ביולוגיה של התא טל אלגריסי 2024.docx

**ביולוגיה של התא- סמסטר ב\'** **טל אלגריסי** ד\'\'ר לימור שטוץ אוניברסיטת רייכמן 2024 **נושא 1- דנ\'\'א, כרומוזומים, גנים, שכפול דנ\'\'א** **דנ\'\'א, כרומוזומים וגנים** שכפול הדנ\'\'א ושעתוק דנ\'\'א לרנ\'\'א מתרחשבים בגרעין התא. רנ\'\'א יכול לצאת מגרעין התא ולעבור תהליך של תרגום. **[אבני הב...

**ביולוגיה של התא- סמסטר ב\'** **טל אלגריסי** ד\'\'ר לימור שטוץ אוניברסיטת רייכמן 2024 **נושא 1- דנ\'\'א, כרומוזומים, גנים, שכפול דנ\'\'א** **דנ\'\'א, כרומוזומים וגנים** שכפול הדנ\'\'א ושעתוק דנ\'\'א לרנ\'\'א מתרחשבים בגרעין התא. רנ\'\'א יכול לצאת מגרעין התא ולעבור תהליך של תרגום. **[אבני הבניין- הנוקלאוטידים]** נוקלאוטידים בנויים מ: סוכר, פוספט P ובסיס חנקני. **סוגי הבסיסים החנקניים:** - אדנין (adenine) - ציטוזין (cytosine) - גוואנין (guanine) - תימין (thymine) -באותו סליל של דנ\'\'א, הנוקלאוטידים קשורים אחד לשני בקשרי פוספודיאסטר (בין זרחנים לסוכרים באותו גדיל). -פרימידינים (טבעת חנקנית אחת)= C וT וU. פורינים (2 טבעות חנקניות)= A וG.  **[הדנ\'\'א מצוי כדו גדיל]** - קשרי מימן בין הבסיסים החנקניים. בין A לT יש שני קשרי מימן, בין C לG יש שלושה קשרי מימן. - מולקולת הדנ\'\'א מורכבת מ2 שרשראות פולינוקלאוטידיות (מספר רב של נוקלאוטידים). - השרשראות נמצאות בכיוון הופכי אחת לשנייה (קצה 5= פוספט (זרחן), קצה 3= סוכר). **[זוגות משלימים של בסיסים מרכיבים את הדנ\"א]** הקשר בין הבסיסים אפשרי רק אם השרשראות הפוכות בכיוונן. **[מבנה הדנ\"א מאפשר את ההורשה]** - רצפים המקודדים לחלבונים נמצאים בגנים בדנ\"א כאשר גן מסוים מקודד לחלבון מסוים. - רצף הנוקלאוטידים בדנ\"א מקודד את רצף החומצות האמיניות של החלבונים. **[דנ\"א באאוקריוטים ארוז בכרומוזומים]** בבני אדם, אורך הדנ\'\'א הינו 2 מטרים ולכן הוא ארוז בעזרת חלבונים ב23 זוגות כרומוזומים שנמצאים בגרעין התא (22 כרומוזומים אוטוזומים+ זוג כרומוזומי מין). כרומטין= קומפלקס דנ\'\'א שארוז בעזרת חלבונים. דנ\"א דחוס בתוך הכרומוזום, אך באופן אשר נגיש לאנזימי חלוקה ובקרת שעתוק. בבקטריה (פרוקריוטים) הדנ\"א מעגלי ואינו דחוס כמו באאוקריוטים. אאוקריוטים= בעלי גרעין תא. תא דיפלואידי= תא מכיל שני עותקים של כל כרומוזום, אחד מכל הורה. תא הפלואידי= עותק אחד מכל כרומוזום (תאי מין). תאי דם אדומים= חסרי גרעין (אז גם אין להם כרומוזומים ודנ\'\'א), כדי לפנות מקום לחמצן ופד\'\'ח שהם מובילים), אז הם לא דיפלואידים ולא הפלואידים. כרומוזומים הומולוגיים= זוג כרומוזומים דומים בצורה, בגודל, בגנים שלהם, בכמותם ומיקומם. קיימים בתאים דיפלואידים וביצורים המקיימים רבייה זוויגית. כרומוזומי מין הם לא הומולוגיים כי X וY הם שונים זה מזה (XX נשים, XY גברים). כרומוזומים אוטוזומים= כרומוזום המצוי באופן שווה בשני המינים, לא כרומוזומי מין. קריוטיפ= מערך כרומוזומים באותו גרעין (סכמה). **[כרומוזומים מכילים מולקולת דנ\"א ארוכה עם גנים רבים]** - כרומוזומים גם מכילים מקטעי דנ\"א שאינם מכילים מידע ליצירת חלבון. - מספר הכרומוזומים שונה בין היצורים השונים. **[נוקלאוזומים הם הבסיס של הכרומטין (רמת האריזה הראשונה)]** - החלבונים שקושרים דנ\"א ויוצרים את הכרומוזום מתחלקים לשתי קבוצות: היסטונים (Histones) ולא היסטונים. [ ] - [היסטונים אחראים ליצירת המבנה הבסיסי של הכרומטין בנוקלאוזומים (nucleosome). ] - [נוקלאוזום מכילים 8 היסטונים:] - 2xH2A - 2xH2B - 2xH3 - 2xH4 - \* ההיסטון H1 מקשר בין שני נוקלאוזומים סמוכים.  אפיגנטיקה- הסביבה מייצרת שינויים ברמת האריזה של הדנא על ידי מתילציה ואצטילציה. אחד המנגנונים זה שינויים בהיסטון H1, האם הוא מאפשר שינוי של רמת האריזה או לא. חלבונים משני מבנה של כרומטין (chromatin remodeling complex) יכולים בעזרת אנרגיה מ ATP לשנות את מבנה הנוקלאוזומים ולאפשר לחלבונים אחרים המעורבים בשכפול, תיקון ושעתוק של דנ\"א לבצע את עבודתם. שינויים בזנב ההיסטון יכולים למשוך חלבונים המשנים את מבנה הכרומטין ויכולים להפוך אותו לצפוף יותר (לא נגיש לחלבונים) או לצפוף פחות (ולכן גם נגיש יותר לחלבונים) - תלוי בסוג השינוי. גם קומפלקס החלבונים וגם השינויים בזנב ההיסטון נמצאים תחת בקרה. היסטונים אלו (2 מכול סוג) עטופים במולקולת דנ\"א (בערך 146 נוקלואוטידים). בינהם יש linker dna שהוא בערך 200 נוקלאוטידים. אאוכרומטין = צורה דחוסה קלות של כרומטין המועשר בגנים, ולעיתים קרובות (אך לא תמיד) נמצאת תחת שעתוק פעיל. הטרוכרומטין = כרומטין ארוז היטב ופחות נגיש לשעתוק. **[SNP: COMT val158met @ 22q11.2]** יש פה מצב של נוקלאוטיד בודד שגורם לשינוי מסוים. שינוי בנוקלאוטיד אחד בקודון 158 בגן COMT יגרום לביטוי של val או met והגן הזה נמצא בכרומוזום 22 בחלק הגדול Q (יש גם חלק P (פטיט)). זה נמצא בregion 1, band 1, sub band 2. בתמונה- באזור השחור יש הרבה G וC ובאזורים הלבנים יש הרבה T וA. SNP סינגל נוקלאוטיד פולימורפיזם- שינוי בנוקלאוטיד אחד **שכפול דנ\'\'א** בכל חלוקה, התא חייב לשכפל את הגנום שלו באופן זהה. **[כל גדיל של דנ\'\'א משמש כתבנית ליצירת גדיל משלים חדש]** - A מתחבר ל T, ו G מתחבר ל C. - בסליל הכפול גדיל S יכול לשמש כתבנית ליצירת \' S חדש, וגדיל \' Sהישן ליצירת גדיל S חדש. - התהליך לוקח 8 שעות. הליקאז- האנזים שפותח את שני הגדלים של הדנ\'\'א. דנא פולימראז- משכפל את הסליל לפי התבנית של הנוקלאוטידים. שכפול סמי-קונסרבטיבי- באאוקריוטים, הגדילים החדשים לא מתחברים ביניהם, הם יוצרים סליל חדש שכולל גדיל ישן וגדיל חדש. השכפול הוא דו-כיווני- מתרחש לשני הכיוונים. **[שכפול דנ\"א מתחיל במוצא השכפול (replication origin)]** הליקאז מכיר את רצף מוצא השכפול ומפריד בין גדילי הדנ\'\'א. בבקטיה קיים מוצא שכפול אחד, ואילו באדם כ10,000. לאחר פתיחת הגדילים, חלבונים אשר אחראים על השכפול נקשרים לדנ\"א ומבצעים שכפול. בועת ההכפלה- המקור שבו מתחיל השכפול. יש 10,000 מוצאי שכפול כאלה בו זמנית.  **[דנ\"א פולימראז]** - האנזים המרכזי בשכפול נקרא דנ\"א פולימראז (DNA polymerase) המיצר דנ\"א חדש תוך שימוש בישן כתבנית. - הוא מוסיף נוקלאוטיד לקצה \'3 ע\"י יצירת קשר פוספודיאסטר (phosphodiester bond). - הנוקלאוטיד המוסף הוא עתיר אנרגיה והאנזים משתמש באנרגיה זו בכדי ליצור את הקשר. - האנזים נשאר קשור לדנ\"א ומתקדם תוך הוספת נוקלאוטידים. - דנ\"א פולימארז מוסיף נוקלאוטידים מכיוון \'5 לכיוון \'3. - הוא נקרא גם קומפלקס שכפול ומכיל מספר חלבונים. **[כיצד מוספים נוקלאוטידים על הגדיל השני?]** הנוקלאוטידים מוספים ברצף לגדיל המקדים (leading strand) (כיוון \'5 ל\'3) ובמקטעיםOkazaki fragments לגדיל השני המאחר (lagging strand) (כיוון \'3 ל\'5). ליגאז- מחבר את המקטעי דנ\'\'\'א הנוצרים. שתי מולקולות דנ\"א פולימארז משתפות פעולה בכדי לשכפל דנ\"א. ההכפלה בגדיל 5\' ל-3\' מתבצעת מהר יותר מההכפלה בגדיל 3\' ל-5\', ולכן גדיל ה-5\' ל-3\' נקרא הגדיל המקדים, וגדיל ה-3\' ל-5\' נקרא הגדיל המאחר. **[מקטעי אוקזקי]** דנ\"א מתחיל להיות מסונתז ע\"י הוספת נוקלאוטידים, תהליך זה נעשה בעזרת פרימאז (primase) המוסיף מקטע **רנ\"א** קטן (10 נוקלאוטידים) על גבי הדנ\"א המשמש כתחל (primer) לדנ\"א פולימארז.  **האנזים אקסונוקלאז (exonuclease) מחליף נוקלאוטיד לא נכון בנוקלאוטיד נכון** **נושא 2- שעתוק דנ\'\'א לרנ\'\'א** רנ\"א הוא פולימר (אותם תת יחידות של מונומר שחוזרות שוב ושוב) המורכב מארבעה נוקלאוטידים הקשורים בקשר פוספודיאסטר. RNA הוא חד גדילי ולא דו גדילי אז קשרי המימן לא רלוונטים כאן. רנ\"א מכיל ריבונוקלאוטידים (ribonucleic acid) כלומר את הסוכר ריבוז ולא דאוקסיריבוז (דנ\'\'א). על פחמן מספר 2 חסר את אחד החמצנים. רנ\"א מכיל U אורציל (Uracil), במקום T, הנקשר עם A. רנ\'\'א הוא חד גדילי. הוא קצר יותר מדנ\'\'א, רנ\'\'א הוא בערך 1000BP ודנ\'\'א הוא בערך 250 מיליון BP. **[סוגי רנ\"א]** **mRNA (messenger)**מכיל את המידע ששועתק מהדנ\"א וישמש כתבנית בתהליך התרגום. **rRNA (ribosomal)** חלק מבני של הריבוזום ולכן גם מעורב בתרגום. הריבוזום מורכב מחלבונים ורנא ריבוזומנלי. יש לו תפקיד מבני ולא תפקודי. **tRNA (transfer)** מוביל חומצות אמיניות במהלך התרגום. מתורגמן. מבין את שפת הנוקלאוטידים ויודע להתאים לכך חומצות אמינו שונות. **miRNA (micro)** בקרה על ביטוי גנים. מעורב מבחינה תפקודית- איזה גנים ישועתקו ואיזה לא ישועתקו. השלושה האחרונים- לא אחראיים על יצירת החלבונים אלא משמשים כתפקידים של מבנה ואנזימים. **[שעתוק דנ\"א לרנ\"א]** עותקים רבים של רנ\"א יכולים להיווצר מאותו גן. הגברה זו מאפשרת לתא לייצר יותר חלבון מאשר אם הדנ\"א היה משמש כתבנית לייצור החלבון ישירות. שעתוק רנ\"א מהגנים השונים נמצא תחת בקרה. מאפשר אמפליפיקציה- לקבל יותר ממשהו ראשוני. האנזים האחראי לשעתוק נקרא רנ\"א פולימארז (RNApolymerase) אנזים זה מזרז יצירת קשרים פוספודיאסטרים בין נוקלאוטידים. אם הוא רואה C הוא ישים G ואם הוא רואה T הוא ישים A ואם הוא רואה A הוא ישים U. גם כאן יש מקטעי אוקזאקי- האנזים עובד רק מ5 ל3. האנרגיה מגיעה מהנוקלאוטידים שמוספים ומכילים קשרי פוספט CTP. רנ\"א פולימארז מכיל יחידת סיגמה אשר \"מכירה\" את רצף הפרומוטר promoter (ישנו פרומוטור שמור לאורך האבולוציה שנקרא טאטא בוקס, יש שם הרבה T ו A. זה קשור לאפיניות של יחידת הסיגמה שיודעת איפה לשים את הרנא פולימראז. שמים את זה בערך ב-10 לפני הגן). כאשר השעתוק מתחיל יחידת סיגמה משתחררת. השעתוק ממשיך עד אשר מגיעים לרצף הפסקה (termination signal).  Up stream לפני הגן (פרומוטור) Down stream אחרי הגן (טרמינייטר- המסיים) **[חוקיות בתהליך השעתוק מדנ\"א לרנ\"א]** הגדיל של ה-DNA שמשועתק תלוי באיזה גדיל נמצא הפרומוטר הרלוונטי. גנים יכולים להיות סמוכים זה לזה או על גדילים מנוגדים. רנא פולימראז יודע איזה גנים לשעתק בזכות פקטורי השעתוק. **[Promoter Recognition השלב הראשון של השעתוק]** the transcription start site = המיקום בו מתחיל השעתוק, מסומן ב: +1 פקטורי שעתוק נקשרים לפרומוטור ומגייסים רנ\'\'א פולימראז. רנ\"א פולימראז נקשר לפרומוטורים שונים באפיניות שונה המשפיעה על ביטוי הגן. גנים דומים מבחינת תפקוד ורצף גנטי יהיו דומים גם ברצפי הפרומוטור שלהם. [חלבונים רבים מבקרים ביטוי גנים ומווסתים את חוזק הקשירה של] [רנ\"א פולימראז לפרומוטור:] - Activate transcription proteins = upregulate gene expression - Inhibit transcription proteins = block RNA polymerase activity י **פעילות (קשירת) רנ\"א פולימראז נמצאת תחת בקרה** [כאשר רמת טריפטופאן נמוכה] - רנ\"א פולימראז קשור לפרומוטר ומשעתק גנים האחראים לייצור טריפטופאן. [כאשר רמת טריפטופאן עולה] - חלבון מדכא (repressor) נקשר לטריפטופאן ולפרומוטר ואינו מאפשר לרנ\"א פולימראז להיקשר (וכאשר ריכוז הטריפטופאן יורד שוב - הפולימראז נקשר\...). רנ\"א פולימראז יכול להיות מבוקר גם חיובית ע\"י מפעיל (activator). בתאים אאוקריוטים ישנם חלבוני בקרה המבקרים את שעתוק גנים. כאשר חלבוני בקרה נקשרים לפקטורים מסוימים או שהם מזורחנים, הם יכולים להפעיל או להפסיק את ביטוי הגן או מספר גנים שונים. **אופרון =מקטע DNA המכיל מספר גנים אשר שעתוקם מבוקר באופן משותף** - הוספה של לקטוז משחררת את החלבון המעכב מאחר ואלולקטוז נקשר אליו. - ירידה ברמת הגלוקוז מעלה את ריכוז ה cAMP שמפעיל את CAP (חלבון מפעיל). יש מקרים של שעתוק מספר גנים ביחד ולרוב הם למטרה משותפת או 2 גנים שמייצרים 2 חלבונים שדרושים לאותו תהליך ביוכימי. לאורך האבולוציה הגנים האלה ישועתקו ביחד. הפרומוטור יהיה רק לפני הגן הראשון ואז הרנא פולימראז ירוץ על 2 הגנים האלה. זה חסכוני גם מבחינת אנרגיה וגם זמן. זה מוטציה אקראית באיזה אורגניזם ששם הגנים היו צמודים אחד לשני וזה גרם לשרידות גדולה יותר ואז מוטציה אחת ביטלה את הפרומוטור וכל זה מלא מוטציות שבסוף יצרו את זה ככה (פיטנס). **[Chain Initiation השלב השני]** רנא פולימראז מפריד בין 12-15 בסיסים של דנא ומתחיל ב+1 את שעתוק הרנא. **[Chain Elongation השלב השלישי]** רנ\"א פולימראז קורא את תבנית הדנ\"א ומשעתק רנ\"א. המולקולה החדשה = primary transcript, יוצרת קשר זמני בלבד של RNA-DNA. יש קשרי פוספודיאסטר וזמנית בלבד קשרי מימן וזה מהר מאוד ישתחרר זה כדי שלא יהיו טעויות. **[Chain Termination שלב רביעי]** - טרמינציה מתרחשת כאשר נוצרת לולאה hairpin loop ברצף הרנ\"א. - רנ\"א פולימראז ומולקולת הרנ\"א שנוצרה משתחררים מיד עם היווצרות הלולאה. - זה בבקטריה, באאוקריוטים זה שונה. **[RNA primary transcript]** גנים בבקטריה הם רציפים ומקודדים לחלבונים ללא הפרעה. באאוקריוטים הגנים מכילים בתוכם רצפים מקודדים (exons) ורצפים לא מקודדים (introns). נעשה על ידי שחלוף שבהם האינטרונים יוצאים החוצה ועל ידי מולקולה בשם SNRNP, היא גורמת לקצוות האקסונים להמשך זה לזה עד כדי כך שהם מעדיפים חיבור אחד לשני מאשר לאינטרונים ואז האינטרונים משתחררים. **snRNP = small nuclear ribonucleoproteins** snRNP יודעים לחבר אקסונים יחדיו בתהליך הנקרא [RNA splicing] **[Proteome vs. Genome?]** - פרוטאום- מגוון החלבונים שבאים לידי ביטוי מהגנום - גנום- כל הגנים כביכול, מספרם אמור להיות זהה, אך בגלל שאפשר מהגנום לעשות שחבורים רבים, הפרוטאום גדול יותר מהגנום.  אפשר ליצור מDNA אחד מספר MRNA שונים שיקודדו לחלבונים שונים. כך גופנו מייצר כ-200,000 סוגי חלבונים שונים מ-30,000 גנים! הפקת mRNA שעבר שחבור חלופי נשלטת על ידי חלבונים. יש חלבונים שמקדמים שימוש באתרי שחבור מסוימים, ויש חלבונים שמפחיתים את השימוש באתרים אחרים. **[From primary transcript to mRNA ]** באאוקריוטים רנ\"א שליח עובר שני שינויים נוספים: \- הוספת G לקצה \'5 (Cap). \- הוספת אדנינים לקצה \'3. Poly a הוספת A. - שינויים אלה גורמים ליציבות הרנ\"א, ולזירוז המעבר מהגרעין לציטופלסמה וזיהוי המולקולה בתור רנ\"א שליח. - יציבות המולקולה- התחלה וסוף, מונעם ממנה להיות ריאקטיבית עם עצמה או עם אחרים בסביבתה. - סימון המולקולה- כדי שהיא תוכל לצאת מהגרעין. הפורות על מעטפת הגרעין מזהות cap וpoly a ואז מאפשרות מעבר החוצה. - ישנן מחלות כמו זאבת שבגלל שלא כל התהליכים האלו מתנהלים כמו שצריך אז נוצרות בעיות. **[תהליכים מדנא לרנא לחלבון נמצאים תחת בקרה]** **נושא 3- תרגום דנ\'\'א לחלבון** **[מבנה החומצה האמינית]** אבני הביניין של החלבונים הם החומצות האמיניות. יש פחמן מרכזי שקשור לקבוצה קרבוקסילית, אמינית ושייר (החומצות משתנות אחת מהשנייה בשייר).  **[Condensation and ]** **[Hydrolytic Reactions]** קונדנסציה= עיבוי= משתחררת מולקולת מים החוצה, כך החומצות אמיניות מתחברות אחת לשנייה בקשר פפטידי. הידרוליזה= פירוק הקשר הפפטידי (חלבון מתפרק), מכניסים מולקולת מים לתוך הדי פפטיד. **[חלבונים- תפקוד]** אנזימים, חלבונים מבניים (שיער), חלבונים מובילים (המוגלובין), חלבונים מוטוריים, חלבונים מאחסנים (ביצה), חלבוני סיגנל, חלבוני רצפטור, חלבונים שעושים בקרה על ביטוי גנים וחלבונים לסיבות מיוחדות. **[מרנ\'\'א לחלבון]** רנ\"א וחלבונים \"כתובים בשפות שונות\", כלומר יש להם אבני בניין שונות: נוקלאוטידים ברנ\"א, לעומת חומצות אמיניות בחלבונים. **[תרגום RNA לחלבונים]** כיצד המידע ברנ\'\'א, המקודד ב4 נוקלאוטידים, יכול ליצור 20 חומצות אמיניות? קודון = 3 נוקלאוטידים המתורגמים לחומצה אמינית אחת. מכיוון שיש 4 סוגי נוקלאוטידים והם נקראים בקבוצות של 3, יש 64 קודונים שונים 4 בחזקת 3 = 64. אבל! יש רק 20 סוגים שונים של חומצות אמיניות! לכן\... הקוד הגנטי הוא \"עודף\". ממצב שכביכול צריך 20 קודונים שונים יש 64 ואז לחומצה אמינית אחת יש מספר קומבינציות שיכולות לקודד אליה. זה טוב כי זה משאיר מקום לטעויות (מוטציה שקטה). **[טבלת הקוד הגנטי]** זאת טבלה של קודונים המופיעים על הm-RNA. על גבי הt-RNA יהיה את האנטיקודון. קודון התחלה של רצף תמיד יתחיל בAUG (מתיונין) הרצף תמיד יסתיים בUGA , UAA או UAG שהם סטופ-קודון. **מסגרת קריאה-** ישנן 3 מסגרות קריאה אפשריות, בתלות היכן מתחילים את הקריאה. אך בפועל הודות לAUG יש רק מסגרת קריאה אחת נכונה!. **[tRNA = Transfer RNA Molecules]** - tRNA \"דובר\" את שפת הנוקלאוטידים וגם את שפת החומצות האמיניות. - tRNA מכיל רצף אנטי-קודון אשר מתחבר לקודון על גבי ה mRNA ומצד שני נושא איתו חומצה אמינית מתאימה. - ישנם נוקלאוטידים חדשים, כמו פסאי, D, T (שקיים בדנ\'\'א), H וכדומה. - הלופים (D וT) מתאפשרים הודות לקשר הפוספודיאסטר על מנת ליצור את הגדיל. בנוסף, ישנם קשרים בין 2 בסיסים הודות לקשרי המימן. - יש 20 סוגים שונים של חומצות אמינו ולכן 20 סוגים של TRNA, אך יש גם 64 סוגים שונים של TRNA לפי האנטיקודון, הכל תלוי איך מסתכלים על זה. - בראש המולקולה קיים קצה ACC שהוא זהה אצל כל הTRNA ושם מעליו החומצה האמינית מתחברת. - אם יש התאמה בין קודון בMרנ\'\'א לאנטי קודון בTרנ\'\'א, אז בתהליך העיבוי חומצה אמינית תתחבר לשרשרת החומצות האמיניות. **[tRNA match amino acids ]** **[to mRNA-codons]** - הזיהוי והחיבור הנכונים תלויים באנזימים ספציפיים. - תרגום רנ\"א שליח מתחיל תמיד בקודון AUG (מתיונין MET) הנקשר לרנ\"א מוביל מיוחד (initiator tRNA). - ה-tRNA הראשון הוא מיוחד ונושא עליו את חומצת האמינו מטיונין (MET), שמתאימה לקודון AUG על ה-mRNA. התת-יחידה הקטנה של הריבוזום מתחברת ל-tRNA הראשון שמתחבר לקודון AUG. ברגע שנוצר חיבור זה, התת-יחידה הגדולה מתלבשת על התת-יחידה הקטנה, ובתוך הריבוזום יש גם RNA ריבוזומלי. הדבר מצביע על כך שיש תת-יחידה קטנה וגדולה, אך אלו לא קשרים מחייבים לחלוטין, וניתן לראות בתהליך הבא תת-יחידות שונות. - יש הבדל בתפקידים: - תת-יחידה הקטנה אחראית על יצירת תהליך הקשירה ל-mRNA ול-tRNA - תת-יחידה הגדולה יוצרת קשר פפטידי בין חומצות אמינו במידת הצורך **[הריבוזום]** הריבוזום = קומפלקס של חלבונים ורנ\"א ריבוזומי ribosomal RNA (rRNA) הריבוזום נע על גבי ה mRNA ומוסיף חומצות אמיניות לשרשרת הפולי-פפטידית הגדלה (מצב המתאר 60-70 אחוז מהחלבונים). **ארבעה אתרי קשירה בריבוזום:** 1\. mRNA binding site - אזור שבו ה-mRNA נקשר לתת-היחידה הקטנה של הריבוזום. 2\. Aminoacyl-tRNA binding site (A-site) - מחזיק את חומצת האמינו (AA) הנכנסת עם ה-tRNA. 3\. Peptidyl-tRNA binding site (P-site) - מחזיק את ה-tRNA שקשור לקצה הגדל של הפפטיד, שם נוצר הקשר הפפטידי. 4\. Exit site (E-site) - אתר היציאה של ה-tRNA לאחר שמסר את חומצת האמינו שלו.  **[הפסקת התרגום]** הפסקת תרגום הרנ\"א מתרחשת כאשר מגיע אחד משלושת הקודונים UAA UAG UGA (stop codon) פקטור שחרור (release factor) נקשר לקודון המפסיק וגורם לפירוק קומפלקס הריבוזום. לא טי רנא, מתיישב וגורם ליחידות של הריבוזום להיפרד אחת מהשנייה. **[בפרוקריוטים (חסרי גרעין) קיימות על גבי רנ\"א שליח מספר נקודות התחלה לסינתזה של חלבונים]** על גבי הMרנא אחד קיימות מספר נקודות לסינתזת חלבונים, כלומר נקודות AUG. כל אחד מהם מייצג התחלה של חלבון אחר. על Mרנא אחד יש מספר ריבוזומים. בירוק כהה רואים שרשרת פולי פפטידים שהולכת וגדלה.  **[שלבי ההבשלה של חלבון]** **מבנה ראשוני (Primary Protein Structure)**: רצף של שרשרת חומצות אמינו. **מבנה שניוני (Secondary Protein Structure)**: קיפול מקומי של שרשרת הפוליפפטיד לתוך אלפא הליקס או בטא שיטס. **מבנה שלישוני (Tertiary Protein Structure)**: דפוס קיפול תלת-ממדי של חלבון עקב אינטראקציות בין שרשראות צדדיות (R). **מבנה רבעוני (Quaternary Protein Structure)**: חלבון המורכב מיותר משרשרת חומצות אמינו אחת. דוגמא- המוגלובין. לא לכל החלבונים יש מבנה רביעוני. **[דנטורציה של חלבונים]** Heat Acids Bases Salts Mechanical agitation המבנה הראשוני לא נפגע! המבנה הראשוני יכול להיפגע רק אם עושים הידרוליזה ומפרקים את הקשרים הפפטידיים. כאשר החלבונים עוברים דנטורציה (הרס המבנה המרחבי), אין דרך חזרה. **[כמה זמן חלבון חי?\...]** במובן הביולוגי- חלבון נמדד כזמן מחצית מהחיים שלו. זה נמדד כך משום שלאחר מכך החלבון כבר לא יכיל. רוב החלבונים פעילים במשך כמה דקות, אך יש יוצאים מן הכלל שחיים איתנו 70 שנה אפילו, תלוי פונקציה של חלבון ואיזה סוג איבר וכדומה. **נושא 4- מחזור התא וחלוקת התא** **[כל התאים נוצרים מתאים קודמים במחזוריות של גדילה וחלוקה]** - תאים חדשים נוצרים מתא המשכפל את תוכנו ומתחלק: דנ\"א שבכרומוזומים משתכפל והכרומוזומים מתחלקים, כך שכל תא בת מכיל את אותו המטען הגנטי. התאים גם משכפלים את האברונים והמקרומולקולות. - מערכת של חלבונים בשם cell cycle control system מבקרת את מחזור התא ודואגת להתקדמות נאותה שלו, מגיבה לאותות מחוץ לתא וכך שולטת במספר התאים ברקמה. - לתא יש 50 חלוקות עד שהוא מת, זה בגלל התקצרות הטלומרים. - משך מחזור התא שונה בין סוגי תאים שונים. **[מחזור התא מחולק לארבעה שלבים]** [שלב ה- M phase]: הגרעין נחצה (mitosis) והתא נחצה (cytokinesis) שלב זה לוקח כשעה במחזור תא ממוצע (מחזור של כ- 24 שעות). [Interphase]: הזמן בין M phase אחד לשני. זמן זה מכיל את שלושת החלקים הבאים של מחזור התא: - [שלב ה-:S phase] ,Synthesisהתא מכפיל את הדנ\"א שלו. - [שלב ה- G1 phase] : Gap 1, בין סיום ה M phase לתחילת סינתזת הדנ\"א ב S phase. - [שלב ה-] :[G2 phase] ,Gap 2 בין סיום סינתזת הדנ\"א להתחלת חלוקת התא. - בשלבי ה G התא בודק את הסביבה הפנימית והחיצונית לפני כניסה לשלבים המחייבים של סינתזת דנ\"א וחלוקת התא. - בשלב האינטרפזה התא ממשיך לשעתק גנים ולייצר חלבונים כך שנוצרים אברונים נוספים ומסת התא גדלה, כדי שלאחר החלוקה מסת התא הכללית לא תקטן. **[מחזור התא]** מחזור התא מתקיים בעזרת רצף שלבים המתרחשים כל אחד בתורו. כדי שהמחזור יושלם כל שלב חייב להסתיים כדי שהשלב הבא יתחיל. כל הדנ\"א חייב להשתכפל לפני שתתחיל חלוקת התא. לתא מערכות בדיקה פנימיות הבודקות את מצב התא ועוצרות את מחזור התא בנקודות בדיקה מסוימות: check points. **[מחזור התא -- נקודות בדיקה]** נקודות בדיקה הקיימות בשלבים 1G 2G: - [בשלב 1G] נבדק האם הדנ\"א שלם ותקין לפני ההכפלה. - [שלב 1G יעבור לשלב S] אם בסביבה קיימים מספיק חומרי מזון וסיגנלים חוץ תאיים מתאימים. במידה ולא - התא יכנס למצב מיוחד של [0G] והתהליך ייעצר. התהליך מתווך על ידי חלבון שנקרא P53 שנוצר על ידי גן 53 (רוב סוגי הסרטן נגמרים בגלל מוטציה בגן הזה, אם התא לא נכנס למצב שהוא מתקן את עצמו אז מתחילות להיות בעיות). - [בשלב 2G] נבדקת תקינות הדנ\"א המשוכפל וסיום שכפול הדנ\"א במלואו. התא לא יכנס לשלב הבא אם לא יתוקנו פגמים בדנ\"א ואם הוא לא שוכפל במלואו. **נקודות בדיקה אחרות המתרחשות במחזור התא:**  **[חלוקת התא]** שלב M הוא השלב בו מתחלקים הגרעין (מיטוזה) והציטופלסמה (ציטוקינזה). האינטרפאזה היא השלב בו מתכונן התא לחלוקה בשלב ה-M. האינטרפאזה כוללת את שלב ה-S בו משתכפל הדנ\"א ושלביםG1 ו-G2 שבו התאים גדלים.  **[הכנה לקראת שלב ה-M]** אחת הפעילויות המרכזיות בשלב ה- M היא חלוקה שווה של כרומוזומים בין תאי הבת. כאשר הכרומוזומים משתכפלים בשלב S הם נשארים צמודים ככרומטידות אחיות (sister chromatids) כרומטידות אחיות אלו מוחזקות יחדיו ע\"י קומפלקס חלבונים בשם קוהסינים (cohesins) המורכבים לאורך הכרומטידות כאשר הדנ\"א משתכפל. צימוד זה חשוב לחלוקה והוא נשבר בשלבים האחרונים של שלב ה-M כאשר הכרומטידות האחיות מופרדות. כאשר התא מתקרב לשלב ה- M הכרומוזומים מתעבים. חלבונים הנקראים קודהסינים (codhesins) עוזרים להתעבות זו. - במצב רגיל יש 46 כרומוזומים (23 זוגות), אחרי שלב הS יש 92 כרומוזומים (46 זוגות). - כאשר הכרומטידות האחיות נפרדות באנאפאזה- הן נקראות כרומוזומים. הפרדת הכרומוזומים לשני תאי הבת נעשית בעזרת הציטוסקלטון אשר בונה את מערכת הכישור מיטוטי (mitotic spindle) סיבי הכישור המיטוטי מורכבים ממיקרוטובולים ומחלבוני מנוע הקשורים אליהם. סיבים אחרים של שלד התא המורכבים מאקטין ומיוזין נקראים \"טבעת כיווץ\" שנוצרת במרכז התא המתחלק. סיבים אלו נוצרים לקראת שלב ה M מתחת לממברנת התא וכיווצם מביא לחלוקת התא.  **[חייבים להתרחש לפני תחילת שלב ה- M:]** 1\) [שכפול הדנ\"א (שלב הS)] 2\) [שכפול הצנטרוזום] המאפשר את יצירת סיבי הכישור המיטוטי. - הצנטרוזום (centrosome) הוא מרכז הארגון של סיבי המיקרוטובולים. - הצנטרוזום מכיל 2 צנטריולים שמהם גדלים המיקרוטובולים. - **בשלב ה- Sו-2G הצנטרוזום מתחלק אך נשאר צמוד. שכפול הצנטרוזום מזורז ע\"י אותם [Cdk] המזרזים שכפול דנ\"א בשלב S.** - כאשר המיטוזה מתחילה, הצנטרוזומים נפרדים ומיצרים רשת סיבים הנקראים aster. - אסטר אלו נעים לצידי הגרעין ויוצרים את קוטבי הכישור המיטוטי. - כאשר מעטפת הגרעין נשברת סיבי הכישור מפרידים את הכרומוזומים. - בסוף המיטוזה ממברנת הגרעין נוצרת מסביב לכרומוזומים. - מעגל שכפול הצנטרוזומים והפרדתם = [centrosome cycle]. - בשלב האינטרפאזה המיקרוטובולים דינמיים: מורכבים ומפורקים. - בתחילת המיטוזה המיקרוטובולים אשר יוצרים את הרשת הציטופלסמטית מתפרקים ונוצרים סיבי הכישור המיטוטי, מספרם עולה ואורך הסיבים היוצא מהצנטרוזום מתקצר (יחסית לאורך הסיבים לפני המיטוזה). - בשלב האינטרפאזה המיקרוטובולים דינמיים: מורכבים ומפורקים. - קינאזות תלויות ציקלין (CDKs) הן חלבוני קינאז הזקוקים לתת-יחידה נפרדת - ציקלין - שמספקת אזורים חיוניים לפעילות האנזימטית. ל-CDKs תפקידים חשובים בבקרת חלוקת התאים והם מווסתים את השעתוק בתגובה למספר רמזים חיצוניים ופנימיים. **[שלב M מחולק לשישה שלבים:]** [פרופאזה] - הכרומוזומים מתעבים וסיבי הכישור המיטוטי מתארגנים במקומם מחוץ לגרעין (שני הצנטרומרים מתחילים להיפרד, סיבי הכישור המיטוטי מתחילים להיווצר ולנוע בעזרת חלבוני מנוע). [פרומטפאזה] - מעטפת הגרעין נשברת וסיבי הכישור המיטוטי נקשרים לכרומוזומים. [מטאפזה] - סיבי הכישור המיטוטי מכנסים את כל הכרומוזומים למרכז התא. [אנאפאזה] - כרומטידות אחיות מתפצלות ונמשכות לכיוונים נגדיים בעזרת סיבי הכישור המיטוטי (ונקראות כרומוזומים) [טלופאזה] - מעטפת הגרעין נוצרת סביב הכרומוזומים בתאי הבת ונוצרים שני גרעינים. [ציטוקינזה] - התאים מתפצלים וחוזרים לשלב האינטרפאזה.  **[סיבי הכישור המיטוטי מתחילים להיווצר בפרופאזה]** בתחילת הפרופאזה שני הצנטרוזומים מתחילים להיפרד. הם מתחילים ליצור את סיבי הכישור ונעים לצדדים המנוגדים של התא בעזרת חלבוני מנוע. - במהלך הגדילה וההתפרקות המהירות של הסיבים הם נתקלים בסיבים מהצנטרוזום השני. מפגש זה גורם להתייצבותם. - [הצנטרוזומים נקראים קוטבי סיבי הכישור spindle poles. ] [הסיבים הקשורים אליהם נקראים מיקרוטובולים בין קוטבים] [ interpolar microtubules. ] - הקשר בין הסיבים השונים מתאפשר בעזרת מולקולות מנוע שונות. תאי צמח לא מכילים צנטרוזומים. הם יוצרים את סיבי הכישור ע\"י כך שמתחילים אותם על גבי הכרומוזומים ואז חלבוני המנוע מסדרים את הסיבים והכרומוזומים. **[כרומוזומים נקשרים לסיבי הכישור המיטוטי בשלב הפרומטאפזה]** - הפרומטפאזה מתחילה עם פירוק של מעטפת הגרעין. - המיקרוטובולים נקשרים לכרומוזומים דרך קומפלקס חלבונים הנקרא קינטוכור. - לפני הפרומטפאזה, הקינטוכור נוצר בצנטרומר. היווצרות קומפלקס הקינטוכור תלויה ברצף בדנ\"א. - המיקרוטובולי נקשר לקינטוכור ונקרא kinetochor microtubule וכך הוא קושר את הכרומוזום. - כ 20 עד 40 סיבי מיקרוטובולים נקשרים לכל כרומוזום. צנטרומר- רצף דנא על הכרומטידה אחות שעל גביו מגיע ונבנה רצף חלבונים שנקרא כינטוחור. המיקרוטובולים נקשרים לקינטוחור. צנטריול- נמצאים על הצנטרוזום ושולחים את הסיבים. צנטרוזום- יש בתוכו 2 צנטריולים. מרכז ארגון של המיקרוטובולים שהם נקשרים לרצף של הקינטוחור. אסתר מיקרוטובול- להחזיק את ממברנת התא. הם מעוגנים עליה. יש את שלד התא (קורטקס התא). קינטוחור מיקרוטובול- יוצאים מהצנטריול וצנטרוזומים וקושרים את הכרומטידות אחיות אחד מכל צד. מקצרים אותם כי זה דינאמי. מתחברים לקינטוחור שעל הצנטרומר. אינטרפולר מיקרוטובול- יחליקו אחד על גבי השני, המטרה היא לארגן הכל במישור המטאפאזה, אחר כך לחתוך את הקשר של הכרומטידות האחיות ואז יש דחיפה לקטבים הם מחליקים. ההחלקה עוזרת לצנטריול וצנטרוזומים להיות עוד יותר בקטבים. אפשר להוסיף או להוריד יחידות של טובולין לפי הצורך. **[מישור המטאפזה]** כרומוזומים בשלב הפרומטאפזה נקשרים למיקרוטובולים ונעים עד אשר הם מסתדרים במרכז התא, בין קוטבי הכישור ויוצרים את מישור המטאפזה metaphase plate נקודה זו מציינת את התחלת המטאפזה. תנועת הכרומוזומים מתאפשרת על ידי כיווץ המיקרוטובולים ופעילות חלבוני המנוע. הוספה והוצאה של טובולין מסיבי הכישור חשובה לתפקוד המיקרוטובולים בשלב המטאפזה. כרומוזומים מוחזקים במרכז התא במתח בין שני סיבי הכישור הנגדיים ופגיעה בצד אחד גורמת לתנועת הכרומוזום לצד השני. **[כרומוזומים נפרדים בשלב האנפאזה]** שלב האנפאזה מתרחש כאשר הקשר שיצרו הקוהסינים בין שתי הכרומטידות האחיות משתחרר. כרומטידות אחיות, שכעת הן כרומוזומים, מופרדים ע\"י סיבי הכישור לקטבים הנגדיים. **פירוק קשר הקוהסין נעשה בעזרת anaphase promoting complex (APC)** APC מפרק חלבון שמעכב חלבון פרוטואוליטי. החלבון הפרוטואוליטי: מפרק את קשר הקוהסין בין הכרומטידות האחיות.  **שלבי האנאפאזה** **אנפאזה :A** מתרחשת בעזרת חלבוני מנוע ויציאת יחידות טובולין מהמיקרוטובולי באיזור הקינטוכור. יציאת הטובולין תלויה בחלבון catastrophin הקשור גם למיקרוטובולי וגם לקינוטוכור ומניע בעזרת אנרגית ATP את הטובולין מחוץ לסיב. רוצים שהמיקרוטובולי קינטוחור יתקצרו וכך תהיה משיכה לכל צד. **אנפאזה :B** המיקרוטבולים הבין קוטבי גדלים ודוחפים את הקטבים רחוק. תלוי בחלבוני המנוע קינזין ודינאין. חלבונים אלו דוחפים את הסיבים רחוק זה מזה. חלבוני מנוע אחרים מחברים את קוטבי הכישור לקורטקס הממברנה ועוזרים לדחיפת הקטבים. מסוגלים ללכת על גבי מיקורטובולים ומסוגלים להסיע חלבונים עליהם. סיבי האסטר תמיד יהיו שם לעגן את קורטקס התא. קינטוחור- אזור חלבוני שקשור לצנטרומר קינטוחור מיקרוטובולי- מיקרוטובולי שהם קשורים לקינטוחור **[בטלופאזה נוצרת מעטפת הגרעין מסביב לקבוצות הכרומוזומים ונוצרים שני גרעינים]** תעלות מעטפת הגרעין נוצרות בשלב זה. מולקולות הלמינס מאבדות פוספט ויוצרות את הלמינה הגרעינית (מעטפת הגרעין). כאשר נוצרת מעטפת הגרעין משאבות התעלה שואבות את חלבוני הגרעין והגרעין גדל. הכרומוזומים מאבדים מעובים וביטוי גנים מתחיל!  **[ציטוקינזה (cytokinesis) = הציטופלסמה מתחלקת לשני חצאים. ]** ציטוקינזה מתרחשת בעזרת אקטין ומיוזין (תנועתם) אשר יוצרים את טבעת ההתכווצות (contractile ring) מישור וזמן ההתכווצות נקבע בעזרת סיבי הכישור. ציטוקינזה מתחילה בשלב האנפאזה (הטבעת מחוברת לחלבונים בצד הציטופלסמטי של ממברנת התא) אך הציטוקינזה לא מסתיימת עד ששני הגרעינים נוצרים. לאחר ההתכווצות הטבעת מתפרקת. **[תאים משנים את צורתם במהלך שלב ה - M ]** שינויים אלו מתרחשים בעזרת ארגון מחדש של הציטוסקלטון. בשלב האינטרפאזה תאי פיברובלסט שטוחים בעזרת קשר חזק עם המטריקס החוץ תאי. בשלב M התאים עגולים בגלל שהאינטגרינים מזורחנים והקשר בינם לבין המטריקס נחלש. שינויים אלו מאפשרים לתאים ליצור קשר חדש עם התאים השכנים ולהיכנס לרקמה. **מיוזה** גמטות= ביצית וזרע (מכילות חצי מכמות הכרומוזומים בתא רגיל). אוטוזום= כרומוזום המצוי באופן שווה בין שני המינים (לא כרומוזום מין). הפלואידי= עותק אחד של כרומוזום (בתאי מין) דיפלואידי= 2 סטים של כרומוזומים - תאי רביה נוצרים מתאים דיפלואידים בתהליך הנקרא מיוזה. בשלב זה מתחלקים הכרומוזומים ונוצרת קומבינציה גנטית חדשה. - תאי הרביה מתמזגים ונוצרת ביצית מופרית (זיגוטה) עם קומבינציה חדשה של כרומוזומים. - רביה לא מינית מתרחשת באורגניזמים חד תאיים כגון בקטריה, בצמחים רבים אשר מתנתקים מצמח ההורה בכדי ליצור צמח חדש, או תולעים מסוימות הנחצות לשתיים ויוצרות תולעים חדשות. רביה לא מינית יוצרת צאצאים הזהים להורה. - רביה מינית יוצרת עירוב של המטען הגנטי משני ההורים בכדי ליצור צאצאים אשר שונים אחד מהשני ומההורים. - רביה מינית מאפשרת היווצרות צאצאים בעלי מטען גנטי שונה המאפשר להם הסתגלות לתנאי טבע משתנים מה שמגדיל את סבירות הצאצאים לשרוד. - נעשה את הS כרגיל, בשלב הM יש מיוזה- לוקחים את הדנ\'\'א המוכפל שלנו ומחלקים אותו פעמיים. - התאים אשר יוצרים את תאי הרביה נקראים germ line cells והם נבדלים מהתאים הסומטים אשר יוצרים את תאי הגוף. הזיגוטה יוצרת את תאים אלו. תאים אלו הם דיפלואידים (2 עותקים מכל כרומוזומום).  **התהליך:** - בשלב חלוקה [מיוטית I] הכרומוזומים משתכפלים. הם מוצאים את הכרומוזומים ההומולוגיים (זוג כרומוזומים דומים בצורה, בגודל, בגנים שלהם, בכמותם ומיקומם) ויוצרים זוגות על מישור החלוקה. - בחלוקה [מיוטית II] נוצרים ארבעה תאים הפלואידים (עותק אחד מכל כרומוזום). הסבר במילים שלי: מיוזה 1- יש תא דיפלואידי germ line cell עם 46 כרומוזומים (23 זוגות), הוא משתכפל ואז יש 92 כרומוזומים (46 זוגות), כל זוג כרומוזום מוצא את הזוג כרומוזומים ההומולוגיים שלו, ואז הם מחליפים חלק קטן בינהם, הם מסדרים על מישור החלוקה וכל זוג כרומוזום נמשך לכיוון אחר, הם מתפצלים ככה ל2 תאים דיפלואידים שבכל אחד מהתאים יש 46 כרומוזומים (23 זוגות). מיוזה 2- כל תא דיפלואיד מחלק את הכרומוזומים ל2 תאים הפלואידים, בכל תא הפלואיד יש 23 עותקים של כרומוזומים (בלי בן זוג). **נקודות חשובות:** - בחלוקה מיטוטית (מיטוזה) הכרומוזומים המשוכפלים נערכים על פני המישור המיטוטי באופן אקראי ונחלקים. - בחלוקה מיוטית (מיוזה) הכרומוזומים ההומולוגים המשוכפלים נערכים בזוגות לפני סידורם במישור החלוקה. - באופן זה הכרומוזומים ההומולוגים של האם והאב נפרדים לגמטות שונות. - מאחר והכרומוזומים ההומולוגים השונים של האב או האם נפרדים באופן אקראי מתאפשר ערבוב נוסף של המטען הגנטי.  במיוזה 1- מה שרואים בתמונה הימנית. במיוזה 2- מה שרואים בתמונה השמאלית (זהה למיטוזה). הקשר בין הכרומוזומים ההומולוגים נעשה בשלב הפרופאזה ע\"י זיהוי רצפים הומולוגים (קשר ביוולנטי). לאחר שנוצרת התאמה בין הכרומוזומים ההומולוגיים חלק מהכרומוזומים מוחלף בתהליך הנקרא רקומבינציה. נוצרת כיאזמה או מספר כיאזמות. בעזרת **רקומבינציה** נוצר ערבוב נוסף של הגנים בתאי הרביה. - הכיאזמות חשובות גם לפיצול נכון של הכרומוזומים. הן מחזיקות את הכרומוזומים ההומולוגים יחדיו עד אשר סיבי הכישור מפרידים ביניהם באנפאזה. - סיבי הכישור מושכים את הכרומוזומים (הכרומטידות האחיות בשלב זה) בשלב המטאפזה אך הכיאזמה מחזיקה את הכרומוזומים ולכן הן נפרדים רק באנאפזה. - [בכדי ליצור תאים הפלואידים מתקיימת חלוקת תאים נוספת ללא שכפול נוסף של דנ\"א וללא אינטרפאזה משמעותית בשלב חלוקה מיוטית II. ] - נוצר כישור והכרומוזומים מסתדרים לאורך מישור החלוקה, הכרומוזומים מתחלקים, ונוצרים תאים הפלואידים.  **נקודות נוספות** - לעיתים החלוקה מתרחשת באופן לא תקין ומתקבלים תאי רביה החסרים כרומוזום או מכילים כרומוזום נוסף (nondisjunction). לאנשים עם תסמונת דאון יש כרומוזום 21 נוסף בתא רביה כך שהביצית המופרית מכילה 3 כרומוזומי 21. - בכל חלוקה באדם יכולות להיווצר 2^23^ (2 מכיוון שאנו יצורים דיפלואידים. 23 מכיוון שיש 23 סוגי כרומוזומים באדם) גמטות שונות. מספר זה גדול אף יותר מאחר ויש גם רקומבינציה הומולוגית. **נושא 5- מוות תאי מתוכנן (אפופטוזיס)** **[מוות תאי חשוב בהתפתחות ובבגרות]** - בבוגר, בכל שעה מתים מיליארדי תאים במח העצם ובמעי. חלוקה תאית מאזנת את המוות התאי, וכך הרקמות לא קטנות. במעיים יש שחיקה של המעיים עצמם בגלל חומרים ששוחקים אותו האוכל. - רוב התאים מתים באופן מתוכנן בתהליך הנקרא אפופטוזיס = Programmed cell death. - באפופטוזיס, התאים עוברים שינויים מורפולוגיים: הם מתכווצים, הציטוסקלטון שלהם נהרס, מעטפת הגרעין מתפרקת, הכרומטין נשבר, התא נשבר לגופים אפופטוטים עטופי ממברנה. - התא משתנה ומזוהה ע\"י מקרופאג אשר בולע אותו לפני שהתא שופך את תכולתו ופוגע בתאים שכנים. - אפופטוזים מגרה יצירה של תאים חדשים. בממוצע תא מת אחרי 50 חלוקות והטלומרים שלו מתקצרים (רצפים שמגנים על הדנא) ואם אין את הרצף הזה אז התא שולח אות לאפופטוזיס כדי שלא יהיו מוטציות. - מוות תאי לא מתוכנן- נקרוזיס. - נקרוזיס- עם הפרעה לתאים אחרים (שופך עליהם את הליזוזום למשל), אפופטוזיס- לא מפריע לתאים אחרים, הוא אורז הכל ומתפנה בלי פגיעה באחרים. - מוות תאי הוא מאוד חשוב, ניתן לראות שמניסוי שעשו על עכברים שאם נותנים להם מעקבי אפופטוזיס, נהיות להן בעיות משמעותיות כי התאי מוח ממשיכים לגדול ואין מקום בגוגולת ויש לחץ על המוח. **[אפופטוזיס VS נקרוזיס]** - להבדיל מאפופטוזיס, תאים החשופים לטראומה או לחוסר באספקת דם (וחמצן) מתים בתהליך הנקרוסיס (cell necrosis). - תאים אלו מתנפחים ומתפוצצים ושופכים את תוכנם על תאים שכנים ומתחילים תהליך דלקתי. **[מדוע יש צורך במוות תאי מתוכנן?]** - במהלך ההתפתחות העוברית, המוות המתוכנן מסיר תאים לא רצויים. - לדוגמה, מוות תאי מתוכנן עוזר לעצב כפות ידיים ורגליים - האצבעות נוצרות כאשר התאים ביניהם מתים. **[תאים אחרים מתים כאשר אין צורך במבנה שהם יוצרים]:** - בראשן התאים בזנב מתים כאשר אין צורך בהם. - במקרים אחרים, המוות עוזר לבקר את כמות התאים - במוח מספר התאים תואם את כמות הקשרים הנוצרים. - מוות תאי גם מסיר תאים שלא התפתחו באופן נורמלי או שהם לא נמצאים במקום הנכון. - במידה וחלק מהכבד מוסר, נוצרים תאים חדשים במהירות בכדי לחפות על החסר. - קצב האפופטוזיס גבוה במיוחד במח העצם (שם נוצרים תאי דם) וכך שומרים על כמות גבוהה של תאים צעירים (קצב אפופטוזיס גבוה מהווה טריגר לעידוד יצירת תאים חדשים) אשר מוכנים להילחם בזיהומים. - תאים מסוגלים לזהות פגיעה באברונים שלהם (למשל, פגיעה בדנ\"א) ובמידה והיא גדולה - הם מבצעים אפופטוזיס. **[תאים אפופטוטים עוברים שינויים ביוכימיים]** **[שיטה 1- tunel]** בזמן אפופטוזיס, אנדונוקלאזות חותכות דנ\"א כרומוזומלי למקטעים בעלי גדלים אופייניים. חיתוך זה מיצר קצוות נוספות של דנ\"א הניתנות לסימון וזיהוי בשיטת ה TUNEL - TUNEL (Terminal transferase UTP Nick End Labeling) = אנזימים מוסיפים נוקלאוטיד מסומן לקצות מולקולות דנ\"א. **אנדונוקלאזים** הם אנזימים המבקעים את הקשר הפוספודיאסטר בתוך שרשרת נוקלאוטידים. הקשרים הפוספודיאסטרים נחתכים על ידי נוקלאזות בדנא כשיש אפופטוזיס. החיתוך מייצר מספר מקטעים ואם רוצים לחקור את הדבר הזה במעבדה למשל שתרופה תגרום לא תגרום לאפופטוזיס. הבדיקה היא שיטת טאנל- מוסיפים אנזימים שמוסיפים נוקלאוטיד מסומן פלורסנטית ומוסיפים אותו לקצוות של הנוקלאוטידים החדשים שלא היו קיימים קודם, בתא רגיל אין הרבה קצוות. אם תא מתחיל תהליך אפופטוזיס אחד הדברים הראשונים זה חתיכה של דנא אז מוסיפים את האנזימים ופתאום רואים הרבה אור פלורסנטי. **[שיטה 2- southern blot]** **Southern Blot** = שיטה בביולוגיה מולקולרית לקביעת גודלו ונוכחותו של רצף DNA ייחודי. השיטה שמאפשרת לראות מקטעי DNA בתצלום עם הפסים נקראת אלקטרופורזה בג\'ל. בתהליך זה, לוקחים מקטעי DNA ורוצים למדוד את הגודל שלהם. במקרים של אפופטוזיס (מוות תאי מתוכנן), יש חיתוך אופייני של ה-DNA, מה שמאפשר לקבוע את רמת האפופטוזיס על פי גודל המקטעים שנוצרו. מטעינים את מקטעי ה-DNA לתוך ג\'ל, שבו ה-DNA נע מחשמלית מאנודה לקטודה. מכיוון של-DNA יש מטען שלילי, הוא נמשך לכיוון הקטודה. מקטעי DNA גדולים יותר ינועו לאט יותר, בעוד שמקטעים קטנים ינועו מהר יותר. כך ניתן להפריד בין מקטעי DNA לפי גודלם ולמדוד את גודלם בדיוק. שיטה זו מאפשרת להבין את גודל מקטעי ה-DNA שהתקבלו במהלך האפופטוזיס ויכולה לספק מידע חשוב לגבי רמת התהליך שהתרחש. **[תאים אפופטוטים עוברים שינויים ביוכימיים]** - בזמן אפופטוזיס יש מעבר של phosphatidylserine (הנמצא בדר\"כ בחלקה הפנימי של ממברנת התא) אל הצד החיצוני, מה שמשמש לסימון לפגוציטים שיש לעכל את התא. - תא חייב לעבור שינוי בממברנה כדי שתאים מסביבו ידעו שהוא עובר אפופטוזיס. צריך לגייס מאקרופאגים ונוטרופילים הם צריכים לקבל סיגנל. תאי דם לבנים מפטרלים כל הזמן. הם בודקים בעזרת מגע של רצפטור לליגנד האם התא בסדר? כן יופי נמשיך. אם לא, אז הוא פועל כי יש אפופטוזיס. - אחת הדוגמאות זה שיש מולקולה שנקראת פוספטדיןסלין, היא תמיד נמצאת בשכבה הפנימית של הממברנה בחלק הפונה לתוך התא. המולקולה עוברת לחלק החיצוני וזה סיגנל לאותם תאים של מערכת החיסון שבודקים אקראית אם אתה בסדר או לא. **[אפופטוזיס -- המנגנון]** - המנגנון התוך תאי אשר אחראי לאפופטוזיס תלוי [בקספאזות (Caspases) = פרוטאזות אשר חותכות חלבונים בחומצה אספרטית ספציפית. ] [ההתחלה יכולה להיות פנימית (התא אומר לעצמו למות למשל בגלל התקצרות טלומרים) וההתחלה יכולה להיות חיצונית למשל תא של מערכת החסון שהחליט שמשהו לא בסדר.] [פרוטאזות- אנזים שמפרקים חלבונים. קספזה זה סוג של פרוטאזות. כשהן מפרקות את החלבונים הם עושים את זה על ידי חיתוך בחומצה אספרטית (דוגמא לחומצה אמינית), הן הולכות וחותכות את החלבון איפה שרואים חומצה אספרטית. ] - פרוטאזות אלו מיוצרות כפרו-קספאזות שאינן פעילות, והן מופעלות ע\"י חיתוך פרוטאוליטי. האבולוציה קצת מקשה בין פרו קספזה לקספזה כדי שזה יקרה רק מתי שצריך. ברגע שזה מתחיל אבל ברגע שהוא קורה הוא בלתי הפיך מנקודה מסוימת והילך. - קספזות מפעילות קספזות שמפעילות קספזות על ידי חיתוך של פרוקספזות כל פעם. - הפרוקספאזות נחתכות גם הן באזור המכיל חומצה אספרטית ספציפית ע\"י קספאזות אחרות. - הפרוקספאזות נחתכות ליחידה גדולה וליחידה קטנה היוצרות הטרודימרים. קשור לחלק למעלה חלקיק חלבוני pro domain שהוא מגן ולא מאפשר חיבור עם החלק השני. כדי להיות קספזה פעילה צרי טטרמר. החלק האפור נפרד מבחינה פיזית מרחבית לא מאפשר משיכה בין 2 הפרו קספזות. - יש קספזות שמתחילות את התהליך ויש קספזות שמבצעות בפועל. ברגע שעברנו מזה לזה אי אפשר לעצור את התהליך. - הקפקזות חותכות רק את הפרו קפקזות האחרות, לא חלבונים כללים בתא שיש להם חומצה אספרטית. [שני הטרודימרים יוצרים טטרמר פעיל. ] - הקספאזות הפעילות חותכות ומפעילות קספאזות אחרות וישנה הגברה של התהליך. - [initiators procaspases] = קספאזות אשר מתחילות את התהליך הפרוטאוליטי לאחר הפעלתן. הן חותכות ומפעילות את ה[executioner procaspases] הממשיכות את התהליך הפרוטאוליטי ע\"י חיתוך קספאזות נוספות ועוד חלבונים ספציפיים בתא. **חלבוני המטרה של הקספאזות:** - הלמינים הגרעיניים (חיתוכם גורם לפירוק בלתי הפיך של מעטפת הגרעין). - האנדונוקלאז (לאחר חיתוכו נעשה פעיל וחותך דנ\"א בגרעין). - חלבוני שלד התא ומולקולות אחיזה (מאפשר לתאים בתהליך האפופטוטי להתנתק משכניהם, דבר המקל על עיכולם או פליטתם מהרקמה). - התהליך האפופטוטי הוא בלתי הפיך משלב מסוים! - עיכוב פעילות הקספאזות עשוי לגרום ליצירת עודף תאים מכיוון שהם אינם מתים באפופטוזיס. - עיכוב קספאז 3 במוח העובר בעכבר מקטין את האפופטוזיס וגורם למות העובר כתוצאה מיצירת תאים רבים ועיוות המוח. אין השפעה על איברים אחרים. **אפופטוזיס -- מנגנון חוץ תאי** - אותות חוץ תאיים הנקשרים לקולטני מוות (death receptors) מפעילים את המסלול החיצוני (extrinsic pathway) של האפופטוזיס. - קולטנים אלו שייכים למשפחת ה tumor necrosis factor (TNF) המכילים קולטן ל TNF וגם קולטן הנקרא **Fas death receptor.** הפעלה של קולטן ה Fas על פני תא המטרה (שצריך לעבור אפופטוזיס) מתרחשת ע\"י קישור של ליגנד Fas שנמצא על פני Killer lymphocyte. הוא לא שם במקרה, קראו לו כי יש בעיה. מי שילחץ על הכפתור להתחיל את האפופטוזיס זה גורם חיצוני שהוא הקילר לימפוצייט. רק אם הוא יבוא עם הליגנד שלו ויקשר לרצפטור FAS ויתחיל התהליך. כאן זה פרוקספזה 8 או 10 הם אינישיאייטור. DISC קומפלקס מוות המכיל פרוקספזות הפעלה של הקומפלקס גורמת להפעלה לחיתוך של פרוקספזה 8 או 10 לקפקזה פעילה, ברגע שהיא מופעלת המשך ההפעלה יהיה האקסיושר קספז ומשם אין דרך חזרה. לאחר קישור הליגנד נקשר חלבון מקשר אשר קושר את הפרוקספאז המתחיל ויוצר Death-inducing signaling complex (DISC). הפרוקספאז המתחיל מפעיל פרוקספאז מבצע ותהליך האפופטוזיס מתחיל (ולא ניתן לעצירה). **אפופטוזיס- מנגנון תוך תאי** תאים יכולים להפעיל את האפופטוזיס גם בעזרת אותות תוך תאיים, לדוגמה בתגובה לפגמים בדנ\"א או חוסר בחמצן. תהליך זה (intrinsic pathway) תלוי בשחרור של חלבונים **מהמיטוכונדריה** לציטוזול. חלבון מרכזי המשתחרר מהמיטוכונדריה הוא **cytochrome c** המעורב בשרשרת מעבר האלקטרונים. ציטוכרום C הוא חלק משרשרת מעבר האלקטורנים בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. זה לא משהו שקורה כל יום שהיא ככה סתם בציטופלזמה. אם ציטוכרום C השתחרר מהמיטוכונדריה והוא נמצא בציטופלזמה יש בעיה. זה רק דוגמא אחת יש הרבה דוגמאות אחרות. כאשר ציטוכרום C משתחרר לציטוזול הוא נקשר לחלבון אדפטור (apoptotic protease activating factor 1) Apaf1הנקשר לפרוקספאז 9 המפעיל פרוקספאזות אחרות ואת תהליך האפופטוזיס. **הסבר המנגנון** כאשר התא נתון במצוקה, המיטוכונדריה משחררת ציטוכרום C החוצה לציטופלזמה. הציטוכרום C שנמצא מחוץ למיטוכונדריה נקשר לחלבון APAF1 (Apoptotic Protease Activating Factor 1). כאשר רמת הציטוכרום C בציטופלזמה מגיעה לסף מסוים, מתרחש קישור ל-APAF1, ויוצר קומפלקס שנקשר לפרוקספאז 9 (procaspase-9). הקומפלקס המורכב מציטוכרום C, APAF1 ופרוקספאז 9 יוצר מבנה מרחבי הנקרא **אפופטוזום (apoptosome).** האפופטוזום גורם לפרוקספאז 9 להפוך לקספאז 9 פעיל. קספאז 9, שהוא קספאז מאתחל (initiator caspase), מפעיל קספאז מבצע (executioner caspase). התהליך כולל חיתוך פרוטאוליטי באתרי חומצה אספרטית בחלבונים המטרה. מכאן והלאה, הקספאזות המבצעות גורמות לחיתוך של הלמינה הגרעינית ושל חלבונים נוספים, מה שמוביל בסופו של דבר למוות התאי המתוכנת (אפופטוזיס). CARD DOMAIN זה הקיושר של הapaf1 עם הציטוכרום C זה מבנה מרכזי.  האפופטוזיס מבוקר בתאים ע\"י חלבון Bc2 = הוא מבקר יציאת חלבונים מהמיטוכונדריה כמו.Cytochrome c מספר סוגים של Bc2 הם פרו-אפופטוטים: מזרזים שחרור Cytochrome c וחלק הם אנטי-אפופטוטים: מעכבים שחרור Cytochrome c. היחס בין סוגי הBc2 קובע האם התא יחיה או ימות. המנגנון התוך תאי מבוקר על ידי משפחה של חלבונים (לא אחד) שקוראים להם BC2. חלבון יכול להיות גם מבנה ריבעוני עם כמה חלבונים. **לכל אלה יש מבנה רביעוני ממשפחת BC2:** - הראשון- מעכב אפופטוזיס. - השני- מניע לאפטופטוזיס. - השלישי- מניע לאפופטוזיס. - יש דינמיקה בינהם בהתאם לשלב של התא או של ההתבגרות. - מולקולות הנקראות Inhibitors of apoptosis proteins (IAPs) יכולות להקשר ישירות לקספאזות ולעכב אותן. כך הן מעכבות את האפופטוזיס וקובעות את הסף שהקספאזות צריכות לעבור. יש מולקולה שנקראת IAP (Inhibitor of Apoptosis Protein) שמעכבת את תהליך האפופטוזיס. המולקולה IAP נקשרת לציטוכרום C ומונעת ממנו להיקשר ל-APAF1 (Apoptotic Protease Activating Factor 1), ובכך מעכבת את תחילת התהליך. אם יש ריכוז גבוה של IAP וריכוז נמוך של ציטוכרום C בציטופלזמה, תהליך האפופטוזיס לא יתחיל. אולם, אם יש כמות גדולה של ציטוכרום C שמשתחררת לציטופלזמה, הציטוכרום C ייקשר ל-APAF1 בכמות מספקת כדי להתגבר על העיכוב של IAP, והתהליך האפופטוטי יתחיל. יש שינויים במספר הAIP בין תאים בין חלקים של השנים בין מצבים בריאותיים כך הם קובעים את הסף שהקספזות קובעות לעבור.  **בקרה על אפופטוזיס סיכום:** - משפחת ה-Bcl-2 כוללת חלבונים שמעורבים בבקרת חדירות הממברנה של המיטוכונדריה ובכך משפיעים על שחרור ציטוכרום C והפעלת הקסקאדה האפופטוטית. - -IAP חלבונים שמונעים אפופטוזיס על ידי עיכוב פעילותם של קספאזות, שהן אנזימים המובילים לפירוק התאים במהלך האפופטוזיס. **[במקרים רבים תאים זקוקים לאותות משכניהם בכדי להימנע מאפופטוזיס]** בעוברות כל תא שאין לו סינפסה עם תא אחר יעבור אפופטוזיס. כי תא מפריש גורמים שמעכבים אפופטוזיס ואם יש תא בלי סינפסה הוא ימות כי הוא לא יקבל גורמי שרידות. כשיש סינפסה יש תא פרה ופוסט סינפטי. אם אין סינפסה אז לתא הפרה סינפטי אין תא פוסט סינפטי שמפריש לו את גורמי השרידות. - BDNF דוגמא לגורם שרידות מנגנון זה מאפשר לתאים לשרוד היכן שהם נדרשים. תאי עצב מיוצרים בעודף ומתחרים על מקורות של גורמי שרידות (Survival factors) המופרשים ע\"י תאי המטרה. נוירונים שיקבלו מספיק מגורמי השרידות יתקיימו ואחרים ימותו. **[גורמי שרידות]** - גורמי שרידות נקשרים לקולטנים בממברנה ומפעילים מסלולים תוך תאיים המעכבים אפופטוזיס. - חלק מגורמי השרידות מפעילים שעתוק של חלבונים אנטי אפופטוטים כמו Bcl2. - חלק מגורמי השרידות גורמים לזירחון ועיכוב של חלבוני Anti-IAP וכך מאפשרים לIAP לעכב אפופטוזיס. - כאשר תאים לא מקבלים גורמי שרידות הם עוברים אפופטוזיס ע\"י יצירת והפעלת חלבונים פרו-אפופטוטים כמו BH3-only. דוגמא שמאלית- אם תא יוצר סינפסה עם תא אחר אז הפוסט סינפטי מפריש BDNF או גורם שרידות אחר שעושה קסקדה של תהליכים ויוצא בסוף BCL2 שהוא מעכב אפופטוזיס. להפעיל גן לbcl2/ דוגמא אמצעית- גורם שרידות נקשר לרצפטור, מפעיל תהליכים שמאקטבים את הbcl2 שהוא מעכב אפופטוזיס. בעזרת זירחון. - זרחון זה מספק מולקולרי הוא יכול להדליק או לכבות תהליכים. הוא יכול לבוא לחלבון לא פעיל פרואפופטוטי ולהפעיל אותו. דוגמא ימנית- גורם שרידות נקשר ברצפטור ומפעיל את מאפ קינאז שמפעיל תהליכים שיוצרים IAP שהם חלבונים שיושבים על הקפקזות וחוסמים אותם מלחתוך עוד קספאזות ולחתוך את המקומות בתא ליצירת אפופטוזיס ולכן מעכבות את התהליך. גורמי שרידות מעכבים אפופטוזיס על ידי חלבונים אנטי אפופטוטיים או הפעלה שלהם בעזרת זרחון. **[הישרדות תאי עצב תלויה במטרות הסינפטיות ]** היווצרות של תאים והיעלמותם לאחר מכן = תהליך חיוני! ישנו צורך לדאוג לכך שכמות התאים המעצבבים תהיה בהתאמה לכמות התאים המעוצבבים. - כ- 30% מתאי DRG (dorsal root ganglia) מתים בשלב ההתפתחות. בתרנגולת תאי DRG מתחילים להתנוון ביום 4.5 ותהליך זה נמשך יומיים וחצי. - תאי DRG המעצבבים כנפיים ורגליים מתים פחות, כנראה משום שיש יותר רקמה לעצבב. - תאים אלו יוצרים מגע עם תאי המטרה לפני המוות. **[חוסר בבקרה על מוות תאי]** עליה בכמות הלימפוציטים כאשר הקולטן לFas או Fas פגומים מוביל למחלות אוטואמיוניות. עיכוב אפופטוזיס לדוגמה ע\"י יצור יתר של Bcl2 עשוי לגרום לסרטן.  **נושא 6- תהליכים סרטניים** - כל סוגי הסרטן נובעים מתאים בודדים שרכשו את המאפיינים של חלוקה מתמדת בצורה בלתי מרוסנת ופלישה לרקמות מסביב. - תאים סרטניים מתנהגים בצורה חריגה זו בגלל שינויים ברצף הדנ\"א של גנים מרכזיים, הידועים כגנים סרטניים. - לכן כל סוגי הסרטן הם מחלות גנטיות, אך לא בהכרח תורשיות. יש הבדל: גנטית זה פגם בגן שבא לידי ביטוי בשלב הדנא רנא או חלבון. מחלה תורשתית- היא עוברת מדור לדור יש סוגי סרטן בתאים סומטיים או תאי מין, אם הפגם הגנטי בתאים סומטיים זה לא מה שמעבירים לדור הבא. אם הפגם קיים גם בתאי המין אם הצאצא נוצר כתוצאה מההתלכדות של הביצית הנגוע או הזרע. זהו קריוטיפ מגידול סרטני בשד המדגים את הצטברות השינויים הגנטיים הנובעים מהצמיחה הלא מבוקרת של התאים. בתא הסרטני המוצג, מספר כרומוזומים נמצאים ביותר משני עותקים. על כמה מהכרומוזומים הללו ישנם גנים ספציפיים המקנים לתא יתרון צמיחה כתוצאה מנוכחותם במספר עותקים. כל כרומוזום ממוספר אמור להופיע כזוג וכצבע אחיד אחד. לדוגמה, בתיבה של כרומוזום 1 אמורים להופיע שני כרומוזומים בצבע צהוב, אך במקום זאת, מופיעים שישה כרומוזומים בצבעים מגוונים. יש לשים לב במיוחד לכרומוזומים 1, 8 ו-17 שיש להם צבעים מרובים, המייצגים אזורים מכרומוזומים אחרים. זהו דוגמה לשחלוף בין-כרומוזומלי שבו חלקים מהגנום נשברו ואז התחברו לחלקים אחרים של הגנום. **[מהי מוטציה?]** [מוטציה ב germ line cells]: שינוי ברצף הדנ\"א שיכול לעבור בתורשה משני ההורים. תאי נבט. [מוטציה סומטית]: שינוי ברצף הדנ\"א בתאים שאינם זרע או ביצית. המוטציה קיימת בתא הסרטני ובצאצאיו, אך לא בתאים הבריאים של החולה. **[סוגי מוטציות]**  בטבלה שמוצגת בתמונה, אנו רואים השוואה בין שתי רצפי DNA שונים (Sequence 1 ו-Sequence 2) ואת סוג המוטציה (Type) שהתרחשה ביניהם. הנה פירוט על כל שורה בטבלה: 1\. Substitution (החלפה) \- Sequence 1: ACTCGTTAGGCA \- Sequence 2: ACTCCTTAGGCA \- הסבר: מוטציה זו כוללת החלפת נוקלאוטיד אחד באחר. במקרה זה, האות \'G\' ברצף 1 הוחלפה ב-\'C\' ברצף 2. 2\. Deletion (מחיקה) \- Sequence 1: ACTCGTTAGGCA \- Sequence 2: ACTCGGCA \- הסבר: מוטציה זו כוללת מחיקת חלק מהרצף המקורי. במקרה זה, האותיות \'TT\' נמחקו מהרצף 1 ברצף 2. 3\. Insertion (הוספה) \- Sequence 1: ACTCGTTAGGCA \- Sequence 2: ACTCGTTATCAGGCA \- הסבר: מוטציה זו כוללת הוספת נוקלאוטידים לרצף המקורי. במקרה זה, האותיות \'AT\' נוספו ברצף 2 אחרי \'TT\' ברצף 1. 4\. Inversion (היפוך) \- Sequence 1: ACT[CGTT]AGGCA \- Sequence 2: ACT[TTGC]AGGCA \- הסבר: מוטציה זו כוללת היפוך של חלק מהרצף המקורי. במקרה זה, הרצף \'CGTT\' ברצף 1 התהפך ל-\'TTGC\' ברצף 2. 5\. Duplication (שכפול) \- Sequence 1: ACTCGTTAGGCA \- Sequence 2: ACTCGTTAGTTAGGCA \- הסבר: מוטציה זו כוללת שכפול של חלק מהרצף המקורי. במקרה זה, הרצף \'TTAG\' ברצף 1 שוכפל פעמיים ברצף 2. **[מוטציות וגנים סרטניים]** - מוטציות בגנים של סרטן יכולות להתרחש באופן סומטי או יכולות לעבור בתורשה. - מוטציות בחלק מהגנים הסרטניים יכולות לעבור בתורשה מההורים, ובמקרה זה הן קיימות בכל תא בגוף. אנשים כאלה נמצאים בסיכון גבוה יותר לפתח סרטן. - מוטציות סומטיות יכולות להתרחש בכל אחד מתאי הגוף מלבד תאי הנבט (זרע וביצית) ולכן אינן מועברות לילדים. - תאי נבט = germ line cells - רק ל5-10 מסוגי הסרטן יש מרכיב תורשתי בגן של סרטן השד. **[שני סוגי גנים סרטניים]** גנים מדכאי גידול **Tumour Suppressor Genes** - גנים אלו כוללים מגוון רחב של סוגים ונמצאים במחזור התא. תפקידם הוא לעכב את חלוקת התאים כאשר הם מקבלים מידע מתאים מהסביבה. - כאשר הם מגלים פגם בתא, הם אמורים לעצור את חלוקת התא כדי לתקן את הפגם. אם הפגם בלתי ניתן לתיקון, הם יובילו לתהליך של אפופטוזיס (מוות תאי מתוכנן). - מוטציות בגנים אלו עלולות לגרום לסרטן, מאחר שהתאים לא מקבלים את האותות לעצור את החלוקה או לבצע אפופטוזיס. אונקוגנים, גנים מעודדי סרטן **Oncogenes** - גנים אלו אחראים על שגשוג תאים במצב רגיל. - כאשר יש מוטציה ההופכת את הגן לפעיל יתר על המידה, החלבון שמיוצר על ידו מעודד את התאים להתחלק ולהתמיין בצורה בלתי מבוקרת, מה שמוביל להתפתחות סרטן. כיום ידוע על כ-400 גנים סרטניים סומטיים. **גנים מדכאי גידול (Tumour Suppressor Genes)** גנים אלו מתפקדים באופן נורמלי למניעת צמיחה או חלוקה של תאים. חלבונים מדכאי גידול מבצעים את הפונקציות הבאות: \- דיכוי גנים החיוניים למחזור התא, ובכך עיכוב חלוקת התאים. \- קישור מחזור התא לנזקי DNA; אם יש נזק לתא, הם לא יאפשרו לו להתחלק. \- זיהוי מקרים בהם הנזק ל-DNA הוא בלתי ניתן לתיקון והתחלת אפופטוזיס (התאבדות תאים). **אונקוגנים (Oncogenes):** גנים אלו מתפקדים באופן נורמלי לעידוד צמיחה או חלוקה של תאים בצורה מבוקרת.  **[מוטציות רבות נדרשות להתפתחות והתקדמות של סרטן]** **גידול שפיר (Benign Tumour)**: תא מתחיל להתחלק בקצב מהיר יותר משכניו ונוצרת מסה מקומית של תאים. גידול זה הוא בלתי ממאיר ואינו מוגדר כסרטן מאחר שהוא נשאר ברקמה המקורית ואינו מתפשט. **סרטן מקומי במקום (In Situ Cancer)**: תא מתחיל להתחלק בצורה בלתי מבוקרת, אך עדיין מוגבל למקום המקורי. בשלבים הראשונים, סרטן זה אינו מסוכן וניתן להוציאו בניתוח מבלי צורך בטיפולים נוספים, כיון שהוא אינו מתפשט לרקמות אחרות. **סרטן חודרני (Invasive Cancer)**: הגידול גדל ותאים מתחילים לחדור לרקמות הסמוכות באותו איבר. במקרה זה, עדיין מדובר על אותו איבר, אך יש חדירה לרקמות שונות בתוכו. **סרטן גרורתי (Metastatic Cancer)**: תאים סרטניים עוברים דרך זרם הדם לאיברים ומערכות אחרות בגוף. תאים אלו שוקעים באיברים אחרים ויוצרים גידולים שניוניים, תהליך הנקרא גרורות (Metastasis) **[גורמי סיכון לסרטן: ]** **[גנטיקה, סביבה וגם\... וירוסים]** השפעת וירוסים על התפתחות סרטן: לוירוסים יש רק RNA או DNA עם מעטפת, והם נכנסים בקלות לממברנת התא. הוירוס מבצע אינטגרציה של ה-DNA שלו לתוך תא המאחסן ומנצל את כל המערכות הקיימות בתא שלנו. אם הוירוס תוקף תאים הקשורים לחיי המין, הוא יכול לעבור גם לצאצאים. דוגמה: Human Papilloma Virus (HPV) וסרטן צוואר הרחם \- גורמים ביולוגיים: גורמים ביולוגיים יכולים גם הם להיות מקושרים להתפתחות סרטן. לדוגמה, נגיף הפפילומה האנושי (HPV) מוכר כגורם לסרטן צוואר הרחם. \- הדבקה ומחלות נלוות: HPV הוא וירוס המועבר במגע מיני ויש לו יותר מ-100 זנים שונים. שלושים מהם יכולים לגרום לסרטן צוואר הרחם וליבלות באיברי המין. \- מנגנון הפעולה: כאשר HPV נכנס לתאי צוואר הרחם, חלבונים המיוצרים על ידי הווירוס מפעילים אונקוגנים (Oncogenes) ומדכאים גנים מדכאי גידול (Tumour Suppressor Genes) בהתאמה. הווירוס פועל כמו מכונה להפעלת גנים סרטניים רבים. \- נתונים סטטיסטיים: בשנת 2007 היו יותר מ-550,000 מקרים חדשים של סרטן צוואר הרחם וכ-260,000 מקרי מוות כתוצאה מהמחלה ברחבי העולם. רוב הנשים שנפגעו היו במדינות מתפתחות, בהן תכניות סקר לסרטן צוואר הרחם אינן זמינות ותשתיות הבריאות חלשות. \- חיסונים: תפקידו של HPV בסרטן צוואר הרחם הוביל לפיתוח חיסונים נגד הנגיף. **[השוואה בין תא סרטני לתא נורמלי]**  **[טלומרים]** במהלך הזמן מתרחשים בדנ\"א של התאים מוטציות, בשל חשיפה לחומרים מזיקים, לקרינה, או כטעות במהלך החלוקה. השערה: הגבלת מספר החלוקות של התא נועדה להקטין את הסיכוי שהוא יצבור מוטציות סרטניות. **מה הם טלומרים?** טלומרים הם רצפי דנ\"א לא מקודדים בקצוות הכרומוזומים שתפקידם להגן על המידע הגנטי במהלך חלוקת תאים. עם כל חלוקה, הטלומרים מתקצרים, ובסופו של דבר, כשהם נהיים קצרים מדי, התא מפסיק להתחלק או הופך לתא זקן עם תפקוד פגום. **טלומראז** טלומראז הוא אנזים המאריך את הטלומרים בתאי גזע ובחלק מהתאים הסרטניים, וכך מאפשר להם להימנע מההזדקנות ולהתחלק ללא הגבלה. **תהליך ההזדקנות וסיכון לסרטן** התקצרות הטלומרים נחשבת לגורם מרכזי בתהליך ההזדקנות, כי כאשר הטלומרים נהיים קצרים מדי, התאים אינם יכולים להתחלק עוד, מה שמוביל לירידה ביכולת התחדשות הרקמות ולפגמים בתפקודן. **הקשר בין טלומראז לסרטן** כמעט בכל סוגי הסרטן, האנזים טלומראז מופעל מחדש, מה שמאפשר לתאים הסרטניים להימנע מהתקצרות הטלומרים ולצבור מוטציות נוספות. המחקר הנוכחי מעלה את השאלה מה קדם למה: האם פעילות הטלומראז היא זו שמובילה להצטברות מוטציות סרטניות, או שמא מוטציות אלו קודמות לפעילות הטלומראז. **מחקר חדש: התקצרות הטלומרים למניעת סרטן** מחקר מאוניברסיטת רוקפלר גילה שהתקצרות הטלומרים עשויה להיות מנגנון המונע סרטן. החוקרים מצאו שבמשפחות עם היסטוריה של סרטן, התאים היו בעלי טלומרים ארוכים מהרגיל וקשור לכך למוטציות בגֵן TIN2, אשר משפיע על ויסות אורך הטלומרים. התוצאות מראות שכאשר הטלומרים ארוכים מדי, הסיכון להתפתחות סרטן גובר. **נושא 7- תאי גזע** כדי לגדל תאי גזע במעבדה, צריך לתת להם מצע של חומרים מזינים. לדוגמא- אם רוצים לגדל תאי גזע אנושיים על צלחת פטרי, צריך לגדל אותם על mouse feeder cells כדי שיספקו להם את הנוטריינטים החיוניים. מנסים לגדל אותם כדי שיתרבו יותר, ויתחלקו פחות. **[מה הם תאי גזע?]** סוג ראשון- self-renewal תאי גזע שמתחלקים ל-2 וממשיכים להתחלק ולא מתמיינים, התפקיד שלו זה ליצור שגשוג. סוג שני- differentiation ברגע שתא גזע זה מתחלק, הוא מתחיל להתמיין לסוג מסוים. **[איפה ניתן למצוא תאי גזע?]** בכל אחד מהשלבים של ההתפתחו שלנו, ניתן למצוא תאי גזע. יש 2 סוגים, תאי גזע עובריים ותאי גזע בוגרים שקיימים אצלנו בגוף הבוגר. פלסטוציט- תא גזע עוברי מאוד מוקדם, בעצם מספר תאים לפני שמתפתח העובר. תאי גֶָּהֶם עובריים (תַּאי גֶֶּהֶם = embryonic stem cells) נלקחים מתוך הבְּלַסְטוֹצִיסְט (blastocyst), שלב עוברי מוקדם מאוד. הבְּלַסְטוֹצִיסְט הוא כדור המכיל כ-50-100 תאים והוא עדיין לא הושתל ברחם. הוא מורכב משכבה חיצונית של תאים (טרופקטודרם)כ, חלל מלא נוזל וקבוצת תאים הנקראת מסת התאים הפנימית (אינר סל מס). תאי גֶָּהֶם עובריים נמצאים במסת התאים הפנימית. תאים אלו יכולים להתחלק לכמעט כל תא בגוף (הכל- חוץ משלייה)- הם פלוריפוטנטים. במעבדה, ניתן לגדל אותם ברקמה עם מזון ואפשר לגדל מהם כמעט כל דבר. אם יודעים את הנוסחא של הנויטריינטים הדרושים בכל שלב שאנו רוצים שהוא יתפתח ככה נוכל לדעת מה לגדל בדיוק, כל סוג תא להתמיינות צריך סביבה שונה.  דוגמא- איסוף דם טבורי- יש בו פלוריפוטנטים (הכל חוץ משליה). **[תאי גזע עובריים- האתגרים]** האתגר הגדול עבור המדענים הוא ללמוד כיצד לשלוט בתאי גזע עובריים (ES cells). אם נוכל להנחות את תאי הגזע העובריים לייצר כל סוג של תא שאנחנו רוצים, אזי נוכל לפתח כלי רב עוצמה לפיתוח טיפולים למחלות. לדוגמה, אולי נוכל לגדל תאים המייצרים אינסולין כדי להשתילם למטופל עם סוכרת. אך יש ללמוד הרבה לפני שיכולים להיות מפותחים טיפולים כאלה. מדענים רוצים גם להשתמש בתאי גזע כדי: להבין כיצד מחלות מתפתחות (מודל למחלות) לבדוק תרופות במעבדה **[איך התאים יודעים למה להתפתח?]** הסביבה מחוץ לתאים, הידועה גם בשם המיקרו-סביבה, משפיעה על הפעלת והכיבוי של גנים שונים. תאי גזע חיים בסביבה מיוחדת הנקראת **מקום תאי הגזע** the stem cell niche מקומות אלו מכילים שפע של גורמים שיכולים להשפיע על התנהגות התאים. סוגי תאים שונים תורמים כל הזמן לרכיבי המקום. לדוגמה, פיברובלסטים מפרישים חלבונים התורמים למטריצה החוץ-תאית ולרקמות החיבור. כיצד יגיב תא גזע עוברי אם הוא ייגע בכמה תאי שריר? הוא עשוי להתמיין לסיב שריר. איך לדעתך אותו תא גזע יגיב אם הוא יגודל בסביבה של כמה נוירונים? הוא יתמיין לנוירון. המיקרו-סביבה גורמת לשינויים בביטוי הגנים שמשנים את התכונות הפיזיות, או הפנוטיפ, של התאים. זו התורה המרכזית של הביולוגיה - כלומר, ביטוי הגנים מניע את הנוכחות והרמות של חלבונים מסוימים אשר קובעים את סוג התא. הומיאוסטזת תאי הגזע נשמרת באמצעות מנגנונים אפיגנטיים הדינמיים ביותר, אשר מסדירים את מבנה הכרומטין ואת תוכניות שעתוק הגנים הספציפיים. **[תאי גזע של רקמות: tissue]** **[מה הם יכולים לעשות]** כולנו בעלי תאי גזע בגופנו כל הזמן. הם חיוניים לשמירה על כושר ובריאות. הם מחליפים תאים שניזוקו או שסיימו את חייהם. תאי גזע של רקמות יכולים לעיתים ליצור מספר סוגים של תאים מיוחדים, אך הם מוגבלים יותר מתאי גזע עובריים. תאי גזע של רקמות יכולים לייצר רק את סוגי התאים שנמצאים באותה הרקמה שאליה הם שייכים. לכן, תאי גזע בדם יכולים לייצר רק את סוגי התאים השונים שנמצאים בדם. תאי גזע במוח יכולים לייצר רק סוגי תאים שונים במוח. תאי גזע בשריר יכולים לייצר רק תאי שריר... תאי גזע של רקמות הם **מולטי-פוטנטיים (Multipotent)** מכיוון שהם יכולים לייצר מספר סוגים של תאים מיוחדים, אך לא את כל סוגי התאים בגוף שלך. **[תאי גזע בשריר שלד בוגר:]** **[האם יש עדיין כוח בתאי הגזע שלנו?]** התאים האדומים הגדולים = סיבי שריר בריאים התאים הירוקים = סיבי שריר חדשים שהתחדשו הנקודות הוורודות הקטנות = תאי גזע של שריר (נקראים גם תאי לוויין כי הם נצמדים לצידי סיבי השריר) הנקודות הוורודות הקטנות בסופו של דבר הופכות לתאים הירוקים, שמתאגדים יחד כדי להוות את סיבי השריר האדומים. בשריר השלד, תאי גזע של שריר מופעלים מיד לאחר פציעה כדי לעזור להחליף שריר שנפגע. כאשר ארנולד מרים משקולות, תאי גזע השריר שלו מתרבים ומתחלקים לסיבי שריר חדשים שמתאגדים עם סיבי השריר הקיימים כדי להגדיל את גודל השרירים שלו. זהו חלק מהסיבה לכך ששרירים גדלים עם תרגול; חלק נוסף הוא שהסיבים עצמם גדלים גם כן.  **[תאי גזע במוח הבוגר:]** **[האם הם עדיין עובדים עבורנו עכשיו?]** תאי גזע בוגרים נמצאים בכל חלקי גופנו. הנה כמה דוגמאות למיקומים בגוף בהם יש תאי גזע: לאחרונה יחסית, גילו המדענים שבשני אזורים ספציפיים במוח שלך, תאי גזע עצביים (Neural Stem Cells) מתחלקים ומתמיינים כדי להפוך לנוירונים ולתאי גליה, שתומכים בצמיחה של נוירונים. ללא תאי גזע עצביים בהיפוקמפוס, כנראה שלא היית יכול ללמוד או לזכור. **[Turning back time: induced pluripotent stem cells (IPS cells)]** בשנת 2006, גילו המדענים שניתן ליצור סוג חדש של תאי גזע במעבדה. הם גילו שהם יכולים להמיר תאי עור מעכבר לתאים שמתנהגים בדיוק כמו תאי גזע עובריים. בשנת 2007, חוקרים הצליחו לעשות זאת גם עם תאים אנושיים. תאי הגזע החדשים שנוצרים במעבדה נקראים תאי גזע פוטנטיים מוטמעים (Induced Pluripotent Stem Cells - iPS Cells) בדיוק כמו תאי גזע עובריים, הם יכולים ליצור את כל סוגי התאים השונים בגוף -- ולכן אנו אומרים שהם פוטנטיים (Pluripotent). יצירת תאי גזע iPS היא כמו לחזור אחורה בזמן. מדענים מוסיפים גנים מסוימים לתאים מהגוף כדי לגרום להם להתנהג כמו תאי גזע עובריים. גנים נותנים לתאים הוראות כיצד להתנהג (באמצעות גורמי שעתוק, למשל). לכן, התהליך הזה דומה לשינוי ההוראות בתוכנית מחשב כדי לגרום למחשב לבצע משימה חדשה. המדענים קוראים לתהליך שהם משתמשים בו ליצירת תאי iPS \"תכנות מחדש גנטי\" (Genetic Reprogramming). החוקרים מקווים שביום מן הימים הם יוכלו להשתמש בתאי iPS כדי לעזור בטיפול במחלות כמו פרקינסון או אלצהיימר. הם מקווים ל: 1. לקחת תאים מהגוף -- כמו תאי עור -- מהמטופל. 2. ליצור תאי iPS. 3. להשתמש בתאי iPS הללו כדי לגדל את התאים המיוחדים שהמטופל צריך כדי להחלים מהמחלה, לדוגמה, תאי מוח מסוימים. תאים אלו ייווצרו מתאי עור של המטופל עצמו, כך שהגוף לא ידחה אותם. עד שהמדענים יוכלו לעשות זאת, יש עוד דרך ארוכה, אך תאי iPS הם גילוי מרגש. אפשר לעשות את זה בעזרת התערבות גנטית, או להכניס גנים שיגרמו לכך שגנים מסוימים יבואו לביטוי וחלק יושתקו על מנת לגרום להתמיינות אחורה (פחות ממוין) או שאפשר לעשות את זה באמצעים סביבתיים כמו תרופות. אחת הדרכים ליצור את התאים הללו היא באמצעות הנדסה גנטית להחדרת רצפי DNA שיכולים לשנות בסופו של דבר את סוג התא. דרך נוספת היא להעניק להם סיגנלים מהסביבה שלהם---מולקולות פרמקולוגיות---שמשפיעות על ביטוי הגנים. **[Stem cell jargon]** כל תאי גזע יכולים לחדש את עצמם ולהתמיין, אבל חלק מתאי הגזע יכולים לייצר יותר סוגים של תאים מיוחדים מאחרים. יש גם סוגים שונים של תאי גזע: **טוטיפוטנטיים (TOTIPOTENT)**: תאים אלה יכולים להתמיין לכל סוגי התאים המיוחדים בגוף וגם לתאים הנדרשים במהלך התפתחות העובר בלבד: שליה, שק חלמון, חבל הטבור. **דוגמה:** תאי גזע בעובר בני פחות מ-3 ימים. **פלוריפוטנטיים (PLURIPOTENT)**: תאים אלה יכולים להתמיין לכל סוגי התאים בגוף, אך לא לתאים הדרושים להתפתחות העובר, כמו שליה ורקמות נוספות מחוץ לעובר. 5-14 ימים של העובר. **דוגמה:** תאי גזע עובריים בתוך הבלסטוציט. **מולטי-פוטנטיים (MULTIPOTENT)**: תאים אלה נמצאים במבוגרים ויש להם יכולת להתמי?