תורשה מורחב

1. תורשה מורחב

2. דור לדור... ה"גשר" המחבר בין הדורות הוא הזיגוטה (תא שנוצר מהתלכדות של תא רבייה נקבי ותא רבייה זכרי). המידע שהועבר באמצעות תאי הרבייה הוא המטען התורשתי של הפרט החדש, ומכלול הגורמים החיצוניים הפועלים על מטען זה הוא הסביבה.

3. התפתחותו של אדם, או של כל יצור חי אחר, תלויה הן בתורשה והן בסביבה. סוג הדם היא תכונה התלויה בתורשה בלבד. נוכחות כלורופיל בצמחים היא תכונה תורשתית שביטויה תלוי בתנאי הסביבה. רובן המכריע של התכונות נקבעות באמצעות תורשה וסביבה גם יחד.

4. תופעת האֵטְיוֹלַצְיָה הנבטים בצד ימין הונבטו ושהו בחושך ואילו הנבטים בצד שמאל הונבטו ושהו באור.

5. מחקרים גנטיים מחקרים גנטיים רבים נערכו בעבר ונערכים עד היום בחיידקים וביצורים חד תאיים. יצורים אלה נוחים למחקר, מכילים מעט חומר תורשתי ומתרבים במהירות. תזכורת: מחקרים שנערכו באצה החד תאית אצטבולריה והוכיחו את חשיבות הגרעין בקביעת תכונות התא. מחקרים אלה מבוססים על ההנחה שדרך אצירת המידע התורשתי (במולקולה דנ"א), ואופן תפקודו (ביטוי הגנים, הקוד הגנטי), משותפות לכל היצורים החיים.

6. הניסוי הקלאסי של גריפית' 1928 גריפית' עסק בשני זנים של החיידק פנאומוקוקוס (חיידקים הגורמים לדלקת ריאות). תאי הזן האחד היו בעלי מעטפת או דופן תא, והיו אלימים, כלומר גרמו למחלה קשה בעכברים. תאי הזן השני היו חסרי מעטפת ולא גרמו למחלה בעכברים. יש לציין שתכונת המעטפת (נוכחות או חוסר) היא תכונה תורשתית.

7. זן R של הפנוימוקוקים יוצר מושבות הנראות מחוספסות (Rough) זן S של הפנוימוקוקים יוצר מושבות הנראות חלקות (Smooth) זן R של הפנוימוקוקים חסר מעטפת או קופסית, נתקף על ידי מערכת החיסון של המאכסן ומושמד. זן Sשל הפנוימוקוקים הוא בעל קופסית או מעטפת המגינה עליו מפני מערכת החיסון של המאכסן, ולכן גורם מחלה קטלנית

8. השערה: החומר (דנ"א) מתאי חיידקים מתים, יכול לשנות (טרנספורמציה) תכונות של חיידקים חיים. חיידקים עם מעטפת מעטפתחיידקים חסרי חיידקים חסרי מעטפת + חיידקים עם מעטפת שהורתחו חיידקים עם מעטפת שהורתחו הזרקה עכברים חולים בדלקת ריאות ומתים. בגופם נמצאים חיידקים עם מעטפת. עכברים חיים. אין חיידקים בגופם. עכברים חולים בדלקת ריאות ומתים. בגופם נמצאים חיידקים עם מעטפת. עכברים חיים, אין חיידקים בגופם.

9. מסקנה: חיידקי R חיים אינם גורמים מחלה. טיפול 1: הזרקת חיידקי זן העכבר אינו חולה. מסקנה: חיידקי S חיים גורמים מחלה ומוות. טיפול 2: הזרקת חיידקי זן S גורמי מחלה לעכבר העכבר חולה ומת.

10. מסקנה: חיידקי S מומתים אינם גורמים מחלה. טיפול 3: הזרקת חיידקי זן S, שהומתו בחימום לעכבר העכבר אינו חולה מסקנה: חיידקי R החיים, עברו שינוי (טרנספורמציה) לחיידקי S גורמי מחלה. טיפול 4: הזרקת חיידקי זן S, שהומתו בחימום + חיידקי זן R חיים העכבר חולה ומת

11. הניסוי הקלאסי של אלפרד הרשי ומרתה צ'ייס 1952 בקטריופאג' או בקיצור פאג' הוא נגיף התוקף חיידקים ומתרבה בתוך תאייהם. פאג' מורכב מקופסית חלבונית שבתוכה חומר תורשתי וכן "זנב" וסיבים חלבוניים. הפאג' הוא טפיל מוחלט. הוא מחדיר את החומר התורשתי שלו לתוך תא החיידק ורותם את המערכות האנזימטיות של החיידק + מערכת ייצור החלבונים שלו ליצירת פאג'ים נוספים. תא החיידק נהרס והפאג'ים החדשים מתפזרים בסביבה ומדביקים חיידקים נוספים. קופסית חלבונית מכילה דנ"א זנב וסיבים חלבוניים שטח פני החיידק

12. "ראש" הפאג' עם דנ"א הקופסית הריקה נשארת מחוץ לתא החיידק "זנב" הפאג' דנ"א מוחדר לתא החיידק תא החיידק

13. שימוש באיזוטופים רדיואקטיביים מהם איזוטופים? איזוטופים של יסוד הן צורות שונות של היסוד בטבע. היות ומדובר באותו יסוד, ההבדל בין האיזוטופים השונים הוא במספר הנויטרונים בגרעין האטום. מספר הפרוטונים נשאר קבוע. האיזוטופים השונים נבדלים זה מזה במסה האטומית שלהם. איזוטופ רדיואקטיבי הוא איזוטופ שהגרעין שלו אינו יציב ונוטה להתפרק, לשחרר חלקיקים ולהפוך ליסוד אחר (שגרעינו קל יותר). החלקיקים נפלטים כקרינה רדיואקטיבית אותה ניתן לגלות במכשור מתאים.

14. אנרגיה קרינה גרעין האיזוטופ הרדיואקטיבי חלקיק

15. סימון תרכובת באיזוטופ רדיואקטיבי ניתן "לסמן" תרכובת מסוימת באמצעות החלפת חלק מהאטומים בתרכובת באיזוטופים הרדיואקטיביים של אותם אטומים. לדוגמה: דנ"א הוא תרכובת שמכילה מספר גדול של אטומי זרחן. ניתן להחליף חלק מאטומי הזרחן באיזוטופ הרדיואקטיבי של זרחן 32P חלבון היא תרכובת עשירה באטומי גופרית. ניתן להחליף חלק מאטומי הגופרית באיזוטופ הרדיואקטיבי 35S הקרינה הנפלטת מדנ"א מסומן בזרחן רדיואקטיבי מאפשרת לזהות אותו. כנ"ל לגבי חלבון מסומן בגופרית רדיואקטיבית.

16. הרשי וצ'ייס השתמשו בפאג'ים מסוג T2. שמדביקים חיידקי אשריכיה קולי. שאלת המחקר: האם המידע ליצירת פאג'ים נמצא בקופסית החלבונית או בדנ"א שבתוכה? שיטת המחקר: פאג'ים מסוג T2סומנו פעמיים: בסדרת הניסויים הראשונה, סומנו הפאג'ים באיזוטופ רדיואקטיבי של גופרית (המסמן חלבון אך אינו מסמן דנ"א). בסדרת הניסויים השניה, סומנו הפאג'ים באיזוטופ רדיואקטיבי של זרחן (המסמן דנ"א אך אינו מסמן חלבון). בכל אחת מסדרת הניסויים, החוקרים הוסיפו את הפאג'ים המסומנים לחיידקים.

17. לאחר ההדבקה, הפרידו החוקרים, באמצעות סרכוז בצנטריפוגה, בין תאי החיידקים עם חלקי הפאג'ים שחדרו לתוכם, ובין הפאג'ים וחלקי הפאג'ים שלא חדרו לתא. קופסית חלבונית של הנגיף קרום התא המאכסן דנ"א של הפאג' שלב שני בהדבקה: דנ"א הנגיף "משתלט" על מנגנוני ייצור החלבון בתא ומכוון יצירת חלקיקי נגיף חדשים. שלב ראשון בהדבקה: דנ"א הנגיף חודר לתא. הקופסית החלבונית נשארת בחוץ שלב שלישי בהדבקה: דור חדש של נגיפים פורץ החוצה.

18. בתסנין (הנוזל שמעל המשקע), נמצא פאג'ים וחלקי פאג'ים שלא חדרו לתא והם קלים יחסית. במשקע (בתחתית המבחנה), נמצא חיידקים ובתוכם חלקי פאג'ים שחדרו לתוכם. תסנין משקע

19. הרדיואקטיביות נמצאת בתסנין שמכיל את הקופסיות הריקות פאג' קופסיות חלבון ריקות חלבון רדיואקטיבי חיידק דנ"א חלבון מסומן סרכוז ובדיקת רדיואקטיביות מערבבים פאג'ים מסומנים ר"א עם תאי חיידק. הפאג'ים מדביקים את תאי החיידקים. באמצעות ערבול, מפרידים את קופסיות הפאג'ים מן החיידקים המכילים גם את החומר התורשתי של הפאג'. משקיעים את התערובת באמצעות צנטריפוגה. בודקים רדיואקטיביות במשקע ובתסנין שהתקבלו. דנ"א מסומן דנ"א רדיואקטיבי סרכוז ובדיקת רדיואקטיביות הרדיואקטיביות נמצאת במשקע שמכיל את תאי החיידק עם החומר שהוחדר על ידי הפאג'

20. ארגון הדנ"א בתאים פרוקריוטים עיקר המידע התורשתי של התא מרוכז במולקולת דנ"א טבעתית שאליה קשורים מעט חלבונים. בתאי חיידקים רבים נמצאות בנוסף מולקולות דנ"א טבעתיות קטנות הנקראות פלסמידים. תא חיידק פלסמיד דנ"א טבעתי

21. ארגון הדנ"א בתאים אאוקריוטים צנטרומר בתאים אאוקריוטים הדנ"א מאורגן בגופיפים הנקראים כרומוזומים. סיבי הכרומטין הדקיקים בגרעין מתארגנים לכרומוזומים רק לקראת חלוקת הגרעין. כרומוזומים אם כן, ניתן לראות רק בתאים מתחלקים. שני מבנים מאפשרים חלוקה תקינה של הכרומוזומים: א. צֵנְטְרוֹמֵר האתר האחראי על היפרדות תקינה של הכרומוזום בזמן חלוקת הגרעין. טֵלוֹמֵרהמבטיח שקצה כרומוזום אחד לא ייצמד ויידבק לקצה כרומוזום אחר. טֵלוֹמֵר

22. רואים דנ"א/כרומוזומים בגרעיני תאים התא "חושף" את הכרומוזומים בשעה שהוא מתכונן להתחלק. כהכנה לחלוקת התא הנקראת מיטוזה, יש צורך בהעתקה של החומר הגרעיני כדי שתאי הבת החדשים יכילו את כל "הוראות ההפעלה" החיוניות לחייהם. למה הדבר דומה? לשכפול דפים המחולקים בשיעור זה מדי שבוע. הדפים המשוכפלים זהים זה לזה.

23. כמה נתונים מספריים נתונים על מספרי הכרומוזומים של יצורים שונים

24. מיטוזה של תא בעל שני כרומוזומים שני תאי בת דנ"א מוכפל מיטוזה שימו לב למבנה ייחודי – הכישור, שתפקידו ל"סמן" את שני קצוות התא המקורי ולארגן את הכרומוזומים כך שהחלוקה וההפרדה לשני תאי בת תהייה מדויקת.

25. מיטוזה

26. תאי אפידרמיס של בצל במיקרוסקופ כך נראים תאים מאפידרמיס של בצל במיקרוסקופ אור. אם צובעים אותם, ניתן להבחין בגרעין התא במרכזם אך הגרעין נראה כמסה כהה ולא נראים פרטים נוספים. גרעיני תאים

27. תאים מקצה שורש מתארך של בצל

28. תאים מתחלקים בקצה שורש הבצל המֵרִיסְטֵמָה הוא אזור הנמצא לאורך קצה השורש ובו מתרחשת גדילת השורש. אזור זה מכיל את התאים המסוגלים להתחלק וליצור את כל הרקמות הראשוניות של השורש. אזור התאים המתחלקים

29. ביו-אינפורמציה בתאים חיים האינפורמציה האחראית להפעלת התאים והמועברת בתורשה לתאי הבת שלהם, מקודדת בפולימר הנקרא דנ"א. מאקרו-מולקולה ענקית זאת, בנויה מתת יחידות קטנות המכונות בסיסים חנקניים או נוקלאוטידים. רצף הופעתם של הנוקלאוטידים במולקולה אחראי לקביעת רצף חומצות האמינו המרכיבות את חלבוני התא. התא מופעל ומנוהל באמצעות מכלול חלבוניו שיצירתם כאמור מכוונת על ידי הדנ"א.

30. מבנה הדנ"א

31. המבנה המרחבי – הסליל הכפול המדען הבריטי פרנסיס קריק והמדען האמריקאי ג'יימס ווטסון זכו בשנת 1962 בפרס נובל על גילוי מבנה הסליל הכפול של הדנ"א. המבנה הפשוט מדגים באופן מיידי איך משתכפלת המולקולה ואיך היא משועתקת.

32. כמה נתונים מספריים בדנ"א של תא אדם יש שלושה מיליארד (שלושת אלפים מיליונים) בסיסים חנקניים, המאורגנים בעשרים ושלושה כרומוזומים. כל כרומוזום הוא זוג אחד ארוך מאד של מולקולות דנ"א. אילו נמתחו כל הכרומוזומים של תא יחיד והונחו קצה אל קצה, היו מגיעים לאורך של כשלושה מטרים.

33. הבסיסים החנקניים בדנ"א, מקדדים כ-30,000 גנים וארוזים בתוך גרעין מיקרוסקופי של תא זערורי שאלף כמוהו יכולים להימצא על ראש סיכה.

34. אריזת הדנ"א בגרעיני התאים נשאלת השאלה: איך כמות עצומה כזאת של חומר נכנסת לתוך גרעיני תאים כל כך קטנים?

35. תארו לעצמכם שהייתם צריכים לדחוס 200 ק"מ של חוטי חכה לתוך כדורסל מבלי שהחוטים יסתבכו זה בזה? הדנ"א מגולגל ונכרך בשיטה שנקראת Supercoiling. חישבו על גומייה ארוכה שאתם חותכים ומחזיקים בצדה האחד. כעת אתם מסובבים את הגומייה סביב עצמה כמאה פעם. אם תקרבו את שני הקצוות זה לזה מבלי להתיר את הסיבובים תקבלו Supercoiling.

36. צורת האריזה הזאת, מיועדת להשיג שתי מטרות: א. שניתן יהיה לארוז את כל החומר בנפח קטן. ב. שכל אזור בתוך הדנ"א המגולגל יהיה זמין וניתן להתרה במקרה בו צריך נגישות אל האינפורמציה (כלומר יש צורך בהעתקת גן כלשהו).

37. כרומטין – דנ"א מגולגל וכרוך סביב חלבונים היסטונים הם חלבונים סביבם כרוך הדנ"א המגולגל ומקופל בתאים אאוקריוטים. לאריזה סביב ההיסטונים יש משמעות מבחינת הנגישות של הדנ"א לאנזימי פתיחה ושעתוק.

39. הדנ"א נמצא בגרעין התא כאשר נדרש בתא חלבון מסוים, נוצר על פי הדנ"א שבגרעין התא העתק של הגן המכתיב את יצירת אותו חלבון.

40. חלוקת מיוזה ראשונה כרומוזומים הומולוגיים מסתדרים בזוגות ומבצעים שחלוף כרומוזומים הומולוגיים מסתדרים לאורך מישור החלוקה חלוקה ראשונה בכל תא זוג כרומוזומים הומולוגיים

41. חלוקת מיוזה שנייה (מתחילה ללא הכפלת דנ"א) זוג כרומוזומים הומולוגיים מסתדר לאורך מישור החלוקה זוג כרומוזומים הומולוגיים נפרדים זה מזה, רק עותק אחד בכל תא בת.