1 / 47

בקרת על ביטוי גנים - 2 (The Control of Gene Expression in Eukaryotes)

בקרת על ביטוי גנים - 2 (The Control of Gene Expression in Eukaryotes). בקרה גנים באוקריוטים. המצגת מבוססת על ספר הלימוד "גנטיקה", יהודית עתידיה. כדוגמא לבקרה של ביטוי גנים ביצורים פרוקריוטיים למדנו על מודל האופרון:. בקרה על ביטוי גנים בפרוקיוטים - חזרה.

libby
Download Presentation

בקרת על ביטוי גנים - 2 (The Control of Gene Expression in Eukaryotes)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. בקרת על ביטוי גנים - 2 (The Control of Gene Expression in Eukaryotes) בקרה גנים באוקריוטים המצגת מבוססת על ספר הלימוד "גנטיקה", יהודית עתידיה

  2. כדוגמא לבקרה של ביטוי גנים ביצורים פרוקריוטיים למדנו על מודל האופרון: בקרה על ביטוי גנים בפרוקיוטים - חזרה בתגובה לאות, או לאותות, מהסביבה מוגבר או מעוכב התיעתוק של גנים, וכתוצאה מכך משתנה כמות החלבון המתאים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 176

  3. יצורים אוקריוטיים רב-תאיים הינם מורכבים יותר מהפרוקריוטיים, ובהתאמה, גם מורכבות הבקרה על פעילות הגנים מורכבת יותר. בקרה על ביטוי גנים באוקריוטים עתידיה, גנטיקה, עמ' 176

  4. גרעין מניסויים כמו אלה של גורדון בצפרדעים, או משיבוט הכבשה דולי, למדנו כי בגרעין התא נמצא כל המידע הגנטי של היצור. בגרעין התא האוקריוטי נמצא כל המידע הגנטי של היצור עתידיה, גנטיקה, עמ' 176

  5. גרעין מעריכים כי בתא מסוים פעילים רק בין 5% ל-10% מכלל הגנים. בגרעין התא האוקריוטי נמצא כל המידע הגנטי של היצור עתידיה, גנטיקה, עמ' 176

  6. לתיאום בין גן מסוים לבין תא מסוים, ואף בשלב התפתחותי מסוים, נדרשת בקרה מדויקת ביותר, וכל שגיאה בה עלולה להיות הרסנית. במחזור חייו של יצור רב-תאי בקרת הגנים היא בשתי רמות: בקרה על ביטוי גנים באוקריוטים • רמת ההתמיינות:אילו גנים יופעלו בתא?התשובה לשאלה זו ניתנת פעם אחת - בתהליך ההתמיינות. • רמת פעילות התא לאחר ההתמיינות:מתי יופעלו הגנים?התשובה לשאלה זו ניתנת פעמים רבות בחיי התא, בהתאם לצרכי התא בתהליכי החיים השונים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 167

  7. ניתן לחלק את הגנים הפעילים בתאים לשתי קבוצות גדולות: בקרה על ביטוי גנים באוקריוטים • גנים הקשורים לאחזקה שוטפת של התא (Housekeeping genes).גנים אלה מתבטאים בכל תא ותא.לדוגמא – גנים הקשורים למבנה קרום התא, גנים המקודדים לאנזימים של הנשימה התאית. • גנים שהתבטאותם מוגבלת לתאים, לרקמות או לאיברים ייחודיים. לדוגמא – גנים המקודדים לייצור חלבוני חלב, לייצור אנזימי עיכול. חלוקה כזו אינה אפשרית ביצורים פרוקיוטיים שהינם חד-תאיים. מדוע? עתידיה, גנטיקה, עמ' 176

  8. מהכרת דרכי הבקרה של פעילות גנים ביצור האוקריוטי הרב-תאי ניתן ללמוד על דרך התפתחותו של היצור, בה יש תפקיד מרכזי להפעלה ולהשתקה של גנים, בזמן המתאים ובמקום המתאים. בקרה על ביטוי גנים באוקריוטים דוגמאות למבנים בגוף האדם אשר לבקרת הגנים יש תפקיד חשוב בהתפתחותם: • הסימטריה הדו-צדדית של הגוף. • מיקומו של הראש. • גמישותן של האצבעות. עתידיה, גנטיקה, עמ' 176

  9. 1. הדנ"א. 2. תיעתוק הגן לרנ"א (בדומה למנגנון האופרון בפרוקריוטים). 3. עריכת הרנ"א (באוקריוטים בלבד). 4. תרגום הרנ"א שליח לחלבון. 5. תפקוד החלבון. הבקרה של ביטוי של הגן יכולה להיות ברמות שונות: בקרה על ביטוי גנים 6. פירוק של החלבון.

  10. פעילותו של גן אחד יכולה להיות מבוקרת בכל אחד מהשלביםמהדנ"א המקודד לחלבון ועד לפירוקו של החלבוןלדוגמא – בקרה גם בשלב התיעתוק וגם בשלב השיחבור. בקרה על ביטוי גנים עתידיה, גנטיקה, עמ' 178

  11. בשיעור נשים דגש על מנגנוני בקרה בשתי רמות: למדנו על דוגמאות לבקרה על ביטוי גנים • שינויים כימיים בדנ"א (למשל שיתוק כרומוזום X) - בקרה המתרחשת בשלב הדנ"א. • שינויים באירגון רצפי בסיסים בדנ"א (עריכת הרנ"א שליח) - בקרה המתרחשת בשלב השיחבור אך נזכיר גם שני מנגנוני בקרה רמת פעילות החלבון: • שינויים ברמת התיעתוק . • שינויים במבנה החלבון . • שינויים בפירוק החלבון . עתידיה, גנטיקה, עמ' 178

  12. פעילותו של גן יכולה להיות מבוקרת גם ברמת הדנ"א, כלומר ברמת הכרומוזמים בתא, עוד לפני תהליך התיעתוק. שינויים כימיים בדנ"א עתידיה, גנטיקה, עמ' 182

  13. דוגמא לבקרהברמת הדנ"א היא התופעה של שיתוק כרומוזום X בנקבות יונקים. שינויים כימיים בדנ"א – שיתוק כרומוזום X תופעת שיתוק כרומוזום X נצפתה לראשונה בחתולים, כאשר M. L. Barr זיהה לראשונה גופיף דחוס הסמוך לקרום הגרעין בתא הנקבות בלבד. לחוקרים התברר כי בכל נקבה משותק אחד משני כרומוזומי ה-X שלה, ואינו עובר תיעתוק כלל. תופעה זו מאזנת, ככל הנראה בין תוצרי הגנים של כרומוזום X בנקבות לבין אלה של הזכרים, שבכל תא שלהם יש, כזכור, כרומוזום X יחיד. עתידיה, גנטיקה, עמ' 182

  14. תופעת השיתוק של כרומוזום X אינה באה לידי ביטוי בקריוטיפ של האשה (ושל נקבות היונקים בכלל), מאחר ושיתוק הכרומוזומים משפיע על התיעתוק, אך אינו פוגע בשכפול הדנ"א (ולכן לא נפגע תהליך המיטוזה). שינויים כימיים בדנ"א – שיתוק כרומוזום X שיתוק כרומוזום X מתרחש לאחר ההפריה, (בשלב עוברי מוקדם, כאשר העובר מכיל מאות אחדות של תאים, והוא בלתי הפיך (בגוף הנקבה בה התרחש). עתידיה, גנטיקה, עמ' 182

  15. עד כה לא הובהר לגמרי המנגנון המולקולרי של שיתוק כרומוזם ה-X, ומעורב בו, בין היתר, ציפוי הכרומוזום המשותק ברנ"א, מבלי שיתרחש שינוי ברצף הבסיסים עצמו. שינויים כימיים בדנ"א – שיתוק כרומוזום X מאחר ושיתוק כרומוזום X הינו אקראי, הרי מחצית מתאי הנקבה מכילים כרומוזום X פעיל אחד, ובמחצית השניה פעיל כרומוזום ה-X השני. מצב זה יוצר מעין תשבץ, בו בכל רקמה ואיבר פעילים שני כרומוזומי, מצב המאפשר לשני הכרומוזומים להשפיע על הפנוטיפ.

  16. הורשת הגן להמופיליה בשתי משפחות – אב חולה המופיליה ואמא לא נשאית (משמאל) ואמא נשאית המופיליה ואב שאינו נשא (מימין)/ חשוב לציין כי מאחר ששיתוק כרומוזום ה-X הוא אקראי, הרי כמחצית מתאי הנקבה מכילים כרומוזום X פעיל אחד, והמחצית השנייה מכילה את כרומוזום ה-X הפעיל השני. שינויים כימיים בדנ"א – שיתוק כרומוזום X החלבונים תוצרי כל אחד מהכרומוזומים הפעילים בנקבה מקנים לה פנוטיפ נורמלי, גם אם אחד מכרומוזומיX נושא אלל מוטנטי, כגון אלל הגורם לעיוורון צבעים, או אלל למחלת הדממת (המופיליה), המתבטאת בקרישה נמוכה של דם. אם כך, לתופעה של כרומוזום X משותק, אין השפעה על תדירות הפנוטיפים באוכלוסיית הנקבות.

  17. ההתבטאות של רוב הגנים ביצורים האוקריוטיים מבוקרת, ככל הנראה, ברמת התיעתוק. בקרת התיעתוק ברמת התיעתוק יש בקרה על תזמון התיעתוק ועל עוצמת התיעתוק (מספר העותקים של רנ"א שליח שיווצרו ביחידת זמן). חוקרים מצאו שבדנ"א של האוקריוטיים קיימים אתרים המשפיעים על עוצמת פעילותם של אתרים מקדמים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 186

  18. אתר מקדם אתרים המשפיעים על עוצמת פעילותם של אתרים מקדמים: בקרת התיעתוק אתרים מעצמים (Enhancers) - המגבירים את פעילות האתר המקדם, כלומר מגבירים את תהליך התיעתוק. אתרים משתיקים (Silencers) - המפחיתים את התיעתוק. עתידיה, גנטיקה, עמ' 186

  19. בפיקוח על תיעתוק גן יכולים להיות מעורבים כמה אתרים מעצמים וכמה אתרים משתיקים, וכך יכול להתקבל טווח רחב של רמת תיעתוק, ויש אפשרות למעורבות של גורמים רבים בקביעת רמת התיעתוק. בקרת התיעתוק כך ניתן להסביר את העובדה שאותו גן מתועתק בעוצמה שונה ברקמות שונות, ובאותה רקמה - בתנאים שונים. מודל זה מסייע להסביר את תהליכי ההתפתחות העוברית בזבוב הדרוזופילה: ריכוז שונה של חלבון בקרה (גבוה בצד הקדמי ונמוך באחורי) משפיע על התמיינות שונה של תאי העובר. עתידיה, גנטיקה, עמ 188

  20. בפיקוח על תיעתוק גן יכולים להיות מעורבים כמה אתרים מעצמים וכמה אתרים משתיקים, וכך יכול להתקבל טווח רחב של רמת תיעתוק, ויש אפשרות למעורבות של גורמים רבים בקביעת רמת התיעתוק. בקרת התיעתוק כך ניתן להסביר את העובדה שאותו גן מתועתק בעוצמה שונה ברקמות שונות, ובאותה רקמה - בתנאים שונים. מודל זה מסייע להסביר את תהליכי ההתפתחות העוברית בזבוב הדרוזופילה: ריכוז שונה של חלבון בקרה (גבוה בצד הקדמי ונמוך באחורי) משפיע על התמיינות שונה של תאי העובר. עתידיה, גנטיקה, עמ 188

  21. פעילותו של גן יכולה להיות מבוקרת לאחר תהליך התיעתוק, ולפני תהליך התרגום, בתהליך הנקרא "שחבור", שלב שבמהלכו מסולקים ממולקולת הרנ"ארצפים שאינם מקודדים לחלבון. בקרה בשלב השחבור (עריכת הרנ"א) עתידיה, גנטיקה, עמ' 178

  22. מהו, למעשה, תהליך השחבור (Splicing)? בקרה בשלב השיחבור (עריכת הרנ"א) בתהליך השחבור, המתרחש לאחר התיעתוק, מסולקים ממולקולת הרנ"ארצפים שאינם מקודדים לחלבון (אקסונים ורצפי בקרה)והקטעים המקודדים (אינטרונים) מחוברים זה לזה. עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  23. גן לתכונה תורשתית מסויימת עשוי לכלול גם אינטרונים ורצפי בקרה שאינם מקודדים. בקרה בשלב השיחבור (עריכת הרנ"א) עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  24. לאחר העתקת המידע שבגן ממולקולת הדנ"א למולקולת הרנ"א שליח, ולפני תהליך התרגום, יש להוציא ממולקולת הרנ"א שליח את הרצפים שאינם מקודדים לרצף החומצות האמיניות שבחלבון (אינטרונים ורצפי בקרה). בקרה בשלב השיחבור (עריכת הרנ"א) תהליך העריכה, הנקרא "שחבור", כולל הוצאה (השמטה) של קטעים שאינם מקודדים לרצף החומצות האמיניות וחיבורם זה לזה של הקטעים המקודדים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  25. אקסון 2 אינטרון אקסון 1 דנ"א שלבי השחבור עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  26. אקסון 2 אינטרון אקסון 1 דנ"א תיעתוק רנ"א שליח לא ערוך אקסון 2 אינטרון אקסון 1 שלבי השחבור תיעתוק עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  27. אקסון 2 אינטרון אקסון 1 דנ"א תיעתוק אקסון 2 אינטרון אקסון 1 רנ"א שליח לא ערוך עריכת הרנ"א (שחבור) רנ"א שליח ערוך אקסון 2 אקסון 1 שלבי השחבור עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  28. אקסון 2 אינטרון אקסון 1 דנ"א תיעתוק אקסון 2 אינטרון אקסון 1 רנ"א שליח לא ערוך עריכת הרנ"א (שחבור) אקסון 2 אקסון 1 רנ"א שליח ערוך תרגום חלבון שלבי השחבור עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  29. אקסון אקסון אקסון אקסון שחבור חלופי יש מקרים רבים שבהם מתבצעת יותר מצורת שחבור אחת לאותה מולקולת רנ"א, והתוצאה היא שרצף בסיסים יחיד בדנ"א משמש מקור לכמה מולקולות רנ"א שונות. עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  30. אקסון אקסון אקסון אקסון גן mRNA שחבור חלופי יש מקרים רבים שבהם מתבצעת יותר מצורת שחבור אחת לאותה מולקולת רנ"א, והתוצאה היא שרצף בסיסים יחיד בדנ"א משמש מקור לכמה מולקולות רנ"א שונות. עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  31. ממולקולות רנ"א שליח שונות נוצרים בתהליך התרגום חלבונים שונים! אקסון אקסון אקסון אקסון גן mRNA mRNA חלבון ב חלבון א שחבור חלופי יש מקרים רבים שבהם מתבצעת יותר מצורת שחבור אחת לאותה מולקולת רנ"א, והתוצאה היא שרצף בסיסים יחיד בדנ"א משמש מקור לכמה מולקולות רנ"א שונות. אפשרויות חלופיות של שחבור עתידיה, גנטיקה, עמ' 67

  32. לדוגמא – שתי וריאציות של החלבון טרופונין, חלבון המעורב בתהליך התכווצות השרירים. כל אחד משני החלבונים הדומים האלה פעיל בשלבי התפתחות שונים של שרירים שונים בגוף. עדיין לא ידוע כיצד מתבצעת הבקרה לכיוון של יצירת אחד משני החלבונים. שחבור חלופי מהי החשיבות הביולוגית של יצירת חלבונים שונים בשחבור החלופי? השחבור החלופי מאפשר ליצור מגוון רב של חלבונים ממספר מצומצם יחסית של גנים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 180

  33. חיידק נוגדן שחבור חלופי דוגמא מורכבת אף יותר היא יצירתם של החלבונים המרכיבים את הנוגדנים השונים הנוצרים בגוף. בתהליך השחבור נוצרים צירופים רבים מאד של חלבונים שונים, המאפשרים לגוף ליצור מגוון עצום של נוגדנים, כנגד גורמי מחלות שונים העלולים לאיים עליו. נוגדן (Antibody)הוא חלבון הנוצר בגוף כתגובה לחדירת גורם חלבון זר (כגון מולקולת חלבון), או מיקרואורגניזם. לנוגדנים תפקיד חשוב בניטרול גורמי מחלה, ובסילוקם. לדוגמא: נוגדנים נקשרים לחיידקים , מצמידים אותם זה לזה (פעולה המנטרלת את תפקודם) ומסמנים אותם לתאים בולענים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 180

  34. האיזור המשתנה בשרשרת הארוכה של הנוגדן האיזור הקבוע בשרשרת הארוכה של הנוגדן חיידק נוגדן שחבור חלופי דוגמא מורכבת אף יותר היא יצירתם של החלבונים המרכיבים את הנוגדנים השונים הנוצרים בגוף. בתהליך השחבור נוצרים צירופים רבים מאד של חלבונים שונים, המאפשרים לגוף ליצור מגוון עצום של נוגדנים, כנגד גורמי מחלות שונים העלולים לאיים עליו. לכל נוגדן מבנה דמוי האות Y, והוא מורכב מארבע שרשראות חלבון: שתי שרשראות ארוכות, הזהות זו לזו, ושתי שרשראות קצרות, הזהות זו לזו. חלקו הייחודי של הנוגדן ("החלק המשתנה") הן קצות זרועותיו של הנוגדן, והן הנקשרות למולקולת האנטיגן. נוגדנים המצמיתים זה לזה חיידקים עתידיה, גנטיקה, עמ' 180

  35. שחבור חלופי דוגמא מורכבת אף יותר היא יצירתם של החלבונים המרכיבים את הנוגדנים השונים הנוצרים בגוף. בתהליך השחבור נוצרים צירופים רבים מאד של חלבונים שונים, המאפשרים לגוף ליצור מגוון עצום של נוגדנים, כנגד גורמי מחלות שונים העלולים לאיים עליו. הדגמה של שלבים ביצירת האזור המשתנה בשרשרת הארוכה של נוגדן בעכבר, איזור המקנה לו את הייחודיות בהתקשרות לאנטיגן האיזור המשתנה בשרשרת הארוכה של הנוגדן עתידיה, גנטיקה, עמ' 180

  36. שחבור חלופי החוקרים מעריכים שמנגנון השחבור ביצירת הנוגדנים מאפשר את יצירתם של יותר מעשרים מיליון נוגדנים שונים, בשעה שמספר הגנים באדם אינו עולה על חמישים אלף! מהי החשיבות הביולוגית של תופעה זו להשרדות? הדגמה של שלבים ביצירת האזור המשתנה בשרשרת הארוכה של נוגדן בעכבר, איזור המקנה לו את הייחודיות בהתקשרות לאנטיגן האיזור המשתנה בשרשרת הארוכה של הנוגדן עתידיה, גנטיקה, עמ' 180

  37. שחבור חלופי מאותה מולקולת רנ"א סילוק האינטרונים – זהה תמיד מאותה מולקולת דנ"א יכול להיווצר מגוון מולקולות רנ"א... ... שמשמעותן יצירת חלבונים שונים רבים! שחבור חלופי מעריכים כי בין 40% ל-60% מהגנים של האדם עוברים שחבור חלופי לאחר תהליך התיעתוק. שחבור חלופי נפוץ בתעתיקי גנים המקודדים לקולטנים (רצפטורים) שעל קרומי התאים, וכן בתעתיקי גנים המתפקדים במערכת העצבים ובמערכת החיסון. עתידיה, גנטיקה, עמ' 180

  38. הבקרה על תרגום הרנ"א שליח לרצף החומצות האמיניות של החלבון עשויה לקבוע מתי יתורגם הרנ"א שליח וכמה פעמים יתורגם. גם מהירות הפירוק של מולקולות הרנ"א שליח משפיעה על תהליך התרגום . בקרת התרגום חומצה אמינית רנ"א מוביל ריבוזום רנ"א שליח עתידיה, גנטיקה, עמ' 178

  39. פעילותו של גן יכולה להיות מבוקרת גם ברמת פעילות החלבון, כלומר לאחר תהליך התרגום. בקרת פעילות החלבון עתידיה, גנטיקה, עמ' 178

  40. בקרה על תפקוד החלבון קשורה לקביעת זמן פעילותו, עוצמת פעילותו ומשך פעילותו. בקרת תפקוד החלבון – מתום ייצורו ועד לפירוקו דוגמאות לדרכי בקרה על פעילות החלבון: מעבר החלבונים בין מקומות שונים בתא (באמצעות קרומי התא (הרשת התוך-תאי וכן קרומי מערכת גולג'י). תהליך "הבשלה" של חלבון: יש חלבונים הפעילים רק לאחר שהסירו מהם קבוצה כימית (כגון אנזימים במערכת העיכול אשר אסור שיתחילו לתפקד לפני שיופרשו לחלל מערכת העיכול). יש חלבונים הפעילים רק לאחר שנקשרה אליהם קבוצה כימית כמו קבוצת זרחה. עתידיה, גנטיקה, עמ' 192

  41. רק בחמש-עשרה השנים האחרונות הבינו החוקרים כי לבקרת פירוק החלבונים יש תפקיד מרכזי בבקרת פעילותם. בקרת פירוק החלבון פירוק החלבונים מבוקר באמצעות החלבון יוביקויטין (Ubiquitin), הנמצא בכל התאים של כל היצורים האוקריוטיים. עתידיה, גנטיקה, עמ' 191

  42. שני חוקרים ישראליים, אברהם הרשקו ואהרן צ'חנובר, זכו יחד עם מדען נוסף, ארווין רוז, בפרס נובל לכימיה לשנת 2004 על גילוי אחד התהליכים המחזוריים החשובים ביותר בתא: מנגנון הפעולה של החלבון יוביקויטין, - תהליך המאפשר את פירוק החלבונים. בקרת פירוק החלבון אברהם הרשקו אהרון צ'חנובר עתידיה, גנטיקה, עמ' 191

  43. סיכום בקרה על ביטוי גנים עתידיה, גנטיקה, עמ' 192

  44. 1. הדנ"א. 2. תיעתוק הגן לרנ"א (בדומה למנגנון האופרון בפרוקריוטים). 3. עריכת הרנ"א (באוקריוטים בלבד). 4. תרגום הרנ"א שליח לחלבון. 5. תפקוד החלבון. הבקרה של ביטוי של הגן יכולה להיות ברמות שונות: מה למדנו על בקרה של ביטוי גנים? 6. פירוק של החלבון.

  45. כל הגנום נמצא בכל התאים בגוף, אך בכל תא באים לידי ביטוי רק חלק מן הגנים. מה למדנו על בקרה של ביטוי גנים? קיימת בקרה על ביטוי הגן המתאים, בעוצמה המתאימה, במקום המתאים ובזמן המתאים בהתאם לתנאי הסביבה. מודל האופרון מסביר את הבקרה החיובית (הגברת תעתוק הגן) ואת הבקרה השלילית (דיכוי תעתוק). באאוקריוטים – בקרה על ביטוי גנים יכולה להיות בכל אחד מהשלבים במסלול מ- DNA לחלבון. עתידיה, גנטיקה, עמ' 167

  46. תם ולא נשלם

More Related