התבטאות הגנים: התבטאות הגנים: הרכבת חלבונים.הרכבת חלבונים.

מבוסס על המצגת של אלישבע גבע "תרגום"

1עריכה: גליה גויכברג, אורית מולוודזון, נאוה תמם

DNADNA .וגנים. וגנים , האחראי על DNAהוא קטע של גן •

כושר תורשתי לפיתוח תכונה כל שהיא, תוך כדי יצירת חלבון מסוים.

נמצא קטע המקודד יצירת DNAב-•

הגן למלאנין".חלבון מלאנין- "תוצאת התבטאות הגן היא יצירה •

.בתאיםשל החלבון מלאנין חלבון המלאנין גורם להופעת •

כהים: יצירת גוונים התכונה ביצורפחות או יותר בעור או בשיער.

רמת המולקולה

רמת התא

רמת האורגניזם

2

לתכונות DNAדוגמא לקשר בין היצור.

DNAחלבון תכונה בחלק

DNAמה- מידעמוצפן

על חלבון מלאנין.

בתאי עור נוצר חלבון

מלאנין שצבעו

חום-שחור

תאים ורקמות נצבעים

בגוונים של צבע חום או

שחור

3

בתהליכי התיעתוק

והתרגוםנוצרים חלבונים על פי המידע הגנטי שמצוי

-DNAב4

בהתבטאות הגנים קבוצות של תהליכים :2מבחינים ב-

DNA המידע המקודד בגנים מ-תיעתוק. 1;RNAל- לחלבונים.RNA המידע מ-תרגום. 2

: INTERACTIVE CONCEPTS IN BIOCHEMISTRY - INTERACTIVE ANIMATIONSאנימציה - לחץ על כפתורים לפי הסדר. PROTEIN SYNTHESISעכבר ימני – פתח היפר-קישור – בחר

ריבוזוםריבוזום

רנ"א-מובילרנ"א-מוביל

חומצת חומצת אמינואמינו

חלבוןחלבון

רנ"א-שלירנ"א-שליחח

התא הוא המיקום להתבטאות הגנים.

http://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related

התעתוקמתרחש בגרעין

התא

התאהתא

גרעיןגרעין

ציטופלזמציטופלזמהה

מתרחש התרגוםבציטופלזמת

5התא

שלבים עיקריים בהרכבת שלבים עיקריים בהרכבת החלבונים.החלבונים.

I תעתוק. תעתוק .

IIII תרגום .תרגום.

6

7

תהליכי תעתוק.

8

התא.בגרעיןמתרחש התיעתוק • על גבי RNA נוצרות מולקולות בתיעתוק•

על פי המידע הגנטי.DNAמולקולות ה-:RNAבתיעתוק נוצרים מספר סוגים של •

RNA( שליח m-RNA.) RNA( מעביר t-RNA.) RNA( ריבוזומלי r-RNA.)

RNA.רגולטיביים

מקודד מידע על מבנה של כל סוגי DNAבתוך ה-•RNA.שמשתתפים ביצירת חלבון מסוים

9

DNAבתוך ה-מקודד מידע על

מבנה של כל סוגי RNA שמשתתפים

ביצירת חלבון מסוים.

m-RNAm-RNA בסיס חנקני

סוכר ריבוז

זרחה

גדיל

רנ"א שליח הוא פולימר •לינארי .

רנ"א-שליח נושא על גביו •מידע גנטי שמועתק

DNAממולקולת

•RNA - m שליח נוצרבגרעין ועובר לציטופלסמה.

•RNA -m קיים לאורך זמן קצר;

10

שלבים בתעתוקשלבים בתעתוק

11

בתהליך התעתוק:רנ"א נוצר על גבי הדנ"א על פי עקרון

זוגות הבסיסים

שתי השרשרות של הדנ"א נפתחות ועל פני אחת מהן נבנות מולקולות רנ"א שונות וביניהן מולקולות

. רנ"א-שליח

http://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related 

http://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related

12

הקוד הגנטי והקודוניםהקוד הגנטי והקודוניםהקוד הגנטי הוא אוסף של שלישיות בסיסים על גבי •

רנ"א-שליח.כל שלישיית בסיסים קרויה קודון.• החומצות האמיניות מתאים קודון 20לכל אחת מ-•

אחד או יותר. C, ציטוזין - U, אורציל - Aארבעת הבסיסים : אדנין - •

, מאפשרים יצירה של שלישיות מרובות Gוגואנין – )בסיס מסוים יכול להופיע יותר מפעם אחת באותה

שלישיה(.

13

הקוד הגנטימקודונים לחומצות אמיניות

http://www.mun.ca/biology/scarr/Gr10-27.html14

הקוד הגנטיטבלת קודונים וחומצות אמיניות

http://www.mun.ca/biology/scarr/Gr10-27.html

קודון

15

מה מייצגות שלוש אותיות הקודון – ACC?

נוקלאוטידים 3 הן מייצגותסמוכים, שהבסיסים שלהם

אדנין, ציטוזין, ציטוזין.

את הנוקלאוטידים קוראים '3' לקצה ה – 5מקצה ה –

שלד הפולימר קבוע לאורך הסידור של כל הרנ"א.

קבוצות הצד )הבסיסים( , שאינו קבוע– הוא המידע

16הגנטי

תרגיל מספר הלימוד: בסיסים )או 21נתון מקטע של רנ"א-שליח המכיל

נוקלאוטידים(. המקטע מכיל שבעה קודונים. ?אלו חומצות אמיניות יווצרו על פי מקטע זה

17

נשתמש בטבלת הקוד הגנטי

שייך לחומצה האמינית אלאניןGCUקודון 18

הפפטיד הנוצר 6 קודונים אך על גביו נוצר פפטיד בעל 7קטע רנ"א-שליח הכיל

חומצות אמיניות בלבד:

Ala Thy Glc Leu Arg Ser

, אין חומצה אמינית מתאימה. מה ההסבר לכך?UAGלקודון השביעי,

- קודון שמסמן את סיום סינתזת קודון עצירה הוא UAGהקודון החלבון.

יש שלושה קודוני עצירה:

UAAUAGUGG

19

אם נסתכל על טבלת הקודים הגנטיים

(, שאינם מקודדים STOPנראה את שלושת קודוני העצירה )חומצות אמיניות וכמו כן נראה שלכל חומצה אמינית יש יותר

.Metמקודון אחד, למעט חומצה אחת - 20

הסתכלות מחודשת על רנ"א-שליח

רנ"א שליח אינו סתם פולימר המורכב מרצף של נוקלאוטידים אלא הוא פולימר

המורכב מרצף של שלישיות נוקלאוטידים – רצף של קודונים

21

המידע הגנטי עובר מן הדנ"א לחלבון – דרך הקוד הגנטי

http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/CellBiol20/CB20_12.html

דנ"א

רנ"א-שליח

חלבון

תעתוק

תרגום

22

23

רנ"א-שליח זקוק לעזרה

על רנ"א-שליח נמצא המידע גנטי לרצף החומצות האמיניות בחלבון.

אבל : רנ"א-שליח אינו נקשר ישירות לחומצות האמיניות.

הציע קריק את ההשערה הבאה:1955ב –

"תהליך התרגום מחייב קיום של מולקולה נוספת: מולקולה שנושאת עליה את החומצה האמינית וגם

מזהה את הקודון המתאים לחומצה זו על רנ"א .רנ"א-מעבירשליח". מולקולה זו היא

HELP!

24

25

שראה קריק בדמיונו: המולקולההמולקולה

http://opbs.okstate.edu/~petracek/Chapter%2027%20Figures/Fig%2027-02.GIF

מצידה האחד נקשרת לחומצה אמינית ומצידה האחר נקשרת לקודון

חומצה אמינית

רנ"א-שליח

קודון

26

מהו המבנה של מולקולה שיכולה להקשר הן לחומצה אמינית והן

לקודון?

נציג את המבנה הראשוני,

השניוני והשלישוני

שלה27

מבנה מולקולת רנ"א-מעבירמבנה מולקולת רנ"א-מעבירראשוני

שניוני

שלישוני

28

שלישוני

אנטי קודון

חומצת אמינו

t-RNA מאפיינים של t-RNA מאפיינים של לבין חומצות האמינו.RNAאין זיהוי ישיר בין הקודונים ב-

tRNA )transfer( מולקולת - RNA נוקליאוטידים 80 באורך נקשרת מצד אחד לקודון ומצד שני לחומצת אמינו

נוקליאוטידים קומפלימנטרים3אזור האנטי קודון מכיל mRNAלקודון ב-

קשור לחומצת האמינו המתאימה לקודון’3אזור ה-

לכן קיימת מולקולה – "מתורגמן" שמתרגם שפת לשפת חומצות האמינו mRNAהנוקליאוטידים של

.t-RNAשל חלבונים. זאת

29

לרנ"א-מעביר יש שני אתרים חשובים

30

שני אתרי הקישור של רנ"א-מעביר זמינים מבחינה מרחבית:

31

קשר רנ"א-מעביר עם חומצה אמינית

חומצה אמינית

COOH

t-RNA

, Aנוקליאוטיד בקצה

HOCOO

+H2O

קצה קרבוקסילי

של

32

לבין חומצה t-RNAקשר בין אמינית

33

הוא קשר קוולנטיאסתרי

. אתר הקישור אל הקודון ברנ"א-שליח. 2קשרי קשרי הקשרים בין הקודון לאנטיקודון הם

מימןמימן

34

כיוון קריאת mRNAעל הקודונים הקודונים :

3 לקצה 5מקצה

כיוון קריאת : t-RNA על האנטיקודוניםהאנטיקודונים3 לקצה 5גם מקצה

ידוע שלכל חומצת אמינו מקודדים כמה קודונים אחד לחומצה אמינית מסוימות? tRNAהאם יש יותר מ-

יכולים להיקשר ליותר מקודון אחד?tRNAאו האם חלק מה-

נקשרים במדויק רק לשני הנוקליאוטידים tRNAחלק מה-הראשונים בקודון

Wobble.זה מסביר מדוע חלק גדול מהקודונים המקדדים לאותה חומצת

אמינו שוניםרק בנוקליאוטיד האחרון.

35

ייחודו של תהליך התרגום

תהליך התרגום מקשר

בין

סוגי בסיסים 4מולקולות רנ"א, המאופיינות על ידי

לבין

. חומצות אמיניות20מולקולות חלבונים המורכבות מ -

בתהליך זה לפולימר הקיים ולפולימר הנבנה עליו יש יחידות חוזרות שונות לחלוטין.

ניתן לדמות את תהליך יצירת החלבונים לתרגום של שפה אותיות אחרות. 20הכוללת אותיות, לשפה אחרת4הכוללת

36

יחידות חוזרות שונות 20כדי ליצור פולימר בעל יחידות חוזרות שונות יש צורך בקוד. 4מפולימר בעל

הקוד קרוי

הקוד הגנטי

37

סיכום זמני

לרנ"א הועתק דנ"אהמידע הגנטי שב• .שליח

.קודוניםהמידע הזה הוא אוסף של •.חומצה אמיניתלכל קודון מתאימה • נקשר לחומצה אמינית ומביא רנ"א מעביר•

אותה אל הקודון המתאים לה..תרגוםעכשיו ניתן להתחיל את תהליך ה

היכן הוא מתרחש?.ריבוזוםעל גבי מבנה שנקרא

38

39

הוא מבנה שמצוי הריבוזוםהריבוזום. בציטופלסמה של התא

.על גבי הריבוזום מתבצע תהליך התרגום

ריבוזומים

ציטופלסמה

גרעין התא

40

רנ"א ריבוזומלי – וואו!

המבנה השניוני של רנ"א ריבוזומלי

בתאי חיידקים

למה יכולה לשמש מולקולה במבנה

?כזה41

הריבוזום הפעיל מורכב משתי יחידות : יחידה קטנה ויחידה גדולה

:כל אחת משתי היחידות בנויה משני סוגי מולקולותי שמהווה שני שליש ממשקל רנ"א-ריבוזומל

.הריבוזום. שמהווה שליש ממשקל הריבוזוםחלבון

42

הרכב הריבוזום

43

מודל של ריבוזום

44

בתוך הריבוזום יש שלושה אתרים לקשירת רנ"א-מעביר ואתר אחד

לקשירת רנ"א-שליח

45

מותאמים tRNAמהווה תבנית עליה ה-היחידה הקטנה היחידה הקטנה mRNAלקודון ב-

עושה קטליזה להיווצרות השרשרתהיחידה הגדולה היחידה הגדולה הפוליפפטידית המתארכת )חומצות האמינו(

לריבוזום אתרי אתרי 44 קשירה - קשירה - mRNAאחד ל-

tRNA46שלושה ל-

אתרי הקשירה בריבוזום:

47

אתר אתר לקשירת לקשירת

m-RNAm-RNA

אתרים אתרים 33לקשירת לקשירת

t-RNAt-RNA :: --AA קשירת קשירת t-RNAt-RNA הטעון בחומצה הטעון בחומצה

AAאמינית אמינית - -PP יצירת קשר יצירת קשר פוליפפטידי בין פוליפפטידי בין חומצות אמינו חומצות אמינו

PP)פילמור( )פילמור( - - Exit- Exit- EE יציאת יציאת t-RNAt-RNA ללא חומצת ללא חומצת אמינואמינו

PP AAEE

48

49

"שחקנים" עיקריים 4 המשתתפים בתהליך התרגום

–מבנה בציטופלסמה של התא. על גביו ריבוזום•מתרחש תהליך התרגום, כלומר ייצור החלבון;

–מולקולה שנוצרת בגרעין התא על פי רנ"א-שליח•תבנית הדנ"א ומכילה את הקוד הגנטי. מולקולה זו

מגיעה אל הציטופלסמה ונקשרת לריבוזום; – מולקולה הפועלת כמתאמת בין רנ"א-מעביר•

הנוקלאוטידים ברנ"א-השליח לבין החומצות האמיניות בחלבון;

–מונומרים מהם נבנים החלבונים חומצות אמיניות•

50

אנימציה של תרגום

• http://207.207.4.198/pub/flash/26/transmenu_s.swf

51

את תהליך התרגום מקובל לחלק לשלושה חלקים:

I .התII.איתחול ארכות

.IIIסיום

52

I איתחול .רנ"א-מעביר טעון בחומצה האמינית . 1

מתחבר ליחידה הקטנה של מתיוניןPהריבוזום, באתר

http://www.csu.edu.au/faculty/health/biomed/subjects/molbol/images/7_28.jpg

-רנ"א-מעביר

53

. רנ"א-שליח נקשר גם הוא ליחידה 2הקטנה5עם קצה '

54

. רנ"א-מעביר נע לאורך הרנ"א 3 , AUGהשליח עד שהוא מגיע לקודון

קודון ההתחלה

55

. תת-היחידה הגדולה של הריבוזום 3מתחברת אל תת-היחידה הקטנה

56

57

. רנ"א-מעביר חדש, שנושא את החומצה 4A(, מתחבר לאתר aaהאמינית הבאה )

58

5.א נוצר הקשר הפפטידי הראשון

aa לבין חומצה אמינית הבאה – Met בין ב. ניתק הקשר בין מתיונין לרנ"א-מעביר

מתנתקMet של t-RNAג.

59

יצירת הקשר הפפטידי )האמידי(

שלבים ביצירת הקשר הפפטידי :

❶

❷

. ניתוק קשר אסתרי1לבין קבוצה קרבוקסילית

-tבין חומצת אמינו לRNA - . יצירת קשר 2

פפטידי❷

❸

בין קבוצה אמינית

❸

t-RNA. יצירת דו-פפטיד הקשור ל- 3 .

❹

❹60

IIIIהתארכות. התארכות .

61

הטעונות בחומצות אמינוt-RNA נכנסות Aלאתר

t-RNAהאנטיקודונים של כוללים נוקלאוטידים

המשלימים את הקודונים , בסדר המתאיםmRNAב –

62

הארכת השרשרת החלבוניתשלבי האלונגציהתרגום:

1 2 3

4 5

)tRNA: A )aminoacyl(, P )peptidyl(, E )exitאתרי ה-

63

סיום

64

בתום יצירת הפוליפפטיד נפרדים כל מרכיבי המערכת בידידות , מוכנים

ליצירת פוליפפטיד חדש

65

ניתוק הפוליפפטיד בתום יצירת החלבון בתהליך הידרוליזה

66

תרגיל: השלם מקומות ריקים בטבלה 1טבלה קצה       קצה

5'GGCCATGGCAAAAGCTTC3' גדילDNADNAדיל ג   

 תיעתוק 

  m-RNA  קודון       

אנטי        קודון

       

חומצת        אמינו

 תרגום 

חלבוןחלבון        67

33`̀ 55`̀CCGGTACCG TTT TCG AAG

55`̀ 33`̀GGCCAUGGCAAAAGCUUC

GGC CAUGGC AAAAGCUUC

CCGCCG GUAGUA CCGCCG UUUUUUUCGUCG AAGAAG

GlyGly HisHis GlyGly LysLys SerSer AlaAla

GlyGly HisHis GlyGly LysLys SerSer AlaAla

t -RNAt -RNA

תהליך בניית החלבון בריבוזוםחומצה אמינית

אנטי-קודון

חלבון - רצף חומצות אמיניות

שנבנה

רנ"א-שליח

ריבוזום

כיוון התרגום של רנ"א שליחכיוון התרגום של רנ"א שליח

רנ"א-מוביל מביא חומצה אמינית אל

ריבוזום

רנ"א-מוביל משתחרר לאחר מסירה חומצה

אמינית

68

69

http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/CellBiol20/CB20_7.html

כל התהליך בשקף אחד

70

היכן מתבצעים התהליכים בתא?

תהליך התעתוק – מתבצע בתוך גרעין התא

תהליך התרגום – מתבצע בציטופלסמה, מחוץ לגרעין .התא

www.phschool.com/.../ translation/tleuk.html 71

מן הדנ"א לחלבון – תאור סכימתי

http://fajerpc.magnet.fsu.edu/Education/2010/Lectures/26_DNA_Transcription_files/image007.jpg

72

תהליך התרגום מתבצע בו זמנית על פוליזוםידי מספר ריבוזומים -

73

שאלה אחרונה

74

האם רנ"א-מעביר יודע לאיזו חומצה אמינית להיקשר ?

בניסויים, מצאו שניתן לקשור לרנ"א-מעביר כל •חומצה אמינית כרצוננו

והוא ישבץ אותה בפוליפפטיד על פי האנטיקודון שלו, •

גם אם השיבוץ שגוי !

לפיכך...

75

יש מולקולה נוספת שעומדת מאחורי הקלעים

76

מולקולה זו היא האנזים:

אמינו-אציל-רנ"א-מעביר-סינתטאז

aars

77

באיור הבא יופיעו השחקנים הבאים:

aarsהאנזים •

חומצה אמינית •

רנ"א מעביר•

78

aars

79

אמינו-אציל-רנ"א-מעביר-סינתטאז

aars

האנזימים השייכים למשפחה זו הינם המולקולות היחידות שמכירות את הקוד הגנטי

80

81

לסיכום: בתהליך התרגום נבנית מולקולת

על פי המידע הגנטי המקודד חלבוןDNAב-

82

אז מהו "גן"?אז מהו "גן"?

DNA – קטע במולקולת גןגןהמהווה יחידת מידע

תורשתי ליצירת מולקולת RNAחלבון או

83

– יחידה של גןגןכושר תורשתי

לפיתוח תכונה מסויימת.

, DNA – אתר בגןגןהמורכב מיחידת

תיעתוק ומאזורי בקרה.

מוטציה.

המתבטא בשינוי DNAשינוי במידע הגנטי של •של המבנה הראשוני של החלבון.

84

שינוים ברצף נוקלאוטידים של חומר תורשתי, • אשר גורמים להופעה קבועה של

שינוים במידע גנטי שמוצפן בו והתבטאויות שלו (.RNA)חלבונים ו

– שינוי בחלבון כתוצאה מוטציה משינוי בחומר תורשתי.

85

דגשים כימיים:דגשים כימיים:של החומרים המשתתפים מבנה מולקולרי מבנה מולקולרי •

בתהליכים;

86

:הקשרים הכימייםהקשרים הכימיים•

סוגי הקשרים•הקשרים שניתקים•

הקשרים שנוצרים•

של מבנה, תכונות ותפקידים מבנה, תכונות ותפקידים הקשר בין •המולקולות הביולוגיות

מולקולת של קטע מוצג שלפניך באיור. - נוקליאוטידים" שלושה המכיל שליח א נ

1. ? " א מרנ קטע זה שאכן לוודא ניתן .נמקכיצד2.? מורכב הוא יחידות ומאלו נוקליאוטיד מהו

באיור מסומנים שלושה קשרים: א , ב , ג . איזה מהקשרים הוא:.3

הקשר בין נוקליאוטיד אחד לשני- הקשר בין בסיס חנקני לסוכר-

עבור כל אחד מהקשרים ציין את סוג הקשר.4 ובין אלו אטומים הוא מתקיים

הקטע הנתון מקודד לחומצה אמינית סרין. השלם באיור את סוג .5הנוקליאוטידים

הנדרש כדי שהקטע אכן יקודד לחומצה האמינית סרין. סמן קצוות .’5 ו- ’3

א

ב

ג

דף עבודה

87

של מקטע בודדו של mRNAחוקרים שיירים שבעה המכיל לפפטיד המקודד

חומצות

. , ידועה. אינה שלהם הכיווניות אשר מקטעים לשני נחתך המקטע אמיניות

קצוות) נתונים AAUCGGACCGGG: 1מקטע (. ’5 ו- ’3לא

AUGCGCAAAACG: 2 מקטע

( מכיל קודון 2 או 1. היעזר בצופן הגנטי וציין איזה מהמקטעים )6

התחלה ואיזה מהם

מכיל קודון סיום. רשום את קודון ההתחלה ואת קודון הסיום

במקטעים הללו.

הכוללת את mRNA. היעזר בצופן הגנטי וקבע את רצף מולקולת ה- 7

שני המקטעים

.’5 ו- ’3(.ציין קצוות 2 ו- 1 )

. רשום את רצף הפפטיד המתקבל לאחר התרגום )שבעה שיירים של 8

חומצות אמיניות(.

ציין את הקצה הקרבוקסילי ואת הקצה האמיני.

דף עבודה - המשך

88

9 - ה. רצף את - DNAרשום ה תועתק .mRNAשממנו

10 ? אלפא. סליל מבנה להיות עשוי זה פפטיד של המבנה אם .נמקקבע

11 . בחלק. ימצא זה פפטיד האם כדורי מחלבון חלק הוא זה פפטיד

בחלק או הפנימי

? החלבון של .נמקהחיצוני

. ,Aהנוקליאוטיד - , יחידות תת משלוש בנוי ברצף המופיע

12 - שני. שבין בקשר משתתפות יחידות התת שלוש מבין אילו

נוקליאוטידים

? " האטומים ואת הקשר סוג את ציין א הדנ בגדיל סמוכים

. בקשר המשתתפים

13 " - א. דנ גדילי שני שבין בקשר מעורבת יחידות התת מבין איזו

משלימים?

. הקשר סוג את ציין

דף עבודה - סיום

89

http://www.youtube.com/watch?v=Jml8CFBWcDs

http://www.youtube.com/watch?v=5bLEDd-PSTQ

http://www.weizmann.ac.il/zemed/net_activities.php?

cat=1747&incat=1428&article_id=648&act=forumPrint

קישוריםhttp://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related

90

סוף

   מדהיםt- RNA. פעולת /

http://flash.uww.edu/projectgallery/trnatranslation

   בריבוזום בפעולהA   ו-P אתרי http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/content/chp12/1202003.html

 

. שכפול דנאhttp://www.johnkyrk.com/

. מדנא לחלבון5

http://www.youtube.com/watch?v=983lhh20rGY&feature=related

91