות מחסום או תוחם בין הסביבה החיצונית ותוך התא. תאים פרוקריוטים, הם סוג של שקיות נוזלים (נוזל

ואת כל המנגנונים ליצירת חלבונים וניהול חיים של תא. בגללDNAציטופלזמה – מכיל חלבונים) אשר יש בהם שהתאים עטופים בדופן הם מוגבלים בדרכם לקלוט מזון מן הסביבה. לכן הם קולטים רק מולקולות פשוטות

ומולקולות שמומסים בתוך התאים.כל התאים יודעים בסופו של דבר להשתמש במולקולות פשוטות לצורכי תזונה פנימית , אך כל סוג תא עושה זאת

בדרך אחרת.בגלל העובדה שהם מוגבלים ביכולתם לקלוט מזון מן הסביבה, ובשל העובדה שהם שקית פסיבית של נוזל , יש

להם כמה בעיות שנובעות מהיחס של שטח הפנים – נפח. כלומר , קצב הההעברה של החומרים מהפריפריה , שםנכנס המזון אל מרכז התא , מוגבלת בחוקי הדיפוזיה , ולכן תאים אשר מתחילים לגדול , יכולתם לגדול היאמוגבלת מאוד. ולכן החיידקים קטנים מאוד. היתרון שלהם , זה שבגלל שהם זעירים , הם גדלים מהר מאוד.

דקות.20למשל חיידקי מעיים מתחלקים כל

אנו נעבור לתא האאקריוטי שהוא מורכב יותר. אם נבין תהליכים שמתרחשים בו , כל השאר הוא די פשוטבביולוגיה.

תכונות התאים האאוקריוטים:בעלי גרעין תא.• בממוצע מפרוקריוטים.5גדולים לפחות פי •אין להם דופן, אך לצמחים למשל יש דופן (מצרכי הצמח). יש להם מה שנקרא שלד תא והוא זה שמחזיק•

בצורה מכנית את התא. זה מערכת חלבונים שמהווה מיכל כלונסאות אשר נותן חוזק מכני לתאיםומאפשרת תנועתיות בתוך התא ושל התא.

מכילים אברונים. בגלל שהתאים גדולים יחסים ואין להם דופן, יש להם מורכבות בהתנהגות והם יצרו•מעין אברונים – אלו מדורים בתוך התא , אשר מוקפים בקרומים שהתמחו בתכונות מסויימות, לדוגמא

יצירת אנרגיה. זוהי תכונה קלאסית של תא אאקוריוטי.תזונת התא מורכבת מחומרים מומסים וחלקיקים. •

בעוד שהתא הפרוקריוטי הוא תא פשוט , מעין שלפוחית בעלת ציטופלזמה ומנגנונים מינימאלים ליצירת אנרגיה,מטבוליזם וגנים, התא האאוקריוטי הוא הרבה יותר מורכב.

בשקף אפשר לראות דוגמא של תא אפיטל שיושב במעי שלנו. התאים האאקריוטי הם לא בהכרח תאים שזה מעין זרועות שמטרתם הוא להגדיל את שטף הפניםmicrovillusסימטרים. לדוגמא התא בשקף מכיל

ולאפשר ספיגה יעילה יותר מן המעי. התא הזה הוא צפוף יחסית ואפשר לראות שהוא מכיל מערכת לא רציפה של מנפח התא מוחזק ע"י אברונים, והשאר הוא הציטופלזמה50-60%קרומים. בפנים אפשר לראות אברונים. כ

-נוזל התא , או הציטוזול בתאים האאוקריוטים.לכל אברון יש את הקרום שלו חוץ מגרעין התא שהוא האברון הגדול ביותר בתוך התא ויש לו רצף של קרום עם

אברון אחר שנמצא בהיקף של הגרעין שנקרא הרשתית האנדופלסמטית. התא הזה הוא ענק. בתוך התא ישסיבים שזה חלק משלד התא. התא האאוקריוטי הוא צפוף מאוד. התא הוא יחידה מאוד אקטיבית . היא מלאתמסילות. יש סוג של רכבת שמאפשרת שינוע מהיר מאוד של חלבונים ושל כל מיני אברונים. יש כלונסאות אשר

מהוות תמיכה מכנית לכל האברונים הללו (בגלל הגרביטציה הם היו שוקעים ללא כלונסאות שייצבו אותם) והתאהזה הוא כמו מערבל בטון. כל הזמן הציטופלזמה מתערבלת ובאופן כזה מבטלת את הצורך בדיפוזיה. היא

מאפשרת נגישות של כל מולקולה לכל מקום בתא.

יש הבדל בין תא של צמחים לבין תא של אורגנזים אחר שהוא אינו צומח והמאפיין אותם זה דופן שנקראתצלולוז (בחיידקים יש דופן מסוג שונה), ושלפוחית מאוד גדולה אשר משמשת לשמירה של חומרים שנוצריםובניגוד למיטוכנדריה בתא אאוקריטי של אורגינזם אחר, יש להם כלורפלסטים שתפקידם לבצע פוטוסינתזה

ובאופן כזה לייצר חומרים אורגניים.

8נכתב ע"י אלעד לוי ©

– המטרה של הסרטון הוא להראות תזוזה של כלורפלסטים , והצטוזול נמצא בתנועה כל הזמן,הציטוזולומתערבל, וגורם לכך שבתוך התא יהיה ערבול. וכל דבר יגיע לכל מקום במהירות מינימלית (דיפוזיה).בגלל שלתאים אין דופן הם גמישים ובעזרת שלד התא הם נעים לכיוונים שונים (לא בצורה אקראית) .

(סיב חלבוני שהוא חלק משלדמיקרוטובולבנוסף , לתאים יש מסילות סיבית שמסיעות חלבונים אשר נקראות התא המשמש מסילה) התא הוא דבר דינמי וכמויות האנרגיה שמושקעות אדירות , והיעילות גבוהה יחסית.

התנועה על המיקרוטובול אינה אקראית , משום שלכל תנועה יש עלות אנרגטית.

נסביר כהיכרות כללית את אברוני התא האאוקריוטי:: האברון הגדול בתא. תפקידו לשאת את האינפורמציה הגנטית ולהביא לביטוייה. כלגרעין התא.1

המנגנונים האלה קיימים בגרעין. הוא לא נמצא במרכז התא. אך בלעדיו לא יתקיימו חיים של התא.הוא קרומים שאנו קוראים להם מעטפת. זה מעין מסננת שמאפשרת מעבר של מאקרו מולקולות2מוקף ב

גרעינון) – RNA) מהגרעין אל הציטוזול. הוא מכיל חומצות גרעין(מה שמרכיב את ה RNA(חלבונים ו ) וחלבונים.RNA( מורכב מריבוזומים וחלבונים והוא בית חרושת ליצירת

גרעין התא עטוף ב"מסננת" עם חורים גדולים שדרכם המאקרו מולקולות עוברות מהציטוזול אל נוזלהגרעין (נוקליאופלזמה).

קרומים, אשר מחוברים ביניהם באזור של2 קרומים. המעטפת שלו בנויה מ 2הגרעין מיוחד בכך שיש לו ).Poresהחורים (

אמרנו שהתפקיד של הגרעין זה להביא לידי ביטוי אינפורמציה גנטית. לכל התאים שלנו יש את אותםגנים, אך אצלנו חוץ מכך אצלנו בנוסף לתכונות הבסיסיות , כל רקמה מבטאת גנים ששייכים לתחום

אלף גנים, בזמן נתון תא מבטא רק חלק מהגנים. יש הרבה אינפורמציה גנטית30שלה. כלומר , מתוך ה שהיא לא רלוונטית לחלק מהתאים, ולכן כל אחד משתמש בסט גנים אחר. רבע מהגנום משומשים ע"יכל התאים והשאר תלוי בתא הספציפי. התפקיד של הגרעין הוא לתת ביטוי לגנים הללו ביחס לתא אשר

בוא הוא נמצא.

. זה סיבים חלבונים אשר נותנים חוזקלמיניןהחוזק המכני של הגרעין נעשה על ידי שלד מיוחד שנקרא .2מכני וצורה לגרעין. הרשת הזו נמצאת בקליפה של הגרעין ונותנת לו חוזק מכני וצורה.

3.Nucelar Poreהחלבונים הם אלא שמבטאים את הגנים. אם יש גנים שמקודדים לראיית לילה , אזי החלבונים הם אלה שמאפשרים לנו לראות וכדומה. החלבונים כאן הם שוערים. הם עושים סלקציה של

מי יצא ומי יכנס מן השער – האברון שאחראי ליצירת אנרגיה. תפקידו העיקרי הוא לספק אנרגיה מתהליכי נשימהמיטוכנדריון.4

קרומים אך בניגוד לגרעין התא , הקרומים אטומים לחלוטין ומופרדים פיזית2(חימצון חיזור). גם לו יש מנפח התא וגודלו הוא כגודל חיידק10%אחד מהשני. יש קרום חיצוני ופנימי. המיטוכונדריון תופס

בתהליך הנשימהATP(מיקרון). בו מתרחשת נשימה תאית (חמצון) על מנת ליצור אנרגיה, ולכן הוא יוצר הזה, והוא גם מהווה מאגר של חומרים לתהליך שנקרא אנאבוליזם שהוא חלק מהמטבוליזם – יצירה

של חומרי תא. בתא יש מספר מיטוכנדריה. 1.Outer membernקרום חיצוני – קרום פנימי – או קריסטה. מה שמאפיין אותה זה שכדי להגדיל את שטח הפנים הוא יוצר מעין.2

כניסות פנימה והתפקיד של הקריסטה הוא לבצע את תהליכי החמצון חיזור של הנשימה , וכדילהגביר את היעילות של התהליך הזה הממברנה היא גדולה מאוד וזה מתאפשר בגלל המבנה הזה.

הממברנה הפנימית בעצם מתקפלת פנימה ובמה ממוקמים אנזימי תהליך הנשימה התאית. חללים:2בתוך המיטוכונדריוה יש

וריבוזמים.DNA והוא מכיל מטריקסחלל פנימי – הנוזל שבפנים נקרא .1 הנוזל הבין קרומי.חלל בין קרומי – הנוזל בין הקרומים נקרא.2

המיוחד במיטוכנדריה שזה אברון שונה משאר אברוני התא , מאחר שהגרעין מכיל את הגנום של התא , ו ומנגנון ליצור RNA ו DNAלמיטוכנדריה יש גנום עצמאי משל עצמו. היסטורית , למטכונדריה יש

חלבונים שאינו תלוי בתא עצמו. זה סוג של יצור פסדו-עצמאי כזה בתוך התא. האינפורמציה הזו עזרה לאנשים שחוקרים את האבולוציה של התאים. החשיבה הייתה שיכול להיות שהתא האאוקריוטי הוא

תאים פרוקריוטים. כלומר היה תא פרויקריוטי שלא יכל 2תוצאה של אינטרקציה או סימביוזה בין לגדול יותר והיה צריך עזרה ובאיזה צורה הייתה אינטרקציה בינו לבין תא פרוקריוטי אחר , שלאורך האבולציה הפכו לתא אחד כאשר התא הקולט פיתח גרעין תא ואילו התא הנקלט הפך להיות מומחה

התיאוריה אומרת שהסיבה התיאוריה האנדוסימביוטית.ליצירת אנרגיה וחומרי תא, וזה נקרא התאים הפרוקריוטים. במקביל , הכלורופלסט 2 נובעת מהסימביוזיה הזו של DNAשלמיטוכנדריה יש

בתאי צמח גם הם מכילים גנום עצמאי וגם שם יש תיאוריה שאומרת שהם קלטו תאים פוטוסינתטטים

9נכתב ע"י אלעד לוי ©

אשר אפשרו פוטוסינתזה. כלומר תא פרוקריוטי קלט תא פרוקריוטי פוטוסינטטי שהפך לכלורופלסט ומשמש את האברון שאחראי לפוטוסינתזה בתאי צמחים.

שרשרת מעבר האלקטרונים. אנו משתמשים בחמצן , על ידיATP נעשה על ידי אנזים מורכב (חלבון) אשר מייצר ATPהתהליך של יצירת

תהליך של חיזור חמצן למים בשורה של חלבונים אשר נקראת שרשרת הנשימה, כי אנו משתמשים בחמצן.הסיבה שאנו נושמים חמצן אל הריאות הוא כדי לספק חמצן לתאים אשר יגיע בדיפוזיה למיטוכנדריה, כך

.ATPשהתאים ישתמשו באלקטרונים על מנת לחזר את החמצן למים ובאנרגיה שמשתחררת לייצר ציאניד למשל , גורם לחניקה ומוות. מדוע? הציאניד לא מאפשר לאלקטרונים לעבור את הקומפלקס האחרון של

בגוף עולה.CO2החלבונים שמחזר את החמצן למים וכך העסק נעצר והתהליך שמחפש חמצן לא קיים וכמות ה בגוף עולה , הדם מוחמץ , ולכן מופעל רפלקס נשימה. CO2כאשר עודף

התהליך של חימצון חיזור הוא תהליך שהולך מפוטנציאל חיזור גבוה , שבא לידי ביטוי ע"י העברת פרוטוניםבעזרת מפל אנרגיה אל אזור הפוטנציאל הנמוך. חמצן נבחר משום שהפוטנציאל שלו נמוך , הוא מחמצן , ולכן

הוא הכי נוח.

נמצאים בצורה של כרומטין בתמונה בשקף. נדבר על זה כאשר נדבר על חלוקת התא.הכרומוזומים: .5 וחלבונים ונמצא בגרעין התא.DNAהכרומוזום מיכל

– זוהי רשת מסועפת של מימברנות מימיות , ואמרנו שהיא רציפה עםהרשתית האנדופלסמטית.6 מעורבת ביצירה של שומנים (ליפידים) בתא. יש הבחנה בין רשתית חלקהERממברנת גרעין התא. ה

ומחוספסת: מכוסה בריבוזומים ואחראית ליצירת חלבונים ועיבוד של חלובנים (סיתזה והפרשה שלהמחוספסת .1

– חלקיקי בתא שבוא נוצרים חלבונים. בית חרושתריבוזוםחלבונים). החספוס נובע מהריבוזמים. לחלבונים. הוא פס הייצור של החלבונים.

אפשר לראות כי הריבוזומים דבוקים לצד שפונה לציטוזול של הרשתית המחוספסת. ונסביר מאוחריור מדוע. אשר להבין שמכיוון שריבוזומים יוצרים חלבונים , הם נמצאים שם מאחר והם מייצרים

חלבונים שתפקידם הוא להכנס אל החלל הפנימי של הרשתית האנדופלסמטית. הסיבה שהם נכנסיםלרשתית הוא כדי לעבור תהליך עיבוד , תהליך שעושה שינויים בחלבונים , על מנת שיגיעו לתפקידם

הסופי. – ללא ריבוזומים. הרשתית החלקה , שהיא חלק קטן יותר מהקומפלקס של הרשתיתהחלקה.2

האנדופלסמטית – תפקידה הוא לייצר שומנים בתא. ויש סיבה לכך שזה נעשה ברשתיתהאנדופלסמטית , ולא במקום אחר.

מה שכתוב בשקף (תכלס מוסבר למעלה!): מושחלים תוך כדי הסינתזה לתוך החלק המסיס או ER"החלבוני המסונתזים בריבוזומים קשורים ל

. לאחר סיתנזה, החלבונים מוסעים ליעדם ע"י ווסיקולות.“ERלממברנה של ה

2הרשתית היא מעין מבוכים כאלה שיש לו המשכיות למעטפת התא. המבנה שטוח ואפשר לראות מבנים (מחוספס + חלק)

המבנה הפחוס של הרשתית האנדופלסמטית נובע מכך שיש סיבים של שלד התא , המהווים כלונסאות עליהם הרשתית יושבת ונמתחת. אחרת, הוא היה עגול (מבנה כדור) – ולכן הצורה היא של "דפים" או

, יכולים להופיע בתאים כחלבונים סתם (פולימורים של חומצות החלבוניםמבוך. התפקיד העיקרי פה , אמינו) או כגליקו פרוטאין – מחוברים אליהם סוכרים. חלבונים יכולים להיות או חלבונים סתם או להקשר אל סוכרים, או לזרחנים. המודפיקציות האלה , המקום שבו ניתן להדביק סוכרים לחלבונים

נעשה ברשתית האנדופלסמטית. תפקידה של הרשתית הוא לקלוט חלבונים אשר מיועדים לעבור שינויים- שצריכים לחבר אליהם שומנים (ליפידים) או סוכרים – זה נעשה ברשתית המחוספסת. הסוכרים באים אל הרשתית האנדופלסמטית מן הציטוזול. והשומנים נוצרים ברשתית האנדופלסמטית החלקה , ופשוט

, ובאופן כזה הליפידים מתחברים ע"י חלבונים המחוספסת אל המדור של החלקהעוברים מהמדור של שתפקידם לחבר שומנים לחלבונים ברשתית האנדופלסמטית.

הרשתית האנדופלסמטית הוא אברון שעובד ביחד עם אברון אחר. בעוד שהמיטוכנדריוןמכשיר הגולג'י -.6הוא אברון עצמאי , הרשתית האנדופלסמטית היא חלק ממנגנון מורכב וגדול שכולל עוד אברון אחד. זה

. אחרי שהחלבונים עוברים עיבוד ברשתית האנדופלסמטית הם עוברים הלאה אלמכשיר הגולג'ינקרא מכשיר הג'ולג'י , שתפקידו הוא לקלוט חלבונים מהרשתית האנדופלסמטית (כאלה שסיימו את

דברים:2תהליכיהם ברשתית) ובגולג'י קורים תהליכי העיבוד ממשיכים – הוספת סוכרים וכדומה..1הכי חשוב – אחרי שהחלבונים גמרו לעבור את כל תהליכי העיבוד והגיעו לצורה הסופית שלהם , הם.2

10נכתב ע"י אלעד לוי ©

צריכים להשלח לאתר העבודה שלהם – אברונים בתא או קרום התא, בהתאם לתפקידם.הגולגי הוא בעצם מעין מתווך. כל מי שצריך עובר עיבוד , אך בגלל שהתא האאוקריוטי מאוד מורכב ,

מישהו צריך לכוון את החלבונים למקום שלהם. אחד התפקידים של הגולגי זה לסדר את החלבונים החוצה , אל הגולג'י ומהגולג'י אל קרום התא/או מחוץ ERלמקומם בתא. יש בעצם תנועה של חומר מ

יש לו מנגנון ליצירת שלפוחיות שמלאות בחומר ERלתא או בתוך התא. אך הדבר הזה יוצא בעיה.ה . מה שקורה זה שכל משאית קרגו כזו מעבירהERחלבוני , שהם מעין קרגו שנשלח אל הג'ולג'י, שקרוב ל

את החומר אל הגולגי , וחוזרת אל הרשתית האנדופלסמטית וכך הרשתית האנדפלוסמטית לא משתנה. זה תהליך של מחזור של הקרום עצמו בעצם.

אם כך , מכשיר הגולג'י:מערכת של שקיקים ממברנליים. • עובר דרך מכשיר הגולג'י בדרך ליעד הסופי שלו. ERכל חלבון שמיוצר ב •.ERבגולג'י נערך עיבוד של הסוכרים שהוספו לחלבונים ב •בגולג'י נעשית הברירה של חלבונים ליעדים השונים בתא או מחוצה לו.•חלבונים עשויים לעבור עיבוד נוסף של סוכרים או זרחנים בגולג'י.•

הגולגי לא סימטרי, הוא מורכב ממספר חלקים: .ERציס גולג'י – קרוב ל •טרנס גולג'י – שולח את החלבונים ליעדם בתא.•גולג'י תיכונה – נעשה בו עיבוד של חלבונים.•

החלבונים נעים במעין פס ייצור ב"דפי" הגולג'י. בגולגי כל שק הוא נפרד ואין קשר בין השקים (דפים). ולכן כלפעם צריך לעבור בין השקים (ציסטרנה) בעזרת "קרון" עד שמגיעים לסוף הגולג'י , שם הם נטענים על עגלה

שמביאה אותם למקום הסופי שלהם בתא.

11נכתב ע"י אלעד לוי ©

4 הרצאה נמשיך לתאר את מבנה התא. בהרצאה האחרונה דיברנו על התא האאקוריטי כיחידה דינמית.התא הפרוקריוטי

מנפח התא מוחזק ע"י אברונים העטופים בקרום ומופרדים אוסמטית – הקרום60%הוא יותר פסיבי. אמרנו שכ יוצר מדור מופרד לחלוטין וזה כמעט מערכת סגורה ביחס לציטוזול , באותה מידה שקרום התא מפריד את התא

מהסביבה שלו. והתחלנו לתאר את האברונים השונים (בהרצאה האחרונה). אמרנו שהתא האאוקריוטי לא בהכרח סימטרי בניגוד לתא הפרוקריוטי, ונתנו דוגמא לתא אפיטל מהמעי , שישלו תפקיד בהעברת חומרים מומסים מהמעי שלנו אל זרם הדם ולכן הם לא סימטרים. יש להם צד אחד עם שטחפנים גדול שאמור לספוג נוזלים וצד אחורי שהוא פחות כזה כי הוא עוסק בהעברה של חומר דרך מערכת שלמה

של חלבונים שמעבירה את החומר. כאברון הגדול בתא הנושא את החומר הגנטי ותפקידו לאחסן את הגנים. זהגרעין התאתיארנו את •

המקום בו הגנים מתבטאים והוא נושא את האינפורמציה של איזה גנים צריכים להתבטא. התאים הללומקבלים החלטות כל הזמן בנוגע לביטוי/דיכוי של גנים.

קרומים , והממברנה הפנימית (קריסטה) – מפותלת2 שהם אברונים שמכילים המטוכנדריהתארנו את •על מנת להגדיל שטח פנים שלה , ותפקיד המיטוכונדריה הוא לייצר אנרגיה. אלו אברונים המתמחים

ביצור אנרגיה כימית זמינה לתא , והם מהווים מאגר של חומרי המוצא לביוסינטזה – ליצירה של חומרי וכל האינפורמציה הגנטית , והכלים כדי לבטא אותם.rna ו dnaהתא. בנוסף , המיטוכונדריה מכילים

דיברנו גם על התיאוריה האנדוסימביוטית כדי להבין איך נוצרו באבולוציה. שהיא מערכת של קרומים אשר ביחד עם מכשיר הג'ולג'י (ויש כמההרשתית האנדופלסמטיתדברנו על •

כאלה) , המחוספסת יוצרת חלבונים ועוברים שם חלבונים שזקוקים לעיבוד והכוונה. כל שאר החלבוניםנוצרים בציטוזול נדבר על זה בהמשך). ישנה גם רשתית אנדופלסמטית חלקה ששם יש ביוסינתזה של

שומנים (ליפידים). ואמרנו שזה נעשה בעזרת אריזה של מהרשתית האנדופלסמטית אל מכשיר הג'ולגיתארנו את המסע•

אל הגולג'י , שם , במערך של ציסטרנות ,ERשלפוחיות שמעבירות את החלבונים שגמרו את העיבוד ב שהם מנותקות אחת מן השניה , ושיטת העברת הקרגו בשלפוחיות כאלה גם מתקיים , ובסופו של דבר,

בטרנס גולג'י , קיים מנגנון שיודע לזהות לאן לשלוח כל חלבון. , אמרנו שמערכת הגולג'י היא חלק אינטגרלי ותפקידה הוא להעביר את החלבונים גםהגולג'יתארנו את •

תהליכי עיבוד וגם תהליכי הכוונה

. זוהי הפרשתאקזוציטוזההתהליך הזה שבו מופרשים חלבונים אל מחוץ לתא לאחר יציאתם מהגולג'י , קוראים מערכת ההפרשה שלחלבונים אל מחוץ לתא. כל הקומפלקס של הרשתית האנדופלסמטית ומכשיר הגולג'י נקרא

.התא

הליזוזומים הם אברונים ,הנוצרים באברון הגולג'י, שמהווים את אברון העיכול של התא. זה תפקידםליזוזום:היחיד. הם עטופים בממברנה , והם מאוד קטנים. שייכים למשפחה של אברונים בעלי שם כללי – גופיפי מיקרו. ה

PH די חמוץ. הם מכילים אנזימים שמעכלים פולימרים: חלבונים ושומנים ומעט4.5-5 שלהם הוא באזור – סוכרים (לא ממש נמצאים שם). יש סיבה מדוע הליזוזומים הם חיצוניים.

מכיוון שהם עטופים בקרום המפריד אותם מהציטוזול , הם שומרים על סביבה חומצית יחסית לציטוזול שהוא סדרי גודל בריכוז פרוטונים. האנזימים האלה שמפרקים , הם2) ופה אנו מדברים על בערך PH 7ניטרלי (

נייטרלי הם לא פעילים בכלל, ולכן אם האברון הזה מתפוצץPH חומצי. ב PHאנזימים שפעילים מאוד ב והאנזימים מתשחררים לציטוזול , הם מפסיקים לעבוד וזהו טוב מכיוון שהם לא יפרקו את החלבונים בתא.

יש לא מעט מיקרו אורגניזמים גורמי מחלות , שבחרו לגור בתוך הליזוזום, כמו חיידקי הטיפוס או טפיל שושנת החומצי.PHיריחו. משום מה הם החליטו לחיות בליזוזום ב

בכל מקרה , האופן שבו התא האאוקריוטי מחדיר לליזוזום פולימרים , הוא התהליך ההפוך למה שראינו מקודםבתהליך זה השלפחויות נוצרות על פני הממברנה של קרום התאאנדוציטוזה. ) ותהליך זה נקרא אקזוציטוזה(

ובמנגנון שמעורב בו גם הגולג'י , מופנים השלפוחיות אל הליזוזום והם מספקים לו את הפולימרים שהתא קולט של התא האאוקריוטי : היכולת לקלוט פולימרים (חומרים לא מסיסים) מבחוץהגדול היתרוןמבחוץ . וזה

בתהליך הזה ולהביא אותם לליזוזום על מנת לפרק את החלבונים לחומצות אמיניות ושומנים לחומצות שומן ,ומהליזוזום הם עוברים לציטוזול ,וכך גדלה יכולתו של התא לספק לעצמו מזון.

בליזוזומים: PH בקרת רמת ה וזה נעשה בעזרת משאבה.PH בליזוזום? יש צורך בריכוז גדול של פרוטונים ב PHאיך מבקרים את רמת ה

שמים משאבה שלוקחת פרוטונים מהציטוזול , ומחדירה תוך שימוש באנרגיה וגורמת לריכוז פרוטונים גדולבציטוזול.

מתארת שינוי של סדר גודל בריכוזPH חומצי יותר. כל יחידת PHככל שריכוז הפרוטונים גדול יותר , ה

12נכתב ע"י אלעד לוי ©

, יש צורך במשאבה בליזוזום שתגרום להחמצה.7 כאשר בציטוזול הוא 4 של PHהפרוטונים, וכדי לקבל

pH=-log[פרוטונים]סיכום מערכת ההפרשה

יש בשקף דוגמא לאיך הליזוזום הראשוני – אוסף בתהליך האנדוציטוזה את הפולימרים ומפרק אותם אל תוך.ליזוזום משניואחרי האיסוף הוא נקרא ליזוזום ראשוני הציטוזול. לפני האיסוף הוא נקרא

שלד התאשלד התא תומך במבנה התא •מאפשר סוגי תנועה מסויימים •מאפשר ערבול של הציטופלזמה/ציטוזול•מקבע את מיקום האברונים•קשור למבנים חוץ תאיים כדי לקבע את התאים•

סוגי סיבים של השלד התוך תאי.3בשקף אפשר לראות דרך מיקרוסקופ אור את שלד התא. וניתן להבחין ב השלד עשויי מסיבים חלבוניים מורכבים:

אקטין - אחד החלבונים הנפוצים בתא האאוקריוטי. נמצא בקליפת התא – במעטפת..1

מיקרוטובול – נמצא בסיבים שנמשכים ממרכז התא אל ההיקף. ואחד מתפקידיו הוא לייצר את.2המסילות שדיברנו עליהם.

סיבי הביניים. נמשכים מקצה לקצה , מכיוון שתפקידם העיקרי הוא לתת חוזק מכני לתא. .3

13נכתב ע"י אלעד לוי ©

5 הרצאה

משפחות של סיבים חלבוניים , פולימרים חלבונים, שיוצרים מארג שנקרא3אמרנו ששלד התא בנוי מ שלד התא. תפקידו של שלד התא הוא:

לתת לתא מבנה.• חוזק מכני.•תנועתיות:•

תנועתיות חיצונית – היכולת של התא לשנע את קרום התא.◦ תנועה פנימית – ערבול הציטוזול , ◦

ייצר מסילות אשר מאפשרות תנועה בתוך התא.• יש תא אאוקריוטי חד תאיהנסוי בשקפים צריך להראות שתנועת הקרום נעשית בשל אחד ממרכיבי שלד התא.

אשר נקרא אמבה. זה תא חופשי הנע במים והקרום שלו כל הזמן בתנועה, והוא אוכל חיידקים. התנועה שלהאמבה נעשית ע“י סיבי אקטין.

– חומר שגורם לפירוק של האקטין. וברגע שהוא גורם לפירוק האקטין , האקטין מאבד יכולתB ציטוקלזיןלתפקד. וכאשר נותנים כמות קטנה של החומר לאמבה, היא מאבדת את הצורה האמבואידית שלה, והאמבהמפסיקה לזוז, ומסתובבת סביב עצמה , והופכת לחסרת תנועה והאמבה תמות במוקדם או במאוחר. וכך אנו

יודעים שהאקטין חיוני לתנועת התא. זו דוגמא שאם פוגעים בחלבונים של שלד התא , פוגעים בפונקציות כמו צורת התא ותנועתיות התא.

מרכיבי שלד התא נאנו מטר.7אקטין – יושב בקליפת התא. קוטרו הוא כ •סיבי ביניים: חוצים את התא. מרכזם נמצא בנקודה בקרוב לקרום התא, והם מועשרים בעיקר בנקודות•

נאנו מטר.12 חלבונים מלופפים אחד על השני וקוטרו כ 2מגע בין תאים. נוצר מ מיקרוטובול – סיבים שרואים אותם פרושים ממרכז התא אל ההיקף. הם משמשים כמסילות וגם•

נתמכת על גבי המיקרוטובול. זה צינור שקוטרוERכמשענת תומכת לתא. לדוגמא בשקף רואים את ה נאנו מטר – זהו סיב קשוח מאוד. 25הוא

המיקרוטובול הוא צינור בעל קוטר יחסית גדול לעומת סיבי הביניים והאקטין שהם ממש חלבונים פולימריםמלופפים אחד על השני.

מהם חלבונים (בקיצור)חלבון הוא סוג של פולימר, ופולימר מוגדר כמולקולה המכילה יחידות שחוזרות על עצמן. למשל , חלבון הוא

הוא פולימור של קבוצות גרעין. רוב המאקרו מולקלות הן פולימרים (אוDNAפולימר של חומצות אמינו. וה מאקרו מולקולות). הפולימרים הללו יוצרים את החלבונים אשר יוצרים את הסיבים. וחלבונים יכולים ליצור

סוגים:2מבנים שלישוניים מכמה סוגים, אבל בעיקר מ בעיקר חלבונים מסיסים שנמצאים בציטופלזמה הם גלובלוארים – יש להם מבנה תלתמבנה גלובולארי:.1

מימדי המאפשר להם להתמוסס במים , והם מתקפלים בשל המורכבות של המונומרים (חומצות האמינוהמרכיבות אותם)

חלבונים קשורים בטור אחד לשני ויוצרים את המבנה הזה של החוטים. הסיבים האלה שלמבנה מוארך: .2שלד התא הם בעצם פולימרים של פולימרים. הם סיבים ארוכים שהיחידות החוזרות שלהם הם

חלבונים. כאשר יש לנו כמה חלבונים נפרדים המתאחדים ביחד אנו קוראים לזה מבנה רביעוני שלהחלבון.

כעת ניתן תיאור מקיף על כל אחד מהסיבים המרכיבים את שלד התא:סיב האקטין הוא פולימר הבנוי מהרבה חלבוני אקטין. כל אחד: Microfilamentsאקטין או .1

מהעיגולים האדומים הוא חלבון יחיד של אקטין המחוברים ביחד (כמוראה בציור בשקף) לסיב. בשקף נאנו מטר ואורכו מספר7 סיבי אקטים המלופפים כחבל אחד בתוך השני. קוטרו של הסיב כ 2רואים

מיקרומטרים, והם יוצרים מבנים דו מימדים – הם לא גלובלוארים אלא יוצרים סיבים והמבנה הואדמוי דו מימדי.

לא , התפקוד שלהם הוא סימטריםמה שמיוחד בסיבים הללו ובמיקרוטובול , זה שלמרות שהם נראים הם גם סיבים מאוד דינאמים ואורכם משתנה כל הזמן. מה שמעניין הוא שהאקטין מתארךסימטרי.

הצדדים. וככה האקטין יכול2 אבל יכול להתקצר ב הצד החיוביבצד אחד בלבד אשר נקרא "להתקדם". הדבר הזה גורר דחיפה של קרום התא מאחר והם יושבים על הקליפה ולכן הם יכוליםלקדם את התא במרחב (בצד אחד דוחף ובצד השני מתקצר). כלומר, בגלל שלאקטין אורך נתון והצד

14נכתב ע"י אלעד לוי ©

החיובי שלו פונה החוצה , זה יוצר את התנועתיות של התא. העיגון נעשה בעזרת האחזות על חלבוניםשנמצאים על קרום התא.

אספקטים:3לסיכום , לאקטים כלומר , אספקט אחד הוא התפלמרות והתפרקות של האקטין והתקדמותו קדימה על מנת ליצור•

תנועתיות של הקרום של התא.אספקט נוסף הוא עירבול הציטוזול , מאחר ואם הוא נמצא חופשי בציטוזול , הוא יוצר תנועתיות ברחבי•

הציטוזול.בקליפת התא , יש חוטי אקטין קבועים אשר נותנים לקליפת התא את מבנה התא הקשוח ביחד עם סיבי•

הביניים.פונקציה חשובה של האקטין היא תנועת השרירים שלנו. לאורך השריר יש סיבי אקטין. ויש משפחת•

חלבונים מוטורים אשר יודעים ללכת על סיבים לכיוון אחד, ולסיבי האקטין יש חלבונים שנקראיםמיוזים שבעזרת אנרגיה הם הולכים על האקטין ומאפשרים את ההתכווצות. כל תנועה שרירית נובעת

מסיבי אקטין שמשמשים מסילה למיוזין והם פשוט הולכים ומותחים/מכווצים את השריר. בשקף אפשר לראות תמונה במיקרוסקופ פלורסנטי שבו סיבי האקטין נצבעים בצבע פלורסנטי אדום, ואפשר

לראות את קליפת התא וריכוז גדול של אקטין באזורים שבו הזרועות נשלחים. זה בא להדגים שקליפת התא היא מכלל חלבוני התא.1-5%מרובה באקטין. ולכן כמות האקטין היא בין

– כאמור תפקידם לתת חוזק מכני לתא , הם עשויים מחלבוןIntermediate Filaments – סיבי הביניים.2קשוח והם יוצרים מבנים יציבים אשר מקנים לתא חוזק מכני. המבנה שלהם הוא מבנה של רשת. סיבי

הביניים נמצאים בקליפה של מעטפת גרעין התא והם נמצאים גם בתא והם מקנים לו חוזק מכני.בעלי מספר תפקידים בתא:מיקרוטובול: .3

מהווים מסילות מהמרכז להיקף שעליהם מתבצעת התנועה בתא של החלבונים והאברונים מהמרכז.1לפריפריה ולהפך.

יוצרים שלד פנימי לתא.2עשויים מטובלין.3אורכם משתנה על ידי הוספת מטובלין..4יש להם תפקיד מרכזי בחלוקת התא, ויש תאים שבמקום להשתמש באקטין משתמשים.5

במיקרוטובול לקליפת התא.סיבי המיקרוטובול מתוחים ממרכז התא להיקפו, כאשר במרכז התא נמצא הצנטרוזום (לא גרעין התא –

ממנו יוצאים סיבי המיקרוטובול להיקף התא) שהוא מרכז הנוקליאציה של המיקרוטובול.

,2עוד מקום שבו יש מיקרוטובול הוא גרעין התא. במעגל החיים של התא, כאשר התא מתחלק ל .2החלוקה הזו היא מאוד מסודרת ומאוד שמרנית. וחלק ממנה , לפני שהתא כולו מתחלק , גרעין התא מתחלק ל

תאים , ורק אז התא מתחלק. החומר הגנטי2כלומר יש שלב שבו כמות החומר הגנטי מוכפל עד שהוא מספיק ל . בזמן חלוקת התא , הכרומוזומיםDNAנמצא במולקולות שנקראות כרומוזמים אשר מורכבות מחלבונים ו

נעשים מאוד דחוסים עד שאפשר לראותם במיקרוסקופ (כחול בתמונות בשקף). גרעין התא מתחלק לפני התא תאי הבת באופן שווה. והתא מקדיש כמעט רבע מהחיים2עצמו מתחלק כדי לוודא שהחומר הגנטי מתחלק בין

. בשלב שבו נעשית החלוקה הפיזית , זה השלב בומיטוזהשלו לתהליך הזה של חלוקת הגרעין שנקרא הכרומוזומים נעים אל אותו החלק בגרעין שיהיה שייך לתא הבת הבא. זה נובע ממערכת הבקרה של התא ,מאחר ואם התא פגום הוא ישמיד את עצמו. הכרומוזומים נוסעים על מסילות המיקרוטובול ובאופן כזה

מתאפשרת חלוקת הגרעין שבעקבותיו באה חלוקת התא. מאפיינים עיקריים:2לסיבי המיקרוטובול יש

הקצה הפונה להיקף הוא קצה ה + והקצה שתקוע בצנטרוזום הוא קצה המינוס.•האורך של הסיבים לא זניח. בשונה מהאקטין שהוא אינו מעוגן , המיקרוטובול מעוגן בשני צדדיו. בצד•

אחד הוא נעוץ במרכז הגרעון של המיקרוטובול, ולכן המיקרוטובול יכול להתארך בצד החיובי שלוולההרס (הוא אינו מתקצר בצד השני). כל סיב הוא דינאמי – נבנה ונהרס. יש מאות אלפי סיבים

שמתארכים ונהרסים בזמן שלהם. והתוצאה היא שתמיד יש קבוצה שנמצאת בכל אורך, בכל יחידת זמן.בעזרת אנרגיה הפולימר נבנה בקצב לא כ"כ מהיר , ואז כל דינמיות בלתי יציבה.לתופעה זו קוראים המבנה הזה נהרס.

מבנים הנקראים צנטריואולים, העשויים גם הם ממיקרוטובול והם מאגר של מולקלות2לצנטרוזום יש מיקרוטובול.

– השוטונים של התא , מכילים גם הם מיקרוטובול. המבנה שמחזיק את השוטונים (=אברון שמאפשרפלגלהתנועתיות) הוא המיקרוטובול. בשקף יש חתף של השוטון ואפשר לראות שהוא מכיל בתוכו סיבי מיקרוטובול

הנותנים לו את החוזק המכני , ותכף נראה איך המבנה הזה מאפשר גם את התנועתיות של השוטון.

15נכתב ע"י אלעד לוי ©

Motor Proteins – אלו חלבונים פעילים המשתמשים באנרגיה מטבולית –ATPוהם נעים על פני משטח, כמו , המיקרוטובול או האקטין. במקרה שלנו אנו מדברים על סיבי המיקרוטובול. יש שני חלבונים מוטורים עקריים

בתא:1.Dyneinנע מההיקף אל הצנטרוזום (מהפלוס אל המינוס). הוא אחראי גם לתנועת השוטונים. בשוטון :

יש קבוצות של מיקרוטובול שיושבות אחד ליד השני. לצינורות האלה יש מידת גמישות מסויימת , ומה2 סיבי מיקרוטובול שמעוגנים והשוטון זז משום שבין 2. אפשר לתאר Dyneinשמחבר אותם זה ה

. בצד אחד הוא לוקח את המיקרוטובול השמאלי כמשא. אבל בצד הימניDyneinהסיבים הללו יש נמצאות הרגליים. כאשר החלבון יתחיל לנוע לכיוון מסויים , מאחר והסיבים אחוזים לנקודת אחיזה

בתא, המיקרוטובול מתכופף. ומה שקורה זה שהמיקרוטובל נמתח, עד למצב שפיזיקלית הכוח שמופעל למקומו.dyneinעל ידי המיקרוטובול נגד החלבונים שהולכים יותר חזק , ובכוח הוא מחזיר חזרה את ה

2.Kinesinנע מהמינוס אל הפלוס, כלומר בכיוון ההפוך. יש לו מבנה של סיב , אבל יש לו חלבון גלובלוארי: רגליים שהולכות על המיקרוטובול. 2בקצה המאפשר לו להתקשר אל המיקרוטובול. אלה בעצם

אלו בעצם סבלים שקושרים מטען לקצה שלהם , וכך הם מסיעים את המשא ממקום אחד למקום אחר ברחביהתא.

שמגיע לקצה , לאKinesinמה שקורה זה שהמשא מגיע לנקודה מסויימת ,ומשתחרר מהמוטור פרוטואין. אותו יודע איך לחזור כי הוא נע על כיוון מסויים ,ולכן המיקרוטובול מתפרק, והמוטור פרוטואין משתחרר לציטוזול עד

שהוא מגיע בחזרה לצנטרוזום.

16נכתב ע"י אלעד לוי ©

5 הרצאה היום נדבר על קרום התא.

.הומואוסטזיסאנו נקדיש פרק לקרום התא , מאחר ולקרום יש תפקיד מאוד מכריע בשמירה על מצב יציב – קרום התא לא רק מבדיל או קובע את גבולות התא. תפקידו העיקרי והאולטמטיבי זה לדאוג שהמעבר החופשי

(דיפוזיה) של חומרים מהסביבה אל תוך התא וההפך יהיה מינימאלי. כלומר , זה צריך להיות גבול/תחום שיש לומוליכות מאוד מאוד נמוכה לחומרים בעלי מטען (יונים) ובעל חדירות מאוד נמוכה למולקולות גדולות (כמו

סוכרים וחומצות אמיניות). כך התא יכול לבקר על תכולתודיפוזיה הוא מעבר של חומר מריכוז גבוה לריכוז נמוך לשם השוואת ריכוזים , כאשר הכוח המניע הוא מפל

הריכוזים , ותנועת המולקולה נעשית ללא הפרעה. למשל אם נכניס גביש יוד לכוס מים , ישנה דיפוזיה והצבעהאדום של היוד מתפשט בתוך המים עד שהריכוש של היוד נעשה קבוע בכל המקומות. המהירות של הדיפוזיה

היא הפונקציה של הריכוז של החומר בכל נקודה נתונה, ולכן ליד הגביש יש תנועה מהירה של המולקולה ובמרחקמה התנועה היא איטית יותר.

בשיעור זה נסביר מהם העקרונות הפיזיקלים והכימיים שבעזרתם הטבע הצליח ליצור את קרום התא. היה פהתהליך מאוד מורכב , ואפשר לומר , שלבד מהבדלים מאוד קלים , הקרומים בטבע הם זהים בכל התאים.

הקרומים שעוטפים את התאים , והקרומים שעוטפים את האברונים עובדים על אותו עקרון. הם הממס האונברסלי בעולם. הם נפוצים והחיים מתנהלים בתוכם. המיםהנתון הראשון –

אם כך היום:אנו נסביר את יתרונות המים כממס אונברסילי•כיצד בנוי קרום התא.•איך אפשר להשתמש בחלבונים בגבול הזה על מנת שימנעו מעבר של "סחורות" מחוץ התא פנימה ולהפך•

בצורה מבוקרת כך שהתא יוכל לשמור על מצב יציב בתוך התא כל הזמן

: זוהי מערכת הומגנית שבה חומר אחד(=המומס) מפוזר בחומר אחר הנמצא בכמות גדולהתמיסהיותר(=הממס). כדי שתהיה תמיסה המומס צריך להנמס במומס. אחרת זה תערובת.

.מצב יציבהתאים חייבים לשמור על ריכוז קבוע של מומסים בתוך התא –

מדוע המים הם ממס אוניברסלי?אנו שואלים את עצמנו מהם היתרונות של המים כממס אוניברסלי וזה יעזור לנו להסביר אח"כ את הדרך שבה

הטבע השתמש במים כדי ליצור קרומי תא.ליות וכימיות של המים המתאימות לקיום של חיים.נשאל מהם התכונות הפיסק•נדבר על אינטרקציה של מומסים עם המים – חומצות ובסיסים , קשרי מימן.•ונראה אילו חומרים אורגנים נמסים במים•

נשווה בין המים לממס אורגני = פנטאן = טבלה בשקף.: מספר מולים ליחידת נפח. המסה המולקולארית אומרת הרבה על גודל המולקולה.משקל מולקולארי•

). כלומר , המים הם קטנים במבנה המולקולה ובמשקל המולקולארי.3 לעומת פנטאן יותר מפי 18(מים=: למים מתח פנים חזק בגלל שיש עליהם מטען חשמלי,והאינטרקציה בין המולקלות היאמתח פנים•

חשמלית , בשעה שלפנטאן אין מטען חשמלי , והקשר בין מולקולת הפנטאן בנוזל חלש יחסית. דוגמא: אפשר לראות שיתושים מטילים ביצים במים , הם יכולים לנחות על פני המים ללא בעיה. על

פנאן או ממס אורגני אחר זה בלתי אפשר כי הם ישקעו, ומתח הפנים נותן להם משטח כזה. כמו כן ,אםיש ברז מטפטף , אפשר לראות שנוצרת טיפה , וזה מתרחש בגלל הקשר החשמלי בין מולקולות המים.

צריכה להווצר מסה קריטית על מנת שהטיפה תקרע מגוף המים שנמצא בברז. וכך נוצרת טיפה.: כל החומרים האורגניים , התמיסות האורגניות כולל פנטן רותחות בטמפרטורה קרובהנקודת רתיחה•

מעלות.100לטמפ' הגוף שלנו , לעומת מים שרותחים ב : זה אומר משהו על יכולת המוליכות של החומר. ואפשר לראות שמים מוליכים יותרקבוע הדיאלקטריה•

טוב מפנטאן – זרם חשמלי עובר בקלות במים, ואילו הפנטאן לא.

כעת נדבר על המים עצמם:קשרים כימיים ע"פ הספר:

אלקטרונים בשאר הקליפות. לכן , אם8 אלקטרונים בקליפה הפנימית ועד 2כל אטום מכיל במצב יציב עד האלקטרון אינו נמצא במצב יציב , הוא יכול ליצור קשר קוולנטי עם אטומים אחרים על מנת להשלים את החסר

האלקטרונים)2(עבור כאשר האטום אינו נמצא במצב יציב , הוא יכול ליצור קשר קוולנטי עם אטומים אחריםקשר קוולנטי - •

האלקטרונים) – כלומר השלמה של האלקטרונים החסרים על מנת2על מנת להשלים את החסר (עבור

17נכתב ע"י אלעד לוי ©

להתייצב.אם האלקטרו שליליות בין האטומים שונה , אזי נוצר קשר קוולנטי עם קוטביות (פולאריות בקצוות)◦

, כאשר החלק המושך הוא שלילי והחלק הנמשך הוא החיובי.-קשר שמעורב בו אטום מימן. לדוגמא במולקולת מים , החמצן שהוא בעל אלקטרו שליליותקשר מימן•

שלילית נמשך למימן שהוא בעל אלקטרו שליליות חיובית, וכך נוצר קשר בין מולקולות מים. – כאשר האלקטרו שליליות של אטום אחד גדולה בהרבה משל השני , הוא "גונב" אלקטרוניםקשר יוני•

יונים , אחד חיובי ואחד שלילי.2מהאטום השני וכך נוצרים

: קשר קוולנטי אטומי המימן קשורים ב2 אטומי מימן ואטום חמצן. 2המים מכילים אטומים או יותר יוצרים שותפות באלקטרוני הערכיות בקליפה החיצונית. או לפי דברי2קשר חזק מאוד שבו

אטומים אלו הם בעלי מטען חשמלי2 אטומים או יותר המשתתפים. הסיבה היא ש 2המרצה: קשר שבו יש חיובי או שלילי והמצב שבו כמות האלקטרונים לא מספיקה לרבות את המטען החשמלי שישנו בגרעין יוצר מצבשאם הם משתפים ביניהם אלקטרונים , הם יכולים בעצם ליצור מצב אנרגטי "רגוע" ולנטרל את המטען החשמלי

בין שניהם, ולהקטין את השדה החשמלי וכך נוצר קשר ביניהם.קשר קוולנטי הינו קשר חזק ונדרשת השקעת אנרגיה על מנת לפרק אותו.

אטומי מימן ואטום חמצן אחד. כאשר בין האטום2אנו מתארים קשר קוולנטי ע"י קו נקודות. מים עשויים משל המימן לאטום של החמצן יש קשר קוולנטי,נוצרת מולקולת מים.

אמרנו שהסיבה ליצירת קשר קוולנטי בין אטומים הוא הצורך לנטרל מטענים חשמלים ביניהם. המימן, יש לוכשהוא לבד מטען חשמלי חיובי (+) ולחמצן יש שדה חשמלי שלילי חזק מאוד. וכאשר נוצר ביניהם קשר קוולנטי ,השדה החשמלי קטן , אבל במים עדיין נשאר מטען חשמלי חלקי חלש יחסית על כל אחד מהאטומים. כלומר, עלהמימן יש עדיין מטען חשמלי חיובי ועל החמצן מטען חשמלי שלילי. לשדה החשמלי שנוצר אין רדיוס גדול אבל

כאשר קרבים למולקולה חשים בזה. מה זה עושה לאינטרקציה של מולקולת מים עם מולקולת מים אחרת? זה גורם לכך שמולקולת המים השכנה

תסתדר ע"פ המטען החשמלי שהיא רואה במולקולה השכנה. כלומר , המולקולה תסתדר כך שהיא תהיה קרובהלאחד המימנים. וייווצר בעצם איזהשהוא אינטרקציה שהבסיס שלה הוא חשמלי (מאחר ויש רק שדה חשמלי

כל הקבוצהקשר מימן. והאלקטרונים נוצלו לקשר הקוולנטי) ונותר ליצור קשר כימי שהוא חשמלי אשר נקרא , כי מולקולה שיש עליהקשר יוניהזו של קשרים שנוצרים על בסיס מטען חשמלי חלקי בין מולקולות נקרא

מאוד אופייני שלתרכובות שמכילות מימן יש שדה חשמלי , וגם בחומצות אמיניות , להרבה .יוןמטען חשמלי היא מולקולות אורגניות בתא שיש להם מימנים , יש להם מטען חשמלי חלקי = הם יונים. רוב חומצות האמיניות הם

מולקולות יונים כאלו עושות אינטרקציה , היא יוצרת סידור שבו2יוניות וכן חלק מהסוכרים. ובמקרה כאשר – יכול להיות בין מימן לחמצן או בין מימן לחנקןקשר מימןהחמצן יהיה קרוב למימן של המולקולה השניה –

מהקשר הקוולנטי , כלומר הוא חלש5% וחוזקו המכני הוא כיוני(בחלבונים בעיקר) הקשר המימני הוא קשר ביחס לקשר הקוולנטי, וניתן בקלות לקרוע את הקשר הזה – כמו טיפת מים המסוגלת לקרוע את קשרי המימן

על מנת לפצח אתמתח הפנים.מהטיפות שנותרו בברז. והרצון של מולקולה להיות ביחד יוצר בעצם את מולקולות מים יש צורך בהרבה אנרגיה המושקעת ע"י תהליך אלקטורליזה או אנרגיית האור (פוטוסיתזה) –

הפוטונים שנבלעים עי הכלורופיל מפצחים את הקשר הקוולנטי של המים ומפרידים בין המימן לחמצן.

מולקולות במרחב הם לא לינאריות. הזווית שעליה נוצר הקשר יש לו הרבה מאוד שיקולים תרמו דינמיים. המימנים. 2 מעלות) היא הזווית שבה נוצר הקשר הקוולנטי בין החמצן ל 104הזווית שנוצרת (כ

. ישפולאריותתכונה זו של המים משייכת אותה למשפחת מולקולות שיש להם גם מטען חיובי וגם מטען שלילי – קצוות: קוטב אחד חיובי וקוטב אחד שלילי. וזה עוד יתרון למים משום שכתוצאה מכך , המים2להם בעצם

מסתדרים כסריג – באופן מאוד מאורגן בתוך כוס מים. מה שאי אפשר להגיד על תרכובות /תמיסות אורגניותכמו הפנטאן אשר לא מכילות מטען.

בכל אופן , המים יוצרים סריג. והשאלה היא , מה יקרה כאשר נכניס מלח שולחן למים. המלח הוא גביש המכיל. מה שמעניין בנתרן הכלורי זה שבמגע עם המים (הקשר בין נתרן לכלור חלש יחסית) – מספיק בשבילנתרן כלורי

בתוך המים. למה זה קורה? על הנתרן יש מטען חשמלי חיובינמס להפר את הקשר בין הנתרן לכלור, ולכן המלח ואילו על הכלוריד יש מטען חשמלי שלילי , אבל המטענים האלה יוצרים שדות חשמלים שהם חזקים יותרמהשדה החשמלי שיוצר את קשרי המימן , ולכן הם מסוגלים לנטרל את קשר המימן וליצור קשר עם אטום

החמצן. מה שקורה זה שבתמיסה מימית , נתרן נפרד מהכלוריד ומקבלים נתרן לחוד וכלוריד לחוד אשר יוצריםקשר עם אטומי המימן. וכך נוצר סריג חדש במים כמו שנראה בשקף. מה שקורה זה שאטומי הכלור והנתרן

יתערבו בין קשרי המימן ויפריעו למבנה הסריגי של גוף המים. התוצאה היא שהנתרן והכלור נפרדים והופכיםעם מולקולות המים וזה נקרא תמיסה משום שהם עברו ממצבקשר יוני לחלק מגוף המים משום שהם יוצרים

הם כאלה – הם מבוססים עלתהליכי ההתמוססותמוצק למצב נוזל, כי הם הפכו לחלק אינטגרלי מהמים. וכל קשרים כימים (בד"כ יונים) שיוצרים בין הממס למומס ובאופן כזה הם שניהם נעשים באותו מצב צבירה.

18נכתב ע"י אלעד לוי ©

בעצם אפשר לומר שגם הנתרון הכלורי הוא חומר פולארי משום שהוא נושא מטען חיובי ושלילי ולכן הםמתמוססים בגוף המים. אותו הדבר נכון גם לגבי סוכר.

כמות המטען קובעת את קלות ההתמוססות, ולפעמים יש לחמם מולקולה כדי להתמוסס, כדי להרחיק מולקולותולהחליש את הקשר ביניהם.

הקשר היוני עשוי להתפרק בממסים קוטביים , מאחר שמולקולת המים מצליחות להתגבר על המשיכה ביןהיונים החיוביים ליונים השלילים. מלח שולחן נמס במים. החומר היוני מתמוסס ונוצרים יונים ניידים בתמיסה.

אוהבי מים.חומרים הידרופילים –לכל הקבוצה של התרכובות אשר מתמוססים במים קוראים

אינטרקציה של מים ושמן מה קורה כאשר האינטרצקציה הפוכה ? למשל מולקולה כמו שומן , שאין עליה מטען. כל השומנים הם חומריםללא מטען חשמלי. איך תהיה האינטרקציה שלהם עם המים ? שלילית. אם שופכים שמן על מים , טיפות השמןצפות , וזה בשל המשקל הסגולי שלהם , אבל אין להם אינטרקציה עם המים. והתשובה היא פשוטה – המים הם

סריג של קשרי מימן בין מולקולות המים , ויש להם את תכונת הצורך להיות ביחד (קוהזיה), והליפיד (שומן)שרוצה להיות חלק מהתמיסה , אין לו מטען חשמלי, והוא לא יכול להיות חלק מהתמיסה , משום שעליו לקרוע

את קשרי המימן. ולכן לקשר המימן יש מספיק אנרגיה לדחות את מולקולת השומן החוצה , ולכן השומן צף. דבר נוסף שמעניין זה שאם ניקח כוס מים , ונוסיף שמן , ונערבב את הכוס, נראה שהשמן יתפזר בטיפות קטנותבכל הכוס (כי הוא נקרע) , אבל לאחר מספר דקות המולקולות שומן יתאחדו למספר טיפות גדולות. מה הסיבה

לכך ? הסיבה לכך היא שנוצר מאבק כוחות בין קשרי המימן שדוחים את הטיפות האלה , לבין הטיפה עצמה. מהשרואים פה זה בעצם אינטרקציה שלילית בין חומר כימי למים. השומנים שייכים לקבוצה שלמה שהם לא

פולארים (א-פולארים), והם שייכים לקבוצה אחרת שהם הידרופוביים (מפחדים מהמים).לסיכום:

חומרים פולארים – הידרופילים – נמסים במים כי יש להם אינטרקציה חשמלית חיובית עם המים.•חומרים א-פולארים – הידרופוביים – נדחים ע"י המים.•

בטבע יש עוד קבוצה של מולקולות שהם בני-כלאיים של ההידרופילים וההידרופיבים – חלקם הוא פולאריאמפיפטיים.וחלקם הוא א-פולארי. זו קבוצה הנקראת

ע"י קשר קוולנטי. החומרים הללוא-פולאריתלמולקולה פולארית הם חיבור בין מולקולה חומרים אמפיפטייםמאוד מעניין ורלוונטים לסיפור של קרום התא , כי איך יסתדרו חומרים אמפיפטיים עם המים? ניתן דוגמא:

,בכחול) והחלקCOOחומצות שומן רוויה. כל החומצות שומן הן תרכובות אמפיפטיות כי בקצה יש להם חמצן (הזה הוא בעל מטען חשמלי שלילי, ובצד השני שרשרת שלמה של פחמנים ומימנים ללא מטען חשמלי (בשחור –

הידרופובי). השמאליות , והיא ממש ליפיד והיא נקראת פוספו ליפיד כי היא2המולקולה הימנית בשקף היא מורכבת מה

מכילה זרחן למעלה. ונתקל בה הרבה משום שהיא חלק מרכזי מההרכב של קרום התא.

אפשרויות (צהוב – הידרופיבי, כחול -הידרופילי):2כיצד תרכובות אמפיפטיות יתארגנו בתוך גוף המים? יש החלק הליפיטי ידחה , כלומר החלק ההידרופילי יבוא באינטרקציה עם המים ואילו החלק ההידרופיבי.1

יהיה באוויר. שכבות של חומרים אמפיפטים. כאשר החלק הידרופיל פונה פנימה ויש מים2ליצור כדור , שבו יש .2

בפנים, ואילו בשכבה החיצונית זה פונה החוצה, ואז נוצר כדור שבו יש מים. וזה בעצם המבנה של קרוםהתא.

עוד מידע על הנושא:http://www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php?cat=1797&incat=1428&article_id=1124&act=forumPrint

19נכתב ע"י אלעד לוי ©

6 הרצאה חזרה קצרה על השיעור הקודם:

התחלנו מתכונות המים , ואמרנו שגוף המים מכיל מולקולות מים. ומולקולות המים הן פולאריות. על המימן ישמטען חלקי חיובי ועל החמצן יש מטען חשמלי חלקי שלילי. וכתוצאה מהקוטביות הזו, המולקולות של המים

קשרי מימן – קשר בין יונים,במרחב המים יוצרות מבנה של שריג של מים. הקשרים בין המימנים לחמצן הם . אח"כ אמרנו שחומרים פולארים מעוצמתו של קשר קוולנטי(קשר בו משותפים אלקטרונים)5%שעוצמתו כ

) , הכדורים הירוקים מייצגים את האניון (הכלור בעל המטען השלילי) ואילוNACLאחרים , למשל מלח בישול ( הכחולים מייצגים את הנתרן (קטיון , בעל מטען חיובי). הקשר בין הנתרן לכלוריד הוא יוני, ולכן , כאשר זורקים

גביש כזה אל מים , יש תחרות על הקשר היוני. מי שיש לו שדה חשמלי חזק יותר , ייצור קשר טוב יותר עםהמים , ולכן כאשר נזרוק גביש מלח אל כוס מים , אפשר לראות שלאט לאט הנתרן(שמסומן ב+) לעומת הכלורידשצבוע בירוק (-) הם נכנסים אל תוך תמיסת המים , והם לא צריכים בכוח להפריד את הסריג של המים , מאחרוהם מתמירים קשר בקשר. כלומר , הם יוצרים שדה חשמלי חיובי או שלילי יותר ובאופן כזה מתחברים בקשר

יוני עם החמצן של המים או עם המימן של המים בהתאם למטען החשמלי שנמצא עליהם. ולכן , המלח מתמוססבגוף המים , משום שהוא יוצא קשר חדש. הוא מחליף את קשרי המימן בקשרים של נתרן חמצן וכלוריד מימן.

, וזה מתרחש משום שכבר הכל נקשר למים ואיתמיסה רוויהלתמיסה שאי אפשר כבר ליצור בה קשרים נקרא אפשר לגרום למולקולות הנתרן להקשר יותר אל המים. כלומר מה שקובע את כמות המלח שתתמוסס במים זה

בעצם כמות מולקולות המים בגוף המים.אח"כ דיברנו על חומרים הידרופילים שהוא חומר פולארי. קבוצת כל החומרים המתמוססים במים הם חומרים

הידרופיליים, מכיוון שמידת הפולאריות שלהם, יש קשת רחבה של חוזק השדה החשמלי מסביב למולקולות –למשל סוכרים מתמוססים יותר לאט ממלח , אבל באופן כללי חומר המצליח להתמוסס במים הוא חומר

הידרופיליי.כיצד מגיב גוף המים לחומר חסר מטען , חומר א-פולארי ? כאן הדבר מסובך יותר עבור המולקולה הא-פולארית.

הדרך היחידה שלה להכנס לגוף המים, זה על ידי פינוי מקום. כי גוף המים הוא שריג וכדי להכנס אליו יש"לפתוח" את השריג. כלומר היא צריכה לקרוע את קשר המימן. החומר הא-פולארי צריך להפעיל כוח נגד שריג

מים כדי לפנות לעצמו מקום. ולכן, מי שיש לו יותר אנרגיה הוא זה שיקבע אם הוא גוף המים יקרע או לא.החומרים האלה , שאין להם אינטרקציה חשמלית עם המים (א-פולארים או הידרופוביים) , כדי להיות בגוף

המים , הוא צריך להפעיל כוח כנגד סכום קשרי המימן באותו נפח שהוא צריך להכנס אליו בגוף המים. לא כלמולקולה הידרופובית יש לה אנרגיה משלה כדי לקרוע את גוף המים , ואחת התופעות שדיברנו עליהם היא

התופעה של שמן במים , שאם מערבבים שמן במים נקבל שהטיפה מתפזרת בכל רחבי המים , וגם מתחברות אחתלשניה אח"כ לאחר זמן מה, מאחר והלחץ עליהן גורם להן להתחבר. מה שיפה הוא שההידרפוביות יוצרת

אמפתיה כימית בין המולקולות האלה. יש להן מכנה משותף וזה חוסר המטען , והקשר הזה שנוצר כתוצאה וזה קשר בין תרכובות הידרופוביות. ובכוונהקשר הידרופובי או קשר ואן דר ואלס.מהלחץ יוצר קשר שנקרא

גבולות החומר ההידרופיבי מצוייר בצהוב. מאחר והתרכובת ההידרופיבית יוצרת מעין כוח שדוחף את המיםובעצם ריכוז המים (כמות חלקי נפח) גבוה יותר מחץ למולקולה מאשר במרכז המולקולה ההידרופיבית. הדחיפה

, מכיוון שהמים פולארים והחומר ההידרופיבייכוז המים נמוךשל המים גורמת לכך שבתוך סביבה הידרופובית רדוחה חומרים פולארים.

חומרים אמפיפטייםזה חיבור של מולקולה המכילה בקצה אחד שלה חומר הידרופילי שמחוברת למולקולה הידרופובית. צד אחד בעלמטען וצד אחר ללא מטען. זה יוצר מצב מעניין משום שבצד אחד יש אינטרקציה חיובית עם המים ובצד השני יש

אינטרקציה שלילית עם המים. חומצת שומן היא תרכובת אמפיפטית.• שרשרות של חומצות שומן , ובקצה יש קבוצה פונקציונאלית אשר מכילה זרחן2פוספוליפיד. יש לה •

(מטען חשמלי שלילי) צורות:2כאשר תרכובת אמפיפטית באה במגע עם המים יכולה להגיב ב

כל המולקולות יעלו ויצופו על פני המים. כאשר החלק ההידרופילי יהיה במגע עם המים , והוא יהיה מעין•שכבת מגן של החלק ההידרופיבי, שפונות לאוויר. (לא באמת קיים במציאות)

כדורים , שיש להם שכבה אחת של תרכובת אמפיפטיות , שכאשר הם פונים החוצה לגוף המים , כל•התרכובת הפולארית פונה החוצה , ובפנים יש רק תרכובות הידרופוביות. זה כדור שיש לו אינטרקציה

עם המים ולא מאפשר למים להכנס פנימה כי תוכו הוא הידרופובי , ריכוז אדיר של חומצות שומןהידרופוביות. באופן כזה כל מה שמתמוסס בשומן יכול להרכז בלב הכדור(מיצלה) הזה וכל השאר נמצא

במים. זה גם אופייני לסבונים. אופייני לחומרי ניקוי. שכבות של תרכובות אמפיפטיות. זה2הצורה שבה מתארגנת ממברנת התא. זה ליצור כדור חלול עם •

2הרחבה של הצורה של המיצלה , רק עם יצירת חלל פנימי. החומרים האמפיפיטים מתארגנים ב שכבות:

חיצונית: מתארגנת כך שהחומרים ההידרופילים פונים כלפי חוץ ונמצאים באינטרקציה עם המים.◦

20נכתב ע"י אלעד לוי ©

פנימית: בשכבה הפנימית יש גם מים , והחלק הפולארי פונה אל גוף המים בתוך הכדור הזה. ◦מה היתרון של הצורה הזו ? בעצם נוצרת פה בין החוץ של הכדור לנפח הפנימי של הכדור שכבה הידרופובית די

עבה. יש פה שכבה הידרופובית שאורכה הוא סכום האורכים של התרכובות ההידרופוביות של המולקולותהאמפיפטיות.

זה עקרון הפעולה של הקרומים : שכבה הידרופובית כזו יוצרת שכבה בעלת מוליכות נמוכה ליונים. כלומר, מים, אבל המוליכות של הקרום הזה למים היא מאוד נמוכה. זה היתרון הגדול של השכבהדיפוזיה יכולים לעבור ב

ההידרופובית. היא יוצרת גבול שהחופש של מולקולות לעבור מצד לצד הוא מינימאלי (לא מוחלט!).נחזור למילה הומואוסטזיס. כדי לקיים הומואוסטזיס של תא, יש למזער את המעברים של החומרים הלא

את מעברלמינימוםמתוכננים ולהגדיל את אותם חלקים שיכולים להיות תחת בקרה , והקרום הזה מקטין החומרים החוצה/פנימה , ומפה והלאה אפשר ליצור כלים כגון שוערים ותעלים שיאפשרו מעבר מבוקר של

חומרים החוצה/פנימה.

המולקולה האמפיפטית הנפוצה ביותר בקרומי התא הביולוגים היא הפוספוליפיד. היא מורכבת מחומצת שומן,כאשר החלק ההידרופובי עשויה משרשרת פחמנית שאין בה מטען. וכל מה שעטוף בגוון כחול הוא הידרופיליובעל מטען ויש בו תרכובת של זרחן. בגלל הזרחן קוראים לקבוצת הפולימרים האלה פוספו ליפידים. תרכובת

האם שלהם הם הטריגלצריד. במקום הזרחן יש שרשרת של חומצת שומן נוספת.

צדדיו. הוא סימטרי בכך שיש2בשקף מוצג מודל של קרום התא , והמודל הזה מראה שהקרום אינו סימטרי מ שכבה עבה הידרופובית(באמצע). אבל המולקולות בחלק העליון (שפונה החוצה) ובתחתון (שפונה פנימה) ניתן

לראות שהמולקולות אינן זהות ואין סימטריה. זה חשוב לדעת שקרום התא מכיל פוספוליפידים וחומרים סימטריות.אינןאמפיפטיות ושכבה הידרופובית , אבל המולקולות שמרכיבות את השכבה הזו

תכונות קרום התא: נובעת מכך שקרום התא הוא נוזלי.גמישות•

-למנוע מעבר חופשי של חומרים מהצד הפנימיאוסמוטיהתפקיד העיקרי של קרום התא הוא ליצור חיץ ,נוזליאל הצד החיצוני. מצב הצבירה האופטימאלי של קרום התא על מנת לשמור על הומוסטאזיס זה

קרוב לצמיגי. מצב מוצק ייצור סדקים ואז לקרום אין תפקיד. לכן התאים חייבים לשמור על כך שקרוםהתא יהיה במצב צבירה נוזלי.

: נמוכה מאוד ליונים ומולקולות פולאריות. מעבר של מולקולות טעונות כגון נתרן,כלור ,מוליכות•חומצות אמינו היא איטית. ההתנגדות של השכבה ההידרופובית היא מאוד גבוה.

משום שהבעיה היחידה שלהם זה להדחף מגוף המיםמולקולות הידרופוביות קטנות עוברות בדיפוזיה.•ומהקצה הפולארי שהן קשורות אליו ,אבל ברגע שהן במגע עם השכבה ההידרופובית זה סביבה טובה

מצד לצד. בדיפוזיהלהם והם מתערים ועוברים אבל למולקולות הידרופוביות גדולות יש בעיה. למרות שהן יכולות להתמוסס ,המבנה הזה של◦

הפוספוליפידים יוצר מעין רשת צפופה של מולקולות , שהמקום החופשי ביניהן הוא מינימאלי, ולכןגם כאשר מולקולוה הידרופובית רוצה לחצות את הקרום היא צריכה להזיז את המולקולות הללו

דיפוזיה.פיזיתולפלס לעצמה דרך. לכן למולקולות גדולות קשה לעבור קרומים מתקרבים אחד לשני , קשרי ואן דר ואלס נוצרים בין חלקים הידרופובים והם2כאשר •

מתאחים.

קרום התא הוא "אריזה קומפקטית". מה זה אומר מבחינה כימית על מצב הצבירה של הקרום בטמפ'? כאשר ישלנו חומר שהוא מאוד קומפקטי , קצת יורדים בטמפ' , הוא מתגבש מהר מאוד למוצק. ואם מעלים טמפ'

המולקולות מתרחקות אחת מהשניה ועוברים לגז. טווח הטמפ' שבו התא יכול לשמור על נוזליות הקרום היאקריטית. אחרת לא היינו יכולים לעמוד בהפרשי טמפ' גבוהים. כיצד הטווח של הפרשי הטמפ' גדל?

הגדלת המרווח בין המולקולות של הפוספוליפידים וכך מגדילים את הטווח שבו הממברנה יכולה להשאר.1נוזלית. זה נעשה ע"י שימוש בחומצות שומן בלתי רוויות:

: חומצת שומן שכל הקשרים הקוולנטים בין הפחמנים זה קשר אחד(קו אחד) .חומצת שומן רוויה• הינה חומצת שומן עם קשר קוולנטי כפול בין הפחמנים. מדועחומצת שומן בלתי רוויהלעומת זאת •

חומצת שומן בלתי רוויה חשובה ? כל חומצות השומן בטבע יש להן קונפיגורציה כימית זהה שיוצרתכיפוף , וכאשר מתמירים באותו מודל חלק מהפוספוליפידים האלה עם פוספוליפידים בעלי חומצתשומן בלתי רוויה , האריזה תהייה פחות קומפקטית וכך הטמפ' שבה הקרום יהפוך למוצק תהיה

יותר נמוכה , מאשרכאשר כל חומצות השומן במודל הינן רוויות. לכן מה שקובע את טווח טמפ' שבוהקרום נשאר נוזלי זה היחס בין חומצות שומן רוויות לחומצות שומן בלתי רוויות.

: כולסטרול עם מולקולה אמפיפטית חלשה היא מולקולה קטנה שיכולה להכנסבכולסטרוללהשתמש .2ברווחים בין הפוספוליפידים. והיא יכולה להוות מעין חצץ כזה כמו שבונים קיר וכך היא מונעת

21נכתב ע"י אלעד לוי ©

התפזרות של הקרום כאשר הטמפ' עולה או הפיכה של הקרום למוצק בטמפ' נמוכות. הכולסטרול הואכלי מאוד חשוב ביחד עם חומצות השומן הבלתי רוויות כדי להגדיל את טווח הטמפ' שבו הקרום נשארנוזלי. לתאים יש בקרה מאוד גדולה על הכולסטרול שהם זקוקים לו ולכן מה שלא צריך נזרק לדם וזה

לא טוב לנו.אם כך , לסיכום , קרום התא:

קרום התא משמש חיץ המבודד את התא מסביבתו.•הכלים שיש לתא מאפשרים לו אינטרקציה עם הסביבה , בקרה על נפח התא וקיום הומואוסטזיס.•

. זה הכלי בו התא משתמש עלחלבוניםוהשאלה היא מהם המולקולות שמאפשרות לתא לשמור על זה? מנת לשמור על הומואוסטזיס.

22נכתב ע"י אלעד לוי ©

7 הרצאה אמרנו שתפקידו של קרום התא הוא להפוך את התא למערכת סגורה , מלאה במים המוקפת בקרום בעל התנגדותגבוהה מאוד למעבר של יונים , חומרים הידרופילים, ובלתי עביר למולקולות גדולות (סוכרים, חומצות אמיניות).זה מצב אידיאלי שבו התא, יכול להשתמש בכלים , כדי להעביר בצורה מבוקרת חומרים דרך התא. בעצם לעשות

כל מה שהתא צריך לעשות כדי לעבוד בצורה מבוקרת.השיעור יוקדש על מנת להדגים את הכלים שיש בידי התא על מנת לעבוד בצורה מבוקרת. בשיעור הקודם סיימנו

כשאמרנו שהחלבונים מבצעים את הדברים הללו. עכשיו נניח שאנו יודעים מה זה חלבונים ואיך הם עובדים ואנו יודעים שהמבנה השלישוני של החלבונים מקנה

להם ספציפיות, ונדבר על מעבר מומסים דרך קרום התא.

: הצורה הפשוטה ביותר בה חומרים יכולים לעבור דרך קרום התא. זה הדבר הזמין ביותר. זוהי תנועהדיפוזיהשל מולקולות מומסות מריכוז גבוה לריכוז נמוך. הדוגמא הטובה ביותר לכך זה כאשר גביש מתמוסס במים והוא

הופך מריכוז גבוה להיות מפוזר בצורה הומוגנית בכל רחבי המים. צבעים המומסים במים (אדום צהוב וכחול!) ובצד השמאלי , בעזרת3ניסוי בדיפוזיה: זה ניסוי שבו לוקחים

מזרקים מתאימים מסדרים אותם כך שבתחילת הניסוי הם יהיו שלושתם נפרדים בתוך התמיסה וכעבור זמן מה הצבעים. וכמובן שהמהירות של3רואים שהצבעים מתערבבים ונוצרת תמיסה בעלת צבע שהוא הערבוב של

המולקלות בתוך גוף המים (של המומס בתוך הממס) הן פרופרציונאליות לריכוז המומס בנקודה מסויימת. אםהריכוז גבוה – התנועה תהיה מהירה , ואם הריכוז נמוך , התנועה תהיה איטית.

ישנן מעט מאוד מולקולות שעוברות דיפוזיה דרך הקרום. אלו בעיקר מולקלות הידרופוביות קטנות , ואילומולקולות הידרפיליות לא תעבורנה.

החלקיקים אשר יכולים לעבור דיפוזיה הן:מולקולות הידרופוביות•מולקולות קטנות לא פולאריות•

בשכבה ההידרופובית של קרום התא, המים יעברו לאט מאחר והן נמצאות בריכוז נמוך שם.◦לעומת זאת , מולקולות גדולות ויונים לא יכולים לעבור בדיפוזיה בשל ההתנגדות של הקרום.

: דיפוזיה של מיםאוסמוזיהאנו נעסוק במולקולות שאינן עוברות דיפוזיה ועל כן יש להבין תהליך נוסף הנקרא דרך הקרום כדי להביא להשוואת ריכוזים. מעבר של ממס דרך קרום בעל חדירות בררנית (המאפשר מעבר של

מולקולות הממס, אך לא של המומסים, כלומר מים), במורד מפל ריכוזו, דהיינו, מתמיסה שבה ריכוז המומסיםנמוך יותר, לתמיסה שבה ריכוז המומסים גבוה יותר, עד ליצירת איזון בין ריכוזי המומסים משני צידי הקרום.

מכיוון שהתא הוא סביבה אחת סגורה , ומה שמחוץ לתא זה סביבה אחרת ועשויים להיות הבדלי ריכוזים אשריוצרים אנרגיה פוטנציאלית , אזי יכול להיות מצב שהפרש הריכוזים של מומס יהיה גדול -למשל סוכר גלוקוזיהיה הרבה בתוך התא ומעט מחוץ לתא , אבל גלוקוז לא יכול לעבור בדיפוזיה דרך הקרום , אבל יש לו אנרגיה

פוטנציאלית כ"כ חזקה שהוא מושך אליו את המים דרך הקרום.

נחדד את ההבדל בין דיפוזיה ואוסמוזה:: מולקולות של מומס נעות בתוך ממס ללא הפרעה כדי להשוות את ריכוזן, מהריכוז הגבוה אלדיפוזיה•

הנמוך.: התנועה לא מתאפשרת בגלל הקרום , ולכן נוצר לחץ אוסמוטי שמחייב השוואת ריכוזים ,אוסמוזה•

ומכיוון שהמומס לא יכול לנוע הוא מפעיל כוח על הממס לבוא אליו כדי להשוות את הריכוזים שלו לצדהשני וכך נוצר עמוד מים שגודלו שווה לשקול הכוחות בין הלחץ האוסמוטי/דיפוזי על הממס שיוצרות

.דיפוזיה של הממסהמולקלות הלא חדירות והכוח של עמוד המים. זה בעצם הגדרנו מה זה אוסמוזה ואמרנו שמומס שלא יכול לעבור דרך קרום התא או כל קרום שהוא יוצר לחץ אוסמוטי

מצבים שתאים יכולים3אשר גורם לתנועה של הממס (מים במקרה של התאים) על מנת להשוות ריכוזים. ישנם להיות בהם ע"פ חוקי האוסמוזה:

הצדדים הוא זהה , ולכן אין תנועה2: הלחץ האוסמוטי או ריכוז המומסים ב איזו-אוסמוטי/איזוטוני.1של מים. אצלנו בגוף זה המצב הנורמלי.

: ריכוז המומסים שלא יכולים לעבור דרך הקרום גדול יותר (בתוך התא) , מאשרמצב היפו-אוסמוטי.2מחוץ לתא , וכך מים נמשכים אל תוך התא על מנת להשוות ריכוזים וכתוצאה מכך כדוריות הדם

) משום ששלד התא שלהם חלשליזיס(התפוצצות תאיםמתמלאות במים ומתפוצצות- תהליך זה נקרא מדי. אצל צמחים לעומת זאת , הצלולוז הוא חזק מאוד- הדופן לא מאפשרת לתא להתפוצץ (הלחץ שנוצר

על הדופן נקרא לחץ טורגור)ריכוז המלחים מחוץ לתא גדול מאוד וכתוצאה מכך מים יוצאים מחוץ לתא ונוצרמצב היפר-אוסמטי: .3

תהליך שנקרא פלסמוליזה (התכווצות של כדוריות הדם האדומות כי הם מאבדות נוזלים)

23נכתב ע"י אלעד לוי ©

ההבדל בין תאים אנימלים לצמחיים באוסמוזה:תאים אנימליים מתפוצצים בסביבה היפוטונית ••תאי צמחים קולטים מים ודופן התא הקשיח מונע התפוצצות התא,ונוצר לחץ טורגור •

חלבונים כנשאים וכתעלותהבעיה הזאת של האוסמוזה הוא מצב די בעייתי לתא. הוא לא מאפשר לו חופש פעולה , וגם אם מסיבות

מטבוליות - מופרשים כל הזמן חומרים ונוצרים חומרים, וזה עשוי להעלות את הריכוז האוסמוטי של מומסיםבתוך התא ולכן התא צריך ליצור כלים שיאפשרו לו מעבר של חומרים מומסים פנימה/החוצה ולהפך , ואמרנו

קבוצות חלבונים שזה תפקידן:2שזה נעשה דרך חלבונים. כאשר יש : אלו חלבונים שיודעים לשאת חומרים מומסים באופן מבוקר מצד אחד של התא לצד השני.נשאים.1

בד"כ מדובר על מומסים שלא עוברים בדיפוזיה דרך קרום התא.: אלו מאפשרות מעבר חופשי , כאשר יש דרכים לבקר על פתיחת/סגירת התעלה.תעלות.2

אלו הכלים העיקריים שיש לתא בקרום אשר מאפשר מעבר חומרים. צורות אלו? המצב של נשאים ותעלות אל מול דיפוזיה? 2מה המשמעות הקינטית של

:קצב כניסת מומסים אל תוך התא כפונקציה של הזמן ושל ריכוז המומס בחוץ הוא לינארידיפוזיה•(מוגבל בשטח פני התא – הגרף יתיישר)

:אם ניקח חומר שלא עובר דיפוזיה , אבל הוא עובר אל תוך התא ע"י נשאים/תעלות,נשאים/תעלות•חלבונים שיודעים לקחת אותם מצד אחד לשני , קצב כניסת מומסים אל תוך התא כפונקציה של הזמן

ושל ריכוז המומס בחוץ נקבל קו רוויה שהוא פונקציה של מספר הנשאים. כלומר יש תהליך אשר מותנהבמספר הנשאים.

המקרים נקרא דיפוזיה משום שמומס עובר מצד אחד של הקרום לצד השני , אבל הדיפוזיה יכולה להיות2ל רגילה או מתווכת (באמצעות נשאים/תעלות) אשר עוזרת למולקולות לא חדירות באופן טבעי, להכנס אל התא.

ריכוז מלחים בדם-דוגמאנניח יש צינורית דם שנמצאת במגע כזה או אחר עם תא. ונרצה לראות את מצב ההומואוסטזיס של כל התאים

מילימולר5 מילי מולים לכל ליטר דם) , האשלגן בעל 140 מילימולר (יש 140בטבע. ריכוז הנתרן הכלורי הוא מילימולר. זה המצב שיש בזרם הדם שלנו. ומה קורה בתאים שלנו? נתרן הוא רעיל לתאים שלנו.2וסידן בעל

מילימולר, וסידן נמצא130 מילימולר בתאים שלנו, אשלגן הוא בעל 10בתא אפשר לראות שהנתרן הוא רק מילימולר. לכן על מנת לשמור על הומואוסטזיס בתא , התא צריך0.001בריכוז מאוד נמוך יחסית לחוץ –

להשקיע אנרגיה. על מנת לשמור על מפל ריכוזים כזה יש להשקיע אנרגיה בשמירת המצב היציב. התא יכוללעשות זאת בזכות נשאים ותעלות. בזכות זה שחומרים אלו הם יונים (נתרן, כלוריד, אשלגן, סידן), והדיפוזיה

שלהם היא מינימאלית , הוא יכול בעזרת נשאים ותעלות ליצור מצב שבו מפל הריכוזים של הנתרן והאשלגן יהיהכזה. ותכף נראה איך זה נעשה בפועל.

המצב בדוגמא הזו היא איזו-אוסמוטי. ולכן יש צורך בהשקעת אנרגיה על מנת לשמור על מצב זה.

מנגנוני טרנספורט ממברנלינכנס למנגנוני העברת החומרים , ונהיה ממוקדים בנשאים ומשאבות.

הדבר הפשוט ביותר זה מעבר של מים דרך הקרום:.1 (פאסיבית)דיפוזיה•הוספת מים ליונים (פחות חשוב לדעת)•. (פחות חשוב לדעת)aqua porinsתעלות למים – •

: מולקולות פולאריות (המומס) עוברות את הקרום בעזרת נשאים(חלבונים) או תעלות,מתווכת דיפוזיה.2כאשר כיוון התנועה תלוי לחלוטין בכוח המניע שזה מפל הריכוזים של המומס עצמו (ע"פ חוקי הדיפוזיה)

.Carrier protiens – נשאים אמרנו שיש חלבונים שנמצאים בקרום שהם טרנספורט בעזרת נשא:.1ונדגים זאת בעזרת מעבר של גלוקוז לתאים:יש חלבון שהוא בעל מבנה גלובלוארי, ונמצא בתוך

צידיו , וכל תפקידו הוא להעביר מומסים שלא עוברים בדיפוזיה מצד אחד2הקרום והוא בולט מ של הקרום אל הצד השני של הקרום. מאחר ולחלבונים יש מבנים שלישונים יש להם ספציפיות ,

כלומר , החלבונים לא נקשרים לכל חומר כימי שהם פוגשים. יש להם אתר קישור והם לאמתקשרים לכל אחד , אלא למישהו ספציפי. בדוגמא יש נשא שהוא ספציפי עבור גלוקוז. יש אלפיחלבונים נשאים שהם ספציפים ויודעים להעביר חומרים מיוחדים. וכרגע יש מצב שגלוקוז נמצאבעודף בצד החיצוני של התא , והוא אינו יכול לעבור בדיפוזיה אל קרום התא – ועל כן הוא נקשר

24נכתב ע"י אלעד לוי ©

לחלבון הנשא לגלוקוז , ובצורה כזו הגלוקוז מתחבא בתוך הנשא. הנשא בעצם מהווה סוכך והואיוצר חור בקרום שאין בו בקיעים – הקרום עדיין אינו חדיר. כלומר יש אחידות בין החלבון הנשא

לבין השכבה ההידרופובית כך שתכונות הקרום אינן משתנות והוא עדיין מהווה חוצץ אוסמוטי,והגלוקוז עובר דרכו ומשתחרר אל תוך התא. התהליך מהיר ותלוי במפל הריכוזים – מהיר בהתחלהולאט בסיומו. יתרה מזה , כאשר יתרבו מולקולות הגלוקוז בצד הפנימי של התא, חלק מהן יחזור

חזרה אל חוץ התא. כי לנשא הזה אין ספציפיות לצד אחד או אחר. איפה שהוא רואה הרבהמולקולות שהוא יודע לקשור הוא לוקח אותן איתו. בהתחלה תהיה תנועה נטו פנימה, ולאחר מכן

יהיה מצב יציב שבו חלק מהגלקוזו יוצא החוצה ונכנס פנימה.: משמש בעיקר למעבר של יונים. יש תעלות אשלגן ונתרן שנדגים בהמשך.טרנספורט בעזרת תעלות.2

צידי הקרום, וכתוצאה מתנועת2בד"כ התעלות נפתחות ונסגרות ע"י פוטנציאל חשמלי שמייצרים מ היונים הפוטנציאל החשמלי משתנה ונדגים זאת בהמשך.

הגדרת מפל הריכוזים זה לא דבר כל כך טרויאלי. כלומר , אם יש לנו מולקולה לא מיוננת –▪ הוא בעצם הגרדיאנט הכימי של החומר – כמה ישהריכוזים מפלכלומר , אין עליה מטען , אזי

בחוץ וכמה יש בפנים. בגלוקוז אפשר לומר בקירוב רב מאוד שמכיוון שיש עליו מעט מטען ,שמפל הריכוזים שלו הוא בעצם מפל הריכוזים הכימי. אבל כאשר מדובר ביונים – נתרן , אשלגן,

אלמנטים:2 צידי הממברנה מורכב מ 2מימן בעל מטען חשמלי חיובי , אזי המפל שנותר בין הפרש ריכוזים של החומר הכימי עצמו..1הפוטנציאל החשמלי..2

. ובמקרה של יונים , מה שקובע זה המפל האלקטרו כימי המפל האלקטרו כימיהסכום של שניהם נקרא משום שלמטען החשמלי יש גם השפעה על האנרגיה הפוטנציאלית של המפל עצמו.

יש דוגמא של תעלה שנפתחת ונסגרת של איזה שהוא יון. התעלה נמצאת במצב סגור (צד שמאל של אפשרויות:2השקף) והיא נפתחת רק לפי פקודה. איך תעלות יכולות להפתח? יש

– אופייני לתאי עצב.יצירת פוטנציאל חשמלי•– ע"י חומר שנמצא בגוף שלנו שנותן פקודה לתאים מסויימיםדרך מקובלת יותר בתאים אחרים •

לפתוח את התעלות – גירוי כלשהוא. זה עשוי להיות הורמון (לרוב) או חומר אחר. הוא נקשרלאיזהשהוא אתר קישור ספציפי על פני התעלה בצדה החיצוני והקישור הזה גורם לאיזה שהוא שינוימבני של התעלה והיא נפתחת (ממש כמו מפתח). פתיחת התעלה יוצרת אפשרות לתנועה חופשית ע"פ

. זה ממש כמו תעלה שנוסעים בה ברכב בכביש. לכאורה זה יוצר מצב של התנגדותהדיפוזיהחוקי . בפתח התעלה יושבים חלבוניםאך זה לא נכוןנמוכה וכל מה שמתחשק לו יכול לעבור דרך התעלה

שומרי בארים שעושים סלקציה למי שנכנס לתעלה. כלומר , התעלה יכולה להיות ספציפית לנתרן אואשלגן וכדומה. כיצד הסלקציה מתרחשת ? היא מתרחשת מכיוון שליונים שונים יש רדיוס של שדהחשמלי שונה ועל שוני זה התעלה בנויה. היא יכולה להכניס יונים בעלי רדיוס מסויים ומטה למשל,וכך נוצרת סלקטיביות. התעלה נסגרת לאחר זמן מה מאחר והגירוי שלה נגמר, אלא אם יש גירוי

חדש שמתקשר אליה.

: תוצאה של חוסר איזון במטענים החשמליים שנמצאים בצד אחד של הקרום לעומת פוטנציאל ממברנה צידי הקרום (מחוץ 2הצד השני של הקרום. ראינו את הדוגמא הקודמת שיש חוסר איזון במלחים בין

ובתוך התא יש א-סימטריה של מצב ריכוזי היונים), ואותו הדבר נכון לגבי המטענים החשמליים. מילי וולט. כאשר פותחים תעלה 70הפוטנציאל החשמלי שיש בין צידי הקרום של כל התאים הוא מינוס

הפוטנציאל עשוי לגדול/לקטון. אם זה תעלת נתרן, נתרן יכנס אל תוך התא ויהפוך את תוך התא לחיובי יותר וכך הפונציאל יקטן (דה פולריזציה). אם זו תהיה תעלת אשלגן , האשלגן יברח מחוץ לתא (כי בתא

הוא בריכוז גבוה יותר) ויגרום להיפר פולריזציה (הגדלת הפוטנציאל החשמלי)

יש בשקף תיאור של תעלה: זה חלבון בעל מבנה אלפא הליקס גלילי שהיונים עוברים דרכו. גודל החור שלהתעלה קובע מי יכנס ומי לא יכנס אל התעלה.

– השקעת אנרגיה למעבר חומרים בניגוד למפל הריכוזים - כיצד חומרים חוצים אתטרנספורט אקטיבי.3 מילימולר אשלגן , ואילו בתוך5הממברנה בניגוד למפל הריכוזים שלהם ? איך יוצרים מצב שבדם יש

מילימולר. איך יש מצב שבו בתאי אפיטל של המעי שלנו יש יותר גלוקוז בתא מאשר בתוך140התא יש המעי שלנו?

אלו מהלכים שבהם משקיעים אנרגיה על מנת ליצור מפל ריכוזים.לאנרגיה יש כל מיני צורות , והאופן שבו התא פועל הוא על ידי ריאקציות כימיות. בריאקציות כימיות,כדי להעביר אנרגיה , יש צורך להשתמש בריאקציה כימית אחת, כדי שהיא תהיה מצומדת לריאקציה

ריאקציות2 אזי יש לנו C+D →E ותהליך אחר שבוA+B →Cכימית אחרת. כלומר אם יש תהליך של

25נכתב ע"י אלעד לוי ©

כחומרC. עכשיו נתאר את 2 הוא החיבור של ריאקציה 1כימיות מצומדות, כי התוצר של ריאקציה מייצרת1הדלק של התא. הוא מולקולה עתירת אנרגיה והיא זאת שנותנת אנרגיה. נניח הריקאציה ה

צריך אנרגיהEאת החומר עתיר האנרגיה , אבל הוא משחרר אנרגיה רק בעזרת פירוקו. וכדי ליצור את ונוצרD מושקעת ב C כלומר האנרגיה הפונציאלית שקיימת ב E+X יוצרים מצב שבו יש לנו C+Dולכן

E ועוד חומר לוואי X .של הריאקציה ) והןA+P+P (אדינזון טרי פוספסט ATPוזאת הטכניקה של התא. התא מייצר מולקולות שנקראות

זרחנים , והפירוק של הקשר הזה של הזרחן משחרר הרבה3עתירות אנרגיה. ובעצם זה חומר שמכיל אנרגיה. והבעיה בתאים זה איך לשחרר אנרגיה ולמנוע ממנה להתמסמס בצורה של חום/אור. אם

האנרגיה לא תעבור בצורה יעילה היא תדלוף והיעילות תרד, ותאים חייבים לעבוד בצורה יעילה מאוד. (אדינוזין די פוספסט) ואנרגיה חופשית או בנוסחא:ADP בנוכחות מים מאבד זרחן אחד , ונוצר ATPו

ATP+H2O → ADP +Pi +Free energy והתא מצמד את האנרגיה שנוצרה לתהליכים שזקוקים לאנרגיה הזו בצורה צמודה , בלי שתלך לאיבוד

האנרגיה, וככה מסופקת אנרגיה בתא.

: ATP מבנה כימי של בעזרת הוספת מולקולת מים (הידרוליזה) אפשר להוריד מולקולת זרחן.

קילו קלוריות למול אחד של8קשר הזרחן הוא קשר עתיר אנרגיה מאחר ופירוק הקשר משחרר אנרגיה של מינוס ATPובעזרת תהליכי הצימוד, מרבית האנרגיה עוברת לריאקציה הבאה כדי ליצור קשר כימי חדש , מולקולה .

חדשה.

נחזור לטרנספורט לאחר שאנו יודעים כיצד התא משתמש בהעברת אנרגיה לתהליכים.– הכוח המניע הוא מפל הריכוזים: כל הטרנספורט נעשה על ידי נשאים, ויש טרנספורט שניוני (אקטיבי)

מנגנונים: כל המנגנון הזה נע נגד מפל הריכוזים הכימי:ד3•antiport מומסים , אחד נכנס ואחד יוצא, והתנועה של אחד מצומד לשני. ואז שוב כניסה2: יש לנו

דוגמא לכך היא משאבת הנתרן אשלגן.של יון אחד תגרום ליציאה של יון אחר. •symport) מומסים - כמעט תמיד) , עוברים דרך הנשא באותו כיוון , אבל2:יותר ממומס אחד

תנועתם מצומדת אחת לשניה. לא ייתכן מצב שרק אחד המומסים יכנס. שניהם נכנסים. גם כאן מפלהריכוזים הוא הכוח המניע. אבל פה יש דבר מעניין. למשל , אם אחד המומסים נמצא בריכוז מאודגבוה ביחס לבפנים , ואילו המומס השמאלי נמצא במצב של שיוויון ריכוזים בשני הצדדים, האםיתקיים טרנספורט? שקול הכוחות קובע. כלומר אם שקול הכוחות כתוצאה ממפל הריכוזים של

היון הימני גדול יותר , הוא ינוע פנימה , ומכיוון שהם צמודים הוא יגרום לכניסה של היון השני כנגדמפל הריכוזים שלו. ואז יווצר מצב שהשמאלי מצטבר , וכל הזמן יכנס חומר של המומס השמאלי

כנגד מפל הריכוזים שלו (אם המפל ריכוזים של הימני ישאר גבוה) , וזה סוג של טרנספורט אקטיבימשום שחומר אחד מצטבר והשני משמש כוח מניע להעברת החומר הזה. למשל אפשר להשתמש

בעובדה שיש הרבה נתרן מחוץ לתא ויש פה מפל ריכוזים קבוע , והוא יכול להיות כוח מניע, להכנסתחומרים לתא.

•uniportזה מצב שבו יש לנו נשא כמו שהראנו של גלוקוזמתווכת דיפוזיה: זה מה שתואר ב .שמעביר לכיוון אחד איזה שהוא מומס , והכוח המניע הוא מפל הריכוזים של אותו החומר. כלומר ,

אם יש מפל ריכוזים , המפל הזה מניע את הטרנספורט אל פנים/חוץ התא.

טרנספורט אקטיבי ראשוני: ATPטרנספורט שמושקעת בו באופן ישיר אנרגיה. משאבה זה מכשיר שמשקיעים בו אנרגיה בצורת

כדי לעבוד כנגד מפל ATPוהוא שואב כנגד מפל הריכוזים, כלומר הוא מפעיל כוח בעזרת אנרגיית הריכוזים. ומה שאנחנו ראינו זה נשאים שניוניים.

. אותה Na+–K+המשאבה הקלאסית , החשובה ביותר בגוף של היונקים , היא משאבת הנתרן אשלגן -נדגים בתחילת השיעור הבא.

ATP. כלומר, פירוק ATPיש לנו חלבון שהוא נשא לכל דבר, וההבדל הוא שהוא יכול לצמד גם פירוק של היונים 3 יונים של נתרן אל תוך התא. אך 3, והאנרגיה משמשת על מנת להכניס ADPמשחרר אנרגיה ו

יונים של אשלגן. כלומר , כל פעם שמושקעת מולקולה אחת 2לא יכולים לצאת אם לא נכנסו במקביל יונים של אשלגן. ולמה זה משאבה? כי ריכוז הנתרן בחוץ 2 יונים של נתרן , ומכניסה 3 מוציאה ATPשל

יותר גבוה מאשר בתאים, וריכוז האשלגן בתאים יותר גבוה מאשר בחוץ, ובכדי ליצור מצב יציב, המשאבה משחקת תפקיד מרכזי ביותר בסילוק הנתרן מתוך התאים ובגיוס אשלגן אל תוך התאים.

יוני אשלגן נכנסים. מה זה אומר? 2 יוני נתרן יוצאים ו 3כמה אשלגן תמורת כמה נתרן ? לא סימטרי.

26נכתב ע"י אלעד לוי ©

נבנה מטען שלילי נטו בתוך התא. המשאבה תורמת לבניית הפונטציאל החשמלי של הקרום. כלומר בכל אשלגנים, ונשאר מטען שלילי נטו. 2 נתרנים ונכנסים 3 יוצאים ATPסיבוב של

הדגמת צימוד משאבה וסימפורט:.ATP אשלגנים תמורת כל מולקולת 2 נתרנים ומכניסה תמורת זה 3יש לנו משאבת הנתרן אשלגן , שמוציאה

כלומר היא מייצרת מפל אלקטרוכימי של נתרן , אשר מורכב מהמפל הכימי של הנתרן והפוטנציאל החשמלישהוא מייצר. המפל הזה משמש להכנסת גלוקוז אל תוך התאים כנגד מפל הריכוזים של הגלוקוז (באופן פעיל

-סימפורט) , כי לנתרן יש אנרגיה פוטנציאלית שנובעת ממפל הריכוזים של הנתרן , והסימפורט קושר את הנתרןעם הגלוקוז. הגלוקוז נכנס באופן פאסיבי בעזרת הנתרן וכך מתרכז הגלוקוז בתא.

27נכתב ע"י אלעד לוי ©

8 הרצאה , שהיא בעצם הדלק התאי העיקרי.ATPמשאבת הנתרן אשלגן, היא משאבה הניזונה מאנרגיה המסופקת לה ע"י

(חלבון אינטגרלי לממברנת התא המעורב בטנרספורט שניוני) , ובשונה מהanti porterהמשאבה הזו היא antiporter הקודם שאין בו מעורבות של ATP (של הטרנספורט השניוני) , זה antiporterשמושקעת בו אנרגיה יוני אשלגן ,2 יוני נתרן ומכניס 3 מוציא ATP ובעצם הנשא הזה משחלף פר כל מולקולה אחת של ATPישירה ע"

וכך יוצר ריכוז גבוה של אשלגן בפנים וריכוז נמוך של נתרן בפנים. השחלוף הזה יוצר פוטנציאל חשמלי , הואיוצר גרדיאנט אלקטרוכימי של נתרן ושל אשלגן.

בשקף אפשר לראות את החלבון משאבה שנמצא ברובו בתוך הציטוזול של התא וחלקו הקטן בקרום התא, יוני אשלגן.2 יוני נתרן ומכניסה 3 יחד עם מים משתחררת אנרגיה אשר מוציאה ATPותמורת כל מולקולה של

המשאבה הזו היא קריטית מאוד עבור תאים אאקוריטים , ולא נמצאת בתא פרוקריוטי וגם לא בתא אאוקריוטי דברים:2"נמוך" מבחינה אבולציונית. מה שמתרחש עקב פעילות המשאבה הזו הוא

מפל אלקטרוכימי של נתרן שכיוונו מחוץ התא פנימה. מפל זה מנוצל ככוח מניע לנשאים אחרים. הבאנו•דוגמא לסימפורט של גלוקוז – להכנסה אקטיבית של גלוקוז נגד מפל הריכוזים.

מפל אלקטרוכימי של אשלגן שכיוונו מפנים התא החוצה.•

ככל שהספציפיות של החלבונים רבה יותר , כך יכולתו של התא לבקר מומסים גדולה יותר, דבר הקריטילהומואוסטיז ולחיי התא.

. אחד היתרונות של התא האאוקריוטי הוא הכנסה שלכניסת מקרומוליקולותנתייחס לצורת טרנספורט נוספת – מקרומוליקולות אל תוך התאים: חלבונים , עמילן (פולימרים מסוג זה או אחר) שאינם בהכרח מומסים. או , הם

תהליכים:2מומסים אבל אי אפשר בצורת טרנספורט רגיל להעבירם דרך קרומי התא. ואנו מדברים על בליעה תאית – קליטת חומר אל תוך התא , ע"י כליאתו בהתקפלות של קרום התא כלפי פניאנדוציטוזה:•

וסגירת ההתקפלות כשלפוחית. יש כמה צורות מוכרות של אנדוציטוזה, אשר יוסברו בהמשך.זה מהלך פשוט שבו נקשרת איזו שהיא מקרומולקולה במצב מומס/בלתי מומס אל איזהשהוא חלבון עלפני התא, וכתוצאה מהתקשרות זו נוצרת הנצה של קרום התא אל תוך נפח התא, ולאחר שהיא מושלמת,

היא מתנתקת ונוצרת שלפוחית שמעבירה את החומר הזה אל תוך התא. זה שלב א' של התהליךשמתסתיים בד"כ בליזוזום.

קרומים מתקרבים אחד לשני , ויש קרבה רבה בין האיזורים ההידרופובים, יש2נזכר שראינו ש התאחות ביניהם, והתאחות זו היא הפיכה, וכך נוצרת השלפוחית.

. לדוגמא יש במערכת החיסון קבוצת תאים שנקראת מאקרומתווכת או אקראיתשיטה זו יכולה להיות פאגים, שתפקידם העיקרי הוא לבלוע גופים זרים שהמערכת החיסונית שלנו מזהה. לדוגמא נכנסוחיידקים וגורמים מחלות. הנוגדנים מתלבשים על פני החיידקים הללו ומביאים אותם אל התאים

המאקרו פאגים שבולעים ומפרקים אותם. אפשרות אחרת היא האופן שבו כולסטרול נכנס לתאים, הוא גם באנדוציטוזה, בעזרת ליפו-פרוטאין

.LDLשנקרא : תהליך הפרשה של חומר מחוץ לתא. התאים יודעים להפריש חומרים שהליזוזום מפרק אלאקזוציטוזה•

חוץ התא – אלו תוצרי לוואי /זבל תא. התהליך הינו הפוך לאנדוציטוזה. ישנה שלפוחית שנוצרת בטרנסג'ולגי או נוצרת בליזוזום ביחד עם הטרנס ג'ולג'י. השלפוחית נקשרת לממברנת התא, מתאחה עימה

ומפרישה מחוץ לתא את התוכן שלה.

– ראינו שחומרים מומסים שלא עוברים בדיפוזיה דרך קרום התא, עוברים דרך נשאים אולסיכום הטרנספורטבסימפורט/אנטיפורט/יוני פורט . ראינו שיש משאבה כמו משאבת נתרן אשלגן שע"י השקעת אנרגיה מייצרת מפל

אלקטרוכימי של אשלגן מפנים התא החוצה ונתרן מחוץ התא פנימה. לעומת זאת לחומרים לא מומסים ומאקרו מולקולות יכולים להכנס לתא בעזרת אנדוציטוזה ולצאת מהתא

בעזרת אקזוציטוזה. . אם הריכוזאיזוטוניהתוצאה העיקרית של הדברים האלה – בעזרת כלים אלו התאים שומרים כל הזמן על מצב

האוסומטי של הסביבה משתנה, בעזרת המשאבות והנשאים השניונים , אפשר להתארגן באופן כזה שהריכוזהאוסמוטי בתוך התא יהיה דומה/זהה לריכוז האוסמוטי מחוץ לתא וכך אין חשש ליציאה/כניסה של מים מןהתאים. התא משקיע הרבה אנרגיה על מנת לשמור על נפחו. והבקרה הזו חשובה משום שאחרת רקמות יאבדו

את הצורה שלהן. לכן כל הנשאים האלה, עובדים בקונצרט גדול כדי לוודא שיתקיים:

הומואוסטזיס של חומרים ומזון בתא..1שתהיה בקרה איזו-אוסמוטית כלפי הסביבה..2

נדבר על עוד מספר תפקידים לממברנת התא

28נכתב ע"י אלעד לוי ©

: לדוגמא כלורפיל. דוגמא למצב שיש חלבונים בקרום התא , נמצא בעיקרמעברי אנרגיה דרך הקרום• הוא חלבוניםכלורפילבממברנה הפנימית של הכלרופלסט או בממיברנה הפנימית של המיטוכנדריה –

. ATPשיכולים לקלוט אנרגיית אור ולהפוך אותם לאנרגיה כימית , כאשר התוצר הסופי הוא יצירת : ישנן ריאקציות חומר שהן שרשרת. זה תורה שלמה איך ריאקציותארגון סידרת ראקציות שרשרת•

שרשרת מתרחשות בנפח התא. התא מתערבל כל הזמן וכדי שתהיה ריאקצית שרשרת צריך להחזיק אתכל החלבונים ביחד. ובציטופלזמה זה סיפור שצריך לייחס לו זמן ולהסביר אותו. שם סיבי המיקרוטובולעוזרים כי הם מהווים עוגן, אבל יש לא מעט חלבונים ממברנלים שעובדים בשרשרת. הדוגמא הקלאסית

– נרחיב בשיעור הבא. בגדולATP שבה עוברים אלקטרונים ונוצרים מולקולות הנשימה התאיתהיא החומרים בצד אחד הוא תוצר של הריאקציה שמשתמש בריאקציה נוספת על מנת ליצור תוצר נוסף.

והריאקציות הללו מצומדות אחת לשניה מאחר והן תלויות אחת בשניה. כתלוי במרחק בין הריאקציותיכול להיות עיכוב ביצירתה של הריאקציה הבאה.

: התקשורת של התא עם העולם החיצון. הורמונים , בגוף רב-תאי , יש להםתקשורת – עיבוד סיגנלים•תפקיד חשוב בהעברת אינפורמציה בגוף. ההורמונים נוצרים באזורים שונים בגוף – בבלוטות מסויימות,

נעים בזרם הדרם ומופרשים בהתאם לצרכים , וגורמים לנו לשינויים בהתנהגות. ההורמונים פועליםברמה של הגוף ומעבירים מידע לאיברים השונים. השאלה כיצד התא הופך את המסר שנושא ההורמון

. יש לו צד אחד שאליורצפטורלפעולה? ההורמון מעביר את המידע ע"י התקשרות לחלבון שנקרא החלבון נקשר וצד אחר שמעביר את המסר אל התא. ברגע שנקשר חומר התא יודע לתרגם את המסר.כתוצאה ממעבר האינפורמציה , יכולה להגרם תזוזה מכנית בחלבון שכתוצאה ממנה תהיה שרשרת

תגובה בתוך התא. בתא יש איזהשהיא ריאקציה כימית שגורמת לעליה בריכוז הסידן בתא. ברגע שהסידןבתא עולה , התא מתפקד כאילו הוא קיבל אינפורמציה מסויימת (כי הוא רגיש מאוד לסידן).

29נכתב ע"י אלעד לוי ©

9 הרצאה עד עתה דיברנו על המבנה והארגון של התא. דיברנו על סוגי תאים , דיברנו על האחידות המבנית והתפקודית.קרום התא, קבענו את גבולות התא ותכונות הגבול הזה. תיארנו את מבנה האברונים בגוף התא ותפקידם. דיברנו

על שלד התא ועל הדינמיות של התא..מטבוליזם התאכעת נעבור יותר לתפקוד , למרות שהתחלנו לדבר על זה כאשר דיברנו על הטרנספורט. נדבר על

על מנת להקל על הבנת התהליכים האלה , ניתן רקע פיזיקלי לתהליכים הביולוגים/כימיים בתא – של יצירתאנרגיה ובניית חומרי תא - בעיקר את העקרונות.

.ATPהזכרנו שהאופן שבו מועברת אנרגיה כימית בתוך התא מתבצעת דרך מולקולת

הגדרותמצומדתאנרגיה: האנרגיה /שינוי האנרגיה העברת שינוי. ליצור או עבודה לבצע היכולת היא האנרגיה

לטרנספורמציות (ריאקציות) כימיות בתוך התא. סוגי אנרגיות:2אנו מבדילים בין

אנרגיה אגורה כקשרים כימים,גרדיאנט ריכוזים וכו'.אנרגיה פוטנציאלית:אנרגיה שיוצאת לפועל על ידי תנועה.אנרגיה קינטית:

לדוגמא , שריר שיש לו אנרגיה פוטנציאלית להקפיץ חתול אל הארון למעלה , והאנרגיה הפוטנציאלית קיימת אשר גורמות תנועה חזקה של השריר גורמות להקפצת החתול בעזרת אנרגיה קינטית אלATPבשריר כמולקולות

הארון. זאת המשמעות הביולוגית של אנרגיה פוטנציאלת וקינטית. קבוצות:2: סכום הריאקציות הכימיות בתוך אורגניזמים – כל הריקאציות הכימיות. והן מתחלקות ל מטבוליזם

אנאבולים.1 אלותהליכים פשוטות. ממולקולות מורכבות מולקולות של ההפקה בניה. תהליכי אלו :תהליכים שיש להשקיע בהן אנרגיה.

אלו תהליכים הפוכים – בהן מולוקולות מורכבות מתפרקות למולקולות פשוטותקאטבולים: תהליכים.2אנרגית משתחררת בגוף פירוקן כדי שתוך פחמימות אכילת , לדוגמא אנרגיה. שחרור כדי ATPתוך

המשמשת לתהליכים אנאבולים.באופן כללי החוקים בתא הם שהתא משתמש בקאטבוליזם כדי ליצור מאגר של מולקולות פשוטות (בד"כ

במיטוכנדריה) , ואח"כ בתהליכים אנאבולים הוא משתמש באנרגיה שנוצרה בתהליכים הקאטבולים ובמולקולותהפשוטות שהן תוצרי התהליכים הקאטבולים , כדי לבנות את המולקולות המורכבות שהתא צריך לעצמו:

לממברנה,לאברונים , לציטופלזמה , לחומר התורשתי ,וכדומה. וכל הדבר הזה עובד בקונצרט , כאשר המאזן. כלומר , כמות האנרגיה שנוצרת זמינה לכל התהליכים האנאבולים בהתחשב ביעילות0צריך להיות מינימום

התהליכים האלה.

חוקים מתרמודינמיקה(כאשר מדובר2קצת תרמודינמיקה ציורית , עם הקשרים של המערכות הביולוגית. נזכיר על מערכת סגורה):

בטרנספורמציה של אנרגיה מצורה אחת לצורה שניה , אנרגיה לא הולכת לאיבוד ולא נוספת אנרגיה..1האנרגיה נשארת ללא שינוי כמותי.כלומר

, כן משתנה. כלומר יכול להיות שנהיה במצבזמינות האנרגיהלמרות שכמות האנרגיה נשארת קבועה , .2שכל האנרגיה הייתה זמינה בצורה אחת לשימוש , אך לאחר הטרנספורמציה , רק % מסויים יהיה זמין ,

, % האנרגיה הזמינה ילךמספר טרנספורמציותושאר האנרגיה לא תהיה זמינה לשימוש. וכאשר עושים ויקטן.

הגדרות נוספות:. חופשית אנרגיהאנו קוראים לאנרגיה הזמינה – •.אנטרופיהלאנרגיה הבלתי זמינה נתייחס כמדד אי סדר של המערכת הנקרא •

נסמן את הגדלים באותיות הבאות:Hסך האנרגיה -

Gאנרגיה חופשית- Sאנטרופיה-

, בקלווין.Tטמפרטורה –

H=GT∗Sובעצם דרגת אי הסדר תלויה בטמפ' ולכן סך האנרגיה מוגדר כ:ומה שיעניין אותנו היא בעצם האנרגיה החופשית , משום שזה יהיה מדד חשוב להערכת מסלולים כימים במערכת

G=H−T∗Sהביולוגית , ועל כן הנוסחא הבאה תעניין אותנו:

. הדבר שהוא כן ניתן למדידה , בעזרתH,G,Sבמערכות ביולוגיות קשה מאוד למדוד את הערכים המוחלטים של ניסוי , הוא ההפרש של הגדלים.

30נכתב ע"י אלעד לוי ©

.A+B→ C+D. לדוגמא ותוצרים מגיביםכתהליך שיש בו ריאקציה כימית אנחנו נגדיר A,B.הם המגיבים של הריאקציה C,D .הם התוצרים של הריקאציה

בצורהC+D נפגשים בסיבות כימיות , הן יהפכו ל B ו Aכאשר מסומן חץ לכיוון אחד זה מרמז לכך שכאשר ולכן יש צורך להראות שהריאקציה היא לא מושלמת100%. אך במציאות שום דבר לא מתרחש ב מושלמת

(נראה בהמשך)למגיבים ולתוצרים יש אנרגיה חופשית מסויימת , וגם אנטרופיה וסך אנרגיה של המערכת בתחילת ובסוף

הריאקציה. נגדיר:∆Gהפרש האנרגיות החופשיות בין התוצר למגיבים כ.1∆Sהפרש האנטרופיות בין התוצר למגיבים כ.2∆Hהפרש סך האנרגיה בין התוצר למגיבים כ.3

יש משמעות גדולה על מנת להבין את הריאקציות הכימיות∆Gואלו דברים שנוכל למדוד. ובאמת נראה ש ה אינוHהמתרחשות בתא. ואפשר לראות שלאנטרופיה יש השפעה גדולה מאוד (אם מניחים שיש מערכת סגורה וה

יהיה שלילי , דבר האומר שהאנרגיה החופשית∆G יהיה גדול , ∆S קבועה) כלומר, אם Tמשתנה, והטמפרטורה משתחררת בתהליך.של התוצרים יותר נמוכה מהאנרגיה החופשית של המגיבים. משמעות הדבר הוא שאנרגיה

כעת יש להבין כיצד הדברים הללו מתלבשים על הבנתנו את הריאקציות הכימיות בתא. כאשר יש ריאקציה חיובי, יש להשקיע אנרגיה (על מנת∆G שלה הוא שלילי , הריאקציה פולטית אנרגיה , ואילו אם ∆Gכימית שה

להוריד את דרגת אי הסדר). חומצות20: חלבונים הם פולימרים של חומצות אמינו. נניח ניקח חלבון שקשורות אליו בסדר מסויים דוגמא

אמינו. אזי דרגת אי הסדר של חלבונים היא נמוכה , מכיוון שהם קשורים בצורה מסויימת. ואם אנחנו עושיםהידרוליזה של חלבון , ומפרקים את כל הקשרים של החלבון עם חומצות האמינו, אזי דרגת אי הסדר של

יכולות לנוע יותר בחופשיות=התוצר) התוצרים תהיה הרבה יותר גבוהה מכיוון שחומצות האמינו בנפרד (במרחב. ולכן על מנת ליצור בחזרה חלבון , יש להשקיע אנרגיה על מנת להקטין את דרגת אי הסדר.

כיצד נתרגם זאת בריאקציות הכימיות שלנו?יש השפעה רבה מאוד בריאקציות ביולוגיות של דרגת החופש של קבוצות:3התוצר. נקודת המבט הזאת מאפשרת לנו לחלק את הריאקציות ל

שלילי. האנרגיה החופשית של התוצרים∆Gאנרגיה חופשית משתחררת ולכן ריאקציה אקסרגונית: .1קטנה מזו של המגיבים. האנרגיה משתחררת בכל צורה שהיא. המטרה של הקאטבוליזם הוא לכלוא את

או לכל מולקלה עתירת אנרגיה אחרת כדי שתהיהATPהאנרגיה הזו ביעילות הטובה ביותר ולהפכה ל זמינה כאנרגיה כימית לתהליכים אנאבולים.

חיובי. האנרגיה החופשית של התוצרים∆G: יש להשקיע אנרגיה חופשית ולכן ריאקציה אנדרגונית.2גבוהה יותר מהאנרגיה החופשית של המגיבים. זו ריאקציה שבה יש להשקיע אנרגיה.

:קבוצה שלא קורה כלום מבחינת אנרגיה חופשית. אמרנו שיש ריאקציות שבהריאקציה בשיווי משקל.3A+B הופכים לחלוטין ל C+D ונגיד שה, G∆ הופך ל100% של הריאקציה הזו היא שלילית , כך ש B+C ולכן כדי להפוך את הכיוון של הריאקציה יש להשקיע אנרגיה כי בכיוון ההפוך ,G∆.הוא חיובי

)1 תוצרים על מגיב 2 (1 ל 2 כך שהיחס יהיה A+B→ C+Dיכול להיות מצב שבו תהיה ריאקציה , כי מתבצעתA+B הולך ומתרכז הוא מהווה כוח שכנגד ל C+D.כלומר יש יחס מסויים משום שכש

יהפוך לA+B – לא כל A+B ל C+Dריאקציה הפוכה. כלומר יהיה מצב שבו נוצר שיווי משקל בין C+D ויכול להיות ש ,C+D יהפוך בחזרה להיות A+B 2 כלשהוא בין משקל שיווי. כלומר, יש

הריאקציות. הריאקציה היא ריאקציה שבתנאים נורמלים חלק עוברים חזרה וכך יהיה שיווי משקל אפשר∆G=0שהוא פרופרציונאלי ליחס הריכוזים של התוצרים לחלק למגיבים. במצב אידיאלי כאשר

חיובי או שלילי יהיה יחס כלשהוא בין התוצרים למגיבים∆Gלומר שהריכוזים יהיו שווים. כאשר שיהיה פרופרציונאלי לאנרגיה החופשית.

במערכות ביולוגיות התוצר שנוצר משמש כמגיב לריאקציה הבאה. ואז למעשה, אף פעם הריאקציה לאתגיע לשיווי משקל. היא תמיד תהיה במצב של חסר.

ATP , והידרוליזה ופירוק הקשר ביןATPאדנוזין הזה זה בעצם סוכר בשם ריבוז אדנין. הוא משמש ליצירת מולקולת

קילו קלוריות למול, ואותו הדבר כאשר עושים הידרוליזה בין הזרחן ה8 גורם לשחרור של מינוס 2 ל 3הזרחן ה .1 ל 2

31נכתב ע"י אלעד לוי ©

(שחרור קשר זרחני). ADP ל ATPגחלילית שיודעת לייצר אור פלורסנטי בעזרת התמרה של לדוגמא: משמשת להדלקה של מולקולה שנקראת לוספירין שמאירה כאשר מטעינים אותהATPהאנרגיה הכימית של ה

באנרגיה.מה הקשר בין מה שאמרנו עד עכשיו והאנרגיה ? ובכן , התהליכים הקאטבוליים , שרובם הן ריאקציות

).ATP מאנרגיית התא באה ממולקולת 98% ( כATPאקסורגוניות , מייצרים בסופו של דבר אנרגיה בצורת התהליכים הקאטבולים יוצרים גם חומרי תא (נדבר על זה בהמשך).

שמתרחשת בקריסטהנשימה התאית בכמויות גדולות הוא הATP המרכזי שמייצר הקאטבוליהתהליך •בתוך המיטוכונדריה.

שנוצרוATP רובם ככולם הם אנדרגונים. הם מנצלים את אנרגיית ה האנאבולים התהליכים•מהתהליכים הקאטבולים על מנת ליצור תנועה תאית, טרנספורט פעיל והומואסטיזס באופן כללי.

לאנרגיה בתא יש קיום מרכזי בתא. ללא אנרגיה לא יהיו חיים.

שנוצר בתהליך הקאטבולי. הצימוד הזה הואATPכל הזמן זרחן נקלט אל התא מבחוץ והתא ממחזר את ה הכרחי והוא מתרחש כל הזמן בתאים הבריאים.

, אבל אמרנו שהמערכת לא יעילה ויש איבודים ולכן:ATP ל ADPהאנרגיה החופשית הזמינה היא כמובן הופכת יש תמיד צורך בקלט של אנרגיה שמגיע בצורת מזון אל התא/.1והאנרגיה הלא זמינה משתחררת בצורה כלשהיא, כמו למשל חום. ואחד הדברים שהתאים צריכים.2

ולתא יש מנגנוני70%להמנע מהם הוא חום. על כן , התהליך הקאטבולי הוא ביעילות גבוהה של מעל מעבר למה שהוא צריך, משום שזה עלול לגרוםATP. התא לא ייצר לעולם ATPבקרה חדים ליצירת

שלו, והוא יודע לחשבATPליותר אנרגיה לא זמינה שתיצור חום. והתא מבקר באופן שמרני את כמות ה , והוא נשמר באופן קבוע כך שלא תווצר עודף אנרגיהADP ל ATPבכל זמן נתון את היחס בין

שמשמעותה יצירת חום. זו אחת הסיבה להשמנה , בגלל שהתאים לא לוקחים את כל האנרגיה שאנומכניסים אלא רק את מה שהם צריכים כדי לייצר כמות קבועה של אנרגיה. כל השאר הולך לתאי שומן.

צימוד בין ריאקציות הופכת להיות חלק מריאקציה אנדרגונית כלשהיא, כמו בשקף. אפשרATPהאנרגיה המשתחררת מפירוק ה

קילו קלוריות למול. כך אפשר תרמו דינימית לסכם (מאחר והן3.9לראות שסך האנרגיה מהצימוד הוא מינוס מינוס קילו קלוריות. 3.9צמודות) אותם כריאקציה אחת שסכומן הוא

אנרגיית אקטיביציה מולקולות2 שלילי, כאשר ∆Gעוד דבר אחד מאוד מאוד חשוב. לכאורה, כאשר הראקציה היא אקסורגונית, ו

מולקולות. אם דבר2נפגשות הן צריכות באופן ספונטני ליצור את התוצרים, שהרי כל מה שצריך זה מפגש בין כזה היה מתרחש בתא, היה כאוס בתא.

אין אנרגיה ליצירת הריאקציה. אבל ריאקציותATPבריאקציות אנדרוגניות אין בעיה מאחר ואם אין מתרחשלא שלילי מאוד , הריאקציות יכולות להתרחש באופן ספונטני. אך זה ∆Gאקסורגוניות, בעיקר כאשר

המולקלות – בין המגיבים לבין2באופן ספונטאני. כדי שריאקציה תתחיל יש שלב אחד שקשור באינטרקציה בין אנרגיית אקטיבציה., הדורשת אקטיביציהעצמם. הם צריכים לעבור

מגיב שעובר שינוי כימי ועובר מאנרגיה חופשית אחת לאנרגיה חופשית נמוכה יותר , צריך לעבור מכשול אנדרגונישיש להשקיע בו אנרגיה (האנרגיה חופשית של נקודת ההתחלה גבוהה יותר מזו של המולקולה לפני שהיא באה

במגע עם מולקולה אחרת).. אנרגיית אקטיבציההאנרגיה שיש להיות מושקעת במגיבים כדי שהריאקציה תתחיל נקראת

הגרף בשקף מראה את התקדמות הריאקציה מתוצרים למגיבים. כאשר למגיבים יש אנרגיה חופשית מסויימת ,כדי שהריאקציה תתחיל , יש להשקיע אנרגיה (שלב אנדרגוני) כדי להתחיל את הריאקציה. לדוגמא – כדי להדליקפיסת עץ יש צורך במקור חום שידליק את העץ – טמפ' חיצונית גבוהה או גפרור, וזו אנרגיית אקטיבציה שתייצר

את הריאקציה של שריפה. כמעט כל הריאקציות בגוף שלנו, בתאים שלנו , הן כאלו. בין אם הן אנדרוגניותאקסורגוניות – אנרגיית האקטיבציה שלהן גבוהה יותר מהאנרגיה של החום הפנימי של התאים שלנו. כלומר כל

יכולות להתרחש באופן ספונאטני , אלא יש לאקטב אותן. ותכף נראה כיצד התא גורםלא הריאקציות בתא לריאקציות כאשר הוא רוצה שהן יתרחשו.

כאן נכנסים הקטלטיזטורים – האנזימים:כאשר יש לנו ריאקציות כימיות כאמור לעיל, ואנרגיית האקטיבציה מהווה גורם מגביל לתהליך עצמו. ישנן

שיכולים להתערב בריאקציה כימית בין מגיבים ולהוריד אתזרזים" או קטלטיזטורים,חומרים כימים -“אנרגיית האקטיבציה, כך שבתנאי הטמפ' הקיימים , הריאקציה יכולה להתרחש באופן ספונטאני. הזרז מזרז את

הריאקציה ע"י כך שהם מתערבים בריאקציה ומורידים את הרמה של אנרגיית האקטיבציה ובאופן כזה

32נכתב ע"י אלעד לוי ©

מאפשרים קיום של ריאקציה כימית. הדבר המיוחד בזרז זה שזה הדבר היחיד שהוא עושה. הם בעצם מתווכיםשמתערבים בריאקציה אבל יוצאים ללא כל פגע. לכן צריך אותם גם בכמויות קטנות מאוד מאחר והן עוברים בין

הריאקציות השונות ללא שינוי בהרכב שלהן. .הזרז עובד רק על המגיבים

רוב הזרזים בריאקציות ביולוגיות הן חלבונים , שאנו קוראים להם אנזימים. ואנזמים (זרזים) מתערביםבריאקציות כימיות בתא וגורמים להורדת אנרגיית האקטיבציה.

? החלבונים הם מקרומולקולות אורגניות חשובות ביותר באורגניזם החי: חלבוני המבנה מהוויםחלבוניםמהם חומר בניין עיקרי של האורגניזם, וחלבוני התפקוד ממלאים באורגניזם תפקודים חיוניים רבים ומגוונים, כגון:זירוז ריאקציות (אנזימים), העברה ברירנית של חומרים דרך קרומי התאים (נשאים), הגנת הגוף מפני חדירת

גופים זרים לתוכו (נוגדנים) ועוד.

תפקידים עיקריים של החלבונים:משמשים בהובלה ואחסון. לדוגמא של חמצן ודו תחמוצת הפחמן מהריאות אל התאים וחזרה. עוד•

דוגמא אלו הנשאים המשמשים לטרנספורט. המאפשרים לנו תנועתיות.והאקטין המיוזיןתנועה, • שנותנים תמיכה מכנית לתאים.החלבונים הסיבים• , שאלו החלבונים של המערכת החיסונית המשמשים כמגן מפני גופים זרים בתוך התא.הנוגדנים• המשמשים לתקשורת בין תאית.הורמונים• – כאשר מדברים על ריאקציה כימית , הופעה של אנזים גורמת להורדת האנרגיהאנזימתית קטליזה•

החופשית הנדרשת להיות מושקעת באקטיבציה ומאפשרת התחלה של ריאקציה , ואם הריאקציה היאאקסרגונית היא מתחילה באופן ספונטאני בנוכחות האנזים. האנזים שהוא זרז יוצא מהריאקציה הזו

כמו שהוא הגיע אליה. תפקידו הוא בסך הכל לתת תנאים להתחלת ריאקציה ללא צורך באנרגייתאקטיביציה המקורית של המגיבים.

דברים:2איך החלבונים עובדים בתוך התא? לחלבונים מבנה מורכב הנובע מיש לו חומצות אמיניות..1חומצות האמינו הן בעלות יון חיובי ושלילי..2

חומצות אמיניות בלבד, והן מתחלקות לחומציות,20החלבונים הם פולימרים של חומצות אמיניות. בטבע יש בסיסיות וכדומה.

מרכיבים קבועים:4המבנה הבסיסי של חומצה אמינית הוא זה: יש פחמן במרכז והוא קשור קוולנטית לחיובי יש מטען חשמלי לבסיס שיש לה מטען חיובי, והוא נותן את התכונה של בסיס. האמין קבוצת.1

כאשר הוא נמצא בסביבה חומצית., כאשרשלילי. קבוצה קרבוקסילית היא קבוצה חומצית , ומאפיין אותה מטען חשמלי קרבוקסיל.2

הסביבה בה נמצאת החומצה האמינית היא סביבה בסיסית. כאשר הסביבה חומצית אין מטען בכללכאשר החומצה האמינית נמצאת בסביבה חומצית היא בעלת מטען חיובי, ואם היא בסביבה בסיסית◦

שהסביבה לא מאוד חומצית/בסיסיתבינייםהמטען שלה הוא שלילי, ואילו אם היא נמצאת בסביבת , משום שאיןהידרופובית , והמולקולה 0 המטענים ואזי המולקולה בעלת מטען נטו 2ניתן לקבל את

עליה שום מטען.. אטום מימן.3שרשרת כימית צדדית שיכולה להיות מורכבת מכל מיני דברים טעונים , הידרופילים,. Rשרשרת צידית .4

נותנת את האופיRהידרופוביים וכדומה. ומכיוון שזה המשתנה היחיד בחומצה האמינית , קבוצת לחומצה האמינית.

.פחמן אלפאכל הרכיבים קשורים בקשר קוולנטי לפחמן שנקרא

נבדיל בין חומצות אמינו חומציות ובסיסיות:: חומצות אמינו בעלות מטען חשמלי נטו שלילי.חומציות•: חומצות אמינו בעלות מטען חשמלי נטו חיובי.בסיסיות•

יותר חשוב להבין מהי התרומה של השרשרת הצדדית:קובעת את המטען . כלומר את האופי החשמלי של החומצה האמינית.•

33נכתב ע"י אלעד לוי ©

יכולות להיות טעונות או לא טעונות – נותנות אופי הידרופילי לחומצה האמינית.•יכולות להכיל עוד חומצות אמינו עם תכונות מיוחדות שנראה בהמשך.•

) , אפשר לתת כיווניות לחומצה האמינית:יחידות בסיס ליצירת חלבוןמכיוון שהחומצות האמינו הן מונומר (. ונתייחס לכל השאר כקופסא)Hקצה אמיני ( ולקצה של האמין ) OHקצה קרבוקסילי (לקצה של הפחמן נקרא

שחורה, כדי להבין איך נוצר חלבון. חומצות אמינו. בדוגמא החומצות2 מגיבים (חומצות אמינו) ואנו רוצים ליצור בריאקציה חלבון מ 2יש לנו

אמינו זהות אך זה כמובן לא בהכרח נכון. : בעזרת אנזים קטליזטור, יש ריאקציה שבה מוציאים(תוצרבתהליך של קונדנסציהכיצד הריאקציה מתרחשת?

חומצות אמינו.2 המולקולות הללו ותמורת זה נוצר קשר קוולנטי בין 2של התהליך) מולקולת מים שנלקחת מ חומצות אמינו. וכך אפשר לחזור על הריאקציה על מנת לבנות חלבון.2 חלבון קצר, שמכיל פפטיד –ונוצר לנו

) , ולכן כאשר רוצים לספור את החומצות האמינוOHהתוספת של החומצה היא משמאל לימין(בקצה של סופרים אותן משמאל לימין.

חומצות אמינו שהוצא מים בתהליך ההרכבה.2: קשר בין קשר פפטידי אפשרויות של הרכב של חלבונים. בתלות כמובן במספר החומצות20 חומצות אמינו , יש !20אפשר לראות שמ

האמינו בכל חלבון.תארו מולקולה כזו ארוכה בתמיסה מימית, טעונה חשמלית , וחוט כזה ארוך בתמיסה – מה הסיכוי שהחוטהארוך הזה ישאר חוט ולא יסגר על עצמו וינצל את השדות החשמליים כדי ליצור קשרי מימן או קשרי יוניםויהפוך ל"צמר"? וזה מה שקורה בטבע. בתמיסה נתונה , כל חלבון כזה , בתלות באורכו ובאופי החשמלי שלהחומצה האמינית ייצור מבנה תלת מימדי (” מעין צמר") – אקראי שהוא תוצאה של תנועה של החוט הזה

ליצירת קיפול. בתא לא נוכל להרשות שהתהליך יהיה אקראי. חייבים שחלבונים בעלי אותו סדר של חומצות אמינו יתקפלו

בדיוק אותו דבר על מנת שהן יתקפלו בדיוק אותו דבר בתא. :זה בעצם חלבון.פוליפפטיד

מכיוון שהחלבון היא מולקולה מורכבת , אנו נותנים הגדרות למבנים ברמות שונות של החלבון:: רצף של חומצות אמינו מהקצה האמיני לקצה הקרבוקסילי. מה שקובע את המבנהראשוני מבנה.1

. חלבונים לא נוצרים באופן אקראי אלא בצורהDNAהראשוני של החלבון הוא הקוד הגנטי – ה מסודרת ע“י פקודה שניתנת מהגרעין לריבוזום.

התא מייצר הרבה חלבונים שיש להם מבנה ראשוני.: מבנה מרחבי של איזורים קצרים יחסית של החלבון, של מבנים קבועים תלת מימדיםמבנה שניוני.2

שחוזרים על עצמם בחלבון. חומצות אמינו מתוך חלבונים שיש להם מאות חומצות אמינו) שבגלל20-30יש איזורים קצרים יחסית (

alpha helixהאופי של החומצות הן יוצרים מבנים תלת מימדים קבועים שיש להם פונקציות. לדוגמא 2 חומצות אמינו. הוא נוצר בגלל שבקפיץ הזה שנוצר 3.8זה מבנה "קפיצי" שבו נוצר מעין סיבוב כל

חומצות אמינו שיושבות אחת מתחת לשניה נוצרו קשרי מימן ביניהן, והם מייצבים מבנה שחוזר עלעצמו בהרבה חלבונים. וזה מבנה מעין סלילי כזה והוא מאוד קשיח שמוחזק על ידי קשרי המימן

של החלבון שמייצר את המבנה הזה. יש עודסגמנט שנוצרים. זה נקרא מבנה שניוני משום שזה רק שבו יש מבנה של שרשרת של חלבון שהולכת בצורה של "דפים" שחוזרים עלB sheetמבנה אחד שנקרא

עצמם , כאשר בין הרצפים הללו יש קשרי מימן. זה מעין מבנה פתוח של סיבים שהסתדרו במקביל אחדלשני ויצרו מעין ”שביל נחש“ כזה. זה ממש משטחים כמו שטיח פרוס.

חומצות אמינו הידרופוביות. כאשר כל החלק20 מכיל כ alpha helixכאשר חלבון חוצה קרום, ה ◦ההידרופילי של החומצות מופנה אל לב הקפיץ, וכך הממברנה רואה יצור הידרופובי והיא מתקשרת

איתו.: מבנה מרחבי של כל החלבון. כולל גם מבנים שניונים זה בעצם חלבון ארוך מאודמבנה שלישוני.3

) כל החלבוןשמתקפל ומקבל צורה גלובלוארית או צורה כלשהיא (: מבנה מורכב ממספר חלבונים שמתחברים ביחד. זה כמה חלבונים בעלי מבנה שלישונירביעוני מבנה.4

. החלבונים תת יחידהשמתחברים ביחד ליצור חלבון מורכב מאוד , כאשר כל חלבון שמצטרף נקרא יכולים להיות זהים/שונים אחד מן השני.

34נכתב ע"י אלעד לוי ©

10 הרצאה נמשיך בסקירה על חלבונים.

אמרנו שבגלל האופי המיוחד של הפולימר שנקרא חלבון: מורכב מהרבה חומצות אמיניות, והוא פולארי למעשה– מכיל חומצות אמינו שהן בסיסים וחומצות באותה מולקולה ויוצרים מטען חשמלי בהתאם לאופי שלהם,

– הוא מולקולה מורכבת. ומאחר ומדובר בסליל יחיד שנמצא בתמיסה, והיא נעה , היאחלבוןהפולימר הזה – יכולה לפגוש חלקים שונים של החלבון וכך החומצות האמינו שיוצרות שדה חשמלי , יכולים ליצור קשרים יוניםולגרום לכך שהמולקולה,במקום להיות פתוחה באופן לינארי תיצור מבנה גלובלארי מקופל כמו אוסף של חוטי

צמר – וזה המבנה השלישוני. אמרנו שהמבנים השלישוניים של החלבון , למעשה, בתמיסה במערכות ביולוגיות הן לא התקפלויות אקראיות.

בעצם, יש מספר פקטורים הקובעים את המבנה השלישוני של חלבון נתון:המבנה הראשוני של החלבון – רצף החומצות האמיניות.•, כמויות המלח ,PHהקיפול הוא פונקציה של התנאים הפיזיקלים בו נמצא החלבון: טמפרטורה, •

המומסים והרכב המומסים בתאים. מכיוון שאמרנו שבתאים יש הרכב די קבוע של יונים, ושרוב התאיםנמצא בטווח טמפ' די קבוע , לכן , כשמדברים על בני אדם , לחלבונים השונים בעלי אותו תפקיד יש מבנה

שלישוני זהה.יש מערכת שלמה של חלבונים – אנזימים בתאים שלנו -שתפקידם לפקח על קיפול של חלבונים חדשים•

שנוצרים , או אם חס וחלילה נחשף הגוף לחום או קטסטרופה וחל שינוי זמני במבנה , האנזימים הללודואגים שאם חוזרים להרכב הפיזיקלי המקורי , החלבון יחזור לקיפול המקורי שלו.

. גשרי גופרית דוגמא לקיפול שלישוני – אנחנו יודעים שחלבונים יודעים להתקפל , וחומצות אמינו יודעות ליצור ביניהן קשרי מימן במבנה אלפא הליקס

ודפי בטא. ואנחנו יודעים שמולקולות חמצן של איזה שרשרת צדדית של חומצה אמינית נפגשת עם מימן שלחומצה אמינית אחרת הם יכולים ליצור קשרי מימן ולהתקפל.

בדוגמא: ישנן חומצות אמינו כמו צסטיאין ומיתונאין, שיש להם בקבוצה הצדדית קצה של גופרית עם מימן–SHואם נחמצן את הקשר הזה , כלומר בריאקציה כימית נתמיר את המימנים האלה(נוציא אותם) ואז נוצר .

קשר קוולנטי בין חומצות אמינו שהן נמצאות אחת קרוב לשניה , אבל במבנה הראשוני יכולות להיות רחוקותאחת מהשניה. זה קשר קוולנטי שגורם לקיפול של חלבון, בשונה מקשר מימן שהוא קשר יוני שאנרגיית הקשר

מהקשר הקוולנטי. כלומר קיפול החלבון בתמיסה נוצר בגלל קשרים יונים וגם בגלל קשרים קוולנטים. 5%היא

לעיל):2הגורמים שמשפיעים על מבנה החלבון השניוני והשלישוני (פירוט של גורם טמפרטורה. כאשר הטמפט' עולה, החלבון מתקפל בצורה מסויימת. מולקלות המים מתרחקות אחת מן.1

השניה והופכות לאדים בחום ובאותה צורה החלבון. כאשר החלבון מתחמם הדחיסות שלה פוחתתוהחלבון מתנתק. בקשרים קוולנטים יש להשקיע הרבה אנרגיה כדי לפרק קשר קוולנטי, ולכן הרתיחה

לא תמיד קורעת קשרים קוולנטים, אבל על קשרים יונים זה כן יכול להשפיע. מאחר ומבנה שלישוני הואהדוגמאדנטורציה. רובו נובע מקשרים יונים , נגיע למצב שבו החלבון מאבד את הצורה המקורית שלו –

הקלאסית לחלבון שעובר דנטורציה היא חלבון הביצה. כאשר מרתיחים ביצה, רואים שהחלבון עוברדנטורציה ומאבד את המסיסות שלו, וכך מתקבלת ביצה קשה. התהליך הזה של דנטורציה הוא לא ניתןלשחזור, כלומר אי אפשר להחזיר את המצב לקדמותו (למצב המסיס), אבל בתהליך הזה של הדנטורציה

, כאשר חוםלדוגמאיש שלבים שבהם עדיין ניתן "להחזיר את המצב לקדמותו" ע"י עצירת החימום. הגוף שלנו עולה , והמבנה של החלבונים משתנה , הספציפיות שלהם משתנה. ולכן אצלנו כאשר יש שינוי

מעלות חום יכול להיות קטלני ולגרום לשינוי לא ניתן לשחזור בחלבונים. 40 ל 37מ 2.PH.ריכוז יוני המימן – ריכוז של מולקולות פולאריות. .3

נחזור לחלבון הטבעי , הוא נוצר בתא שלנו , בציטוזול ואחרי שהוא נוצר הוא מתקפל בהתאם למבנה הראשוני, כלומר זרזים של ריאקציותאנזימיםשלו ונקבע המבנה התלת מימדי שלו. אמרנו שחלק גדול מהחלבונים הם

ביולוגיות. כדי שהתאים שלנו , כלומר האינפורמציה הגנטית והמנגנון פעילות של התא יהיה מבוקר, התא חייבלשלוט על כל ריאקציה כימית בכל זמן נתון. הוא צריך לשלוט על מתי ריאקציה כימית מתחילה ומסתיימת, מתי

על מה שמתרחש.בקרה חומרים יפגשו או לא יפגשו וכדומה. ושוב , אותו עיקרון שראינו בקרום ביולוגי – אנרגיית אקטיבציה של כמעט כל הריאקציות הכימיות בתא, לא מאפשרת להם להתרחש באופן ספונטני. הן

יכולות להתרחש רק כאשר יש זרז בצורת אנזים, חלבון. כדי שריאקציה כימית תתרחש. למשל, פירוק של סוכרים יופרד מפירוק של שומנים ,וכדומה , צריך שהריאקציות

הכימיות הללו יופעלו תחת בקרות נפרדות לחלוטין שברמת "הנהלה" מדברות אחת עם השניה. כלומר , לכלריאקציה כימית יש צורך באנזים ספציפי לריאקציה , שלא משתתף בריאקציות אחרות , ואף אנזים לא יכול

.בקרה ספציפיתלהשתתף בריאקציה הזו. לזה נקרא

35נכתב ע"י אלעד לוי ©

כיצד זה נעשה? לחלבונים יש מבנה שלישוני , ויש להם אתר אחד בתוך החלבונים האלו , שקושר את המגיבים שלהריאקציה. הזרז אוסף את המגיבים אליו ומאפשר בתוך האנזים ליצור ריאקציה וכך להוריד את אנרגיית

האקטיביציה. הוא בעצם קושר את המגיבים. המבנה השלישוני של האנזים יוצר אזור שהוא מאוד דומה לעקרון של מפתח ומנעול. האזור הזה מבחינת המבנהשלו יודע לקבל רק את התוצרים . זה כמו "קן" שאליה המולקולות המשתתפות בריאקציה נכנסות אליו. ואילו

המולקולה שאינה מתאימה לריאקציה אין לה מקום באנזים.בתוך האנזים תתרחש הריאקציה הכימית , כי עכשיו , יש סביבה חדשה שמאפשרת לריאקציה להתקיים

באנרגיית אקטיבציה נמוכה, ובסוף התהליך משתחרר תוצר , והאנזים מחכה למולקלות חדשות , ואינו עוברשינוי במהלך התהליך – ולכן כמות האנזימים בתא היא קטנה.

וכמו שאמרנו , בנוכחות האנזים , אנרגיית האקטיבציה קטנה לגודל מספק למעבר בתנאי חוף הגוף שלנו, יהיה זהה בין אם יש אנזים ובין אם∆G של הריאקציה,כלומר , ה ∆Gומעורבות האנזים אינה משפיעה על ה

אין אנזים. בספר) -היכולת של אנזים לגרום למגיבים להכנס אליו:116תפקידי האיזור הקטליטי:(מפורט בעמוד

יכול להפוך מולקולות גלובלאריות לשטוחות, ע"י מתיחת הקשרים במולקולה.•מיקום – יש כניסה מסויימת של האנזימים כך שהם יוכלו ליצור ריאקציה.•יכול להיות מעורב בו שדות חשמליות שתומכים ועוזרים להוריד את אנרגיית האקטיביציה.•

יש מקרים בהם הקישור של המגיבים אל האתר הקטיליטי לא משנים את המבנה של האנזים. יש הרבה מאודמקרים שקישור של החלבון , בעיקר בחלבונים רביעונים, גורם למין שינוי במבנה החלבון שנועל את המגיב בתוך

תא הקישור שלו.גלוקוז נקשר לאנזים שלו , וברגע שהגלוקוז נכנס אליו האנזים משנה את צורתו ונועל את הגלוקוז בתאדוגמא:

הפעיל. זה מאפשר את הפעילות הקטליטית של החלבון כזרז. הרבה מאוד פעמים קישור של מרכיב חיצוני לחלבון גורם לשינוי מבני והופך אותו מלא פעיל לפעיל.

לאחר סיומה של הריאקציה , החלבון חוזר למצבו ההתחלתי.

כדי להסביר את החשיבות של הקטליזה האנזימתית לריאקציות , יש בשקף דוגמא לקצב של ריאקציה לריכוז שלהמגיב (אחד או שניים).

ללא קטליזה הגרף לינארי.•עם קטליזה הגרף פרבולי ותלוי במספר הקטלטיזטורים. זה מזכיר את הטרנספורט – המהירות גדולה•

אך תלויה בכמות החלבון ופעילות האתר הפעיל.

בשקף אפשר לראות סיכום של הריאקציות הכימיות שמתרחשות בתא בנקודת זמן. ישנן הרבה תהליכיםשמתרחשים בו זמנית, ויש לבקר עליהן כדי שהן יהיו מתאומות. ויש קורדניציה מלאה בין כל התהליכים הללו.

כאשר יש טעות בתהליכים, התוצאה היא מחלה.

בקרה על פעילות האנזימים. אחת הדרכים לבקר פעילות מטבולית , קצב שלעיכוב אנזימיםכעת נדבר על משהו חשוב הקשור למחלות –

ריאקציה מטבולית הוא לייצר כלים לעכב את הפעילות הזאת. לדוגמא, מה קורה כאשר נוצר חומר מסויים , ואיןלו שימוש? התא לא יכול להרשות לעצמו ליצור מאגרים. יש לו מאגרים בעלי גודל נתון וקבוע, וכאשר הם גדלים,

הוא צריך להפסיק את הריאקציה כדי שלא יווצר עודפים של החומר. הרבה פעמים הדרך לעכב ריאקציה היאלחכות שהתא ישתמש בחומר הזה, וכאשר נוצר חוסר , מוציאים את המעכב הזה והריאקציה חוזרת לעבוד. אנו

למדנו שע"י עיכוב מלאכותי של אנזימים , אפשר בעצם לגרום לריפוי ממחלות. למשל, אם חיידק נכנס לגוף שלנו, התגלה חומר36ולחיידקים יש מסלולים מטאבולים שייחודיים לחיידקים. לדוגמא, לחיידק יש דופן תא. ובשנת

שמונע את יצירת הדופן בחיידקים – פנצילין, ועל כן פנצילין הוא מעכב את האנזים שמייצר את דופן התאבחיידקים , ולכן החיידקים מאבדים את היכולת לעמוד בשינויים אוסמוטיים והם מתפוצצים בתוך גופנו.

לפנצילין אין אף אנזים בגוף שלנו, כי לנו אין דופן , ולכן זו דרך שאפשר לעכב ולגרום לגורם מחלה למות, ולנו לאיקרה כלום. באותה צורה אפשר לפגוע בתא סרטני.

סוגי תחרות 2 נראה כיצד מעכבים פעילות של אנזים: בעזרת מייצרים חומר סיננטי שלא משתתף במטבוליזם , אבל יש לו דמיון רב לתגובה, כך שהואעיכוב תחרותי:.1

ייקשר אל האתר הפעיל ובכך לסתום את האנזים ולא לאפשר את הקישור של התגובה אל האנזים.החומר הסינטטי נקשר אל האתר הפעיל כך שהאנרגיה של המעכב עצמו גדולה יותר מזו של התגובה ,

ולכן התגובה לא יכולה לסלק אותו. כך האנזים נסתם והריאקציה לא תתקיים. מעכב קיים אפשר להוציא אם ריכוזו של המעכב יקטן.

:ישנה גם תחרות שהיא לא ישירה על האתר הפעיל. ישנם אנזימים שיש להם אתרעיכוב לא תחרותי.2

36נכתב ע"י אלעד לוי ©

קישור נוסף. למשל אתר שיכול לגרום לזירוז של האנזים הזה. אבל אם ניקח חומר מעכב שיתקשר לאתרהזה, הקישור לאתר הזה יגרום לשינוי מבני של החלבון , וכך האתר הפעיל ייסגר או ישתנה באופן שלא

יוכל לקשור את התגובה.

צריך להבין שהדברים הללו משומשים גם בטבע. לתאים ישנו מנגנון זירוז של אנזימים ע"י קישור לאתר שהואלא אתר פעיל ולהפוך אותו מלא פעיל לפעיל ולהפך (בקרה אלסטורית , נתאר בהמשך)

צורות עיכוב בתאים: ) 120-121 בקרה אלוסטרית(עמוד•

צורות: 2בתא קיימים אנזימים שקיימים ב : בעלי צורה כך שהתגובה יכולה להתחבר אל האנזים.פעילים◦: בעלי צורה כך שהתגובה לא יכולה להתחבר אל האנזים.פעילים לא◦

שנקשר אל האנזים (באתר בקר אלסטורי כאשר האנזים יכול להפוך את עצמו לפעיל/לא פעיל באמצעות שונה מאתר האקטיביציה), כאשר הקישור הוא ספציפי, בדיוק כמו הקישור של מגיבים אל האנזים. ולכן,

לאנזים האלסטורי יש מספר נקודות "חיבור":נקודה עבור המגיבים.•נקודה עבור הבקרים האלסטוריים.•

צורות:2 בקרה אלסטורית עובדת ב מייצב את הצורה הפעילה של האנזים.חיובית:•: מייצב את הצורה הלא פעילה של האנזים.שלילית•

כמו כן, קיים הבדל בזמן הריאקציה בין אנזימים אלסטורים לאנזימים לא אלסטוריים, כאשר ריכוז המגיבים נמוך:

עבור אנזימים לא אלסטורים הגרף הוא בצורת פרבולה רגילה, כמו שראינו עבור טרנספורט. •. כלומר, בתחילה, בריכוז מגיבים נמוך הריאקציה היאSעבור אנזימים אלסטורים הגרף הוא בצורת •

איטית ובריכוז גבוה היא מהירה ורגישה לשינוי קטן בריכוז המגיבים. נתייחס לצורת עיכוב אחת קלאסית: לולאת משוב.•

בהרצאה הבאה נראה כי מסלולים מטבולים הם תהליכים של מספר ריאקציות שהופכות מגיביםלאיזהשהוא תוצר. למשל בדוגמא יש ביוסינטתיזה של חומצה אמינית. וטריונין שהוא המגיב. הטריונין

ריאקציות עד שהוא נהיה באיולציד (תוצר) – והפירוק של התהליך לא חשוב. אבל מה קורה?5עובר כ מסיבות כלשהן התא חדל להשתמש באיולציד. הריאקציה הזו מתקיימת , ה באיולציד מצטבר בתוךהתא. המצב הזה לא טוב , כי באיולציד הוא חומר שאסור לו להצטבר בתאים. ומה שקורה בהרבה

ריאקציות זה שהתוצר הסופי של הריאקציה הוא המעכב של השלב הראשון של הריאקציה, הקובע אתהתהליך. כלומר, ברגע שיש ריכוז מסויים של תוצר , התהליך נעצר. ברגע שהתא יחזור להשתמש

בתוצר , ריכוזו ירד (כי הוא לא מיוצר) , ואז הריאקציה תמשיך לעבוד מחדש.בקיצור – ריכוז התוצר של הריאקציה בתא קובע אם הריאקציה בתא תתרחש או לא.

. אופטימאלי PH פקטור נוסף חשוב הוא ה • שונה בהתאם למבנה הראשוני של החלבון. כלומר אם יש הרכב רב של חומצותPH לאנזימים שונים יש

אמינו חומציות וכדומה. , כלומר חומצי. לעומתPH 2לדוגמא , פפסין הוא אנזים שנמצא במערכת העיכול , והוא אופטימאלי ב

. על כן פפסין ,7 בתא נורמלי הוא כ PH גבוהים יותר. ה PHזאת, אנזים שנקרא ארגינז, הוא עובד ב שתפקידו לפרק חלבונים , לא עובד בתוך התאים. לכן אם איכשהוא הוא דולף לציטופלזמה של התאים ,

הזה. PHהוא לא מהווה סכנה, מכיוון שהוא לא פעיל ב האופטימאלי שלהםPHעל כן ניתן לבקר אנזימים על ידי המבנה הראשוני שלהם וקביעת ה

טמפרטורה אופטימאלי• מעלות. אפשר לראות37לכל אנזים יש טמפרטורה אופטימאלית. רוב התאים שלנו אופטימאלים באזור

שקצב הריאקציה של אנזים תלוי בטמפרטורה. בטמפרטורות גבוהות יש דנטורציה.

37נכתב ע"י אלעד לוי ©

11 הרצאה כעת נסגור את הנושא על מבנה ארגון ותפקוד התא.

המטרה הכללית היא לדבר על קאטבולזים – התהליך שבו חומרי דלק נכנסים לגוף ועוברים תהליכי פירוק כדילשמש:.ATPמקור אנרגיה לתא בצורת •מאגר של חומרים לאנאבוליזם – לתהליך של יצירת תאים.•

אנחנו נדבר על:כיצד חמצון של גלוקוז משחרר אנרגיה כימית.•מהם המסלולים האירוביים (נעשים בנוכחות חמצן), כדי לעשות מטבוליזם של גלוקוז.•איך התא יודע לקצור את האנרגיה הזו גם מתהליכים אנ-אירובים , חסרי חמצן.•.ATPאיך נוצר •נדבר על תסיסה כוהלית (יצירת כוהל) בתנאים חסרי חמצן (אנ-אירובים), ותסיסה שאיננה כוהלית.•לסיום ננסה לקבל תמונה כללית איך מסלולים מטאבולים שונים מדברים אחד עם השני.•

: איזהשהוא תהליך, שמסכם בתוכו מספר ריאקציות כימיות בשרשרת, שבעצם גורמותמסלולאנו נדבר על וחומרxלתוצר מסויים להתפרק או להבנות לאורך המסלול הזה ולהגיע לתוצר מסויים. כלומר חומר התחלתי

עם ריאקציות כימיות ביניהם.yמוצא צורות:2 (אנרגיה הוא הדבר החשוב ביותר לתא) יכולה לבוא ב הדלק התאי

. כאשר יש מולקולות בתא שיודעות לקלוט פוטונים של אור ולתרגם אותם לאנרגיה כימית (לדוגמאאור•פוטוסינתזה)

. לאגור או לקלוט מהסביבה תרכובות כימיות שהן עתירות אנרגיה. כלומר תהליך הפירוק שלהםתדלוק•ATPמשחרר אנרגיה ובתהליכים מצומדים האנרגיה שמשתחררת מחומרי הדלק האלה הופכת ל

.אנדרגוניים לתהליכיםהמשמש חומר אנרגיה בעצם דלקים ביולוגים הם מולקולות שאצורה בהם אנרגיה שיכולה להשתחרר ע"י הפירוק שלהם.

היא עתירת אנרגיה ונפוצה ביותר. והמסלולים הביוכימייםגלוקוז.מולקולת הדלק הנפוצה בטבע היא .חומצות אמינו הן גם מקור דלק טוב, וגם חומצות שומןהעיקריים מבוססת עליה. אך היא לא היחידה.

ממה שהתא יכול להפיק פר מולקולת שומן.פחות הוא הרבה גלוקוז פר מולקולת ATPמספר מולקולות לעומת זאת הניצולת עבור חומצות אמינו נמוכה ביחס לניצולת מגלוקוז , אך בתכלס – גלוקוז הכי

מתאים, וזאת משום שיש צורך בבקרה על תהליכים בתא – שתהיה ניצולת מקסימלית בתא ושלא יהיהעודף אנרגיה בתא, משום שזה מגדיל את האנטרופיה ועלול להתבטא בחום, ולכן הוא בוחר לעצמו את

מקור הדלק לא בעל התוצר הגדול ביותר, אלא את מקור הדלק שהוא יכול מצד אחד להפיק מספיק דלקולא להשתולל ולשלוט על תהליכי יצירת הדלק על מנת שהמצב היציב יישמר.

בפעילות אירובית מה שקורה זה לאחר זמן שמפעילים את השרירים ורצים המאמץ גורם לכךלדוגמאדיאטטישהניצולת מגלוקוז לא מספיקה, ואז עוברים מלשרוף סוכרים חומצות שומן. לכן לרוץ זה גם

דקות הוא עובר לשריפה של חומצות שומן. זוהי דוגמא20מכיוון שאם מישהו רץ הרבה זמן , אחרי כ לוויסות צרכי הגוף.

עקרונות הקאטבוליזם (פירוק):תרכובות מורכבות עוברות איזהשהוא סדרת ריאקציות שהופכות אותן מחומר מורכב לחומר פשוט תוך•

כדי פליטת אנרגיה חופשית.סדרת הריאקציות הכימיות שמתרחשות בתהליך הפירוק מזורזות ע"י אנזימים והם ספציפים. כלומר,•

כל ריאקציה יש לה את האנזים שלה , ולכן כל ריאקציה מתקיימת תחת בקרה ספציפית של אנזים יחיד.רוב התהליכים הם אחידים.לדוגמא תהליך הפירוק של גלוקוז בתא (הפיכתו לדו תחמוצת הפחמן ומים)•

הוא אחיד בינינו לבין חיידקים הכי קטנים. איך יודעים אם תהליך אחיד? מסתכלים על המבנה הראשונישל החלבונים שמשתתפים בקטליזה של התהליך הזה ורואים שהמבנה הראשוני שלהם מאוד שמור. יש

מעט מאוד שינויים במבנה הראשוני של החלבונים האלה לאורך האבולציה, ועל כן תפקידם ומבנםנשמר, וכנ"ל לגבי המבנה השלישוני שלהם.

נוצר במיטוכנדריה בתאיםATPבתאים אקריוטים , המסלולים הללו נעשים באברוני התא. למשל •אאקוריוטים.

דו-תחמוצת מים פחמן חמצן גלוקוזבערת גלוקוז:

C6H12O6+6O2 → 6CO2+6H2O+ free energyהגלוקוז עובר פירוק בגוף בתהליך של בעירה (כמו ששורפים עץ). בנוכחות חמצן הגלוקוז עובר פירוק מושלם לדו-

תחמוצת הפחמן , מים ואנרגיה חופשית. וכמו שדיברנו בהרצאות הקודמות, לתא יש מנגנון להפיכת האנרגיה

38נכתב ע"י אלעד לוי ©

.ATP שלילי) ליצירת ∆Gהחופשית (בצורת ככל שכמות האנרגיה המשתחררת גדולה יותר , הניצולת קטנה יותר, כלומר האנטרופיה גדלה. והתא לכן פירקאת התהליך הזה של הפיכת גלוקוז לדו-תחמוצת הפחמן להרבה שלבים , וכך מנות האנרגיה משתחררות במנות

קטנות יותר והניצולת גדולה יותר.. התהליך הזה הוא מאוד אקסורגוני. קילו קלוריות למול686מינוס מהתהליך הזה הוא ∆Gה

עכשיו נתאר במספר איורים את התהליך:אנו קולטים גלוקוז בתאים שלנו , ומפרקים אותו במסלול מטבולי שמורכב מהרבה ריאקציות כימיות הנקרא

. מולקולה זו היא אורגנית , עתירת אנרגיה.pyruvate. התוצר של תהליך זה הוא מולקולה שנקראת גליקוליזהאך כמות האנרגיה האצורה בה פחותה מזו של הגלוקוז , כלומר בתהליך הגליקוליזה משתחררת אנרגיה.מכאן יש

אפשרויות לתהליך:2, בתוך המיטוכונדריה , ממשיך המשך הפירוק שלו למים ולדו תחמוצת בתהליך אירוביpyruvateה .1

יש תהליך נוסף מתחמצן וpyruvate פר מולקולת גלוקוז. אם ישנו חמצן ה ATP מולקולות 32הפחמן ול של מעגל חומצה ציטרית שמתרחש במיטוכנדריה,והוא מזין את תהליך הנשימה שבו חמצן הופך למים

.ATPונוצר מוגבלת למה שנוצרATP, התהליך לא יכול להמשיך עד הסוף , וכמות ה (אנ-אירובי)כאשר אין חמצן .2

לכל מולקולת גלוקוז, וגם אין פירוק מושלם ונוצרATP מולקולות 2בתהליך הגליקוליזה שזה עובר תהליך של תסיסה, ודו תחמוצת pyruvateכוהל/חומצה לקטית כתוצאה מתהליך נוסף שבו ה

הפחמן. כאשר נגמר החמצן (כשרצים, לדוגמא בספורט) , מופרשת חומצה לקטית אשר יוצרת כאב ואז יודעים

שאנו במצב אנ-אירובי.לנו המזון מספק את הגלוקוז. לצמחים לעומת זאת , יש אפשרות לייצר את הגלוקוז בתהליך שנקרא

פוטוסינתזה. כלומר התהליכים שמנצלים את האור ליצירת סוכר הם הכרחיים לצמחים , משום שאחרת ייגמרלהם הגלוקוז.

דוגמא ביצירת בירה מכניסים שמרים שיודעים להיות גם אירובים וגם אנ-אירובים לתוך מיכלים גדולים, והםגדלים באופן אירובי עד שנגמר החמצן בכלי שבו הם נמצאים, ואז הם מתחילים לייצר כוהל (כי התנאים השתנו

לאנ-אירובים) , ומקור הפחמן הוא השעורה.

היכן הדברים מתרחשים?בתאים פרוקריוטים:

בציטופלזמה:•גליקוליזה◦תסיסה◦מעגל חומצה ציטרית◦

על ממברנת הפלזמה•pyruvateחמצון ה ◦תהליך נשימה תאית◦

בתאים אאקוריוטים:מחוץ למיטוכנדריה:•

גליקוליזה◦תסיסה◦

בתוך המיטוכונדריה:•בממברנת הקריטסה (הפנימית):◦

תהליך נשימה תאית▪מעגל חומצה ציטרית▪ pyruvateחמצון ה ▪

חיזור: או תהליכי חמצון: כל התהליכים בתא הם הוא תהליכי חמצון-חיזורתהליכי ) – במספר ריאקציות משתחרריםpyruvateהמעבר מתגובה לתוצר (מגלוקוז ל תהליכי חמצון:•

אלקטרונים , והשחרור שלהם מלווה בשחרור אנרגיה. תהליך שחרור האלקטרונים הוא תהליך חמצון.מולקולה שמאבדת אלקטרונים כי מישהו מושך ממנה אלקטרונים הוא תהליך של חמצון. איבוד

אלקטרונים הוא חמצון.

39נכתב ע"י אלעד לוי ©

. תהליך שבו מולקולה קולטתחיזוראלמנט כימי שקולט אלקטרונים הוא עובר תהליכי חיזור:•אלקטרונים הוא תהליך חיזור.

לכל חומר בטבע יש מצב שהוא במצב אנרגטי גבוה , אם יש תרכובת שיכולה למשוך ממנה אלקטרונים או לחמצןאותה , היא תתחמצן (תמסור אלקטרונים) ובאופן כזה , הגלוקוז למשל כאשר הוא משחרר אלקטרונים כדי

. כאשר משתחרריםATPלהפוך לתרכובת אחרת , הוא יאבד אנרגיה שתשתחרר כאנרגיה חופשית ותהפך ל לכן ההגדרה נכונה גם לגבי איבוד/קבלה של אטומי מימן.אלקטרונים משתחררים גם מימנים. ו

צימוד תהליכי חמצון חיזוראם חומר אחד מתחמצן (מאבד אלקטרונים) , מיד יש תרכובת אחרת שקולטת את האלקטרונים. בעצם

התרכובת שמושכת אלקטרונים היא זו שבעצם אקטיבית (כי הוא מושכת אלקטרונים) ותהליכים אלו של ,כי בזכותם משתחררת אנרגיה.אקסרגונייםהחמצון הם

(זה שגורם לחמצון) הוא בעל אנרגיה חופשית נמוכה יותר מהחומר שממנו הוא מושך אתהחומר המחוזרהאלקטרונים.

עתירB שניהם עתירי אנרגיה , אך .pyruvate הוא B הוא גלוקוז , וחומר A חומרים. נניח חומר 2יש בשקף , גורםA יכול למשוך אלקטרונים מ B , כלומר A חיובית יותר מזו של Bפחות. מכיוון שרמת החימצון חיזור של

מחוזר). תוצאת התהליך היאB מחומצן , וחומר A יתחמצן (חומר A ולכן B ימסור אלקטרונים ל Aלכך ש יהיה אלקטרונים. B יהיה חסר אלקטרונים ואילו ל Aשחומר

זמין למסור אלקטרונים לתרכובת אחרת. כלומר זהBהתוצאה היא שמתרחש שחרור של אנרגיה וכעת גם חומר יוצר מצב שאפשר ליצור מעין "דילוגים אנרגטים" ממקום גבוה למקום נמוך יותר וכך האנרגיה החופשית

.ATPשתשתחרר היא מצומדת ליצירה של

בריאקציה הראשונה שהראנו , גלוקוז הוא החומר המחומצן(מתחזר) וחמצן הוא החומר המחמצן (מחוזר) קילו קלוריות למול700 של כמעט מינוס ∆Gוהמעבר של האלקטרונים מגלוקוז לחמצן יוצר

כאשר עוברים אלקטרונים , עוברים גם פרוטונים כדי לאזן את המטען. NAD הקואנזים

. זה בעצםNADצריך מולקולות בתוך התא , שתפקידם הוא להעביר אלקטרונים ומימנים. למולקולה זו קוראים זה תרכובת ולא חלבון , אך בעל תכונות שלראשי תיבות של ניקוטין אמיד דינוקלאוטיד. מדוע זה קואנזים?

אנזים. הוא מעביר אלקטרונים ממקום אחד למקום אחר. צורות:2התרכובת מגיעה ב

NAD+מחומצנת ,(חסרת אלקטרונים) בעל מטען חיובי .1 מימנים.2 אלקטרונים ו2 קלט NADH+H+מחוזרת ,.2

מימנים שיכולים לבוא ביחד עם אלקטרונים , ובתהליך הזה2 מכיל Aכעת נסתכל על השקף אך כעת: חומר . וכמו כל קואנזים הוא יכול להתחמצן מחדשNADH+H והופכים אותו ל +NADהאלקטרונים עוברים דרך

ממחומצן למחוזר. כלומר זה אותו תהליך כמו קודם רק הפעם ישB ולהפוך את Bולהעביר את האלקטרונים ל כמו אנזים נכנס לריאקציה והוא מתווךNAD שמתחזר בעצמו ומחזר אח"כ ע"י חימצון. ו NADמתווך שנקרא

שמעביר את האלקטרונים ועושה את התהליך נוח יותר.בצורת ריאקציה כימית:

NAD++2H → NADH+H+

המימנים.2 אלקטרונים יחד עם 2 שזה פרוטון עם H-הוא מעביר

:NADHנסתכל על הריאקציה הסופית (שיוצרת חמצן) – החמצן מקבל אלקטרונים מה NADH+H++1/2O2 → NAD++H2O

קילו קלוריות למול,52.4שלילי של מינוס ∆Gמה שמעניין בריאקציה הזו היא שהיא אקסורגונית כי יש לה נמוך מזה של+NADH+H קילו קלוריות למול. כלומר פוטנצאל הרדוקס של 700לעומת הגלוקוז שיש לו מינוס

לא יכול להעביר אלקטרונים לגלוקוז.NAD , אבל NADהגלוקוז ולכן גלוקוז יכול להעביר אלקטרונים ל ומכיוון שפוטנציאל הרדוקס של החמצן הרבה יותר חיובי , הוא יכול להעביר אלקטרונים לחמצן ועוד תפלט

.NAD קילו קלוריות למול של 52אנרגיה חופשית בגודל

גליקוליזה ריאקציות כימיות ,10מתרחשת בציטוזול ביצורים אאוקריוטים , ובציטופלזמה ביצורים פרוקריוטים. מכיל

שכל אחת מזורזת ע"י אנזים ספציפי. התוצאה של גליקוליזה היא שפר כל מולקולה של גלוקוז נוצרות:

40נכתב ע"י אלעד לוי ©

pyruvat מולקולות של 2•ATP מולקולות 4•NADH מולקולות 2•

תחכה עדATP שנוצרות לא חייבות להתפרק מייד. אלו מולקלות יציבות ו NAD שנוצרות או ATPמולקולות יעביר אלקטרונים כאשר הוא יצטרך+ NADH+Hשיצטרכו אותה כדי לתרום אנרגיה לתהליך אנדרגוני , ו

להעביר אותם.

חישוב הרווח האנרגטייש בשקף גרף שמראה את השינוי באנרגיה החופשית כפונקציה של התקדמות תהליך הגליקוליזה. יש דמיון בין

השלבים הראשונים של הגליקוליזה הם שלבים שמושקעת בהם אנרגיה (ה5מסלול הגליקוליזה ל"רכבת הרים". שלילי. וזה אחד מהדברים∆G השלבים האחרונים התהליך אקסרגוני עם 5חיובי, ורק ב ∆G הוא עם

זרחנים2החשובים – להבנת מסלולים כימים בתא. כדי שגלוקוז יהיה זמין , יש להפוך אותו ולהכניס לסוכר הזה הזרחנים הופכים את2באופן כימי והופכים את הגלוקוז ממולקולה לא פעילה כימית למולקולה פעילה כימית.

הגלוקוז לבעל מטען שלילי חזק (כי לזרחן יש מטען שלילי) , וכך הגלוקוז נעשה לפעיל כימי. , האנרגיה היא של5 על מנת להוסיף את הזרחנים. בשלב ATP מולקולות 2 השלבים הראשונים מושקעות 5ב

. האנרגיה עדיין אצורה בצורת אלקטרונים (של חמצון-חיזור).+ NADH+H של 2 ו NAD מולקלות 2חיזור של מולקולות4. ואילו לאח"כ נוצרות ATP. כאשר המפל האנרגטי גדול לא נוצר ATPרק בשלבים הבאים יוצרים

ATP. + NADH+Hכאשר נוצר הפירובט , חלק מהאלקטרונים מגיעים לפירובט וחלק נשמרים ב

+ NADH+H מולקולות של 2 פר מולקלת גלוקז ו ATP מולקלות 2בתהליך הזה התא מייצר נטו

2אמרנו שכאשר אין חמצן , יצירת האנרגיה נעצרת בפירובט, והוא הופך ללקטט או לאלכוהול, ומשתחררות הוא חייב להפוך למשהו. הוא צריך לצאת+ NADH+H פר גלוקוז. הבעיה היא שנשארים עם ATPמולקולת

מהריאקציה כמו שהוא בא. ונדבר על זה בהמשך. מחזר פירובט , והפירובט קולט אלקטרונים+ NADH+Hמה שקורה הוא שבתהליך התסיסה פירובט מחוזר , וה

והופך לאלכוהול או חומצה לקטית. שנוצרו בגליקוליזה והופך+ NADH+Hגליקוליזה יוצרת פירובט אך אם אין חמצן , הוא קולט אלקטרונים מה

לחומצה לקטית שמופרשת מהתאים ואצלנו בתאים יוצרת כאב. מסלולים אלו נוצרו על מנת למנוע הצטברות שלNADH+H +.

כעת נדבר על החימצון של הפירובט וכניסתו למעגל החומצה הציטרית הוא נכנס אלNADH שהוא גם קואנזים. משום שכמו acetyl CoAחימצון של פירובט נותן חומר שנקרא

. התהליך הזה קורהacetylהמסלול ובסוף יוצא. הוא איזהשהוא מתווך שמעביר את מה שאנחנו קוראים לו .acetyl CoAבציטוזול. הפירובט עובר למיטוכנדריה, ושם הוא עובר חימצון להיות

פחמנים2 קושר CoAבמיטוכנדריה הנשימה מתרחשת בקרום הפנימי (הקריסטה).פירובט , בנוכחות של 1. בתהליך הזה , שוב נוצר פר כל מולקולה של פירובט , מולקולה acetyl CoAמפירובט ויוצר תרכובת שנקראת

מכל אחת מכיוון2(שאותו יש לסלק), אבל בתהליך שלנו נוצרות CO2 של 1 ומולקולה + NADH+Hשל מולקולות של פירובט עבור מולקולת גלוקוז יחידה.2שבתהליך הקודם נוצרו

,שמתקיים במיטוכנדריה , תפקידו הוא ליצור אתהציטרי המעגלשלב זה מקשר בין שלב הגליקוליזה לשלב חומרי המוצא לתהליכי ביוסינתזה בתא.

. אלו ריאקציות כימיות שמזינות אתציטרית חומצה והדבר הראשון שנוצר הוא acetyl CoAהתהליך מתחיל מ עצמן והתוצרים של הריאקציות הן משמשות כחומר מוצא לריאקציות אחרות , וכדי שהמעגל לא יתרוקן

מהחומרים , כל הזמן יש אספקה מתהליך הגליקוליזה אל המעגל. כלומר זה לא נוצר בנשימה אלא בתהליך של CO2 מולקלות של 2במעגל יש מקומות שבהן משתחררים•

המעגל הציטרית, ולכן בעזרת כדוריות הדם שלנו אנו מסלקים אותו דרך הדם אל הריאות. אם הוא CO2 מולקולות 3מצטבר בדם הוא גורם לנו לאיבוד הכרה. כלומר בסך התהליך נוצרות

ועוד מולקולה אחרת שגם היא קואנזים שיכול להתחמצן שזה+ NADH+H מולקולות 3בתהליך נוצרות •FAD מולקלות שיכולות לאגור אלקטרונים והם ימסרו אותם לחמצן וכך ייצרו 4. כלומר נוצרות ATP.

.ATP יכול גם הוא להפוך ל GTP , עליו נלמד בקוד הגנטי. ה GTPישנה נקודה במעגל שבה נוצר •חישוב הרווח האנרגטי במעגל החומצה הציטרית

מולקלות2 ויצירה של acetyl CoA יש חימצון פירובט ל 10. בשלב 10הגליקוליזה נגמרת בשלב •

41נכתב ע"י אלעד לוי ©

NADH+H+ יש יצירה של שאר המולקולות כמו שרשמנו לעיל. כלומר , בעיקר נוצר במעגל11 בשלב שהם חומרים טעונים באקלטרונים ויכולים לחזר את החמצן על מנת+NADH+H החומצה הציטרית

בתהליך הנשימה. ATPליצור ATP וכל אחת מהן תייצר מספר מסויים של מולקולות +NADH+H מולקולות של 12בתהליך כולו יש

ע"י חיזור של מולקולות חמצן.. ATP מולקולות 4כמו כן בתהליך נוצרות נטו

. זה תהליך שבוזירחון חימצוניכעת נשאר לדבר על השלב האחרון של הנשימה. זה תהליך שאנו קוראים לו מופעלות משאבות בקרום התא (בפרוקריוטים), או במיטוכנדריה (באאוקריוטים) אשר מייצרות מפל

.ATP+) והמפל הזה הוא כוח מניע ליצירת Hאלקטרוכימי של יונים (במקרה זה פרוטונים של חלקים:2תהליך הזירחון החמצני מחולק ל

לחמצןNADHמעבר אלקטרונים מ •ATPיצירת מפל אלקטורכימי של פרוטונים ויצירת •

אמרנו שמתקיים:NADH+H++1/2O2 → NAD++H2O

והשאלה איך הדבר הזה נוצר. הדבר הזה לא נוצר בשלב אחד, אבל בשונה ממסלול הגליקוליזה ומסלול מעגלהחומצה הציטרית, לא מדובר במעבר חומרים אלא במעבר של אלקטרונים דרך אנזימים לאורך מפל

עד לחמצן.NADHחיזור/חימצון מה השחקנים בתהליך:

ממברנת הקריסטה (הפנימית במיטוכנדריה)•1,2,3,4 חלבונים 4•ציטוכרום סי•ליפיד שנקרא יוביקינון•

מרכיבים אלו נמצאים בקרום הקריסטה של המיטוכונדריה.3

42נכתב ע"י אלעד לוי ©

12 הרצאה נדבר על השלב האחרון של הקאטבוליזם של גלוקוז, אך השלב האחרון דומה לכולם – בין אם מדובר בחומצותשומן או חומצות אמינו (מעגל החומצה הציטרית ומסלול ההעברת האלקטרונים) - זה אחיד לכל המסלולים

הביו כימיים ומקור האנרגיה הוא גם כן אחיד לכל המסלולים , והוא אחיד לכל התאים. קילו קלוריות52מינוס שלילי ו∆G לחמצן הוא תהליך בעל NADHאמרנו שהתהליך של העברת אלקטרונים מ

והחיזור של החמצן הוא תהליך רב שלבי,NADH. מעבר האלקטרונים הזה , החמצון של NADHלמול של לחמצןNADHומעורבים בו מספר חלבונים, תרכובות אורגניות שיש להן פוטנציאל רדוקס (חמצון חיזור) בין ה

וכך הם יכולים לקלוט אלקטרונים אחד מן השני בתהליך שרשרת , וכך הם מגדילים את הניצולת של יצירתATP.

המרכיבים של השרשרת הם:.1,2,3,4 קומפלקסים חלבוניים – מתכוון לחלבונים רביעוניים שמכילים הרבה תת יחידות – 1.4Cytochrome Cמולקולה אורגנית שנקראת .2יוביקונון שהוא ליפיד שומן..3כל תהליך העברת האלקטרונים נעשה בממברנת הקריסטה. כלומר , מדובר בחלבונים שרובם הגדול.4

שקוע בממברנת הקריסטה, עם כל המשמעות של איך חלבון שקוע בתוך איזור הידרופובי. וכמובן הרעיוןהוא ששטח הפנים הוא גדול כך שאפשר להכניס הרבה קומפלקסים כאלה, ובו זמנית יש תהליך של חיזור

. ATPחמצן בתוך ממברנת הקריסטה. זהו בית חרושת לייצור נמצא על צידה החיצוני של ממברנת הקריסטה.Cytochrome C הקומפלקסים הם ממברנאליים , ו 3

4 הם ATPהשחקנים העיקריים , כלומר המעבירים של האנרגיה מאנרגיית חמצון -חיזור של נשימה ליצירת הוא להעביר אלקטרונים בלי לייצר שום דבר ביןCytochrome Cהקומפלקסים. התפקיד של יוביקינון ו

הקומפלקסים , והסיבה לכך היא שיש בעיה טכנית כימית בהעברת האלקטרונים שלא נכנס אליה.

שנוצר בגליקוליזה, במעגל החומצה הציטרית , בחמצון פירובט (לא משנה היכן) – זה המקום בו הואNADHאז עובר "מחזור" כלומר משחרר את האלקטרונים והפרוטונים שנמצאים עליו (והופך ממצב מחוזר למצב מחומצן) ,

חוזר לכל המקומות שהוא צריך להיות שם כדי לאפשר שוב גליקוליזה, חמצון פירובט וכדומה.NADHוה פרוטונים.2 אלקטרונים ו 2. מדובר על 1האלקטרונים האלה עוברים בעזרת קטליזה (אנזים) , אל הקומפלקס ה

(ולא כמו בציור). NADHלמעשה באופן מעשי תמיד עוברים זוג של .3 ול 2 ל 1מעביר את האלקטרונים מקומפלקס היוביקינון

2 האלקטרונים והפרוטונים אל החמצן וכתוצאה מכך נוצרות 2 הוא להעביר את 4התפקיד של קומלפקס מולקלות מים. התוצאה של מעבר האלקטרונים הוא שחמצן מתחזר בסיומו של התהליך - קולט אלקטרונים

ופרוטונים והופך למים. וזו הסיבה שאנו זקוקים לחמצן – על מנת לבצע את המעבר של שרשרת הנשימה. חיוני לתהליך הנשימה. לדוגמא , ציאניד היא תרכובת אשר מעכבת ולא מאפשר מעבר של4הקומפלקס ה

לחמצן ולכן נחנקים. דוגמא נוספת היא חד תחמוצת הפחמן. כלומר ציאיניד וחד4אלקטרונים מקומפלקס תחמוצת הפחמן מעכבים את מעבר האלקטרונים ומונעים את סיום השרשרת של הנשימה. אם השרשרת לא

מסתיימת עד לסופה , כאילו מדובר על תהליך אנ-אירובי כי חסר חמצן בתהליך. לכן כאשר אנו לוקחים ציאניד , הולך ומצטבר במעגל החומצה הציטריתCO2אנחנו לא יכולים לסיים את החמצן ואז כל המאטבוליזם של

ובחימצון הפירובט , והחמצן לא יכול להסתדר בתאים כי הוא מצטבר אבל לא בא לידי שימוש וכך יש לנו אתהרגשת המחנק.

. שינוי האנרגיה לאורך השרשרת – האנרגיה החופשית כפונקציה של התקדמות תהליך הנשימה מאוד ברור עדמפל אנרגטי הולך ויורד, וכמובן שהכי נמוך הוא החמצן, שהופך למים. יש ∆Gאפשר לראות שה

והיוביקינון הם בעצם שלב אחד בתהליך שנוצר על מנת לפתור בעיה טכנית2. קומפלקס 4ההגעה לקומלפקס . תיכף נראה איך.4 ו 3 , 1. אבל התמורה האנרגטית תהיה ב 3 ל 1בתהליך של מעבר האלקטרונים מקומפלקס

שלבים ראשונים טוען אנרגטית את הגלוקוז על מנת להפכו לפעיל כימית , על מנת5התחלנו בתהליך של גלוקוז . . ואח"כ מעגל∆Gשאפשר יהיה להכניס אותו לקטאבוליזים. המשך התהליך הוא חמצון של פירובט , וירידה ב

3 בשרשרת של ATP קילו קלוריות לכל מול של 52החומצה הציטרית והנשימה , שבערך יש ירידה של קומפלקסים.

? אדם בשם פיטר מיצ'ל מצאATPוהשאלה שאנו שואלים , היא איך האנרגיית חמצון חיזור הזו , מתורגמת ל את התשובה לכך.

שיודעת לצמד תהליך של חמצון חיזורפרוטונים משאבת הוא 1,3,4הרעיון הכללי הוא שכל אחד מהקומפלקסים

43נכתב ע"י אלעד לוי ©

2לשאיבה של פרוטונים כנגד מפל הריכוזים שלה. וע"י כך ליצור מפל אלקטרו כימי של פרוטונים, כלומר , על כל אלקטרונים שעוברים בשרשרת , כל אחד מהקומפלקסים מעביר פרוטון אחד , וכתוצאה מהפעולה הזו , נוצר מפל

בנפח הביןPHאלקטרו כימי. יש הרבה פרוטונים בנפח הבין קרומי , ופחות פרוטונים מחוץ לקרום – כלומר ה וכל והפרש חשמלי , כי כל פרוטון נושא מטען חשמלי. PHיש הפרש קרומי חומצי יותר בנפח מחוץ לקרום.

היא משאבה של פרוטונים שמעבירה פרוטונים אל מחוץ למטריקס כנגד מפל הריכוזים תמורת1,3,4קומפלקס תהליך החמצון-חיזור.האנרגיה המשתחררת מתהליך החמצון חיזור מצומד לשאיבת הפרוטונים. הדלק לכך הוא

המעבר של האלקטרון מאנרגיית חיזור גבוהה לאנרגיית חיזור נמוכה. ליד השרשרת הזו , על אותו קרום , יושב קומפלקס חלבוני אחר, מאוד גדול אשר מכיל כמה עשרות של יחידות

של פרוטונים – מצב שבו יון נכנססימפורט, והוא מעין ATP שהוא מסנתז ATP synthaseחלבוניות והוא נקרא עם מפל הריכוזים ועובר את הקרום, אבל בשונה מסימפורט רגיל שראינו, באיזור הזה , האנרגיה של מפל

מצומדתהאלקטרו כימי של הפרוטונים , שבא לידי ביטוי בזרימה של פרוטונים דרך התעלה בחלבון הזה, היא – כלומר , לא רק שהפרוטונים חוזרים אל המטריקס , יש להם גם את האנרגיה להוסיף זרחן לATP ליצירת

ADP ולהפוך אותו ל ATPיש לנו בעצם תהליך כימי של העברת אלקטרונים דרך חלבונים , תרגומו למפל ., שהוא בעצם תעלהATPאלקטרו כימי (בעצם לאנרגיה פוטנציאלית) שיוצאת כאנרגיה קינטית דרך המסנתז

.ATPהמאפשרת לפרוטונים לעבור דרכה והאנרגיה שעוברת שם מצומדת ליצירת נקראת התיאוריהובכל אופן התיאוריה הזו , Proton motive forceלמפל האלקטרו כימי פיטר מיצ'ל קרא

.Proton motive force וה ATPהכמיאוסמוטית, והיא מדברת על הצימוד של סינתוז

הניסויים הבאים מתארים דרכים מלאכותיות להוכחת התיאוריה הכיאוסמטית.PH) ולרכזה ללא שאר חלקי התא, ולהכניסה לתמיסה בעלת 8 פנימי של PHאפשר לבודד מיטוכנדריה (.1

.ATP ופוספט , נוצר ADP) , ואז רואים שאם נותנים PH=4זהה לזה של המיטוכנדריה ( חומצי ולזרוקPHאפשר גם ליצור שלפוחיות מלאכותיות עם פוספו ליפידים , ולמלא אותם בתמיסה של .2

ATP יותר בסיסי וכך נוצר מפל אלקטרו כימי של פרוטונים, ולליפיד הזה מכניסים מסתנז PHאותה ל. ATPוכך רואים שנוצר

. בשריר למשל יש יותר מיטוכנדריה. אם כך למה במאמץלאהאם בכל התאים יש כמות זהה של מיטוכנדריה? .ATPאנחנו נכנסים במאמץ יתר לפעילות אנ-ארובית? הרי בשריר יש הרבה מיטוכנדריה והוא מייצר הרבה

התשובה לכך היא שאנשים רגילים עושים מאמץ גדול ומגיעים לרוויה.בשריר יש מאגר של סוכר בצורת גליקוגן. צמחים משמרים סוכר בצורת עמילן. ואם יש חוסר בסוכר הוא

-19. מדוע? המסיסות של החמצן היא המגבלה. באוויר יש החמצןמשתחרר מיד ואין בעיה. הבעיה היחידה היא אחוז חמצן, והמסיסות שלו היא נמוכה מאוד. וככל שהטמפרטורה עולה, המסיסות יורדת , ומאחר והחמצן21

, ומה שקורה זהאלא החמצן המומס (שנמס בריאות שלנו)שנכנס לריאות שלנו הוא אינו החמצן הזמין לתאים , לאחר זמן מה נגמרת , כי באמת אין חמצן. אבל כשיש לנו כאב של שריר , עדיין אפשר להזיז אתATPשיצירת

השריר למרות הכאב. מדוע זה קורה? השריר נכנס למצב אנ-אירובי , שרשרת הנשימה מפסיקה בשריר ונוצרתחומצה לקטית ומתחיל לכאוב לנו, אבל אפשר להמשיך לנוע. מדוע זה מתרחש? מאיפה האנרגיה מגיעה? מה

. יש חלבון שנקרא קראטין, ואנזים שנקרא קראטין קינאז.ATPשקורה זה שלשריר יש דרך אלטרנטיבית לייצר מיוצר באופן אנ-אירובי ע"י קראטין , שהופךATP , ואז ה ATPוכאשר הנשימה מפסיקה לעבוד , צריך עדיין

. דרך פעולהATP לצורך יצירת ADPלקראטין פוספט ע" הקראטין קינאז , והקראטין פוספט מעביר את הזרחן ל . ATPזה אומנם לא יעילה, אך עדיין לשריר יש

) הוא אנזים שנמצא ברובו רק בשרירים. כאשר נכנסים למצב של פרפור לב,CKהאנזים הזה – קראטין קינאז (אחת הדרכים שלנו לקבוע פגיעה בשריר היא ע"י שקראטין קינאז עובר דיפוזיה לזרם הדם שלנו. כלומר מתרחשנזק בשריר והקרום דולף והאנזים דולף החוצה. לאנשים שעברו פרפור לב (הלב פועם בצורה מאוד מהירה ויש איספיקת דם כתוצאה מכך) , שריר הלב עובר מהר כך שהוא נכנס למצב אנ-אירובי ומפעיל קראטין קינאז. ובאופן

מסויים חלה פגיעה בשריר הלב.

שילוב המסלולים המטובלייםנראה איך כל המסלולים מגלוקוז עד לנשימה מתקשר למסלולים קאטבולים ואנאבולים אחרים. למשל ליפידים,כאשר מישהו נמצא בתהליך של התעמלות או רעב, הוא מתחיל לפרק ליפידים. ואז תהליך הבערה שלהם מביא

, וממנו המסלול ידוע (כמו מקודם)acetyl CoAאותם גם ל חומצות אמינו יכולות להכנס באמצע הגליקוליזה באותה צורה כמו הליפידים, או יכולות להכנס ישר למעגל

הציטרי כאשר הכיוון החוצה מן המעגל הוא אנאבוליזם ופנימה למעגל הוא קאטבוליזם.כלומר יש תהליכים ביוכימים בתא שמדברים אחד עם השני – מזינים אחד את השני. אבל לא רק זה, מכיווןשלתאים אין "חושים" אבל הוא חייב לעבוד באיזון מוחלט, הוא חייב שיהיה לו טכניקה לווסת ולבקר את

44נכתב ע"י אלעד לוי ©

התהליכים של פירוק והרכבה של חומרים. הוא צריך לדעת מתי יש לו עודף/חוסר מדברים ולנתב את קצב פירוק דרכים לכך בתא:2החומרים או יצירתם. יש

אם יש עודף מחומר , זה גורם לכך שהוא מעכב את המעבר ליצירת החומר וכך כמות החומר תרד ומצד שני הואיזרז את היצירה של חומר אחר מאחר וביחד הם פועלים ויכולים להוריד את כמות החומר.

45נכתב ע"י אלעד לוי ©

13 הרצאה

46נכתב ע"י אלעד לוי ©

12 הרצאה אנחנו דיברנו בשבוע שעבר על עקרונות של מטאבוליזם. הכל בהסתכלות שטחית , בעיקר על שיקולי אנרגיה,ודיברנו קצת על היישומים של הדברים – המשמעות של הנשימה האירובית /אנ-ארובית ועל מאמץ. כמובן

לקאטבוליזם יש משמעות גדולה. אמרנו שהקאטבוליזם מתחיל עם הגלוקוז בד"כ . ועל מה שקורה אם אדם נכנסלרעב – מה יהיה מקור הפחמן כאשר הסוכרים נגמרים וכו'. אלו דברים שקשורים לבריאות שלנו.

כמו כן , דיברנו על כך שהשריר שלנו,כאשר הוא נכנס לפעילות אנ-אירובית משתמש בקריאטין פוספסט כמקור, ואמרנו שיש קריאטין פוספט קינאז – שהוא אנזים שאחראי להעברת הקריאטין פוספסט לATPזרחן ליצירת

ADP על מנת ליצור ATP .

עכשיו עוברים לאחד הפרקים המרתקים בביולוגיה. פותחו טכניקות המאפשרות לחקור את החומר התורשתיבגופנו ברמה מולקולארית. כלומר , אפשר לחקור את החומר התורשתי עד לרמה של אטומים , ובעיקר להבין את

המבנה , הארגון והתפקוד של החומר התורשתי. אמרנו שכדי לקיים חיים יש צורך בתורשה וחילוף חומרים. בשבועיים הקרובים נדבר על הייסוד להבנה איך בקרת התא עובדת – איך אינפורמציה גנטית באה לידי ביטוי

ואיך היא עוברת מדור לדור.כעת נעסוק בנושא שהוא רובו ככולו כימי, ולהסבירו לחסרי ידע בכימיה. אז יש להשתמש בלשון ציורית לתיאור

תהליכים כימיים.השיעור הנוכחי יעסוק בדנ"א ותפקידו בתורשה.

אנו נשאל את השאלות המרכזיות הבאות:

.נגדיר מהו גן

? נשאל האם גן הוא דנ"א

? אחרי שנבין מהו הקשר בין הגן לדנ"א , נעסוק במבנה של הדנ"א – מהו

נשאל האם הדנ"א יכול להשתכפל ? משום שאם לא אזי הדנ"א אינו יכול לעמוד בקריטריונים של חומרתורשתי – הוא אינו יכול להעביר אינפורמציה בירושה.

חשוב מאוד גם להבין מה קורה כאשר יש טעויות במבנה הדנ"א וכיצד הן מתוקנות. כל טעות ברצףהדנ"א עלול לגרום לחלבונים לא ל"התקפל" נכון ולפגוע בספציפיות שלהם במקרה ומדובר באנזימים

ואז זה בעצם מחלה תורשתית – מוטציה במבנה של הדנ"א שבאה לידי ביטוי בחלבונים שתפקודם הואלקוי.

.כמובן נדבר קצת על אפלקציות הנובעות מן הידע שלנו על דנ"א

מהו גן?גן הוא יחידת מבנה המכילה אינפורמציה שמקודדת לחלבון או לפונקציה מסוימת בתא. כלומר גן הוא בעצםחתיכת דנ"א , חלק מהדנ"א , שמכיל בתוכו אינפורמציה בצורה של קודים , והם מקודדים או לחלבונים או

לאיזה שהיא פונקציה בתא. , הכרומוזומים היו ידועים מאחר ויכלו לראותם בעזרת מיקרוסקופים , וכבר אז היה ידוע20בתחילת המאה ה

כי הכרומוזומים מכילים גם דנ"א וגם חלבונים. ובאותה תקופה היה ידוע שהכרומוזומים נשאו את החומרהתורשתי , אבל בגלל שהכרומוזומים מכילים גם חלבון וגם דנ"א , היה צורך להחליט מי מהשניים נושא את

היו מדענים שטענו שחלבונים נושאים את האינפורמציה הגנטית.50החומר התורשתי, ועד לשנות ה כעת ניתן מספר דוגמאות ניסוייות לעובדה שהדנ"א הוא החומר התורשתי:

היה אפשר לצבוע באופן דיפרנציאלי את הדנ"א ולראות שהוא נמצא במקום , ניסוי צביעה1ניסוי – הנכון , במינון הנכון וזה חיזק את העובדה שהוא החומר התורשתי.

בל הבעיה הייתה להביא את הניסוי שלא יטיל ספק ויגמור את הויכוח. ואחד האנשים שעזרו לכך היהא – דנ"א יכול לעבור ממיקרו אורגניזם אחדגנטית טרנספורמציהפרדריק גריפית' שגילה טכנולוגיה של

למיקרו אורגניזם אחר, כלומר חיידקים יכולים להעביר ביניהם דנ"א. ומתברר שתכונה זו קיימת בכלהתאים – היכולת להעביר מתא לתא אינפורמציה בצורה של דנ"א. וזה הניסוי הבא:

והוא עמיד למערכת החיסונית ומאוד אלים , ולכןS זנים של חיידקים – לקחו זן אחד שנקרא 2לקחו כאשר מזריקים אותו לעכברי ניסוי הם מתים. וכאשר בודקים אותם מוצאים שיש בלב הרבה מאוד

שהעכבר עמיד אליו , וזן הזה לא מצליח ליצור מחלה,Rריכוז של החיידקים הללו. הזן השני הוא והעכברים אולי לא הרגישו טוב , אך לא מתו ולא נמצאו חיידקים לאחר תקופת זמן אצלהם בלב. כלומר

, העכבר התגבר וסילק מתוכו את החיידקים.והשאלה הייתה , האם יכול להיות מצב שבו תעבור אינפורמציה גנטית מחיידק אחד לשני , והאם יכול

להפוך מלא אלימים לאלימים. במהלךRלהיות מצב שהאינפורמציה תעבור כך שהיא תגרום לחיידקי הניסוי עשו הרתחה של כל החלבונים של החיידקים הללו – כי דנ"א הוא לא חלבון ולכן לא יכול להתפרק

מקשריו. החיידקים האלימים מתו במהלך ההרתחה ועירבבו בתוך הכלי הזה חיידקים חיים שהיו לא

47נכתב ע"י אלעד לוי ©

מתיםS ובדקו מה שקרה. ואז לאחר שהזריקו את החיידקים המתים לעכבר (חיידקי Rאלימים –) , העכברים מתו. זה אומר שלתוך החיידקים הלא אלימים נכנסה אינפורמציה גנטית , שגרמהRוחיידקי

להם להפוך מלא-אלימים לאלימים (לפחות לחלקם). מאחר וזה עבר הרתחה ובהרתחה יש נזק בלתיהפיך לחלבונים , סביר להניח שבאמת יש טרנספורמציה גנטית וכנראה החומר התורשתי הוא הדנ"א.כלומר יש קשר בין דנ"א לבין תכונות תורשתיות. המסקנה מן הנייסוי היא שאם דנ"א היה נהרס , איאפשר היה לפעול. כמובן הניסוי הזה לא היה מספיק, כי תמיד ישנו הספק בדבר קיומו של איזה חלבון

שאולי עמיד בחום ולא ידענו עליו עד כה., ואולי הוא קיים גם כאן. ולכן בוצע הניסוי הבא שעובד ישירותעל החיידק וכך מבודד את הדנ"א.

הרתיחו את החיידקים הרבה זמן ,והעבירו אותם דרך מסננת כך שהחיידקים נשארו מעל3ניסוי :המסננת והנוזל שמכיל חלבונים, דנ"א,רנ"א (כל מה שמסיס) עבר דרך המסננת. עכשיו לקחו את המבחנה

3מבחנות. עשו להם 3 האלימים ושמו אותו ב Sשמכילה הנוזל שעבר דרך המסננת שלחיידקי ה אנזימים שונים:3ריאקציות כימיות עם

oRnaze אנזים שמזרז ריאקציה בה מתפרק –RNA(מולקולות שאחראיות לביטוי של גנים) לכל המרכיבים שלו.

oProtease .משפחה של אנזימים שמפרקים עד הייסוד חלבונים לפפטידים ולחומצות אמינו –כלומר לאחר זמן מה החלבונים שנמצאים שם ייתפרקו.

oDnase (שהוא פולימר) אנזים שמזרז פירוק לגורמים של דנ"א. כלומר לאחר זמן מה אין דנ"א –שנקראים נוקלואטידים. אלא רק המונומרים שלו

מבחנות שונות שכל אחת מהן הכילה3את החומר המסונן , לאחר שהכניסו אותו למבחנות , הכניסו ל Pronaze ו Rnaze , ומה שהתרחש זה- החומר שהיה במבחנות שהכילו את ה Rחיידקים אלימים

נשארו חיידקים לא אלימים.Dnazeהכילה אוכלוסיה אלימה של חיידקים , ואילו בזו שהכילה את ה לא פגע לחלוטין בטרנספורמציה של חיידקים לא אלימיםR.N.Aכלומר , הפירוק של החלבונים ל

לאלימים , בשעה שפירוק הדנ"א מנע זאת. ניסוי זה הראה שבאופן ישיר יש קשר בין דנ"א לתכונותגנטיות.

הרעיון הוא לקחת וירוס של חיידקים. וירוסים מזריקים את החומר – הניסוי של הרשי וציי'ס: 4ניסויהתורשתי שלהם לתוך התא המאחסן, החומר הזה עובר אינטגרציה לתוך התא של התא המאחסן וכךהוירוס משתלט על מנגנון יצירת החלבונים והכפלת דנ"א וכך הוא מתרבה עד שהתא המאכסן מתפוצץויוצאים הרבה מאוד וירוסים. אם כך, רצו לבדוק האם הדנ"א אחראי לתהליך הזה או החלבונים – מי

החלבוניםנושא את האינפורמציה הגנטית של הוירוס. לקחו את הוירוס ובשיטות מסוימות סימנו את שמכילות גופרית: מתאונין וציסטאין, והגופרית לא נמצאת2שלו עם גופרית רדיו אקטיבית – יש רק

שלו סימנו עם זרחן שלא נפוץ בחלבונים.הדנ"א ואת . בדנ"אהניסוי היה של אוכלוסיה של וירוסים שהכילה דנ"א מסומן עם זרחן רדיו אקטיבי , ואוכלוסיה שניה

והשאלה היא. של שהכילו חלבונים מסומנים עם גופרית רדיו אקטיבית, ואותם שמו בכלי עם בקטריההאם הוירוסים החדשים שיוצרו לאחר פעולת הוירוס יכילו דנ"א מסומן או חלבון מסומן? כי הרי הוירוס

גורם לתא המאחסן לשכפל את החומר התורשתי על מנת לחלקו בין התאים.לאחר שהוירוסים חדרו אל הבקטריה , שמו את התמיסה במערבל וקיבלו פלט של הבקטריה כאשר הוא

וניתן היה לראות שהבקטריה הכילה בתוכה את מופרד מן החלקים של הוירוס שלא חדרו אל הבקטריה.רוב הזרחן הרדיו אקטיבי, ואילו הגופרית הרדיו אקטיבית הייתה בנוזל מחוץ לבקטריה, כלומר , כל

החומר התורשתי שעבר במעגל הזה היה דנ"א ולא חלבון.

כעת נעבור לדבר על מבנה הדנ"א פולימר של נוקליאוטידים. כלומר זהו פולימר שהמונומרים שלו הם נוקליאוטידים. בעצם דנ"א הואהדנ"א:

מרכיבים בנוקלאטויד: דאקוסי3חומצה דאוקסיריבונוקלאית. הדנ"א והרנ"א הם חומצות גרעין. הדנ"א מכיל 4ריבוז שזה סוכר, זרחן ותרכובת בסיס שמכילה חנקן. הבסיסים הם המפתח לכל הסיפור של הדנ"א. ישנם

בסיסים שמכיל הדנ"א והם:פירמדיניםפורינים

אדניןA גאוניןG

ציטוזיןC טימיןT

הם מעין תרכובת שמכילה חנקן, ומאפיין אותם צורהשהפירמידניםההבדל בין פורינים לפיר מדינים הוא הם גם תרכובות הפורינים טבעתית משושה , של קשרים קוולנטים יחידים וקשר קוולנטי כפול אחד. לעומתם

טבעות: אחת משושה ואחת מחומשת.2חנקן. אבל מאפיין אותם שיש להם : מורכב מבסיס (חומר פוריני או פירמידין), סוכר (ריבוז) שהמבנה שלו מחומש. כאשר הבסיס נקשרנוקליאוטיד

48נכתב ע"י אלעד לוי ©

– כלומר, נוקליאוטידנוקליאוטיד , הוא נקרא זרחן, וכאשר לכל הדבר הזה נוסף נוקלואוזידלסוכר הוא נקרא שהוא המונומר של הדנ"א , מכיל את הבסיס , סוכר ריבוז וזרחן.

והיא העובדה שברוב התאים כמות האדנין שווהשרגאףאחת התגליות החשובות ביותר לגבי הדנ"א התגלתה ע"י לכמות הטימין , וכמות הציטוזין שווה לכמות הגאונין או בנוסחא

A=TC=G

כלומר , כמות הפירמידנים שווה לכמות הפורינים. וזה חשוב משום שזה עזר לווטסון וקריק לפצח את מבנההדנ"א.

ווטסון וקריק הגיעו למבנה הדנ"א, והם מצאו מספר עקרונות חשובים:

הם מצאו בעזרת קרניX מבנה הליקס שלדנ"א יש.

פולימרים של דנ"א שהכיווניות שלהם הפוכה. הם הגיעו למסקנה שהדרך היחידה2ההליקס הזה בנוי מ 2מבחינת אנרגיה חופשית ותרמודינאמיקה המצב הנמוך ביותר אנרגטית למולקולה הזו תהיה אם

הפולימרים שמרכיבים את ההליקס יהיו בכיוונים הפוכים זה לזה. מבנה ההליקס והכיווניות ההפוכה היא התגלית הגדולה של ווטסון וקריק.

2. ורואים שיש פריים 5 נקרא N ולקצה ה פריים 3 נקרא C שרשרות שלקצה ה 2עכשיו המבנה שלהם מורכב מ . בכל אופן, מבנה ההליקס הוא לא סימטרי3 ל 5סלילים שהם הפוכים בכיוונם. הכיוון של הפולימר היא מ

לגמרי – שונה לגמרי מאלפא הליקס. אם מסתכלים מהצד רואים שנוצרים לאורך הדרך חריצים בדנ"א,והחריצים הללו אינם זהים. ישנם:

חריץMAJOR חריץMINOR

טבעות , הקשרים בין הבסיסים2ומכיוון שמדובר על בסיסים שחלקם מכילים טבעת אחת וחלקם מכילים באנטי פרלל (במבנה) הם קשרי מימן , ולכן הם לא סימטרים. כי זה תלוי כמה פורינים ופירמידנים יש בכל

.MINOR ו MAJORנקודה. ואופייני לדנ"א החלוקה לאזורים הללו של

סיכום תכונות מבנה דנ"א עיקריות

.סליל הליקס כפול בעל קוטר אחיד לכל אורך הדרך

.הסיבוב של המבנה הוא לצד ימין

-הכיוונים של הסלילים הם הפוכיםAnti Parallel באזור הMajor ו ה Minors.יש חשיפה של תרכובות חנקן שנמצאות בבסיסים

נסיים את אפיון הדנ"א. כלומר ברוב האורגניזמים, התגלהG שווה ל C וה T שווה ל Aאמרנו שאחד הממצאים החשובים היה שכמות ה

שכמות הפירמידנים שווה לכמות הפורינים. ורק לאחר גילוי מבנה הדנ"א הבינו למה זה מתרחש. הכיווניות. כלומר ,T יבוא תמיד A , ומול G תמיד יבוא Cההפוכה לא סתם מתרחשת , אלא יש השלמה בין בסיסים. מול

. לא תוכל להיות אףG מקביל לC וT מקביל לA זוגות. 2 יש זיווג רק בין Anti Parallelלכל האורך ב קומבינציה אחרת בדנ"א. ותיכף נבין כיצד זה יכול להיות, וזאת משום שהסלילים זהים ברצף שלהם והם פשוט

יושבים הפוך אחד לשני.

קטעים של דנ"א ואפשר לראות את קשרי המימן שנוצרים בין הבסיסים. אחד הכוחות2בשקף רואים קשרי מימן2 נוצרים T ל A. ויש לשים לב שבין G ל C ו T ל Aשמחזיקים את האנטי פרלל זה קשרי המימן בין

קשרי מימן.3 נוצרים G ל Cואילו בין

האנטי פרלל יוצר עובדה מאוד מעניינת, ומאוד חשובה להבנת הקוד הגנטי. אם מסתכלים על הרצף של אחת מלמעלהC ו T G A (מלמטה למעלה) , ואילו על האנטי פרלל מוצאים A ו G T Cהשרשראות רואים שיש לנו

למטה. בעצם , האנטי פרלל , אפשר לראות ששרשרת אחת מכילה את המשלים של הצד השני. כלומר , תמיד אםיש בשרשרת אחת אדנין , בצד השני באותו מקום בדיוק תהיה טימין, וכן הלאה. לכן , ברור שאם נרצה להשתמש

באינפורמציה גנטית , הגוף שלנו לא יכול להשתמש בשניהם , אלא רק בסליל אחד , ונראה אח"כ שאחתהשרשראות היא השרשרת שממנה התא ישתמש לאינפורמציה הגנטית , ואילו השרשרת השניה שנקראת

המשלים , תכיל את אותו אינפורמציה גנטית , אבל תהיה המשלים לשרשרת השניה.אמרנו ששרשרת האנטי פרלל , כיוונה נקבע על ידי הזרחן והסוכר, ותיכף נראה איך זה נעשה. הדנ"א בעצם ,

49נכתב ע"י אלעד לוי ©

תפקידו הכמעט בלעדי הוא לאגור אינפורמציה גנטית. כל האינפורמציה הגנטית נמצאת בדנ"א בצורה של גנים. מכיוון שהאינפורמציה הגנטית נמצאת בדנ"א והיא נמצאת בקודים, אז כמובן לרצף הבסיסים יש חשיבות רבהביותר וכל שינוי ברצף הזה נקרא מוטציה. כל החלפה כתוצאה מחילופי דורות של אחד הבסיסים נקרא בעצםמוטציה מאחר והוא משנה את הרצף של הדנ"א, שמשמעותו הוא שינוי רצף החלבון משום שהדנ"א מקודד

לחלבונים.

כעת נעבור לנושא של שכפול דנ"א (ארתור קורנברג), אחרי60גמרנו לדבר על מבנה הדנ"א. אמרנו שזה פולימר בעל כיוון, ועכשיו נדבר על הרפלקציה שלו. בשנות ה

גילוי מבנה הדנ"א, השאלה הגדולה הייתה כיצד החומר התורשתי מוכפל ועובר מדור לדור. השאלה הזו עמדה עלהפרק , כי יש לנו חומר תורשתי ויש להעתיקו בדיוק רב מאוד , והשאלה היא כיצד זה נעשה. אחד החלוציםבנושא היה ארתור קורנברג שהראה כי הדנ"א מכיל אינפורמציה להכפלה של עצמו. ארתור קורנברג הראה

באופן ניסוי שהדנ"א מכיל אינפורמציה שמשמשת להכפלה של עצמו. והוא הראה זאת ע"י כך שהוא לקח דנ"א – הנוקלואטידים בכמות מספיקה , ואנזים שנקרא דנ"א פולימרז – אשר יוצר את הפולימר דנ"א4הוא לקח את כל

, והראה שבעצם הדנ"א , כאשר לא מוסיפים דנ"א לא נוצר דנ"א חדש , ואילו אם מוסיפים דנ"א חדש אזי נוצרדנ"א חדש בדיוק באורך ובהקבלה של הדנ"א הקיים בתוך המבחנה. כלומר , הדנ"א הוא התבנית – המקור שלפיוהדנ"א פולימרז מעתיק ומייצר את הפולימר. הוא קורא את הרצף של הבסיסים בדנ"א הקיים ויוצר את האנטי

פרלל שלו כאשר הוא מסתנז את הסליל החדש של הדנ"א.השאלה הראשונה היא מהי הדרך, הרי יש לנו סליל כפול, כיצד הסליל הכפול הזה מוכפל בזמן חלוקת התא, כך

דרכים:3. הוצעו לכך 100%ששני תאי הבת יקבלו את אותה אינפורמציה גנטית בדיוק של

חצי קונסרבטיבית – כל תא בת יכיל בסליל הכפול החדש שלו את הסליל הישן. הוא יהיה התבנית שלהסליל החדש , כך שתא בת אחד יהיה אחד משני הסלילים של תא האם וסליל חדש שיווצר לפי תעתיק

של סליל הישן. אחד התאים יקבל את הפרלל והשני יקבל את האנטי פרלל.

קונסרבטיבית – אומרת ששני הסלילים עוברים הכפלה , אבל תא אחד מקבל את כל הדנ"א הישן , ותאאחר מקבל דנ"א חדש שהוא תעתיק מדוייק של הישן.

.דיספרסיבית – משהו ביניהם

הניסוי של מסלסון שאטל הוכיח שהשיטה החצי קונסרבטיבית היא הנכונה להכפלת הדנ"א. כיצד עשו אתהניסוי? מכיוון שהבסיסים מכילים תרכובות חנקן , הם השתמשו בעובדה שלחנקן יש איזוטופ כבד , כלומר

כאשר הוא נמצא בחומר כימי , הצפיפות של החומר הזה כבדה יותר של האיזוטופ הרגיל. הם השתמשו באיזוטופ שהוא האיזוטופ הטבעי והרגיל של חנקן. ומה שהם עשו , הםN14 שהוא יותר כבד מ N15של חנקן שנקרא

, וכאשר הם מיצו את התאים האלה – הורידו את הדנ"א ושמו את הדנ"אN15לקחו תאים וסימנו אותם עם והוא שוקע עמוק במבחנה. אתN15בגרדיאנט צפיפויות , ועשו צנטריפוגציה , הם מצאו שהדנ"א הזה כולו מכיל

בעזרתN15 , כלומר הם לקחו את התאים , סילקו את ה N14החיידקים האלה הם העבירו לתמיסה שמכילה דקות הם ראו שהדנ"א הזה נמצא במקום אחר ,20, ולאחר N14שיטות של צנטריפוגציה וחשפו את התאים ל

דקות , הם מצאו שחלק מהדנ"א היה20כלומר הוא פחות צפוף מאשר הדנ"א של תאי האם, וכאשר הם חיכו עוד . כלומר הניסוי הזה מוכיח שהשיטת סינתזה של הדנ"א היא חציN15 ו|N14 וחלק מהדנ"א היה N14כולו

)221 , עמוד LIFEקונסרבטיבית – תכלס הכי טוב להסתכל על זה בספר , הוא הסביר את זה די גרוע ( היה צריך להיות כולו בצפיפות גבוהה או נמוכה , ולא בשילוב1אם החלוקה הייתה קונסרבטיבית , אזי הדור ה

ביניים של שניהם. הייתה צריכה להיות חצי,אבל היא לא הייתה צריכה1אם החלוקה הייתה דיספרסיבית , הצפיפות בדור ה

להופיע בדורות הבאים.

תהליך השכפולאנחנו יודעים שהתהליך הוא סמי קונסרבטיבי, ושהדנ"א פולימרז יודע להעתיק מהסליל הקיים של הדנ"א -

לקרוא ולסנתז ממנו את הסליל החדש.לתהליך הזה של הכפלת דנ"א קוראים רפליקציה , כי הדנ"א עושה רפליקציה – הוא מכפיל את עצמו על בסיס

צעדים:2האינפורמציה של עצמו. היא מתרחשת ב

של הסליל הכפול. פתיחה

יצירת הסליל החדש.סינטזה , נעשה באופן כזה: בריבוז (סוכר) יש חמצן , ובכל שאר הנקודות (DNAחשוב לציין שתהליך הפולימריזציה של ה

ולכן לצד הזה3 הנקודות) יש פחמנים. כאשר הצד החופשי, אשר עובר פולימריזציה מתרחש בפחמן שבנקודה 5 שבעזרת מיםATP פוספט , שהיא מולקולה דומה ל 3 שמותמר. יש ציטוזין OH יש 3בקצה ה פריים. 3 קוראים

. האנרגיה הזו מותמרת בהוצאתATP הזרחנים הללו ומשתחררת אנרגיה דומה לאנרגיית ה 2מורידים את

50נכתב ע"י אלעד לוי ©

3המימן ויצירת הקשר שנראה כמו שאר הקשרים בשרשרת הדנ"א. כלומר , בצד אחד הזרחן נקשר לעמדה . 5. לדוגמא בנוקליאוטיד הקיים הוא קשור לעמדה 5ובצעד אחר הוא קשור לעמדה

של הריבוז , ולכן הצד שממנו5 פונה לצד שכבר התפלמר , הזרחן למעלה קשור לפחמן מספר 5מכיוון שעמדה . פריים5התחילה היצירה של הפולימר נקראת

אך בכל מקרה , זאת לא הדרך שבה נעשית הפולימריזציה. מאחר ולמעשה יש סליל כפול בנוי אשר לא נותן מקום5לאנזים להכנס אליו. ועכשיו נראה איך זה עובד. השקופית הזו באה להראות רק שהפולימריזציה באה מקצה

.3לקצה . הוא מזרז את התהליך על זה עלקומפלס הרפלקציה מזורז ע"י קומפלקס אנזימטי שנקרא תהליך ההכפלה

אותו עקרון שהנוכחות של האנזימים חשובה להורדת אנרגיית האקטיביציה ולפולמריזציה של הסליל החדש. שזה יחידת דנ"א אחת (מכילה כמות מסויימת של אינפורמציה גנטית) , יש לה נקודה מסויימתהכרומוזומיםבכל

. זה מקום מסויים ששם מתחילה הרפלקציה. מקור הרפלקציהשבה מתחיל תהליך הרפליקציה ולו קוראים הכיוונים ,2 פריים. זה נראה לא הגיוני, אבל היא ל 3 פריים ולכיוון ה 5 הכיוונים. לכיוון ה2הרפלקציה נעשית ל

. 3 לכיוון 5כאשר עדיין נשמור על החוקיות של יצירת פולימר מכיוון כדי לפתוחATP. הוא משתמש באנרגיה של דנ"א הליקזהאנזים הראשון בקומפלקס של הרפלקציה נקרא

, שיוצר את סליל הדנ"א החדש באופן הבא:דנ"א פולימרזמקומית את הסליל הכפול. לאחר מכן , מגיע ה פריים בצד3 פריים שלו בקצה השמאלי וה 5. ונסתכל עליו כך ש ה כחוליש לנו בשקף את הסליל הישן שהוא

בצד שמאל. עכשיו יש לזכור ,3 בצד ימין ל 5ימין. והיכן שמתחיל הסליל הירוק הוא הסליל החדש שהולך מ . אבל הדנ"א פולימרז , לפי תגליתו של קורנברג עושה את הכפלת3 לצד 5שהסיתנזה של הדנ"א נעשית מצד

הדנ"א על פי התבנית של הישן. מכיוון שהדנ"א החדש שיווצר יהיה על המקום בצורת סליל כפול על מנת למנוע. והוא בונה את האנטי5 ל 3 הסלילים הישנים ביחד, כלומר הדנ"א פולימרז קורא את הדנ"א הישן מ 2חיבור של

5 פריים ובונה את הבסיס שיהיה בקצה ה 3פרלל של הסליל שהוא רואה. הוא רואה את הבסיס שנמצא בקצה ה פריים.

. כלומר , המגבלה של הדנ"א פולימרז היא שהוא תמיד יוסיף3 ל 5הסינתזה של הדנ"א נעשית תמיד מכיוון פריים של השרשרת של הדנ"א שהוא בונה (החדש). בזמן הסינתזה הוא עובד לפי3נוקליאוטידים בקצה ה

תעתיק. יש לו תבנית , רצף שהוא רואה ועל פיו הוא מוסיף את הבסיסים. אבל הוא מסנתז את הדנ"א החדש , כךשתוך כדי הסינתזה נוצר סליל כפול. כלומר , זהו סליל כפול שילך לאחד מתאי הבת. ובמקביל יש דנ"א פולימרז

, ובגלל שהוא בונה את האנטי פרלל של3 ל 5שעושה את אותו הדבר על הסרט השני. עכשיו , הוא מסנתז מ (הפוך). הקריאה מתבצעת בעצם הפוך – הוא קורא את5 ל 3הסליל הישן , אז הוא קורא את הסליל הישן מ

האנטי פרלל של מה שהוא מסנתז.עכשיו , מה הבעיה ? לדנ"א פולימרז יש בעיה. הוא לא יכול להתחיל את הסינטתזה של הדנ"א סתם ככה. הוא

. הוא חייב להתחיל מנקודה שבה יש איזה שהוא דנ"א שכבר סונתז קודם ויושב במקוםפריימרחייב שיהיה לו ומראה לו איך להמשיך. כלומר , אי אפשר להתחיל מכלום. חובה להתחיל מאיזה שהוא סליל שכבר קיים. אבל ,אין סליל כזה. הרי , אם היינו חיים רק על דנ"א פולימרז , לא הייתה מתבצעת הכפלה של הדנ"א, כי אין דנ"א

פולימרז שיודע ליצור איזהשהוא התחלה שעל פיו הוא יעבוד. שזה משהו התחלתי שעליו הדנ"א פולימרז יכול להתחיל פריימרשהוא RNAרצף הבעיה נפתרת ע"י כך שנוצר

יודע לסנתזפולימרז RNA. ה RNA שיודע להתחיל לסנתז פרימז.RNAואנזים שנקרא. ולסנתז את הסלילRNA בלי צורך בהתחלה. הוא יושב על דנ"א, קורא מה כתוב בו ומייצר RNAגם על פי תבנית. אז מה שעשה .

RNA שזה רצף PRIMER פולימרז , שהתפקיד היחיד שלו זה ליצור RNA פרימז , שזה RNAהטבע , הוא לקח מתיישב וקורא מה יש שם ומייצר נוקליאוטידים.RNA. ה 0התחלתי שמבוסס על דנ"א ומתחיל מ

הדנ"א פולימרזפרימז. RNA. הפרימר מסונתז ע"י DNA שנדרש להתחלת שכפול RNAהוא סליל הפריימר פריים.5 פריים ומייצר את האנטי פרלל , את ה 3רואה מולו את ה

בציור אפשר לראות "צורת מסרק": וזה אחיד בגלל הזרחן והסוכר בפולימר, ואילו המסרק נוצר ע"י הבסיסים של דנ"א בצורה ציורית. הרנ"א פרימז מייצר3 ל 5שהם אינם אחידים. התרשים בשקף מתאר את הסינתזה מ

נוקלואטידים, הרנ"א פרימז20. לאחר שנוצר הפריימר שמכיל כ 5 ל 3 ע"פ תבנית מ 3 ל 5את הפריימר מ מפסיק את תפקודו , ובמקומו נכנס דנ"א פולימרז , שיש לו מבנה של כף יד. והוא מתחיל לעבוד. אבל הוא מתחיל

לעבוד רק כאשר יש לו פריימר. והדנ"א פולימרז מתחיל לבנות ע"פ תעתיק את הסליל האנטי פרלל של הסלילהישן. וכאשר הוא מסיים האנזים חוזר אל הגרעין.

חומרי הגלם לתהליך נמצאים בגרעין התא בריכוז גבוהה , והם מיוצרים ע"י התא בציטופלזמה ומיובאים לגרעיןהתא.

בשקף אפשר לראות את הפתיחה של הסליל של הדנ"א. ואנחנו דיברנו רק על הסנתוז של החלק העליון בשקף.

51נכתב ע"י אלעד לוי ©

החלק התחתון טיפה יותר מסובך ונדבר עליו בהרצאה הבאה

52נכתב ע"י אלעד לוי ©

13 הרצאה נסיים את הקטע של הכפלת הדנ"א. רק כדי ליצור קשר לשיעור הקודם , אמרנו שבקטע נתון של דנ"א , שעומד

להיות מוכפל , כדי שהדנ"א פולימרז שהוא האנזים שאחראי על יצירת הפולימר דנ"א, הוא זקוק לפריימר , אשר אוRNA גדילי 2 שבעזרת קשרי המימן, בכלל RNA. הוא יוצר גדיל של פרימז RNAמייצר אנזים שנקרא

DNAנקשרים אחד לשני כאשר הם פוגשים ברצף מסויים את האנטי פרלל שלהם , וככה נוצרים קשר מימן , מהווה התחל , ואז הדנ"א פולימרז נכנס5 ל 3חזקים ויוצרים קטע דו-גדילי. אז הפריימר שנעשה ע"פ הרצף מ

ובעצם מייצר גדיל של דנ"א משלים באורך מסוים , נתון. אמרנו שלאורך הדנ"א , שהוא גדול מאוד , לאורךהכרומוזום יש הרבה נקודות התחלה מקבילות.

– אלו שלושה אנזימים שקשורים לפולירמזיציה של דנ"א , אבל יש להם3, 2 , 1 שונים: פולימרז"א דנ 3בתא יש תפקידים שונים וספציפיות שונה:

עוסק ברפליקציה. הוא עובר ומייצר פולימר ע"פ תבנית של מה שהוא רואה. אבל הוא1פולימרז דנ"א למיליון בסיסים)1עלול לבצע טעויות (בתדירות של

בין סלילי100%. הוא מוודא שיש זהות של 1 אחראי לתיקון טעויות של דנ"א פולימרז 2דנ"א פולימרז הדנ"א.

ע"י עיכולו.1אחראי לסילוק הפריימר בסוף עבודת דנ"א פולימרז 3דנ"א פולימרז בנוסף יש הרבה חלבונים ואנזימים שמשתתפים בפעולת הכפלת הדנ"א.

למעשה , מה שתיארנו עד כה , היה המצב שנמצא בגדיל המתואר בחלק העליון של השקף. כלומר , יש גדיל אחד , בגללLagging strand ולשני קוראים Leading strand. גדיל אחד אנו קוראים לו ה 3 ל 5 ומ 5 ל 3שהולך מ

הפוזיציה שלהם. , עובד בצורה שתיארנו קודם: הדנ"א פולימרז קוראLeading strandדבר אחד ברור וקל – הסליל העליון , ה

. ומה שקורה זה שהאנזים החום, שהוא3 ל 5 ויוצר את המשלים שלו , מ 5 לכיוון 3את התבנית שלו מכיוון הדנ"א הליקז , פותח כל הזמן את הסליל הכפול ומאפשר לדנ"א פולימרז להתקדם.

הוא לא טריוויאלי , מאחר ודנ"א3 ל 5 שזה החוט תבנית שהולך מ Lagging strandהסינתזה של הדנ"א ב Lagging strand. ולכן השיטה ב 5 ל 3 , כאשר חוט התבנית שלו היא מ 3 ל 5פולימרז יודע לסנתז את הדנ"א מ

כיצד זה קורה?היא שונה, וגולתה ע"י אוקזקי. לכיוון מPRIMER , שהוא יודע להתקדם ביחד עם הדנ"א הליקז , ואחרי כמה זמן , הוא יוצר פרימז RNAישנו

של התבנית (וזה הסנתוז כבר) , ואז דנ"א פולימרז נכנס ומסנתז לאורך מסוים לאחריו. ומה שיקרה זה שה5 ל 3RNA פרימז ימשיך להתקדם , וייצור PRIMER ואז הדנ"א פולימרז ייכנס אל ה PRIMERויסנתז מקטע של

דנ"א. ובאופן כזה הפריימר מתקדם יחד עם ההליקז , ובעצם לאורך הדנ"א עכשיו בחוט הזה שנוצר יהיומקטעי אוקזקי ( מקטעי הדנ"א שנוצרו) פריימר. מקטעים אלו נקראים RNA ומקטעים של DNAמקטעים של

כי זה רנ"א ולא דנ"א , ואח"כ יבוא אנזים שיאחדPRIMER יעכל את כל ה ,3דנ"א פולימרז בתום כל התהליך, את כולם לשרשרת אחת.

בחוט העליון הדנ"א פולימרז פשוט מתקדם ומסנתז, ואילו בחוט העליון, הרנ"א פולימרז יוצרכלומר לסיכום, והדנ"א פולימרז עובד "בכיוון ההפוך" ומייצר מקטעי אוקזקי. PRIMERבמרחקים מסויימים

אם כך , להזכירכם , הדנ"א הליקז יוצר לולאה פתוחה שהאורך שלה כפתוחה הוא מוגבל, משום שאם לאמכניסים חוט חדש לכל אחד מהחוטים שנפתחים , הם יסגרו במהירות, כי בתמיסה הם נעים ועשויים להפגש

והוא ממשיך להפתח , ואז נוצר מקטעLagging strand ב PRIMERולהסגר. בכל אופן, הדבר הראשון שנוצר זה , ומקטע אוקזקי אחר, ובאופן כזה זה מבטיח סינתזה סמי קונסרבטיבית של הדנ"א.1אוקזקי

של רנ"א.Primerבעצם , כל מקטע אוקזקי צריך – את הRNA, יש אנזים שמעכל את ה Leading strandsעכשיו , הפרגמנטים הללו לאחר שהם נוצרים, וגם ב

Primer שנוצרו של RNA החוטים (2 כי הם לא דנ"א. ומה שמעניין הוא שב Leading/Laggingיהיו מקטעים ( שהם לא מחוברים. DNAשל

מקטעי דנ"א. בשקף למעלה רואים שיש איזור קטוע ,2 , שתפקידו לקחת DNA LIGASEישנו אנזים שנקרא ). יכוליםDna Nick יודע לחבר מקטעים לא מחברים של דנ"א ובעצם להשלים את הפער בין המקטעים (והליגז

. הליגז משלים את החסר ע"פRna Primerלהיות פערים כאלו כתוצאה מתיקון, כתוצאה מזה שמעכלים את ה .5 ל 3 , כלומר מ 1תבנית של הדנ"א שהוא רואה, והוא עושה את זה כמו דנ"א פולימרז

הליגז הזה , הוא בעצם מעין דנ"א פולימרז , שיש לו כבר פריימר. הפריימר שלו זה סוף המקטע הראשון ותחילתהמקטע השני.

למעשה , מה שראינו אלו מנגנונים אחידים לכל התאים בטבע, על מנת להכפיל דנ"א. לדבר הזה יש יתרונות ,והתגלית לכך שמנגנונים אלו הם אחידים, הביאו להתפתחות ההנדסה הגנטית. כמובן שאחד הדברים שאנשים

53נכתב ע"י אלעד לוי ©

רצו לעשות, זה לקחת את השיטות הללו ולתרגם אותם לאמצעי מסחרי (ביו טכנולוגיה). ולמישהו עלה הרעיוןשאפשר באמצעי מלאכותי לחקות את כל התהליך הזה, של הכפלת הדנ"א, ובעצם לאפשר לאנשים שרוצים

לקחת מקטעי דנ"א שמכילים גנים או אינפורמציה גנטית מסויימת , ליצור כמות גדולה מאוד של המקטעים הללובמבחנה, ואז אפשר יהיה לבצע עליהם כל מיני מניפולציות. לדוגמא, אם רוצים לקבל כמויות גדולות של הדנ"א

שמקודד לאינסולין. אזי אפשר לקחת את הגן שמקודד לאינסולין, לשתול אותו בחיידקים שייצרו אינסוליןבמבחנות בצורה מתועשת. אבל בשביל זה צריך לפתח טכנולוגיה שמאפשרת להעתיק מקטע של הדנ"א, שמכיל

אינפורמציה של גן, ולייצר כמות גדולה מאוד מאותו חלק של דנ"א שיהיה במבחנה ולא בתא. שיטה זו רפליקציה של דנ"א במבחנה בצורה מתועשת.לאחת החברות הביוטכנולוגיות היה רעיון לשיטה שעושה

בנו מכשיר שהוא כאילו התא, ומכשיר שיש לו אפשרות לשנות. PCR – Polymerase chain reaction נקראתטמפ' במהירות רבה מאוד , ובעצם ליצור מצב שמחקה את הדנ"א הליקז (מאחר ובהרתחה הדנ"א נפתח), וטמפ'

שתאפשר לדנ"א להסגר/להתחבר עם דנ"א אחר בעזרת קשרי המימן באופן הבא:3אמרנו שכדי שדנ"א פולימרז יתחיל לעבוד, יש צורך בפריימר, ולשם כך צריך לדעת איך נראה הרצף בצד ה

נוקלואטידים) , ובשקף אפשר לראות שיש מקטע30פריים. ופותחו שיטות לסנתז מקטעי דנ"א קצרים (של עד דנ"א אותו מתכוונים להעתיק ולגרום לכך שיהיה בכמות גדולה מאוד במבחנה. לשם כך , ממצים מתוך התאיםאת הדנ"א – כלומר, בשיטות כימיות מוציאים ריכוז של הדנ"א וליצור תמיסה שתכיל דנ"א. ואת הדנ"א שמים

במבחנה , ומוסיפים לה פריימר, שהם הקצה של אותו קטע דנ"א שרוצים לסתנז (למשל הקצוות של הגן שמקודדאצל בני אדם לאינסולין). עכשיו , מה שקורה זה שמרתיחים את התמיסה, כך שהדנ"א ייפתח (בדומה לפעולת

הגדילים שפורקו2ההליקז) , ומייד מקררים בטמפ' שמאפשרת לפרייימרים להתחבר במהירות לדנ"א מאשר אחד עם השני. כל פריימר מתחבר לגדיל אחר ובאופן כזה יש לנו פריימרים, שאם נוסיף דנ"א פולימרז למבחנה ,

מקטע הדנ"א יוכל להשתכפל, ואכן הוא מסונתז למקטע חדש. ובעצם אותם כללים שחלים על דנ"א פולימרז בתא, פועלים גם במבחנה. הדנ"א פולימרז ילך עד למקום שבו הדנ"א נסגר אחד על השני , כי הטמפ' ירדה והקצב שבו

המקטעים אחד לשני.2הפריימר מתחבר לדנ"א יותר מהיר מההתחברות של סלילים כפולים שמחילים את אותו מקטע שסונתז מחדש. וכעת התהליך חוזר על2 יהיו לנו 1בסיבוב ריאקציה

סלילים , ומורידים את הטמפ' והפריימרים נכנסים ומתחילה סינתזה4עצמו – שוב מרתיחים , רק הפעם יש לנו הדנ"א מחדש והתהליך יחזור על עצמו.

בסופו של דבר מה שקורה זה שלאחר המון ריאקציות תווצר כמות אדירה של דנ"א שמייצג את אותו קטע הפריימרים. 2שנמצא בין הפריימרים. בסופו של דבר אורך המקטעים הוא מאוד מוגדר – בין

טכנולוגיה זו נמצאת בשימוש על מנת "לקטוף" גנים מגנום, כדי לקחת גנים מסוימים וליצור כמות מסחריתשלהם לצורכי הנדסה גנטית.

בגלל העובדה שהכפלה של דנ"א וסינתזה חלבון הם אחידים לכלל היצורים בטבע , בעצם אפשר לקחת גן שלבנאדם , ולשים אותו בחיידק , ואין מניעה לכך שהחיידק ייצר אינסולין לדוגמא. או שהצמחים ייצרו קוטלי

חרקים.

נדבר על מדנ"א לחלבון, מגנוטיפ לפנוטיפהשאלה היא איך עוברים מדנ"א לחלבון , איך גן מתבטא. מהו המנגנון לביטוי גן בתוך התא. עד עכשיו דיברנו עלמה זה דנ"א ואיך הוא בנוי ואיך התא מכפיל את הדנ"א ליצירת תאי בת זהים מבחינת אינפורמציה גנטית. עכשיו

אנחנו עוברים מגנוטיפ ( איך שזה נמצא בגנום) לפנוטיפ (מה שאנחנו רואים , כלומר ההתנהגות). בפרק זה נדבר על:שעתוקהחלק הראשון יעסוק במושג שנקרא

?מהם ההוכחות שגנים מקודדים לחלבונים

?כיצד זורמת האינפורמציה הגנטית משלב האינפורמציה לשלב המעשה

גנים יכולים לקודד לחלבונים , או לתכונות. או מכילות מידע שהוא לא מקודד לחלבונים אלא לרנ"א או כל דבראחר שיש לו תפקיד בחיי התא. אבל כאשר יש גן שמקודד לחלבון , אזי מדובר על גן אחד שמקודד לחלבון אחד.

, שבו אינפורמציה של גן אחד בעזרת רנ"אשעתוק שלבים חשובים. אחד הוא 2בתהליך של ביטוי גנים יש פולימרז הופכת לרנ"א, בגרעין התא. אח"כ הרנ"א עובר לציטוזול ומתחבר לריבוזומים , שם מתרחש שלב

, שבו הקוד הגנטי שנמצא ברנ"א מתורגם לחלבון.תרגוםה בשקף אפשר לראות נוקליאוטיד של רנ"א, ובו יש ריבוז , בסיס וזרחן. ובקצה יש.Ribonucleic acid, הוא רנ"א

O .חמצן , כלומר ההבדל הבולט מבחינההדנ"א הוא דיאוקסי , כלומר מכיל דאקוסי ריבוז, לעומת רנ"א שמכיל ריבוז,

ברנ"א יש חמצן, ואילו בדנ"א אין חמצן.2כימית בין רנ"א לדנ"א זה שבפחמן מספר הבדלים נוספים בין רנ"א לדנ"א:

.מולקולות רנ"א קצרות יותר מדנ"א, ובמיוחד הרנ"א השליח שמשמש בתהליך של יצירת חלבונים

.הרנ"א הוא חד גדילי, בעוד הדנ"א דו-גדילי

במקוםT) טימין , יש אורציל ברנ"א U.שהוא פירימידין (

54נכתב ע"י אלעד לוי ©

תכונה חשובה מאוד שיש לרנ"א ונובעת מתיאוריית צימוד הבסיסים , היא שאם רנ"א רואה את ההופכי שלו,) כלומר רנ"א יכול להדבק לדנ"א בצורה של אנטי פרלל. A נקשר ל Uהוא נדבק אליו בעזרת קשרי מימן.(

תכונה נוספת חשובה של רנ"א היא שרנ"א יכול ליצור מבנים שלישונים, מכיוון שהיא מולקולה בתוך תמיסה,והיא יחסית ארוכה, ואין לה סליל כפול , אזי היא יוצרת קשרי מימן עם עצמה ולכן יוצרת מבנים תלת מימדים.נסיים בשקופית המראה את הדוגמא המרכזית של החיים. היא מתארת כיצד נוצרים חלבונים. הדנ"א שמשכפל

את עצמו כדי לעבור מדור לדור , משועתק לרנ"א , ואח"כ מתורגם לחלבון.

55נכתב ע"י אלעד לוי ©

14 הרצאה נמשיך עם הסיפור של התבטאות גנים בתאים. התחלנו לדבר על התהליך שבו גנים מתחילים להתבטא. בעצם

נדבר על כיצד אינפורמציה גנטית באה לידי מעשה בתך התאים.אמרנו שההבדל העיקרי בין רנ"א לדנ"א הוא שהרנ"א הוא ריבו נוקולאיד אסיד – זה פולימר שעשוי מגדיל אחד,

. ומכיוון שרנ"א עשוי מגדיל אחד , הוא עדיין בעל התכונות שיש גם לדנ"א, שלאורציל , הוא מכיל טימיןובמקום יצירת קשרי מימן עם בסיסים מתאימים. כלומר , גאונין מול ציטוזיל, ואורציל מול אדנין. והתכונה הזו גורמת

לכך שאם יש סיב של דנ"א וסיב של רנ"א, אזי הרנ"א יסתדר בצורה של אנטי פרלל וידבק לסיב של הדנ"א. הסלילים שלו , הרנ"א יכול להכנס פנימה ולהדבק.2כלומר באיזור שבו הדנ"א מופרד מ

על עצמו –Pairתכונה נוספת של הרנ"א, היא שמכיוון והוא סיב אחד , ואם הוא מספיק גדול, הוא יכול לעשות להתקפל בתוך תמיסה ובאופן כזה, בדומה לחלבונים , רנ"א יכול ליצור מבנה שלישוני – הוא יכול ליצור מבנה

במרחב תלת מימדי כתוצאה מהיכולת להתקפל וליצור קשרים, בדיוק כמו חלבונים (רק שהם משתמשים בקשרימימן וקשרי גופרית בשביל כך)

הדוגמה המרכזית של החייםהדוגמה הוצעה ע"י פרנסיס קריק, והרעיון הוא שהאופן שבו זורמת האינפורמציה הגנטית היא חד כיוונית.

כלומר, הדנ"א מעביר אינפורמציה דרך הרנ"א, ומזה נוצרים פוליפפטידים (=חלבונים). הדנ"א מכפיל את עצמווכך הוא עובר מדור לדור, והאופן שבו האינפורמציה הגנטית מועברת לתוך התא לצורך ביצוע מתבצע דרך

מולקולת הרנ"א. והשיעור יוקדש להבנה של תהליך זה. שאלות שנובעות מהדוגמה המרכזית של החיים:2יש

כיצד האינפורמציה הגנטית מגיעה מגרעין התא אל הציטופלזמה , שם נוצרים חלבונים. •.הקוד הגנטימה הקשר /מה היחסים בין רצף הנוקלאוטידים בדנ"א לבין רצף חומצות האמיניות שהוא •

היום):2 משפחות של מולקולות רנ"א בתאים (נציג 3קיימות : זה רנ"א שנוצר ע"פ תבנית של דנ"א , ובד"כ מכיל אינפורמציה לגן אחד בודד.mRNA – שליח רנ"א•

מולקולה זו אחראית לסכמה הזו של הדוגמה של זרימת האינפורמציה הגנטית. הוא אחראי להעברתהאינפורמציה מהגרעין (דנ"א) אל הציטופלזמה – אל הריבוזומים, שהם האתר בו נוצרים חלבונים.

שעתוק.לתהליך זה , שבו נוצר הרנ"א (סינתזת רנ"א ע"פ תבנית של רצף של דנ"א) נקרא תהליך השעתוק הואהרנ"א פולימרז. אמרנו שהאנזים שיוצר פולימר , קראנו לו פולימרז. היום נכיר את

, נוצרת בועה שבה הסליל הכפול נפתח, והרנ"א פולימרז, שהואשל דנ“א ברפלקציהתהליך ,שכמו , שמשתחררת בסוףmRNAמסנתז רנ"א לפי אותות וסימנים שיש לו על הדנ"א, מייצר את מולקולת ה

, שבו יווצרו חלבונים על פי התבניתתרגום יעבור לציטוזול לשלב הmRNA. ה שעתוקהתהליך שנקרא .mRNAשקיימת ב

בעלת מבנה תלתRNA. זוהי מולקולה של tRNAעוד שחקן במשחק הזה של יצירת החלבונים הוא •tRNA. ובעצם כל tRNAמימדי שנושאת בגבה חומצה אמינית. יש מספר רב של חומצות אמיניות של

נושא בקצה אחד שלו קוד גנטי, ובקצה השני שלו חומצה אמינית קשורה אליו. ויש קשר בין הקוד הגנטי ולחומצה האמינית שהוא נושא.tRNAשיש על ה

. הסתבר שחלק מהוירוסים, למשלהכלל מן יוצאיםהדוגמא שאנחנו מכירים היא מדנ"א לרנ"א. אבל נזכיר שהיו HIVמכילים רנ"א ולא דנ"א. כלומר החומר הגנטי של חלק מהוירוסים הוא רנ"א. והעובדה שיש רנ"א, ושהוא

מוזרק לתוך תאים והאינפורמציה הגנטית של כל וירוס מוכפלת עשרות מונים ויוצאים הרבה וירוסים, בלבל אתהחוקרים, והייתה תחרות גדולה לניסיון להסביר כיצד יכול להיות שיש יצורים שיש להם רנ"א ולא דנ"א, והם

אלא שיש גם אנזימים שעושיםדנ"א/רנ"א פולימרזבכל זאת מתרבים. ואז הגיעו למסקנה במחקר שיש לא רק – יצירת דנ"א מרנ"א.Reverse transcriptionאת הסינתוז אחורה –

בכל מקרה, רנ"א וירוסים הם וירוסים שיש להם רנ"א, מזריקים אותו אל תוך התאים ביחד עם אנזים שנקראReverse transcripteaz ,שהופך את הרנ"א לדנ"א , והדנ"א הזה עובר אינטגרציה לתוך הגנום של המאחסן וכל

רטרו-וירוסים.שאר הדברים נעשים כרגיל. וירוסים אלו נקראים. כבר למדנו שכל תהליך של יצירת פולימרים של חומצות גרעין, הוא תהליך שבוהשיעתוקנחזור עכשיו לתהליך

2משתתף איזה שהוא פולימרז שעובד לפי איזה שהיא תבנית שאותה הוא מעתיק. עכשיו, הרנ"א נוצר ע"י אחד מ . הסיב השני נמצא שם רק כדי לייצב את הדנ"א, ולשמש תבניתיתועתק אחד משניהם רקהגדילים של הדנ"א.

ליצירת דנ"א לתאי בת..template strandהבעצם, הרצף של הגן, שאותו התא קורא, נמצא באותו סיב שישמש לשעתוק. הוא נקרא על מנתחוט התבניתהממצא הזה היה מאוד חשוב, מאחר וכשריצפו את הגנום, תמיד היה צריך לדעת מיהו

לדעת מהו הרצף של הנוקלאוטידים שמקודדים לגן מסויים , שעל פיו ניתן לדעת מהו המבנה הראשוני של? נראה סימנים לכך בקרוב.חוט התבניתהחלבון.אז , כיצד ניתן לדעת מיהו

56נכתב ע"י אלעד לוי ©

. בשונה מהדנ"א פולימרז,חוט התבנית ע"פ תבנית של mRNAהוא האנזים שמייצר את ההרנ"א פולימרז שזקוק לפריימר ליצירת דנ"א, רנ"א פולימרז לא זקוק לפריימר. אבל הוא זקוק לאינפורמציה, מאחר והרנ"אמכיל רק קטע מהדנ"א, הוא זקוק לסמנים שאומרים לו איפה מתחילה הטרנסקרפציה (באיזה קטע של דנ"א

מתחילה הטרנסקרפציה) ומתי היא נגמרת. אם יש לו את האינפורמציה הזו, הוא נדבק לדנ"א ופותח אותו והולך.3 ל 5 ומייצר שרשרת מ 5 ל 3כמו הדנ"א פולימרז מ

בשקף אפשר לראות מודל של המבנה השלישוני של הרנ"א פולימרז. יש באמצע שלו מעין "תעלה" שעליו מתלבשהדנ"א וממנו גם נוצר הרנ"א. זה מין אנזים שעובר לאורך הדנ"א ומזרז ריאקציה ליצירת רנ"א. ובעצם הוא יודע

.mRNAלקרוא את הרצף נוקלאוטידים של הדנ"א ועל פיו הוא מאפשר סינתזה (הוא מזרז את הריאקציה) של חלקים:3התהליך הזה שבו משתתף הרנ"א פולימרז מחולק ל

זה השלב שבו הרנ"א פולימרז מזהה את המקום אליו הוא צריך להקשר. הוא קורא לעודאיתחול.•אנזימים שמשתתפים בתהליך של יצירת הדנ"א, ונוצר קומפלקס שנקשר למקום בדנ"א שבו מתחילה

הטרנסקריפציה. זה ההתהליך שבו רנ"א פולימרז הולך לאורך הדנ"א ומייצר שרשרת של הרנ"א.אלונגציה.• כאשר יש איזהשהוא סמן על הדנ"א שאומרת שפה נגמרת הטרנסקריפציה של הדנ"א שעליו הואסיום.•

עבר. כל הקומפלקס משתחרר ועכשיו הוא יכול בעצם להשתתף בטרנסקריפציה של גן אחר או של אותוגן, מחדש.

כעת נתמקד בכל אחד מהשלבים בנפרד:. כעת נתמקד בשלב ההתחלה. יש לנו רנ"א פולימרז שמסתובב בגרעין באיזור הדנ"א, והוא צריךאתחול•

לדעת איך להתקשר. עכשיו יש רצף, לפני כל רצף שמקודד לגן, שהוא מהווה איזהשהוא קוד שאליו נקשר. אזור זה הוא איזור קישור של רנ"א פולימרז.PROMOTORבכוח רב רנ"א פולימרז. הרצף הזה נקרא

המשלים שלו נמצא בסיב המקביל, אבל הרנ"א פולימרז יודע לקרואבחוט התבנית. הרצף הזה נמצא רק הזהPROMOTOR. ה חוט התבניתרק את הקוד ולא את המשלים שלו. ולכן הקוד הזה נמצא רק על

הוא רצף קבוע, שהרנ"א פולימרז יודע להקשר אליו, וכך גם שאר החלבונים שמשתתפים בריאקציה.. הואPROMOTORאחד הדרכים בשביל הרנ"א פולימרז לדעת מהו החוט תבנית, זה כאשר הוא מזהה

,חוט התבניתמזהה אותו , נקשר אליו ויודע שהוא צריך לתעתק מהסיב הזה. מרבית הגנים נמצאים על אבל יש גם הרבה מאוד גנים שנמצאים בסיב המשלים (הפרלל), ועדיין אין הבנה של איך זה נוצר מבחינה

שאליו הרנ“א פולימרז נקשר.PROMOTORאובלוציונית. אבל לסיב המשלים גם יש ומתחיל כל התהליך של השעתוק. הקשירה מתבצעתPROMOTORבכל מקרה הרנ"א פולימרז נקשר ל

. זה המקום שבו הקומפלקס שמייצר רנ"א נקשר אליו.Initiation siteב

termination ל initiation site. המקום שבו הגן מתחיל הוא בין ציור התהליךבשקף אפשר לראות את siteוכל הנוקלואטידים שם מקודדים לחלבון מסויים. עכשיו נראה כיצד תהליך השעתוק של אותו

שהוא בצבע ירוק. הרנ"א פולימרז מזההPROMOTOR , כאשר יש 5 ל 3מקטע גן מתבצע. הולכים מ (שהוא הסיב התחתון במקרה של השקף).חוט התבנית את המקום הזה, ופותח את הדנ"א ונקשר ל

הרנ"א פולימרז נקשר לחלק של הדנ"א , תוך כדי פתיחה של הדנ"א והוא מגייס עוד חלבונים שמאפשריםביחד להתחיל את תהליך יצירת הרנ"א.

כלומר לסיכום, רנ"א פולירז יודע לזהות רצף של פרומוטור,וכשהוא מזהה רצף כזה הוא גורם לפתיחהשל הדנ"א וכתוצאה מהפתיחה הוא נקשר אל הפרומוטור והוא מתקדם לאורך הדנ"א, כאשר מאחוריוהדנ"א ייסגר. כאן נוצר סליל רנ"א שאחר כך יתנתק מהדנ"א, ולכן הרנ"א פולימרז יתקדם , והדנ"א

את הדנ"א. (הרנ"א פולימרזישעתקמאחוריו יסגר, כאשר תהיה בועה בגודל קבוע שבה הרנ"א פולימרז הוא גם הליקז – כלומר פותח את הדנ"א)

עד עכשיו עסקנו באופן שבו הרנ“א פולימרז נקשר לדנ“א באזור שבו מתחיל תהליך השעתוק. הרנ“א הזה. כלומר,mRNAשנוצר, מכיל יותר אינפורמציה מאשר מסגרת הקריאה של החלבון שיווצר מה

שיווצר מכילmRNAישנה אינפורמציה גנטית שנמצאת מעל הרצפים, לפני הגן , ורצפים אחרי הגן. ה מכיל יותר מהקוד הגנטי לחלבון מסויים.mRNAאת כל האינפורמציה הזו, ומאוחר יותר נבין מדוע ה

וזה בעיקר נובע מסיבות של בקרה של תהליך התרגום של החלבון הזה. יש לזכור שיש שם מידע גנטישמישהו יכול לקרוא אותו לא נכון. מישהו צריך לדעת באיזה קצב לייצר את החלבון הזה וכן הלאה וכןהלאה. והמידע הזה נמצא באיזורים שהם לא מתורגמים – כלומר שהם לא מכילים את החלבון. ולכן כל

mRNA :מכיל Open reading frameאזור התרגום – החלק שיקודד לגן. נקרא גם ◦.UTRאזור לא מתורגם – אזור שישומש לבקרה. אזור זה נקרא גם ◦

. האיזור הזהUTR, שעוד לפני ה UTRכאשר רנ"א פולימרז נקשר , הוא נקשר באיזור הקצה של

57נכתב ע"י אלעד לוי ©

הוא האיזור של הפרומוטור. לאחר שהוא נקשר לפרומוטור, הרנ"א פולימרז מתקדם לאורך הסיב עד. השעתוקלמקום שבו נאמר לו שיש את האיזור של הקוד שבו מתחילה

בסיסים,10. הרנ"א פולימרז יוצר לולאה של כ mRNA. זה השלב שבו מבוצע הסינתזה של אלנוגציה• ויוצר מולקולה של רנ"א5 ל 3הוא מתקדם והבועה הזו מתקדמת איתו. הוא קורא את חוט התבנית מ

הסיב תבנית של הדנ"א. שנוצר הוא אנטי פרלל של mRNA. ובעצם ה 3 ל 5שהיא מ תיקון בין דנ"א פולימרז לרנ"א פולימרז זה שהרנ"א פולימרז מייצר רנ"א וזהו. אין שום הדבר ששונה

הוא קצרmRNAלעומת דנ"א פולימרז ששנים מהם עוסקים בתיקון טעויות. ההסבר לכך פשוט – ה חיים. הוא נועד ליצור חלבון ע"פ תבנית של מסגרת הקריאה. החלבון יתפקד תקופה מסויימת ויווצרורנ"א חדשים כדי ליצור חלבונים חדשים. ואם יש שגיאה לרנ"א היא תהיה חסרת משמעות מבחינת

אחד לכלל אוכולוסיית החלבונים בת"א היא מזערית. מולקולהmRNAהפעילות, מכיוון שתרומה של אחת של רנ"א לא מספיקה בשביל לייצר חלבונים לתא.

ברגע שמגיעים לאזור הטרמינציה, הקומפלקס של הרנ“א פולימרז ניתק ביחד עם הרנ“א פולימרזסיום.•mRNAוהוא נודד אל הציטופלזמה. התהליך הזה של הטרמינציה הוא יותר מורכב ממה שמתואר. ה

PRE mRNAשנוצר צריך לעבור מספר תהליכים עד שיהיה בשל לתרגום. למה שנוצר מהתהליך קוראים .mRNAשבתאים אאוקריוטים עובר כמה תהליכים שהופכים אותו ל

שעובר מספר תהליכים עד שהוא בשל לתרגום. הרנ“א פולימרז ניתק,mRNAבכל אופן, נוצר פולימר ה יעבורmRNA חדש. בנוסף , שעתוק בסיסים נסגרת , והרנ“א פולימרז פנוי לתהליך 10והבועה של ה

);Pre mRNA מ mRNAלציטוזול (לאחר שיסיים את תהליך הפיכתו ל ואזוריםUTR. הוא מכיל איזורים של Termination ל Initiation שאורכו מ mRNAבסופו של התהליך יש לנו

תעבור ביחד אל הציטופלזמה לתהליךmRNA). כל היחידה של ה Open reading frameשמקודדים לחלבון (התרגום.

הרנ“א בד“כ יוצר מבנים על עצמו , כי הוא סיב אחד שעשוי ליצור מבנים שלישוניים. והתא יאלץ להתמודד עם זהעל מנת לפתוח אותו ולתרגם אותה, כי המולקולה לא נשארת לינארית כל הזמן כמו בציור.

שעות). אם גן מסויים24 קצר חיים (RNA, ויש לזכור שהדנ"א חי לנצח , ואילו ה mRNAלמדנו על יצירת ה , הגן הזה יפסיק להתבטא , מאחר והחלבון שמקודד על ידי אותו גן יפסיק להווצר.RNAמפסיק לייצר

נעבור לתהליך התרגוםהגענו לשלב שבו יש לנו פולימר רנ"א שמכיל אינפורמציה, ויש לתרגם את האינפורמציה הזו כדי ליצור חלבון. יש

לזכור שחלבון הוא פולימר של חומצות אמינו. והמבנה הראשוני של החלבון נעשה ע"פ תבנית של הגן מהדנ"א.ועכשיו ננסה להבין מהם הקודים שמשמשים ליצירת החלבון.

בסיסים. ומצאו שבעצם כל4 בסיסים, שמכיל אינפורמציה לחומצה אמינית. נזכור שיש לנו 3הקוד הוא רצף של של יצירת חלבון. אנחנוסיום וקוד , התחלה לקוד חומצות אמינו 20 קודים , שמקודדים ל 64שלישיה יוצרת

מדברים על קוד שאומר היכן מתחיל החלבון והיכן נגמר החלבון.. כל החלבוניםמיתונין (בדנ"א). זה הקוד שמקודד לחומצה אמינית ATG (רנ"א) או AUG זה קוד ההתחלה

בעולם מתחילים עם הקוד הזה. זה קוד ההתחלה ליצירת חלבון. והיא בעצם מקודדת לחלבון עצמו. יש יותר מאחד. זה קודון שמקודד להפסקת הסינתזה ולא מקודד לאף חומצה אמינית. הוא רק אומרקוד סיום

שיש סיום של היצירה של החומצה האמינית.

טבלת הצופן הגנטי (הימני).3 (השמאלי) ל 5 קודונים שהולכים מה 3הטבלה מקודדת לפי הקוד של הרנ"א. ישנם

. אלו שני קודים שמקודדיםUUC ו UUU קודים – 2לדוגמא החומצה פניל- אלאנין. זו חומצה אמינית בעלת לחומצה האמינית הזו.

לרוב החומצות האמיניות יש יותר מקוד אחד.כאשר נדבר על מוצא החיים נדבר על האבולוציה של חומצות האמינו. לחומצות האמינו המאוחרות יש יותר

"קודים".

פריים לא משתנה וכך גם5 קודים שמקודדים אליה. הבסיס ב 4נניח ניקח את חומצת האמינו סרין. יש לה פריים משתנה. ואם נסתכל בכל הקודים האחרים, נראה שתמיד הקוד שמשתנה3הבסיס באמצע. רק הבסיס ב

. ותמיד הבסיס שמשתנהיתירות פריים. לתופעה זו שיש יותר מקוד אחד לחומצה אמינית נקרא 3הוא הבסיס ב פריים.3הוא הבסיס של ה

2אם נבדוק את כל האורגניזמים בטבע , למשל אצלנו לא כל הקודים של ארגנין מבוטאים. אצלנו יש נטיה לבטא קודים2 קודים אלו. לעומת זאת, באורז 2 מהחלבונים ישתמשו רק ב 80%. כלומר 80%מהקודים הללו מעל

58נכתב ע"י אלעד לוי ©

אחרים של ארגנין יבוטאו. התפוצה של הקודים היא כזו שלאורגניזמים יש אופציה להשתמש בחלק מהקודים. שיש להם2 מהמקרים הם לא משתמשים ביותר מ 80%כל התאים יכולים לבחור באיזה קוד להשתמש , וב

העדפה אליהם פר חומצה אמינית.

9בשקפים מודגם ניסוי שמסביר איך התגלה הקוד הגנטי. יצרו רנ"א סינטטי ומצאו שכאשר הפולימר הכיל בסיסים. כי כשבנו רנ"א3 חומצות אמינו. וזה הביא לגילוי שהקוד הגנטי בנוי מ 3בסיסים, נוצר פפטיד של

לא קרה כלום. וכך גילו שמספר החומצות אמינו שמתווסף7,8 לא קרה כלום, וכשיצרו באורך של 13סינטטי של הוא פונקציה של תוספת של שלשות. כל שלשה קודדה לחומצה אמינית אחת.

, זה מולקולה של רנ"א, שמתקפלת ויוצרת מבנה שלישוני, כאשר הקשרים בין המבנה הוא של קשריtRNAה ובקצה,אמינית. אתר אליו תתחבר חומצה פריים) מכיל 3 זה שהזנב שלו (tRNAמימן. מה שמיוחד במבנה של ה

ובזנבmRNA. המולקולה הזו מכילה את האנטי קודון של הקוד שנמצא על הקודון האנטיבעלה האמצעי נמצא תתלבש על הtRNAהיא מכילה את החומצה האמינית שמתאימה לקוד הגנטי. אח"כ נראה שמולקולת ה

mRNA בדיוק בקוד המתאים לו, ובאופן כזה היא מביאה חומצה אמינית אל הריבוזומים. בכל אופן ה tRNA פריים את3 שמכילה את הקוד הגנטי של חומצה אמינית והיא נושאת על גבה בקצה ה RNAהיא מולקולת

. tRNAהחומצה האמינית שמקודדת ע"י אותו הוא לשאת חומצה אמינית (יחידה) tRNAתפקידו של

הסלילים בדנ"א), ולאיזור החיבור של חומצת2 המתאים (בדיוק כמו mRNAבקיצור, לאנטי קודון מתחבר ה הנקשר אל האנטי קודן.mRNAהאמינו נקשרת חומצה אמינית המתאימה לקוד ה

שנושא את האינפורמציה הגנטית בצורה של קודים. הכרנו את הקוד הגנטי ואת הmRNAעד עכשיו הכרנו את ה tRNA.שמכיל את האנטי קודון של חומצה אמינית מסויימת ונושא על גבו חומצה אמינית ספציפית

59נכתב ע"י אלעד לוי ©

15 הרצאה מרכיבים בדוגמא המרכזית של החיים:

1.DNA ) סליל כפול המורכב מרצף של בסיסים – ATGCהקשור אחד לשני בקשרי מימן. תפקיד הדנ"א (הוא לשאת אינפורמציה גנטית בצורת קודים , כאשר כל קוד מורכב משלשה של בסיסים שמקודדת

לחומצה אמינית. הדנ"א הוא פולימר של בסיסים. יכלול את האינפורמציהmRNA. ה mRNA – האינפורמציה הגנטית מועברת לחלבון על ידי רנ"א.2

מחליף אתU מתועתק מהדנ"א. (בסיס mRNAהגנטית לחלבון עצמו ואינפורמציה תומכת לבקרה. ה הוא לשאת אינפורמציה ולהביאה למקום בו התא מייצר חלבונים.mRNA) ותפקידו של Aבסיס

למעשה יש לנו חלבון בשפה של בסיסים כאן. בעזרת הטבלה הגנטית אפשר לדעת לאיזה חומצה אמינית מקודד. ובעצם מספיק שאם נדע את הגן עצמו, נוכל לדעת הרבה על החלבון. אומנם לא נדעmRNAכל

בדיוק את המבנה השלישוני שלו אבל אפשר לדעת עליו הרבה. מבוססת על רנ"א אבל ניתן לתרגמה לדנ"א. כל החלבונים בלי יוצא מן הכללטבלת הקוד הגנטי.3

מתחילים עם החומצה האמינית מיותנין (בסינתזה) – המיותנין יכול להשאר בחלבון ה"בוגר" או אחרישהחלבון נוצר , הוא יכול להחתך. לכן מרבית החלבונים – המיותנין ראשון שם, אבל יש חלבונים שלאחרהתרגום התא הוריד את החומצה האמינית מיתונין משום שהיא הפריע לפעילות החלבון. כל שינוי ברצף

של הנוקלאוטידים ישפיע על המבנה הראשוני של החלבון. מספיק שכתוצאה משהיה בשמש , איזה.מוטציהנוקלאטיד יתחלף , כלומר הקוד הגנטי השתנה וכך החלבון שיווצר יהיה שונה. לזה קוראים

– אנזים המאפשר את כל המהלכים של הריאקציות הכימיות, משמשים כחלק משלד התאחלבון.4ונשאים. הם אלו שעושים את כל הפעולות שהתא עושה. והם בנויות מחומצות אמינו (אלנין,

פולין,צסטאין , מיותנין וכדומה) הקשורות בקשר פפטידי. החלבון הוא פולימר של חומצות אמינו.

שתפקידו להביא חומצות אמינו מהציטוזול אל המקום בו התא מייצרRNA. אמרנו שהוא ה tRNAדיברנו על יש מבנה של תלתן (אם פורשים אותו במישור). tRNA. אמרנו של ביצירת החלבוניםחלבונים. כעת נתמקד

(תמיד!) שאליו נקשרת החומצה האמינית הספציפית אלCCA פריים שלו יש רצף שמור של 3בקצה ה • שקיים שם.OH בעזרת קשר קוולנטי אל ה tRNAאותו ה

נוצרת מקשרי מימן בין הבסיסים במולקולה.tRNAהצורה התלת מימדית של ה •, אשר מכילmRNA – הקוד שהוא המשלים לקוד שקיים ב קודון האנטי בעלה המרכזי של התלתן ישנו •

.tRNA ל tRNAאת הקוד לחומצה האמינית הספציפית אותה הוא נושא. והוא שונה מ tRNA , ואילו על ה CGG. כאשר הוא יתורגם לרנ"א הוא יהיה GCCלדוגמא , דנ"א יכיל את הקוד ◦

שיהיה זהה לזה שעל הדנ"א. וכשזה הפוך על הפוך זה נהיה כמו האורגינל.GCCיהיה אנטי קוד של הקודים הראשונים, אבל פחות לגבי השלישי, ואז בעצם2 היא מאוד חזקה לגבי tRNAהספציפיות של •

קודים , מה שחוסך לתא ביצירת3-4 אנטי קודונים ולהתקשר לאותם 4 או 3 יכול לשאת tRNAאותו tRNA 6. במקום ליצור tRNA ה 2 עבור ארגינין לדוגמא , הוא יכול ליצור רק .tRNAיכול להיות לא

קודים שמתורגמים לחומצה אמינית. 4ספיציפי במקומות שבהם יש סינתז, כלומרtRNAאמינו אציל בחומצה האמינית הספציפית זה אנזים שנקרא tRNAמי שטוען את ה•

שקיים בקצה הtRNA. והאמינו אציל זה סוג הקשר הכימי בין החומצה האמינית ל אציל אמינומסנתז . האנזים הזה מאוד ספציפי. הוא יודע לקרוא את האנטי קודון , ואם יש את האנטיtRNA פריים של ה 3

לדוגמאהאמינו אציל = חומצה אמינית כלשהיא (קודון המתאים הוא שם את החומצה האמינית. שמכיל אנטי קודוןtRNA) והאנזים הזה הוא מאוד ספציפי. הוא יכול לטעון רק tRNAמיותנין אציל

(אחד לכל חומצה אמינית) – שיודע לטעון רק קבוצהtRNA אמינו אציל 20מסויים. ובאופן כזה יש .tRNAמסויימת של

הוא תהליך שדורש אנרגיה (ריאקציה אנדרגונית) ,tRNAתהליך הטעינה של החומצה האמינית על ה •1 פר טעינה של חומצה אמינית ATP של 1מולקולה ומושקעת בה כל פעם

האנזים. אמרנו שהאנזים מזרזבסגול וtRNA מסומל ה ירוקבשקף מתואר תהליך הקישור. בצבע •ריאקציה. הוא לוקח את כל המגיבים לאתר הפעיל שלו וכך מוריד את אנרגיית האקטיביציה ומאפשר

את יצירת הריאקציה בתנאים "קלים". וחומצה אמינית ספציפית. ומכניס אותם לקצה האתר הפעיל.ATPהאנזים קולט 1 בשלב ה◦ATP (פירוק קשר הפוספסט, כך שרק זרחן אחד נשאר) ובמקום ATP , הידרוליזה של 2בשלב ה ◦

(מונו פוספט) ואנרגיה חופשית שהשתחררה.AMPמקבלים tRNA האתר הפעיל טעון באנרגיה והוא קושר את החומצה האמינית ומחבר אותה ל 3בשלב ה ◦

.AMPבעזרת מולקולת ה

60נכתב ע"י אלעד לוי ©

פריים שלו בחומצה האמינית ואז הקומפלקס3 שטעון בקצה ה tRNA התוצאה היא שמקבלים משתחרר והאנזים מוכן למעגל נוסף.

שהיא ריאקציה אקסרגונית וריאקציה נוספת שהיאATP ריאקציות – פירוק 2יש פה בעצם צימוד בין והחומצה האמינית שהיא ריאקציה אנדרוגנית שמשתמשת באנרגיה.tRNAקישור של ה

טעון בחומצה אמינית. והשאלה היא , איך נוצר החלבון? tRNA ו mRNAכעת יש לנו •

סינטזת חלבון – מה קובע את הרצף (בנזר)השאלה ששאלו בנזר ואחרים שעשו את הניסויים (הבאים) הייתה, מה קובע בסינטזה של החלבון את רצף

עצמו. והוא עשה ניסוי מתוחכם. הוא אמר שאם הtRNAהחומצות האמיניות – האם זה הקוד הגנטי או ה tRNA והאנטי קודון שעליו קובעים את רצף החומצות האמיניות , אזי החומצה האמינית שנמצאת על ה tRNA

תתבטא.) והשאלהtRNA (תוך כדי שהיא עדיין מחוברת לאלאנין והפך אותה לtRNA שהיה מחובר ל ציסטאיןהוא לקח

יזוהו בסינתוז?tRNAהיא האם החומצה האמינית או ה הוביל אתtRNAבכל מקום שבו סונתז החלבון היכן שציסאטין היה אמור להיות, הופיע אלאנין. כלומר, ה

המטען שלו (אלאנין). כלומר במבנה הראשוני של החלבון נוצר אלאנין היכן שציסטאין היה אמור להיות. ועל כן . לקוד הגנטיtRNAהמסקנה מהניסוי היא שהסינתזה של החלבון בציטופלזמה נקבעת על פי האנטי קודון שעל ה

נכנס למקום שבוtRNA יכנס. וה tRNAיש תפקיד מרכזי בקביעת הרצף , והאנטי קודון הוא זה שקובע לאן ה נמצא הקודון.

כלומר , בתהליך סינתוז החלבונים האנטי קודון מזוהה ולא החומצת אמינו.

הריבוזומים – פלטורמה ליצירת חלבונים. תת יחידות(בתאים אאוקריוטים2הריבוזום הוא חלקיק בציטוזול של התא, שיש לו מבנה מרחבי המורכב מ

מתקיים:) חלבונים.35 וrRNAקטנה: מולקולה אחת של • חלבונים. 45 וrRNA מולקולות של 3גדולה: מכילה •

אשר נוצר בגרעין ושיש לו תפקיד מבני בלבד (ביצירת המבנה שלrRNA וחלבונים. הוא מכיל RNA והוא מכיל הריבוזום)

ריבוזום הוא חלקיק שמסנתז חלבונים בצורה אונברסלית. הוא אינו ספציפי, אלא מסנתז את כל החלבונים.

61נכתב ע"י אלעד לוי ©

16 הרצאה אנחנו מתארים את השלבים השונים באופן שבו אינפורמציה גנטית מתורגמת לריאקציות כימיות, והאופן שבוהאינםפורמציה הכימית מתורגמת לריאקציות כימיות מבוצע בין השאר ע"י יצירה של חלבונים שמקטלזים(מהווים קטליזטורים) של תהליכים אקסרגונים/אנדרגונים בתא , ולמעשה אף מהלך כימי בתא לא מתרחש

באופן ספונטני. אמרנו שהאינפורמציה הגנטית נצאת בדנ"א , ואמרנו שהאופן שתהליך התרגום מתרחש הוא ע"י יצירה של

mRNA .בתבנית של גן אחד.הרנ"א היא מולקולה בעלת יציבות חלקית ביחס לדנ"א .ריבוזוםהפלטפורמה שעליה נוצרים חלבונים הוא קומפלקס תלת מימדי שמכיל חלבונים ורנ"א שנקרא

תת יחידות:2ריבוזומים מורכבים מ חלבונים.35 וrRNAקטנה: מולקולה אחת של • חלבונים. 45 וrRNA מולקולות של 3גדולה: מכילה •

הוא אנזימיטי. רנ"א בגלל שהוא יוצר מבנים תלת מימדים יכול לשמש כאנזים, וזו אחתrRNAהתפקיד של ההוכחות שמדענים שעוסקים במקור החיים , ושאלו מה בא קודם – רנ"א או דנ"א, הביאו כהוכחה לכך שרנ"א

הקדים את הדנ"א.בכל אופן, הקומפלקס של רנ"א וחלבון הוא הפלטפורמה עליה נעשית סינטזת החלבון. הריבוזומים נמצאיםבציטופלזמה/ציטוזול, וכאשר הריבוזומים לא עוסקים בתרגום , התת יחידות הקטנות והגדולות מופרדות

היחידות הוא האזור שבה נסרקת מולקולת ה2 סינתזת חלבון. החיבור בין לצורךבציטוזול. הן מתאחדות רק mRNA.וסריקה זו משמשת כתבנית לצורך סינתזת החלבון

הריבוזומים הם לא ספציפים. כל חלבון בתא יכול להווצר מהריבוזום.•היחידה הקטנה והגדולה מוחזקים אחת עם השניה על ידי קשרים יונים הידרופוביים (לא קוולנטים).•

אתרי3 אתרים שהם קריטים להבנת האופן בו נוצרים החלבונים. ישנם בעצם 3על התת יחידה הגדולה יש אשר טעון בחומצה אמינית:tRNAקישור ל

1.A אתר קישור ל – tRNAטעון. וה tRNA שנקשר הוא זה שיש לו את האנטי קודון לקוד ב mRNA. הבסיסים קשורים בקשרי מימן , ואם אין3לאחר הקישור , וד"א בקישור יש חלבונים שבודקים שכל

לא נכון ולכן הוא מסולק.tRNAהמסקנה היא שנקשר .mRNA מתחבר ל tRNA הAבעצם ב

2.P לאחר שה – tRNA עובר לנקודה p נעשה קישור של ה ,tRNA הבא לנקודה Aוהמעבר מבוצע על ידי נכנס הA. ובעמדה P פריים אחד קדימה , כך שהוא ימוקם ב mRNAתנועה של הריבוזם שמזיזה את ה

tRNA הבא בתור, והחומצה האמינית שנמצאת ב P תקושר בקשר פפטידי לחומצת האמינו בנקודה A. מוסיף חומצת אמינו לשרשרת החלבונים הפוליפטידית. (החלבונים מתקשרים אחדtRNA ה Pבעצם ב

עם השני)3.E בנקודה זו ה -tRNAלאחר ששחרר את חומצת האמינו שלו עוזב את הריבוזום וחוזר לציטוזול כדי

"לאסוף" עוד חומצת אמינו. פריים, והוא בעצם3כל אתר ממוקם בדיוק מול קודון בשלישיית הקודונים. כל הזמן הרנ"א מתקדם לקצה ה

. כאשר הבסיסים פונים אל התת יחידה הגדולה.3 ל 5נסרק מ

s הגהה ותת היחידה הקטנה. כאשר התפקיד של התת יחידה הקטנה שלmRNA לקודון של ה tRNAקשרי מימן נוצרים בין האנטי קודון של

3 הוא לבדוק את השלמות של הקישור של אנטי קודון לקודון. אם לא נוצרו קשרי מימן בין כל rRNAה.נדחה tRNAהבסיסים אזי יש התאמה לא טובה וה

שלבים:3מבוצע ב התרגום עם התת יחידות של הריבוזומים. ונוצר קומפלקס התרגום.mRNA: תהליך שבו נקשר ה אתחול•: תהליך התרגום עצמו – יצירת פולימר החלבון (הפוליפפטיד)אלנוגציה•: כאשר מגיעים לקוד הסיום.סיום•

נפרט את כל השלבים כעת: הראשון נקשר עם קבוצת חלבונים לתת היחידהtRNA. ה mRNA: הכל מתחיל מקישור של אתחול•

נוצר , עובר מהגרעין לציטוזול, וכאשר הוא מגיע לציטוזול הוא אוסףmRNAהקטנה של הרנ"א. כלומר ועודtRNAאליו במכניזם כלשהוא את תת היחידה הקטנה של הריבוזום , ולקומפלקס הזה מתחבר ה

3. מה שחשוב לדעת, זה שהרנ"א בנוי מ פקטור של תחילת התרגוםקבוצה של חלבונים שנקראים

62נכתב ע"י אלעד לוי ©

איזורים: פריים.3 בקצה ה UTRאזור ה◦ פריים.5 בקצה ה UTRאזור ה ◦אזור התרגום◦

"רצף פריים. הוא נקשר באיזהשהוא רצף בעל אופי מסויים שנקרא 5 באיזור הmRNAכאשר הריבוזום נקשר ל. הרצף אינו זהה, אלא בעל אופי כימי מסויים. יש לו תכונה מסויימת והוא יכול להופיע ברצףשיין דלגנו""

של הרנ"א , ומיתת היחידה הקטנה . לאזור הזה של השיין דלגנו נקשרת פורינים שונה, אבל הוא עשיר בבסיסים – תפקידה לזהות את אתרrRNA), הוא ה rRNAשעוזר לקישור הזה (נזכור כי הריבוזום מורכב מחלבונים ו

). וברגע שהוא נקשר לשם , היחידהAUG והוא נעשה באיזור רצף השיין דלגנו (לפני ה mRNAהקישור על ה עדmRNAמאפשר לריבוזום לנוע על הפקטור תחילת התרגום הקטנה ביחד עם קבוצת החלבונים שנקראת

הראשון שהוא זה שמזהה אתtRNA נמצאת קודון התחלת סינתזת החלבון. ורק ברגע זה נקשר ה Aשבאתר הראשון יהיה באתרtRNA שתתחבר במצב שבו ה יחידת הריבוזום הגדולה, ולאחריה נקשרת AUGהרצף של ה

P כך שעכשיו ה ,tRNA הבא יכול להקשר. במצב הזה יש אפשרות לקישור tRNAחדש ולתחילת תהליך .האלונגציה

ולא קוולנטים.קשרי מימן או הידרופוביים. כל הקשרים בקומפלקס הזה הם

גורמים הקשורים באתחול שמקודד לחומצת האמינו מיתיונין. היא עשויה להשאר או לרדת בסיום תהליךAUGקודון התחלה הוא •

הפולימריזציה.קודון סיום לא מתורגם לחלבון.• תת היחידות הריבוזימאליות. 2 באיחודפקטורי תחילת תרגום עוזרים •

נכנס הA. לאתר P הטעון במיותנין נמצא באתר tRNA שלב ההתחלה הסתיים כאשר ה אלנוגציה:•tRNAהבא (שבשקף מכיל את הקודון לחומצה האמינית פרונין). ומה שקורה זה שהמיתונין שנמצא . החומצהA טרמינילי של החומצה האמינית שיושבת באתר n יוצרת קשר פפטידי עם הקצה ה Pבאתר

טרמינילי שלה הוא חופשי. מהn ובקצה tRNA שלה ל OH) קשורה בקצה ה Aהאמינית הזו(באתר n שלו יקשר עם הפרונין בקשר פפטידי, וכעת המיותנין יהיה בצד ה OHשקורה זה שהמיתיונין בקצה ה

חומצות אמינו). 2טרמינילי. וזה בעצם יהיה כבר ד-פפטיד (כלומר מכיל שלא טעון בחומצה אמינית יצא מהתהליך (על מנת לאסוף עוד חומצה אמינית) ע"י מעבר באתרtRNAה Eוה , tRNA חומצות האמינו יעבור לאתר 2 בעל P ויכנס tRNA חדש לאתר A.

וקורא קודון קודון עדmRNAוכך התהליך חוזר על עצמו עד שנוצר פולימר החלבון. הריבוזום נע על ה .לקודון העצירהשהוא מגיע

פקטורי אלוניגציה.תהליך האלונגציה מסוייע בעזרת חלבונים שמשמשים כאנזימים הנקראים

מורכבות התהליך יכול להיות ארוך מאוד. והכל תלוי בחלבון עצמו. מורכבותmRNAצריך להבין למעשה שהאורך של

הידרופוביים והשאלה היא איך80%נוספת היא מה קורה לחלבון ממברנלי ? למשל נשא ממברנלי. הם הם חיים בתמיסה מימית?

שאלה נוספת היא מה קורה לחלבון שהוא מסונתז אבל לא צריך להיות בציטוזול אלא מופרש החוצה אובליזוזום.

peptidyl transferase אנזים שתפקידו להעביר את החומצהטרנספרז פפטידילתת היחידה הגדולה משמשת כאנזים שנקרא

מכיל את הפפטיד והואP שנמצא באתר tRNAהאמינית האחרונה לחומצה האמינית הבאה בתור. ה טרמינלי של החומצה האמינית הבאה בתור וכך השרשרת גדלה. תהליך זה מתרחש ע"יnעובר לקצה ה יש לו מבנה שמתפקד כמו אנזים. rRNA ולא חלבון. הוא rRNAאבל האנזים הזה הוא האנזים הזה.

תלת מימדי והוא מתפקד כמו אנזים. ובאמת הדוגמאות הראשונות שמצאו לכך שרנ"א , בגלל שהוא חדגדילי הוא יכול ליצור מבנה שלישוני והוא יכול לשמש כאנזים, ויש לו ספציפיות – זה הפפטידיל

טרמינילי של החומצה האמינית שקשור באתרn אל הקצה ה Pטרנספרז. הוא מעביר את הפפטיד מאתר A.

. הם לא מקודדים לחלבון, אבל יש חלבון מסויים שכאשר הואקודוני עצירה 3: אמרנו שיש טרמינציה•

63נכתב ע"י אלעד לוי ©

מזהה בקומפלקס של הריבוזומים את קוד הטרמינציה , הוא מתחבר אליו, וכשהוא מתחבר אליו הואגורם לפירוק קומפלקס האלונגציה ושחרור החלבון אל חייו הבוגרים.

כי אין לו קוד לחומצה אמינית. אבל מתחברtRNAכעת הגענו לקודון העצירה , שאליו לא מתחבר ה . וכשהואA (מכיל עשרות חומצות אמינו) והוא נקשר לקודון באתר פקטור עצירהאליו חלבון שנקרא

להמשיך להתקדם. נזכור שזה אומנם קודון עצירה אבל ישmRNAנקשר לשם , הוא לא מאפשר ל שעוד לא דיברנו על תפקידו.mRNAאחריו עוד

הפקטור עצירה נקשר והוא גורם לקומפלקס כולו להתפרק באופן הבא:, כי התהליך נעצר. הקצה הסי טרמינילי של החלבוןE ולא עובר לאתר P נופל ישירות מאתר tRNAה

תת יחידות של הריבוזום נפרדות פקטור העצירה משתחרר.2ישתחרר ואז בעצם החלבון ישתחרר.ואז ה? mRNAואז נשאלת השאלה מה קורה ל

. אמרנו שתהליך השעתוק יכול להבצעmRNAאנחנו ראינו את המהלך של ריבוזום אחד לאורך ה במקביל. בעצם גם כאן: כאשר קומפלקס אחד מתחיל אלונגציה, קומפלקס אחר שהוא חופשי מתחיל

ריבוזומים בו זמנית. שנמצאים כל אחד7-13 אפשר לראות בין mRNAתהליך איניסיאציה. ובעצם על .פוליזום). לתהליך זה אנו קוראים mRNAבשלב אחר של התהליך (כתלות באורך ה

מולקולות של חלבון. יש פה ביחידת זמן6-14 נוצרות פר יחידת זמן בין mRNAדבר זה גורם לייעול. פר יותר מולקולות של חלבון. מי שקובע את התהליך הזה של האלונגציה10 מייצר פי MRNAיעילות.

. יש שם רצפים שיודעים לסייע לתהליך /קצב האלונגציה. וזהUTR פריים 3והקצב שלו אלו רצפי ה משפיע על מספר הפוליזומים וקצב סינתזת החלבון.

הוא בעצם סרט קריאה שעליו יכולים להתלבש הרבה ריבוזומים בטור ולייצרmRNAלסיכום , ה כמויות גדולות של חלבון.

עיבוד החלבון לאחר הסיתנזהסינתזת החלבון נגמרה , ויש מספר שאלות שצריך לענות עליהם:

האם החלבון שנוצר זה המוצר הסופי?•מה מכוון או מה הכלים שיש לתא להעביר את החלבון למקום שבו הוא צריך לעבוד כאנזים או כחלבון•

תאי או מחוץ לתא.. חלבונים עובריםשינויים שלאחר תרגוםמהם התהליכים שקורים לחלבונים לאחר התרגום ? קוראים לכך

שינויים שלאחר תרגום, לפני שהם מגיעים ליעד הסופי שלהם. הסינתזה של החלבון יוצרת חלבון אבל הוא לאסופי – שיתפקד במקום אליו הוא שייך. אילו שינויים חלבונים עשויים לעבור? נראה בהמשך. הם יכולים לעבור

לאברון, לתא או מחוץ לתא.

מרבית החלבונים מתקפלים מייד לאחר תרגומם, או כאשר יש מספיק חלבון שמשתחרר מהריבוזום והוא מתחיללהתקפל. ומה שקורה זה שלרוב חלבונים בעלי אותו מבנה ראשוני יתקפלו באותה צורה. בהתחלה , תוך כדיהסינתזה הם ייצרו את המבנים השניוניים ולאחר מכן כל העסק הזה יהפוך למבנה שלישוני אם החלבון הוא

גלובאלרי או לסיבים אם מדובר במיקורטובול וכדומה.החלבונים שצריכים להגיע למקומות מסויימים – השאלה היא איך התא יודע לאן החלבון אמור להגיע? מה

טרמינילי של חלבונים יש מידע – הרצפים שנמצאים באיזורים האלהnשמצאו זה שבקצה הסי טרמינילי וה נועדו יותר למסירת מידע, הם בעצם כמו כתובת על מעטפה שנותנת מידע למערכת בתא שעוסקת בהכוונת

חלבונים – לאן החלבון אמור להגיע. ויש מערכת שלמה של אנזימים בתא שיודעת לקרוא את הכתובות האלהותכף נתאר את אופן הפעולה שלה.

אם כך רצף חלבון מכיל את המבנה שנותן לו להיות אנזים/לתפקד בכל תפקיד שהוא , אבל בקצוות שלו , הרצףSignalמכיל מעין ברקוד שיש אנזימים שקוראים אותו ויודעים לאן להעביר את החלבון.לברקודים אלו קוראים

sequence .:2האינפורמציה ברצף הסיגנל מחולקת ל

החלבון צריך להיות מסונתז עד הסוף, ולאחר מכן בקצה הסי טרמינלי שלי יהיה הכתובת לאן צריך•ללכת. זה אופייני לחלבונים שמגיעים למיטוכנדריה או לגרעין. אלו חלבונים שנוצרים בשלמותםבציטוזול ונשלחים למיטוכנדריה, או לגרעין. ולא נוסף להם דברים כגון סוכרים או שומנים. והם

מתקפלים למבנה שלישוני. בכניסה לגרעין או למיטוכנדריה החלבון "נפתח" כדי להכנס אל האברון,בעזרת חלבונים נוספים. ולאחר הכניסה הוא מתקפל מחדש למבנה השלישוני שלו.

. הםDocking Proteinsהקריאה של הסינגל סקוונס נעשית ע" חלבונים מסויימים שקוראים להם יוצרים תעלות שעוזרות לחלבון לעבור ע"י פתיחת המבנה השלישוני שלו.

dockingחלבונים שצריכים להגיע אל הציטופלזמה, מתקשרים עם חלבון רצפטור שנקרא ע"פ הספר: proteinsעל הממברנה החיצונית של האברון אליו הם מגיעים. ברגע שהוא מתקשר אליו הרצפטור פותח

תעלה בממברנה שמאפשרת לחלבון לעבור. החלבון נפתח מהמבנה השלישוני שלו בעזרת אנזים שנקרא

64נכתב ע"י אלעד לוי ©

chaperonin.כך שהוא יוכל לעבור בתעלה ולאחר מכן הוא חוזר למבנה השלישוני שלו קבוצת חלבונים שצריך לבצע בה שינויים. צריך לעבד אותם. אלה חלבונים שכאשר הם מסונתזים•

טרמינילי, ולכן הדבר הראשון שהכתובת אומרתNבציטוזול, הם מכילים את הכתובת שלהם בקצה ה (יחד עם כל הקומפלקס של הריבוזום) , ושם לסיים את סינתזתER – וללכת ל תרגום לעצורזה –

.ERהחלבון תוך כדי מעבר לרשתית האנדופלסמטית ולמכשיר הגולג'י. כלומר כך החלבונים מגיעים לNאיך זה עובד? יש לנו ריבוזום שעבר את תהליך ההתחלה ומתחיל את תהליך האלונגציה, ובקצה ה

. לאחר רצף מסויים של פפטידיםERטרמינילי יש לו סיגנל שאומר שהוא חלבון שצריך לעבור ל שנוצרים, קצר מספיק כדי למנוע יצירת מבנה שניוני או שלישוני, הסינתזה נעצרת. ישנו חלבון נוסף

והוא נקשר למקום מסויים בתעלה ויודע להכיר את הסיגנלsignal recognition particleשנקרא סיקוונס ובעזרתו הריבוזום הזה מגיע עם הפפטיד הקצר – הוא מתיישב על הרצפטור וגורם לפפטיד

משתחרר והקישור שלrecognition particleלהכנס לתוך התעלה. ברגע שהוא נכנס לתוך התעלה, ה הריבוזום לרצפטור גורם לכך שמנגנון התרגום משתחרר והוא ממשיך. והתארכות החלבון תמשיך עד

ישתחררrelease factorשכל החלבון יגמור להיות מסונתז עד לאתר הטרמניציה. הריבוזום בעזרת ה . ברוב המקרים , הסיגנל סיקוונס הוא לא חלק מהחלבון הבוגרERבחזרה לציטוזול והחלבון יתקפל ב

אלא תפקידו רק לכוון את החלבונים למקומם בתא. ולכן הוא נחתך בסיומו.

– אנחנו מדברים על קבוצת חלבונים שצריכה לעבור עיבודסיכום מחדש(גרסא טובה יותר של המרצה)ברשתית האנדופלסמטית ובמכשיר הג'ולג'י. כדי להכניס את החלבונים הללו, הם נכנסים תוך כדי תרגום

וזה נעשה באופן הבא: תהליך ההתחלה והאלונגציה נעשה בציטופלזמה, אבל חלבוניםERאל ה . וישנםER טרמינילי רצף שמסמן שזה חלבון שצריך להגיע ל N יש להם בקצה ה ERשצריכים להכנס ל

אנזימים שמזהים זאת ועוצרים את תהליך האלונגציה ע"י קישור לקומפלקס של האלונגציה וכך שיודעsignal recognition particleהתרגום לא יכול להמשיך. ואז מה שקורה זה שיש חלבון שנקרא

. בסמוך לתעלהERלהקשר לרצף הזה של הסינגל סיקוונס ולחבר אותו אל התעלה שנמצאת בכניסה ל טרמינילי שלו בתוך התעלה, תהליךNיש רצפטור שקושר ריבוזמים. כאשר הריבוזום יושב, והקצה ה

האלונגציה ממשיך וממשיך תרגום החלבון, כך שהחלבון נכנס לתוך התעלה. ולרוב ישנו חלבון אחר שחותך את הסינגל סיקוונס (כי אין לו תפקיד בחיי החלבון) , והתהליך ממשיך עד לקודוןפורטרזשנקרא

העצירה. הקומפלקס כולו משתחרר והריבוזום משתחרר לסינתזה מחודשת של חלבונים. שמורכב מחלבון ורנ"א וביחד הםsignal recognition particle: הסיגנל סיקוונס מתקשר ל ע"פ הספר

מתקשרים לחלבון רצפטור.הקישור הזה מונע את המשך סינתוז החלבון על ידי הריבוזום, שמפסיק את משתחרר והסינגל סיקוונס עובר דרך התעלה(חלבוןsignal recognition particleהפעולה שלו עד שה

מאחר ואין צורך בו, ואז התהליךER. בהמשך הסיגנל סיקוונס מוסר ע"י אנזים ב ERרצפטור) אל ה של הסינתוז ממשיך עד לסיומו.

לאחר סיום התהליך יש צורך בסיגנלים נוספים על מנת למיין את החלבון (כי הסיגנל סיקוונס הוסר סוגים:2בתחילת התהליך) והם מ

.ERרצפים של חומצות אמינו שמאפשרות לחלבון להשאר בתוך ה ◦. הגליקו-חלבונים מגיעיםERסוכרים שמוספים במכשיר הג'ולג'י , אליו מועברת חומצת האמינו מה ◦

אל הממברנה או לליזוזום , כתלות בסוכר שנוסף להם.

65נכתב ע"י אלעד לוי ©

17 הרצאה תיארנו את סיום תהליך התרגום. אמרנו כיצד מתרחש התרגום יחסית למיקום הסופי של החלבוןהספציפי המיוצר באותו זמן ע"י ריבוזום מסויים ודנו בחלבונים שנשארים בציטוזול (לא צריכים

לעבור עיבוד שניוני ומגיעים לגרעין/מיטוכונדריה ומועברים ישירות לאחר התרגום) לעומת חלבוניםשצריכים לעבור עיבוד כלשהוא , בעיקר לעבור תוספות – צריך להוסיף להם סוכרים (גליקו-

פרוטאינים) ולהוסיף שומנים (ליפו פרוטאינים). גם חלבונים שמיועדים לקרום התא או לקרומים שלאברונים אחרים , לא ניגע בהם כי המסע שלהם מורכב. והם עוברים דרך הרשתית האנדו פלסמטית ,

ותוך כדי כניסתו הוא הופך אתERוהכניסה לרשתית נעשית "תוך כדי" תרגום. החלבון נכנס ל השינויים /תוספות שדיברנו עליהם.

סוגי שינויים שמתרחשים לאחר תרגום. וחלק גדול מהבקרה על פעילות של3בסך הכל מבדילים ב חלבונים נעשית לאחר תרגום.

דוגמאות מייצגות של סוגי התהליכים שלאחר תרגום:3בשקף יש . חלבון יכול להכיל יותר ממה שצריך. התא מייצר חלבונים שהוא לא צריךקיצוץ של חלבון▪

שיהיו פעילים מייד, אלא לפרקי זמן קצרים מאוד. חלבונים אלו נמצאים במצב לא פעיל בתוך2התא. כיצד הם הופכים לפעילים ? אחת הדרכים הוא במצב שבו החלבון המיוצר גדול פי

שתפקידם הוא לחתוך חלבונים במקומותפרוטאזותמהחלבון הפעיל. וישנם חלבונים שנקראים שהם מסומנים להם. מייד לאחר החיתוך החלבון הופך להיות פעיל.

כאשר יש צורך שחלבון יכיל סוכרים. המקומות בהם נוספים הסוכרים הםתהליך גליקוזילציה. ▪מאוד מאוד ברורים. לחומצה אמינית שמתרחש לה תהליך כזה היא בד"כ אספרגין. כאשר מופיע

חומצות אמינו ובמרכזה אספרגין , האנזימים שיודעים להוסיף סוכר3לה רצף מסויים של מכירים את זה כאתר קישור ומוסיפים לשם סוכר.

כלומר הסוכרים מוספים למקומות מאוד מאוד ספציפים. וזה תפקיד נוסף למבנה הראשוני שלהחלבון: אמרנו שיש לו חשיבות בקביעת המבנה השלישוני שלו, והוא גם נושא אינפורמציה רבה

אודות המיקום של החלבון ולאורך החלבון ישנם רצפים שקובעים את מקומם של סוכריםורצפים שקובעים את מקומת של זרחנים.

. יש לכך תפקיד מאוד מאוד חשוב. מאחר ותהליך זרחון הוא תהליך מהיר , ומכיוון שזרחןזרחון▪יש לו מטען חשמלי שלילי (זרחן אורגני) , אזי הוספה של זרחן לחלבון מגדיל את המטען השלילי

שלו, וזה משפיע על המבנה השלישוני של החלבון – כל שינוי במטען משפיע על המבנה השלישוני,והרבה חלבונים מופעלים כך. הוספה של זרחן פותחת פעילות של חלבון. למשל כאשר אנו

נמצאים במצב של רעב ויש לשחרר סוכר , יש תהליך של יצירת סוכר , אך גם פירוק של גליקוגן,והאנזים שמפרק את הגליקוגן הם אנזימים שנמצאים במצב לא מזורחן , וכשרוצים להפעילאותם מוסיפים להם זרחן. ואז הגליקוגן שהוא כמו עמילן מפרק את הגליקוגן ומשחרר לדם

סוכר. זה מתרחש במאמץ גדול ובמצבי רעב.

זה שחלבון מסונתז עדיין לא הופך אותו לפעיל. הוא צריך להגיע למקום שלו ולעבור שינויים שלאחר תרגום.

מוטציות אלמנטים:2נושא המוטציות הוא חשוב. יש לו

אבולוציה•קליני – מחלות גנטיות•

למיליון, ולפעמים הוא1: שינוי ספונטני ברצף הדנ"א. שינוי ספונטני זה הוא לפעמים מתרחש בקצב של מוטציה.מזורז

סוגי מוטציות:2קיימים – מוטציות שמתרחשות בתאים סומטים (תאים בוגרים של רקמות הגוף שלנו – תאיסומטית מוטציה.1

כבד, מוח, עצב וכו'), ויכולה להיות בהם מוטציה תוך כדי חייהם. מוטציה מסוג זה אינה עוברת בתורשה.. אם המוטציה חלה בזמן יצירת תאי הזרע או הביצית , אזי המוטציה הזו היאתורשתית מוטציה.2

מוטציה תורשתית. מפני שתאי הזרע והביצית יוצרים את העובר של הדור הבא. על איזה סוגי מוטציות אנו מדברים?

:כאשר התרחש שינוי בזוג בסיסים: התווסף,נאבד או הוחלף בסיס. מוטציות אלונקודתית מוטציה•בעייתיות, מהסיבה שבהרבה מאוד מקרים, מערכת התיקון לא מצליחה לתקן אותם. הדנ“א פולימרזקורא את הבסיס שעבר מודפיקציה כימית, והוא לא יודע מה לשים ממול והוא שם מה שמתחשק לו:

וזה כלי מרכזי באבולוציה. זוהי-Silent mutationsרוב המוטציות המתרחשות באופן ספונטני הן ◦ של החומצהRedundancyמוטציה שגורמת לשינוי בקוד מסויים , אבל הוא קוד במסגרת ה

האמינית. כלומר, משתנה הקודון השלישי בקוד מסויים , וכתוצאה מכך , לא משתנה החומצה

66נכתב ע"י אלעד לוי ©

האמינית – אין שינוי ברצף החומצות האמיניות. נופל בדיוק על הקוד של החומצה האמיניתAלדוגמא – בגן מסויים הציסטין התחלף לאדנין. ה

פרולין. אבל שניהם בכל מקרה מקודדים לפרולין. כלומר חלה מוטציה "שקטה" שלא משפיעה על.מוטציות מסוג אלה נפוצותהפנוטיפ – על ההתנהגות, אבל הגן השתנה.

◦Missense Mutations :כאשר המוטציה גורמת להחלפה של חומצה אמינית. לדוגמא בשקף כך שהתחלפה החומצה האמינית.2מוטציה שנגרמה בקוד ה

כאשר חומצה אמינית משתנה יכול לקרות אחד מהשניים: יכול להיות שהחומצה האמינית ממוקמת במיקום שאין לו השפעה מכרעת על קיפול החלבון•

ועל המבנה השלישוני שלו, ותפקודו. ולכן היא תהיה שקטה מבחינת הפנוטיפ.השפעה על קיפול החלבון, וכך גם על תפקודו.•

. זוהי מוטציה אחת. בסיס אחד מתחלף באיזהשהוא מקום באמצעאנמיה חרמשיתדוגמא: ▪הבטא-גלובין שהוא חלק מההמוגלובין. הוא גורם לחלק מכדוריות הדם להפוך ממבנה גלובולרי

התאים עשויים לתפקד באותה צורה. יש להבין שרק בסיס2למבנה שיוצר צורת חרמש. לכאורה אחד השתנה פה וזה גרם למוטציה הזו. אבל הוא משפיע גם על התפקוד (ולא רק על המבנה) –

לכדוריות הדם אין מבנה חזק במיוחד, וזאת משום שהכדוריות הדם צריכות להחליק ביןעורקים, ורידים ונימים. באנמיה חרמשית ההמוגלובין הופך להיות בצורה חרמשית , והכדוריתנהיית דביקה ולא חלקלקה, ולכן יכולה לסתום כלי דם שעשויה לגרום לדום לב. וכמו כן, יעילות

העברת החמצן בדם יורדת. שלY זוגות – כל גן מופיע פעמיים בכפילות), ורק הכרומוזום 22 כרומוזמים (46יש אצלנו

הוא כרומוזום גדול,Xהגברים מופיע לבד. אם נסתכל על מבנה הכרומוזום של האדם, כרומזום הוא קטן. Yואילו

אללים – אותו גן שמקודד לבטא גלובין2אם המוטציה היא רציסיבית (לא דומיננטית) , צריכים הכרומוזומים. ישנם הרבה אנשים שנושאים את המוטציה רק2, צריך להיות מוטנטי ב

מ1בכרומוזום אחד, ולכן הם נשאים של המחלה. למשל אם זוג שהם נשאים של המחלה, אז רק הילדים שלהם יהיו חולים במחלה. והם נקראים הומוזיגוטיים למחלה הזו.4

טפילי מלריה לא יכולים לפגוע באנשים שיש להם אנמיה חרמשית, וזה הדבר הטוב במחלה הזו.

דוגמא נוספת: דיברנו על מקרה אחד , שבו בסיס אחד משנה חומצה אמינית, ואם היא נמצאת▪ – זה מתרחש בגלל מוטציה נקודתית בגן אחד, שמפרקלחלב רגישותבמקום קריטי, למשל

גלקטוז, וכתוצאה ממוטציה הוא לא יכול לפרק, וזה עשוי לגרום לפיגור שכלי.

והתוצאה היא חלבון .Stop Codonאלו מוטציות שהופכות את הקודון ל :Nonsenseמוטציה ◦מקוצר. אם החלבון מקוצר בקצה הסי טרמינלי, סיכוי גדול שהמוטציה לא תשפיע על פעילות•

החלבון..החלפהאלו מוטציות שנגרמות מתוספת או החסרה של בסיס. לא נגרמת : Frame-Shiftמוטציה ◦

. וזה יוצר חלבון שונה לגמרי מהמקור. mRNAהדבר גורם לשינוי של מסגרת הקריאה של ה: כאשר הכרומוזמים שנושאים את הדנ"א עוברים שינוי – דופליקציה, נשברים ,כרומוזומאליות מוטציה•

או חלקים מתחלפים בהם. אלו תהליכים שמתרחשים בזמן יצירה של תאי זרע /ביצית. בזמן זה ישזיגוטההפחתה במספר הכרומוזמים שלנו. בתאי הזרע/ביצית מספר הכרומוזומים יורד לחצי וכשנעשית

כרומוזומים.46 וחוזרים לקבל הזיגוטה(הפריה) , הכרומוזמים של האישה והגבר מתאחדים בתא ותהליך זה מורכב מהרבה שלבים ויש בו טעויות, מיוזה.תהליך זה של ההפחתה מתאי הגוף שלנו נקרא

ויכולות להתרחש בו מוטציות בגלל שיש הרבה רפלקציות של הדנ“א, ויכולות להתרחש שם נזקיםמכניים לכרומוזומים שנושאים את הדנ“א.

וכדומה.32, לשמרים 46 בתאים אאוקריוטים יש הרבה מאוד כרומוזומים. לאדם סוגים:2קיימים

: חתיכה מהכרומוזום נחתכת ומסולקת. כלומר כרומוזום מתקצר וכמה גניםDeletions מוטציית◦ ואזCD נחתך ומקבלים כרומוזום ללא CDפשוט נעלמים. לדוגמא , כרומזום שמכיל את הגן

וכאשר הם מתאחדים נוצר עובר שלאCD ותא ביצית שמכיל CDמתקבל לנו תא זרע שלא מכיל יכול לעבוד אחד מול השני כי אין התאמה , וכך נוצרת מחלה גנטית. עצם חוסר היכולת של

הכרומוזום לתפקד הוא הבעיה עצמה. הרבה פעמים, כאשר הכרומוזום נשבר, ומתאחה במקום אחר.: Duplicationsמוטציית ◦

יש מקרים , שתוך כדי תהליך המיוזה , יש חילופים בין כרומוזמים, שצריכים להיות מתוקנים. ולכן

67נכתב ע"י אלעד לוי ©

המוטצייה היא שבמקום להתחלף כמו שצריך ביניהם, כרומזום אחד התקצר , והשני התארך. ואלו כרומוזמים הומולוגיים, שהפכו ללא הומולוגיים. אחד ילך לתא זרע אחד והשני לתא זרע שני, אבל2

הכרומוזומים שונים במהותם. ואי אפשר יהיה לעשות התאמה עם שניהם.

68נכתב ע"י אלעד לוי ©