RNA

RNA (ראשי תיבות באנגלית של Ribonucleic acid, חומצה ריבונוקלאית; לעיתים בתעתוק לעברית: רנ"א) היא מולקולה פולימרית, המורכבת מיחידות של נוקלאוטידים. ל-RNA תפקיד מרכזי במגוון תהליכים ביולוגים, בתהליכי תורשה, ביטוי ותרגום של המידע הגנטי. בחלק מהנגיפים הגנום כולו מקודד במולקולות RNA.

תאוריות מודרניות משערות כי ה-RNA היה ראשון החומרים התורשתיים.

ARNm-Rasmol
הסליל החד גדילי של ה-mRNA המכונה גם RNA שליח. סגול - אטום פחמן, לבן - אטום מימן, אדום - חמצן, צהוב - חנקן
GNRA tetraloop
מבנה מולקולת ה-RNA. קבוצות הזרחה באדום-כתום, הריבוז בירוק, והבסיסים החנקנים בירוק-כחול
Rna
צילום של RNA שהופק מתאי DA3 (סרטן בלוטת החלב של עכברים). ה-RNA הורץ באלקטרופורזה והופרד לפי גודל. ניתן לראות שתי תת-היחידות של rRNA, ובאופן מעומעם את מולקולות ה-tRNA. בגלל השונות הרבה בגודל מולקולות ה-mRNA מולקולות אלו אינן יוצרות פס

מבנה ה-RNA

מולקולת ה-RNA היא שרשרת נוקליאוטידים, המורכבים מבסיסים חנקניים, מזרחה ומהסוכר ריבוז. ההבדל בין הפולימרים בא לידי ביטוי במבנה הבסיס החנקני. מולקלות RNA מורכבות מארבעה סוגי בסיסים: אדנין (A), ציטוזין (C), וגואנין (G).ואורציל (U), זאת בשונה ממולקולת DNA שבה יש תימין (T) במקום אורציל.

בניגוד למבנה הגדיל הכפול, האופייני בדרך כלל למולקולות DNA, לרוב RNA מצוי בטבע במבנה של גדיל בודד. עם זאת, גם ב-RNA ייתכן זיווג בסיסים, מה שמביא להיווצרות מבנים שניוניים בגדיל. כאשר שרשרת ה-RNA מתקפלת למבנים לולאותיים כתוצאה מזיווג הבסיסים בגדיל הבודד. למבנים שניוניים אלה תפקידים חשובים, בין השאר בבקרת השעתוק והתרגום.

בחלק מנגיפי ה- RNA, החומר הגנטי הוא RNA במבנה דו-גדילי (dsRNA).

RNA היא מולקולה לא יציבה בעלת זמן מחצית חיים קצר יחסית, שלא כמו DNA. הסיבה לכך נעוצה במבנה של שלד ה-RNA. בעוד שב-DNA בעמדה 2' שעל הריבוז יש מימן בלבד, ב-RNA נמצאת קבוצות כוהל המגיבה בקלות עם הזרחן שבשלד ה-RNA (ראו תרשים). קבוצת הכהל תוקפת את הזרחן בתגובה מסוג התמרה נוקלאופילית אינטרא-מולקולרית (תוך מולקולרית) אשר גורמת לפירוק הקשר הפוספו דיאסטרי המחבר את שרשרת ה-RNA. חוסר היציבות הזה גורם למחקר על ה-RNA להיות קשה יותר.

תפקידי ה-RNA

ל-RNA מגוון של תפקידי בתהליכי יסוד בביולוגיה, ובניהם:

תעתוק

המידע המקודד ב-DNA משמש ליצירת רצף RNA משלים, בתהליך הנקרא תעתוק או שעתוק. בהמשך מולקולת ה-RNA הנושאת את המידע הגנטי נודדת לריבוזום ומתורגמת לחלבון.

לעיתים קרובות, מולקולת ה-RNA המתועתקת עוברת שחבור חליפי (חיתוך ועריכה מחדש) לפני התרגום.

תרגום לחלבון

ה-RNA מתורגם לחלבון במבנה הריבוזום שבעצמו מורכב ממולקלות RNA לא מקודדות (rRNA). במהלך יצירת החלבון מוצמדת חומצת אמינו לכל קודון באמצעות מולקולת tRNA ליצירת הפולימר החלבוני.

שכפול DNA

במהלך שכפול ה-DNA, מסונטזות מולקולות RNA קצרות המשמשות כתחל (פריימר), הנקשר לקצה הגדיל ומאפשר את התחלת סינתזת ה-DNA על ידי האנזים DNA-פולימראז. התחל מפורק לאחר שהשלים את תפקידו.

תפקידים אנזימטיים ובקרת תעתוק

ריבוזים הם מולקולות RNA המתפקדות כזרז (קטליזטור) בדומה לאנזימים. נמצא שלמולקלות RNA לא מקודדות יש גם תפקיד בבקרת תעתוק.

החומר הגנטי בנגיפי RNA

בנגיפים שונים משמש ה-RNA כחומר תורשתי, והם אינם מכילים DNA. ה-RNA בנגיפים עשוי להיות ליניארי או מעגלי, חד-גדילי או דו-גדילי. בחלק מהנגיפים, כדוגמת נגיף השפעת, הגנום מצוי על מספר מקטעים נפרדים של RNA. ברטרו-וירוסים הוירוס שחודר לתא, יוצר העתק DNA של גנום ה-RNA בתהליך של תעתוק לאחור, ה-DNA המתועתק משתלב בגנום של הפונדקאי, והגנים שב-DNA מתועתקים ל-RNA ומתורגמים לחלבונים ויראליים.

סוגי RNA עיקריים

ה-RNA בתא מחולק לכמה סוגים, לפי פעילותו או תפקידו.

  • mRNA (קיצור של Messenger RNA) - מולקולת RNA המכילה את המידע שהיה קיים בגן מסוים ב-DNA והדרוש ליצירת חלבון מסוים. על פי הדוגמה הביולוגית המרכזית, רצף ספציפי ב-DNA מקודד לחלבון ספציפי, או מספר חלבונים. ה-mRNA הוא השליח הנושא את המידע שב-DNA לצורך תרגומו לחלבון.
  • ncRNA (קיצור של non-coding RNA) - מולקולות RNA שאינן מקודדות לחלבון הנפוצות בתא. מולקולות אלו מחולקות לסוגים שונים על פי אופיין והפעילות הביולוגית בהן הן מעורבות, כמו תהליכי התרגום, עריכת הרנ"א, השחבור, הבקרה על ביטוי הגנים, הגנה על הגנום ועוד. להלן רשימה חלקית של סוגי הRNA:
    • rRNA (קיצור של Ribosomal RNA) - מולקולה המהווה את אבני הבניין של הריבוזומים. RNA ריבוזומלי מהווה כ-80% מכלל ה-RNA ברוב התאים. ה-rRNA מורכב מ-RNA וחלבון כאחד, אך מחקרים הוכיחו כי דווקא ה-RNA מבצע את הפעילות האנזימטית של הריבוזומים - סינתזת חלבונים.
    • tRNA (קיצור של Transfer RNA) - מולקולת עזר בסינתזת החלבונים. תפקיד ה-tRNA הוא להתאים את חומצות האמינו, שהן אבני הבניין של החלבונים, על פי הקוד הגנטי.
    • lncRNA (קיצור של long non-coding RNA) - מולקולות RNA בעלות אורך מוגדל של מעל 200 בסיסים, המבקרות תהליכים רבים ומגוונים בתא.
    • סוג נוסף, הוא snRNA (קיצור של small nuclear RNA), שהן מולקולות RNA קטנות בעלות תפקידים שונים בתא. לא ידוע עליהן הרבה, אך לאחרונה ההכרה בחשיבותן הולכת ומתגברת, וכך גם המחקר עליהן.

במחקר וברפואה

חוסר היציבות של מולקולת ה-RNA מהווה אתגר למחקר המדעי ולדיאגנוזה הרפואית. על מנת לחקור תהליכי שעתוק ומנגנונים אחרים תלויי-RNA, מתעתקים קודם כול מולקולת DNA מקבילה באמצעות האנזים רוורס טרנסקריפטאז, ואת המשך המחקר מבצעים על מולקולת ה-DNA היציבה יותר. כך ניתן לבצע אמפליפיקציה בטכנולוגיית PCR, שאותה לא ניתן לבצע על מולקולת ה-RNA המקורית.

כדי לגרום להשתקת תרגום של גנים מסוימים לצורכי מחקר, משתמשים במולקולת RNA מסונתזת שתיצור זיווג בסיסים עם הקצה של מולקולת ה-mRNA המתועתק ותביא לפירוקה טרם תרגום (RNA interference – RNAi).

השערת עולם ה-RNA

על פי השערת עולם ה-RNA צורות החיים הקדומות ביותר בכדור הארץ היו בנויות בעיקר מ-RNA שמילא הן את תפקיד האנזימים שממלאים בעיקר חלבונים והן את תפקיד החומר התורשתי שממלא היום כמעט לחלוטין ה-DNA. לפי השערה זו, כאשר ה-RNA נעטף בקרום ליפידי, נוצרו התאים החיים הראשונים. עד לפני שנים מעטות סברו החוקרים כי מולקולת ה-RNA משמשת כ-"מולקולת עזר" למיצוי פוטנציאל החומר הגנטי הגלום ב-DNA. עם זאת, בעשורים האחרונים עולה כי למולקולה זו תפקידים נוספים ומהותיים, כגון השתתפות בבקרת תעתוק גנים וקטליזטור בתהליכים שונים. תפקידים אלה ותפקידו של ה-RNA כנשא החומר התורשתי במגוון נגיפים מחזקים את השערה עולם ה-RNA.

ראו גם

קישורים חיצוניים

DNA

DNA (ראשי תיבות באנגלית של Deoxyribonucleic Acid, חומצה דאוקסיריבונוקלאית; לעיתים בתעתוק לעברית: דנ"א או די־אן־איי) היא מולקולת ענק של חומצת גרעין הבנויה כשרשרת נוקליאוטידים. כל המידע התורשתי הדרוש לבניית החלבונים בתא אצל כל האורגניזמים הידועים, מחיידקים ועד לבני אדם, מוצפן באחת או יותר מולקולות DNA, המאורגנות במבנה של סליל כפול, ורצף הנוקליאוטידים בהן ייחודי לכל אורגניזם. גם בחלק מהנגיפים מקודד המידע התורשתי ב- DNA. ה-DNA מושווה לעיתים תכופות למערכת תוכניות, מרשם או קוד מכיוון שהוא כולל את ההוראות הנחוצות לבניית רכיבי התא כמו חלבון או מולקולת RNA. כל מקטע משמעותי ב-DNA המכיל מידע לבניית חלבון או הוראות בקרה נקרא "גן". רצף הבסיסים המרכיב את מולקולת ה-DNA מקודד גנים שונים.

כל מולקולת DNA בתאים השונים מורכבת מארבע תת-יחידות של בסיסים חנקניים (נוקלאוטידים), מעין ארבע אבני בניין יסודיות, החוזרות על עצמן לאורכה בצירופים שונים. ארבעת הבסיסים החנקניים הללו הם אדנין (A), גואנין (G), תימין (T) וציטוזין (C), והם מסודרים לאורך הסליל הכפול כך שכל אחד מהם הממוקם בסליל האחד נמצא בקשרי מימן עם בן זוג קבוע הממוקם בסליל הנגדי. אדנין (A) וגואנין (G) הם פורינים, ואילו תימין (T) וציטוזין (C) הם פירימידינים. פורין (A) הוא בן זוג קבוע לפירימידין (T) ופורין (G) הוא בן זוג קבוע לציטוזין (C). היחס בין הזוגות הללו בסליל הכפול הוא לפיכך תמיד 1:1, והוא חלק מחוקי שרגף. אלפים עד מיליארדים של זוגות בסיסים כאלה מרכיבים את ה-DNA ויוצרים את מבנה הסליל הכפול. בזמן חלוקת התא, הסליל הכפול ארוז בצורה קומפקטית ודחוסה ביותר, במבנה של מארזים המכונים כרומוזומים.

גילוי מבנה ה-DNA נזקף לזכות המדענים ג'יימס ווטסון האמריקאי ופרנסיס קריק הבריטי בשנת 1953, אשר זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה, לשנת 1962, על גילויים, יחד עם מוריס וילקינס. בדיעבד התברר שעבודתם התבססה, במידה רבה, על עבודתה של המדענית רוזלינד פרנקלין, עמיתתו של וילקינס, שנפטרה לפני קבלת הפרס.

MRNA

mRNA (קיצור באנגלית של Messenger RNA; בעברית: רנ"א שָׁלִיחַ) הוא אחד מסוגי ה-RNA הנמצאים בתאיהם של יצורים חיים.

אנזים

אֶנְזִים (באנגלית: Enzyme, מיוונית: Ένζυμο, שפירושו: 'בתוך שמר') הוא חלבון המזרז תהליכים כימיים ביצורים חיים. מקור השם "אנזים" הוא באנזים הראשון שהתגלה, כאשר בודדו תמצית מתאי שמרים. לצד האנזימים, המורכבים מחלבונים, קיים סוג נוסף של מולקולה קטליטית (מזרזת תגובות) בתא, המורכבת מ-RNA ומכונה ריבוזים.

בכל תא של כל יצור חי מצויים אלפי אנזימים והתא החי אינו יכול לתפקד בלעדיהם. רובן המוחלט של התגובות הכימיות שעליהן מבוססים החיים אינן מסוגלות להתרחש בקצב הנדרש לקיום החיים בלא האנזימים. האנזימים מאפשרים את התרחשותן של תגובות אלו באמצעות זירוז קצבן בכמה סדרי גודל.

התחום בביוכימיה העוסק בחקר האנזימים קרוי אנזימולוגיה.

גן (ביולוגיה)

בביולוגיה, גֵּן הוא יחידת מידע המועברת מאורגניזם לצאצאיו באמצעות החומר התורשתי (לרוב DNA ולעיתים RNA). המידע הטמון בגנים קובע את תכונותיו של האורגניזם; הגנים מכילים את "הוראות הייצור" לחלבוני התא, ובכך אחראים לקביעת רובן המוחלט של תכונות האורגניזם.

מבחינה פיזית, הגנים הם מקטעים ברצף בסיסי ה-DNA (או ה-RNA), המזוהים בתוך הרצף על ידי קידוד אופייני לתחילת וסיום תרגום לשרשרת פוליפפטידית.

את המונח "גן" קבע ב-1909 הבוטנאי וילהלם יוהנסן (Wilhelm Johannsen) עבור יחידת ההורשה הבסיסית, מבחינה פיזית ותפקודית. מקורה של המילה במונח קודם שטבע דרווין, פאנגנזיס (Pangenesis), מיוונית: פאן=מכלול, גנזיס=לידה או גנוס=מקור.

גנטיקה

גֵּנֵטִיקָה היא ענף במדעי החיים העוסק במחקר של גנים, תורשה, והמגוון הגנטי באורגניזמים. גנטיקה נחשבת בעיקר לתחום בתוך הביולוגיה, אך פעמים רבות מחקרים גנטיים מצטלבים עם מחקרים בתחומים אחרים של מדעי החיים, ויש קשר הדוק בין הגנטיקה לבין מערכות מידע.

אבי הגנטיקה המודרנית הוא נזיר אוגוסטיני בשם גרגור מנדל, שחי ופעל בשלהי המאה ה-19. מנדל חקר "הורשת תכונות", שהן הדפוסים והתבניות שבהן תכונות עוברות מהורים לצאצאים. הוא הבחין בכך שאורגניזמים (צמחי אפונה) יורשים תכונות במנות בדידות של "יחידות תורשה". מונח זה, שעדיין נמצא בשימוש, הוא הגדרה עמומה של מה שידוע היום כגן.

הורשת תכונות ומנגנוני הורשה מולקולריים של גנים הם עדיין תחומי מחקר חשובים בגנטיקה גם במאה ה-21. עם זאת, במשך השנים הרחיבו הגנטיקאים את תחום פעילותם, והחלו לחקור גם את התפקוד ואת ההתנהגות של הגנים בתנאים שונים וכן את הפעילות ההדדית של הגנים ברמה התאית וברמת האורגניזם כולו. המבנה, התפקוד, הגיוון, והתפוצה של גנים נחקרים בהקשר התאי, בהקשר של האורגניזם השלם (יחסי דומיננטיות לדוגמה), ובהקשר של אוכלוסיית אורגניזמים נתונה. ההתפתחויות המודרניות בגנטיקה הקלאסית הובילו ליצירתם של מספר תחומי משנה, ובהם אפיגנטיקה וגנטיקה של אוכלוסיות. אף שבתחילה חקר מנדל צמחי אפון, כיום הגנטיקה עוסקת במחקר של יצורים מכל שלוש העל ממלכות.

התהליכים השונים שנחקרים בגנטיקה מתרחשים באופן התלוי לעיתים בתנאי המחיה של האורגניזם, והשילוב בין התורשה לסביבה הטבעית משפיע על תכונותיו של האורגניזם כך שאין בהכרח קשר ישיר בין הגנוטיפ (הרכב הגנים) לפנוטיפ (אופן ההתבטאות של התכונות) של האורגניזם. הסביבה הפנימית או החיצונית של התא או האורגניזם עשויה לגרום להתבטאות או להשתקת גנים. דוגמה לכך היא זוג זרעים של אותו קלח תירס, שאחד מהם ממוקם באקלים ממוזג ואחד באקלים צחיח. מבחינת ההרכב הגנטי שלהם גובה הצמחים אמור להיות אותו דבר בקירוב, אך בפועל הצמח שנבט באקלים הצחיח לא יהיה קרוב בגודלו לגודל הצמח שגדל באקלים הממוזג, וזאת עקב מחסור במים ובנוטריינטים בסביבתו הקרובה.

המידע הגנטי מצוי ברוב האורגניזמים במולקולת DNA בצורות שונות (בעיקר כרומוזומים), וקיים מספר קטן של וירוסים שבהם המידע אצור במולקולת RNA.

גרעין התא

גרעין התא הוא אברון הנמצא בתאים האיקריוטים. הגרעין מכיל את רוב רובו של החומר התורשתי בתא, המאורגן במולקולת הסליל הכפול של ה-DNA. ה-DNA "מלופף" סביב חלבונים כדוריים הנקראים היסטונים היוצרים מבנה הנקרא כרומוזומים. כרומוזומים אלו מצויים בגרעין התא וכלל הגנים המצויים בכרומוזומים אלה מהווים את הגנום. תפקידיו של הגרעין כוללים שמירה על שלמותם של הגנים המצויים בו וכן בקרה על ביטוי גנים אלו בכל תא ותא.

המבנים העיקריים היוצרים את גרעין התא הם מעטפת הגרעין בעלת שני הקרומים, העוטפת את כל האברון ומפרידה את תכולת הגרעין מן הציטופלזמה, והלמינה הגרעינית, רשת סיבית בתוך הגרעין המעניקה לו תמיכה מכנית, כפי ששלד התא תומך במבנה התא כולו. מכיוון שמעטפת הגרעין היא בלתי חדירה עבור רוב המולקולות, קיימת מערכת של נקבוביות המשובצת ברחבי המעטפת, הדרושה על מנת לאפשר למולקולות אלה תנועה אל ומהגרעין, דרך המעטפת. נקבוביות אלו חוצות את שני הקרומים ובכך מאפשרות מעבר חופשי ליונים ומולקולות קטנות. תנועתן של מולקולות גדולות, כגון חלבונים וחומצות גרעין, מבוקרת בקפידה מרובה ודרוש מעבר פעיל (קרי: תוך השקעת אנרגיה בתהליך) המווסת על ידי נשאים, על מנת להעביר מולקולות אלו דרך המעטפת. התנועה דרך מעטפת הגרעין היא הכרחית לתפקוד התקין של התא, שכן התנועה דרך נקבוביות הגרעין דרושה לתהליכי ביטוי הגנים וכן לצורך תחזוקה כרומוזומלית.

אף על פי שתוכו של גרעין התא לא מכיל קרומים המפרידים אותו לתתי-מחלקות, תכולתו עדיין אינה אחידה וקיימים מספר גופים ומבנים תוך-גרעינים המורכבים מחלבונים ייחודיים, גדילי RNA וחלקים מסוימים של הכרומוזומים. המבנה הידוע ביותר הוא הגרעינון, המעורב בעיקר בהרכבת הריבוזומים. לאחר הרכבתם בגרעינון, הריבוזומים מיוצאים אל הציטופלזמה, שם הם משתתפים בתהליך התרגום.

חומצת גרעין

חומצות גרעין הן תרכובות אורגניות המצויות בכל התאים המהוות את החומר התורשתי של כל יצור חי בטבע. חומצות הגרעין מאפשרות העברת מידע על תכונות מיצור בדור נתון לצאצאיו בדור הבא (ראו תורשה), כלומר, חומצות הגרעין כוללות הוראות לבניין התא והיצור (האורגניזם).

החומצות הן פולימר (מולקולה גדולה שמורכבת מכמה מולקולות קטנות יותר) המורכב ממספר עצום של מונומרים הקרואים נוקלאוטידים. כל נוקלאוטיד בנוי מבסיס חנקני (המבדיל בין נוקלאוטידים שונים), חד סוכר (ריבוז או דאוקסיריבוז, עבור רנ"א או דנ"א, בהתאמה (ראו להלן)), וקבוצת זרחה שהיא החלק החומצי בחומצות הגרעין.

הבדלים קטנים בהרכב הכימי של הנוקלאוטידים מבדילים בין חומצות הגרעין השונות. שרשרת נוקלאוטידים מכונה גדיל; חלק מחומצות הגרעין חד-גדיליות, ואילו חלקן מורכב משני גדילים המלופפים זה סביב זה, תוך יצירת סליל מרחבי. חומצות הגרעין החשובות ביותר הן DNA ו-RNA. הראשונה נמצאת במצב קבוע למדי בכל תא, והיא מכילה את המידע הבסיסי לייצור חלבונים. RNA, לעומת זאת, מהווה את שלב הביניים בין ה-DNA והחלבון; ה-RNA מסונתז לפי תבנית ה-DNA וממנו מיוצר החלבון באופן ישיר. תכולת ה-RNA בתא משתנה באופן קיצוני בהתאם לסוג התא ולגירויים מהסביבה; מולקולות ה-RNA הספציפיות מתקיימות למשך זמן קצר, עד לסינתזת החלבון או מספר חלבונים, ואז מפורקות. תהליך המעבר מ-DNA ל-RNA מכונה שעתוק. תהליך ייצור החלבונים מ-RNA מכונה תרגום.

התהליך הדו-שלבי מה-DNA ועד להרכבתו של חלבון נתון מאפשר בקרה יעילה ביותר על ייצור החלבונים ומהווה את הבסיס להבדלים בין התאים השונים בייצור רב-תאי (אשר כל תאיו מכילים DNA זהה). תהליך המעבר מ-DNA ל-RNA ומ-RNA לחלבון קרוי הדוֹגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית. ה-DNA הוא חומצת הגרעין הראשונה שהתגלתה, ב-1871, בטיבינגן גרמניה, על ידי הביולוג השווייצרי פרידריך מישר.

חומר תורשתי

חומר תורשתי הוא חומר בעל יכולת שכפול עצמי וקידוד המעביר מדור לדור תכונות של אורגניזמים חיים.

חומר תורשתי מצוי בכל יצור על-פני כדור-הארץ - מהנגיף הקטן ביותר, דרך חיידקים, פרוטיסטים, צמחים, פטריות, בעלי חיים, ועד לבני אדם - וקובע כמעט כל פרט הקשור במראהו, תכונותיו והתנהגותו של היצור. תורשה היא העברת עותק של החומר התורשתי מדור לדור.

החומר התורשתי מכיל מידע הדרוש לכל פעילויות הגוף. במקרה הפשוט והשכיח ביותר, המידע התורשתי מצויי בחומר תורשתי מסוג DNA, אולם יש גם מידע תורשתי שאינו מצוי בו. "גֶן" הוא שם ליחידת מידע תורשתית בסיסית. המדע החוקר את התורשה נקרא "גנטיקה".

חלבון

חלבון (בלועזית: פרוטאין, מיוונית - πρώτειος, פְּרוֹטַאִיוֹס - "ראשוני") הוא תרכובת אורגנית גדולה ומורכבת יחסית, הבנויה משרשרת מקופלת של חומצות אמיניות הקשורות ביניהן בקשרים פפטידיים בין הקבוצה הקרבוקסילית של החומצה האמינית לקבוצה האמינית של החומצה השנייה. בסך הכל יש בין 20 ל-22 חומצות אמינו סטנדרטיות שבונות חלבונים בגוף האדם. החלבונים נמנים עם התרכובות החשובות ביותר המרכיבות את האורגניזם, והם מצויים בכל תא חי. הם יוצרים אינטראקציות עם מולקולות מסוגים שונים, כגון חלבונים אחרים, ליפידים, פחמימות, ו-DNA.רצף חומצות האמינו בחלבון נקבע על ידי רצף הנוקליאוטידים בגן (מקטעי DNA או RNA) המכיל את המידע להרכבתו. מכלול תכונותיו של האורגניזם נקבע על ידי ההתקשרויות הכימיות של חלבון אחד עם אחר. לחלבונים מבנה תלת-ממדי מורכב ביותר המכתיב את תפקידם ופעילותם בגוף החי.

החלבונים התגלו לראשונה על ידי ינס יאקוב ברצליוס ב-1838 והוא כינה אותם בשמם. אף-על-פי-כן, תפקידם המרכזי של החלבונים באורגניזמים חיים לא הוערך במלואו עד 1926, כאשר ג'יימס סאמנר הראה כי האנזים אוראז הוא חלבון. הרצף הראשון של חלבון שנקבע היה של חלבון האינסולין, על ידי פרדריק סנגר, שזכה בפרס נובל על הישג זה ב-1958. המבנה החלבוני הראשון שפוענח היה של ההמוגלובין והמיוגלובין על ידי מקס פרוץ וג'ון קנדרו, גם כן ב-1958. המבנה התלת-ממדי של שני חלבונים אלו נקבע על ידי אנליזה של שבירת קרני רנטגן.

מבחינה של כתיב כימי, הסיבה לכך שבדרך כלל אין נוסחאות שלד (Structural Formula) דו-ממדיות לחלבונים, היא בשל גודלם הרב יחסית למולקולות שכן נפוץ לתאר כך.

בימים עברו, לפני גילוי ה-DNA, נחשב בטעות החלבון לחומר התורשתי שעובר מההורים לצאצאיהם, ושעל פיו מתפתחים התאים וכל חלקי הגוף.

נגיף

נְגִיף (וִירוּס; מלטינית: Virus, נגזרת של מילה שמשמעותה "רעל") הוא טפיל מוחלט (טפיל אובליגטורי) בגודל מיקרוסקופי שתלוי בתא חי מארח כדי להתרבות. כל נגיף בנוי מצבר מולקולות ביולוגיות הכוללות חומר תורשתי (DNA או RNA, חד-גדילי או דו-גדילי) וחלבונים. כשלעצמו, הנגיף חסר כל פעילות חיה מחוץ לגוף המאכסן; לאחר חדירתו לתא, מערכות התא מאפשרות את התרבותו.

בשל עובדה זו, הנגיף אינו נחשב לחומר חי, עד כניסתו לתא חי. אולם הוויכוח על הגדרתם של נגיפים בזמן פעולתם בתוך התא עדיין נמשך במדע ובפילוסופיה. רוב המדענים אינם מגדירים את הנגיף כיצור חי הואיל והוא אינו תא, ויכולת ההתרבות שלו תלויה לחלוטין בתא המארח.התחום המדעי העוסק בחקר הנגיפים ובגופיפים דמויי-נגיפים נקרא וִירוֹלוֹגְיָה. הווירולוגיה חוקרת את מבנה הנגיפים, את סיווגם ואת האבולוציה שלהם, את דרך הדבקת התא וניצולו לצורך התרבותם, את המחלות שלהן הם גורמים, את השיטות לבודד אותם ולגדל אותם, ואת הפוטנציאל האפשרי שלהם במחקר ובריפוי מחלות. הווירולוגיה נחשבת לדיסציפלינת משנה של מיקרוביולוגיה ושל פתולוגיה.

נוקלאוטיד

נוּקְלֵאוֹטִידִים (Nucleotide) הם קבוצה של תרכובות אורגניות. הנוקלאוטידים נמצאים בכל היצורים החיים, ומרכיבים, בין היתר, את החומר התורשתי.

מקור המילה נוקלאוטיד הוא במילה הלטינית Nucleus, שפירושה "גרעין". בכל היצורים האיקריוטיים החומר התורשתי, המורכב מנוקלאוטידים, מצוי בגרעין התא.

סידני אלטמן

סידני אלטמן (באנגלית: Sidney Altman;‏ נולד ב-7 במאי 1939) הוא ביולוג מולקולרי אמריקאי, יהודי יליד קנדה, פרופסור לביולוגיה מולקולרית, וביולוגיה של התא והתפתחותית באוניברסיטת ייל. אלטמן הוא חתן פרס נובל לכימיה בשנת 1989 יחד עם תומאס צ'ק בעד חקר התכונות הקטליטיות של ה-RNA") RNA הקטליטי"). תגליתו של אלטמן משנת 1983 הייתה כי ה-RNA, וליתר דיוק tRNA איננו רק משא של מידע גנטי אלא יכול להפעיל תגובות ביולוגיות - פועל כביו-קטליזטור. תגלית זו פתחה אפשרויות מחקר, כולל לגבי מוצא החיים.

פחמימה

פחמימות הן קבוצת תרכובות אורגניות. הפחמימות הן התרכובות האורגניות הנפוצות ביותר על-פני כדור הארץ, ותאית היא התרכובת האורגנית הנפוצה ביותר. הפחמימות חיוניות לכל היצורים החיים. לפחמימות ארבעה תפקידים בעלי חשיבות עליונה בביולוגיה:

הפקת אנרגיה בתא - כל היצורים החיים, כמעט ללא יוצא מן הכלל, מפיקים אנרגיה מפירוק גלוקוז, תחילת תהליך זה מכונה גליקוליזה.

בנייה - מבנים פיזיים רבים, במיוחד בעולם הצומח, עשויים פחמימות (בעיקר תאית ועמילן).

DNA ו-RNA - חומצות הגרעין, המכילות את החומר התורשתי של כל היצורים החיים, מורכבות מנוקלאוטידים, אשר כל אחד מהם מכיל סוכר - ריבוז ב-RNA ודאוקסיריבוז ב-DNA.

זיהוי תאים - פחמימות נמצאות על-גבי הממברנה החיצונית של רוב התאים. הן משמשות מעין "תעודת זיהוי" של התא באלפי תהליכים ביולוגיים. ללא זיהוי זה לא הייתה כלל מתאפשרת פעולתה של מערכת החיסון, למשל.

בטבע מייצרים הצמחים את הפחמימות הנחוצות להם מהפחמן הדו-חמצני שנקלט מהאוויר ומהמים שהם קולטים מהקרקע. את אלה הצמח מטמיע (מחבר) בעזרת אור השמש בתהליך הפוטוסינתזה. התהליך המטבולי של ההטמעה עצמה נקרא מעגל קלווין.

קרייג מלו

קרייג קמרון מלו (באנגלית: Craig Cameron Mello; נולד ב-19 באוקטובר 1960) הוא ביולוג אמריקאי, פרופסור לרפואה מולקולרית בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת מסצ'וסטס, מנהל שותף במכון לריפוי ב-RNA (RTI), וחוקר במכון הרפואי הווארד יוז ( Howard Hughes Medical Institute) משנת 2000. מלו זכה יחד עם אנדרו פייר בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה בשנת 2006 על גילוי תופעה הנקראת הפרעת רנ"א (RNAi).

ריבוזום

הריבוזום (Ribosome; מקור השם מחומצה ריבונוקלאית ומהמילה soma מיוונית שמשמעותה "גוף") הוא מבנה תוך-תאי המצוי בתאי כלל היצורים החיים ואחראי ליצירת החלבונים בתא. מאחר שכל החיים המוכרים לנו מבוססים על פעולת חלבונים, לריבוזום יש חשיבות מכרעת על חיי התא והאורגניזם כולו. בכל אחד מתאי גוף האדם כמיליון ריבוזומים, ובתאי הכבד - כחמישה מיליון.

מהות פעולת הריבוזום היא עבודת הרכבה על פי תוכנית מוכנה מראש (היא החומר התורשתי) של מרכיבי החלבון - חומצות אמינו - למולקולת חלבון חדשה. התהליך כולו מראשיתו עד סופו קרוי "תרגום" (Translation), מאחר שהריבוזום מתרגם את התוכנית המצויה בחומר התורשתי משפת הנוקלאוטידים לשפת חומצות האמינו והחלבונים.

ראשית תהליך התרגום הוא ביחידה זמנית של חומר גנטי מסוג RNA, שתפקידו להעביר את התוכנית לריבוזום - RNA זה נקרא RNA-שליח או mRNA. מולקולת ה-mRNA עוברת דרך הריבוזום, אשר קורא את המידע התורשתי ביחידות מידע בנות 3 נוקלאוטידים כל אחת, המכונות "קודונים" (Codons). כל קודון כולל אינפורמציה לזהות של חומצת אמינו אחת בחלבון הנוצר, על פי חוקיות המתוארת בקוד הגנטי. הריבוזום אוסף חומצת אמינו מתאימה לפי הקודון בעזרת מולקולות tRNA ומחבר אותה לקודמתה בתור, ואז ממשיך לקודון הבא. כך, קודון אחרי קודון, מורכב חלבון שלם. בקצה ה mRNA מצוי קודון מיוחד, "קודון סיום" (Stop codon), כשהריבוזום מגיע לקודון זה, הוא משחרר את מולקולת החלבון החדשה לחלל התא, משחרר את מולקולת ה-mRNA, ובכך תהליך התרגום מגיע לסופו.

ריבוזומים נמצאים בכל סוגי התאים ובכל יצור חי, וקיימים בשתי תצורות בסיסיות: המבנה הקיים ביצורים פרוקריוטים כגון חיידקים אמיתיים וחיידקים קדומים והמבנה הקיים ביצורים איקריוטיים. בתאים איקריוטיים צמודים חלק מהריבוזומים לקרום אברוני הרשתית התוך-פלזמית. יחידה המכילה מספר ריבוזומים המתרגמים במקביל את אותו ה-mRNA (ומייצרים את אותו סוג של חלבון) נקראת "פוליזום".

הריבוזומים התגלו לראשונה באמצע שנות ה-50 של המאה ה-20 על ידי הביולוג הרומני ג'ורג'ה אמיל פאלאדה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני, ונצפו כגרגירים או כחלקיקים צפופים. על גילוי זה זכה פאלאדה בפרס נובל. גם פרופ' עדה יונת זכתה בפרס נובל (2009) על חקר הריבוזום.

שעתוק (ביולוגיה)

שעתוק (על פי המינוח התקני: תעתוק; באנגלית: Transcription, לעיתים בתעתיק לעברית: טרנסקריפציה) הוא תהליך בביולוגיה של התא שבו מולקולת RNA מיוצרת לפי תבנית של מולקולת DNA.

תהליך השעתוק, המתרחש בתאיהם של כל הייצורים החיים, הוא שלב הביניים המקשר בין תבנית ה-DNA ובין החלבונים הבונים את התא. השעתוק הוא שלב מקדים לתהליך התרגום, שבו ה-RNA משמש כתבנית ליצירת חלבון. השעתוק מתבצע על ידי האנזים RNA פולימראז.

תומאס צ'ק

תומאס רוברט צ'ק (נולד ב-8 בדצמבר 1947) הוא כימאי אמריקאי שזכה יחד עם סידני אלטמן בפרס נובל לכימיה על גילוי התכונות הקטליטיות של ה-RNA. צ'ק גילה כי ה-RNA יכול בעצמו לזרז בעצמו חיתוך של מקטעי RNA, וזאת ללא עזרה חיצונית מחלבונים. ממצא זה תומך בהשערת עולם ה-RNA שגורסת שהחיים התפתחו מבחינה ביולוגית מ-RNA, ומאוחר יותר נוספו החלבונים וה-DNA. בנוסף הוא חקר טלומרים ומעבדתו גילתה את האנזים TERT, ‏telomerase reverse transcriptase, שזה אחד האנזימים שאחראיים על הארכת ה-DNA לאחר התקצרות הטלומרים בזמן חלוקת התא.

תרגום (ביולוגיה)

בביולוגיה, תרגום (באנגלית: Translation) הוא השלב העיקרי והאחרון בסינתזת חלבון שעוקב לתהליך השעתוק.

בתהליך התרגום מולקולת חלבון מסונתזת לפי מידע המצוי במולקולת RNA שליח (mRNA) על-פי חוקי הקוד הגנטי. בשונה מתהליך השעתוק שבו קוד ה-DNA עובר לקוד ה-RNA עם שינוי קל בלבד (U במקום T), בתהליך התרגום המידע המצוי במולקולת ה-RNA, המקודד באמצעות ארבעת סוגי הנוקלאוטידים מתורגם לתוכן שרשרת חומצות האמינו המרכיבה את החלבון. הקוד הגנטי מקודד ל-20 סוגים של חומצות אמינו בתוספת סימוני תחילת תרגום ועצירת תרגום, ולכן מעבר זה אינו מעבר פשוט. בתהליך התרגום, סוג כל חומצת אמינו בחלבון המסונתז נקבע על פי רצף של שלושה נוקלאוטידים סמוכים הנמצאים על-גבי מולקולת RNA שליח. שלשה כזו קרויה קודון.

חומצות גרעין
אבני בניין נוקלאוזידנוקלאוטידדהאוקסינוקלאוטיד סליל DNA
פורין אדנין (A)גואנין (G)
פירימידינים תימין (T)ציטוזין (C)אורציל (U)
RNA רנ"א מקודד: mRNApre-mRNA

רנ"א שאינו מקודד תרגום: tRNArRNAtmRNA בקרה: miRNAsiRNA • piRNA • RNAi עריכת רנ"א: snRNAsnoRNA

DNA cDNA

דף זה בשפות אחרות

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.