תרגום מחומצות גרעין לחלבונים מצגת זו היא תוצר העבודה שלי אבל גם תוצר של הערות בונות של המורים. אשמח לקבל הערות ותיקונים כדי להמשיך ולשפר אותה. תודה ! אלישבע גבע aeuyy@netvision.net.il השתלמות מורים תשס"ט – דצמבר 2008 אלישבע גבע

הכרנו את מבנה הרנ"א נכיר שלושה סוגים של רנ"א רנ"א שליח רנ"א מעביר רנ"א ריבוזומלי

מיהו רנ"א-שליח? רנ"א שליח הוא פולימר לינארי (לא מסועף) ולא מפותל. רנ"א-שליח נושא על גביו מידע גנטי שמתורגם למולקולת חלבון.

בתהליך התרגום נוצרים חלבונים על פי המידע הגנטי שמצוי ברנ"א-שליח

ייחודו של תהליך התרגום תהליך התרגום מקשר בין מולקולות רנ"א, המאופיינות על ידי 4 סוגי בסיסים לבין מולקולות חלבונים המורכבות מ - 20 חומצות אמיניות. בתהליך זה לפולימר הקיים ולפולימר הנבנה עליו יש יחידות חוזרות שונות לחלוטין. ניתן לדמות את תהליך יצירת החלבונים לתרגום של שפה הכוללת 4 אותיות, לשפה אחרת הכוללת 20 אותיות אחרות.

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

הקוד הגנטי

הקוד הגנטי והקודונים הקוד הגנטי הוא אוסף של שלישיות בסיסים על גבי רנ"א-שליח. כל שלישיית בסיסים קרויה קודון. לכל אחת מ-20 החומצות האמיניות מתאים קודון אחד או יותר. ארבעת הבסיסים : אדנין - A, אורציל - U, ציטוזין - C וגואנין – G, מאפשרים יצירה של שלישיות מרובות (בסיס מסוים יכול להופיע יותר מפעם אחת באותה שלישיה).

הקוד הגנטי מקודונים לחומצות אמיניות http://www.mun.ca/biology/scarr/Gr10-27.html

הקוד הגנטי טבלת קודונים וחומצות אמיניות קודון http://www.mun.ca/biology/scarr/Gr10-27.html

מה מייצגות שלוש אותיות הקודון – ACC ? הן מייצגות 3 נוקלאוטידים סמוכים, שהבסיסים שלהם אדנין, ציטוזין, ציטוזין. את הנוקלאוטידים קוראים מקצה ה – 5' לקצה ה – 3' שלד הפולימר קבוע לאורך כל הרנ"א. הסידור של קבוצות הצד (הבסיסים) , שאינו קבוע– הוא המידע הגנטי

המידע הגנטי עובר מן הדנ"א לחלבון – דרך הקוד הגנטי (שנקרא מ – '5 ל – '3) http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/CellBiol20/CB20_12.html

תרגיל מספר הלימוד: נתון מקטע של רנ"א-שליח המכיל 21 בסיסים (או נוקלאוטידים). המקטע מכיל שבעה קודונים. אלו חומצות אמיניות יווצרו על פי מקטע זה?

קודון GCU שייך לחומצה האמינית אלאנין נשתמש בטבלת הקוד הגנטי קודון GCU שייך לחומצה האמינית אלאנין

הפפטיד הנוצר קטע רנ"א-שליח הכיל 7 קודונים אך על גביו נוצר פפטיד בעל 6 חומצות אמיניות בלבד: Ala Thy Glc Leu Arg Ser לקודון השביעי, UAG, אין חומצה אמינית מתאימה. מה ההסבר לכך? הקודון UAG הוא קודון עצירה - קודון שמסמן את סיום סינתזת החלבון. יש שלושה קודוני עצירה: UAA UAG UGG

אם נסתכל על טבלת הקודים הגנטיים נראה את שלושת קודוני העצירה (STOP), שאינם מקודדים חומצות אמיניות וכמו כן נראה שלרוב החומצות האמיניות יש יותר מקודון אחד.

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

תרגול - הקוד הגנטי

HELP ! 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. ב – 1955 הציע קריק את ההשערה הבאה: "תהליך התרגום מחייב קיום של מולקולה נוספת: מולקולה שנושאת עליה את החומצה האמינית וגם מזהה את הקודון המתאים לחומצה זו על רנ"א שליח". מולקולה זו היא רנ"א-מעביר.

רנ"א-מעביר

המולקולה שראה קריק בדמיונו: חומצה אמינית רנ"א-שליח קודון מצידה האחד נקשרת לחומצה אמינית ומצידה האחר נקשרת לקודון http://opbs.okstate.edu/~petracek/Chapter%2027%20Figures/Fig%2027-02.GIF

מהו המבנה של מולקולה שיכולה להקשר הן לחומצה אמינית והן לקודון מהו המבנה של מולקולה שיכולה להקשר הן לחומצה אמינית והן לקודון? נציג את המבנה הראשוני, השניוני והשלישוני שלה

מבנה מולקולת רנ"א-מעביר – אילו שאלות ניתן לשאול תלמידים לגבי שלושת המבנים? ראשוני שלישוני שניוני

לרנ"א-מעביר יש שני אתרים חשובים

1. אתר הקישור לחומצה האמינית (פרוט בשקופית 72) מיקום הקשירה ברנ"א-מעביר יוצג בהמשך http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/CellBiol20/CB20_3.html

2. אתר הקישור אל הקודון ברנ"א-שליח 2. אתר הקישור אל הקודון ברנ"א-שליח. הקשרים בין הקודון לאנטיקודון הם קשרי מימן (את הקודון קוראים מכוון '5 ל-'3)

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

סיכום עד כאן המידע הגנטי שבדנ"א הועתק לרנ"א שליח . המידע הזה הוא אוסף של קודונים. לכל קודון מתאימה חומצה אמינית. רנ"א מעביר נקשר לחומצה אמינית ומביא אותה אל הקודון המתאים לה. עכשיו ניתן להתחיל את תהליך התרגום. היכן הוא מתרחש? על גבי מבנה שנקרא ריבוזום.

ריבוזום

הריבוזום הוא מבנה שמצוי בציטופלסמה של התא. על גבי הריבוזום מתבצע תהליך התרגום. ריבוזומים ציטופלסמה גרעין התא

הריבוזום הפעיל מורכב משתי יחידות : יחידה קטנה ויחידה גדולה כל אחת משתי היחידות בנויה משני סוגי מולקולות: רנ"א-ריבוזומלי שמהווה שני שליש ממשקל הריבוזום. חלבון שמהווה שליש ממשקל הריבוזום.

הרכב הריבוזום

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

רנ"א ריבוזומלי – וואו! המבנה השניוני של רנ"א ריבוזומלי בתאי חיידקים למה יכולה לשמש מולקולה במבנה כזה?

תהליך התרגום

4 "שחקנים" משתתפים בתהליך התרגום ריבוזום –מבנה בציטופלסמה של התא. על גביו מתרחש תהליך התרגום כלומר ייצור החלבון רנ"א-שליח –מולקולה שנוצרת בגרעין התא על פי תבנית הדנ"א ומכילה את הקוד הגנטי. מולקולה זו מגיעה אל הציטופלסמה ונקשרת לריבוזום. רנ"א-מעביר – מולקולה הפועלת כמתאמת בין הנוקלאוטידים ברנ"א-השליח לבין החומצות האמיניות בחלבון. חומצות אמיניות –מונומרים מהם בנויים החלבונים.

אנימציה של תרגום http://207.207.4.198/pub/flash/26/transmenu_s.swf

את תהליך התרגום מקובל לחלק לשלושה חלקים: איתחול התארכות סיום

איתחול רנ"א-מעביר טעון בחומצה האמינית מתיונין מתחבר ליחידה הקטנה של הריבוזום, באתר P - רנ"א-מעביר http://www.csu.edu.au/faculty/health/biomed/subjects/molbol/images/7_28.jpg

רנ"א-שליח נקשר גם הוא ליחידה הקטנה

רנ"א-מעביר נע לאורך הרנ"א השליח עד שהוא מגיע לקודון AUG רנ"א-מעביר נע לאורך הרנ"א השליח עד שהוא מגיע לקודון AUG. AUG הוא קודון ההתחלה

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

רנ"א-מעביר חדש, שנושא את החומצה האמינית הבאה (aa), מתחבר לאתר A

נוצר הקשר הפפטידי הראשון (וניתק הקשר בין מתיונין לרנ"א-מעביר)

התארכות – יש מתנדבים להסבר? שלב 1 - אילו קשרים כימיים יש כאן? התארכות – יש מתנדבים להסבר? שלב 1 - אילו קשרים כימיים יש כאן?

התארכות - שלב 2

התארכות – שלב 3

וחוזר חלילה... שלב 1

שלב 2

סיום

בתום יצירת הפוליפפטיד נפרדים כל מרכיבי המערכת בידידות , מוכנים ליצירת פוליפפטיד חדש

סיכום

כל התהליך בשקף אחד http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/CellBiol20/CB20_7.html

היכן מתבצעים התהליכים בתא? תהליך התעתוק – מתבצע בתוך גרעין התא תהליך התרגום – מתבצע בציטופלסמה, מחוץ לגרעין התא. www.phschool.com/.../ translation/tleuk.html

מן הדנ"א לחלבון – תאור סכימתי http://fajerpc.magnet.fsu.edu/Education/2010/Lectures/26_DNA_Transcription_files/image007.jpg

הדנ"א מקודד את כל סוגי הרנ"א על גבי הדנ"א נבנים: רנ"א שליח רנ"א מעביר רנ"א ריבוזומלי

תהליך התרגום מתבצע בו זמנית על ידי מספר ריבוזומים - פוליזום

שאלה אחרונה

האם רנ"א-מעביר יודע לאיזו חומצה אמינית להיקשר ? בניסויים, מצאו שניתן לקשור לרנ"א-מעביר כל חומצה אמינית כרצוננו והוא ישבץ אותה בפוליפפטיד על פי האנטיקודון שלו, גם אם השיבוץ שגוי ! לפיכך...

יש מולקולה נוספת שעומדת מאחורי הקלעים

מולקולה זו היא האנזים: אמינו-אציל-רנ"א-מעביר-סינתטאז aars

באיור הבא יופיעו השחקנים הבאים: האנזים aars חומצה אמינית רנ"א מעביר

aars

אמינו-אציל-רנ"א-מעביר-סינתטאז aars האנזימים השייכים למשפחה זו הינם המולקולות היחידות שמכירות את הקוד הגנטי

הדגשים כימיים בפרק תרגום כדאי להתעכב עם התלמידים על תהליכי דחיסה והידרוליזה

שלושת סוגי הרנ"א – קשר בין מבנה לתפקוד המבנה הראשוני של שלושת סוגי הרנ"א דומה: כולן מולקולות גדולות, לא מסועפות. אבל ! רק רנ"א שליח משמש כמעביר של המידע הגנטי. למולקולה שלו אין לפיכך מבנה שניוני – אין קשרי מימן בין זוגות בסיסים. כל הבסיסים שלו חייבים להיות חשופים וזמינים ליצירת קשר עם רנ"א מעביר. לכל מולקולה של רנ"א מעביר יש מבנה מרחבי אופייני שנוצר על ידי קשרי מימן בין זוגות בסיסים. המבנה המרחבי הזה מזהה אותו אצל האנזים המקשר בינו לבין החומצה האמינית המתאימה לאנטי-קודון שלו. בנוסף לכך במבנה המרחבי שלו יש חשיבות לכך שרק שני אתרים: אתר הקשירה לחומצה האמינית ואתר הקשירה לקודון יהיו חשופים וזמינים על שטח פני המולקולה, מרוחקים זה מזה.

ורנ"א ריבוזומלי ... רנ"א ריבוזומלי - רנ"א זה הוא חלק מן הריבוזום שמשמש כאתר ליצירת החלבונים. הריבוזום אינו פאסיבי. הוא אחראי לקטליזה של תהליך מורכב ומדויק שבו יש תנועה, יצירת קשרים ופירוק קשרים. הריבוזום מתפקד למעשה כאנזים* . ראינו איור של המבנה המורכב של רנ"א ריבוזומלי. מבנה מרחבי זה של רנ"א ריבוזומלי מעיד על תפקידו הקטליטי ועל ריבוי ומורכבות התהליכים שהוא אחראי להם. * בספרות ניתן למצוא שהריבוזום קרוי ריבוזים

ייצוב המבנה השלישוני ברנ"א-מעביר את המבנה השלישוני האופייני לכל רנ"א-מעביר מזהה האנזים הקושר אליו את החומצה האמינית המתאימה

הקשרים הכימיים שיוצר רנ"א-מעביר הקצה הקרבוקסילי של החומצה האמינית קשור בתחילה לרנ"א שליח ובחלבון הוא קשור לחומצה אמינית אחרת.

יצירת הקשר הפפטידי (האמידי)

ניתוק הפוליפפטיד בתום יצירת החלבון (תהליך הידרוליזה)

רק להתפעל ! מטבוליזם החלבון – לנינג'ר הבנת הסינתזה של החלבון, שהיא התהליך הביו-סינתטי המורכב ביותר, היא אחד מן האתגרים הגדולים ביותר של הביוכימיה. בתהליך הסינתזה של החלבון האאוקריוטי מעורבים יותר מ – 70 חלבונים ריבוזומליים, 20 אנזימים שמשפעלים את החומצות האמיניות עוד תריסר אנזימים וכן פקטורים חלבוניים שמשמשים באיתחול התארכות וסיום הסינתזה של הפוליפפטיד. עוד כ-100 אנזימים לעיבוד סופי של החלבון וכן 40 או יותר מולקולות של רנ"א מעביר ושליח. כמעט 300 מקרומולקולות חוברות ליצירת החלבון! 90% מן האנרגיה שהתא מנצל לתהליכי ביו-סינתזה מוקדשים לתהליך יצירת החלבון . כל המולקולות העוסקות ביצירת החלבון מהוות 35% מן המשקל היבש של התא. למרות המורכבות הגדולה של יצירת החלבון התהליך מאד מהיר – פוליפפטיד באורך של 100 שיירים מסונתז ב – 5 שניות. סינתזה של אלפי חלבונים נמצאת תחת בקרה כך שמיוצרים מספיק עותקים על מנת לספק את צורכי התא.

סוף