גנטיקה של חיידקים: מבוא | PDF

**גנטיקה של חיידקים** בחיידקים המידע הגנטי נמצא בכרומוזום אחד. יכולים בנוסף להיות מבנים חוץ-כרומוזומליים כמו פלסמידים שעוברים הכפלה באופן בלתי תלוי בכרומוזום. לחיידק אי-קולי יש כ-5 מיליון בסיסים עם יותר מ-4300 גנים שמקודדים לחלבונים. בדרך כלל גנים שמקודדים חלבונים לאותו מסלול מטבולי נמצאים סמוך אח...

**גנטיקה של חיידקים** בחיידקים המידע הגנטי נמצא בכרומוזום אחד. יכולים בנוסף להיות מבנים חוץ-כרומוזומליים כמו פלסמידים שעוברים הכפלה באופן בלתי תלוי בכרומוזום. לחיידק אי-קולי יש כ-5 מיליון בסיסים עם יותר מ-4300 גנים שמקודדים לחלבונים. בדרך כלל גנים שמקודדים חלבונים לאותו מסלול מטבולי נמצאים סמוך אחד לשני במבנה שנקרא **אופרון**. Supercoiling חשובה כדי לאפשר לכל הדנא להיכנס לתוך החיידק. את המבנה יוצרות טופואיזומראזות שמייצרות שבר באחד הגדילים ומסתובבות את הדנא על עצמו. הטופואיזומראז שמבצע את הפעולה הזאת נראה **DNA Gyrase** והוא ייחודי לחיידקים, לכן אנטיביוטיקות מסויימות יכולות לפעול נגדו. **Replisome:** קומפלקס של מספר החלבונים שמעורבים בתהליך הרפליקציה. למרות שרנא פולימראז עושה את אותו התפקיד בשלוש הממלכות, המבנה שלו משתנה בין כל אחת. בנוסף לתת-היחידות של הפולימראז בחיידקים יש חלבון שנקרא **סיגמא-פקטור** ולא נחשב כחלק מהקומפלקס הבסיסי של רנא פולימראז. בזמן סינתזה של רנא, רנא פולימראז מזהה את האזורים שאליהם הוא צריך להתחבר באמצעות יחידת סיגמא פקטור (sigma factor), שמזזה רצפים ספציפיים על גבי הגדיל המשועתק. הרצפים שמזוהים נמצאים במרחקים שווים אחד מהשני והם מוגדרים רצפים של פרומוטר. בחיידקים, הסיגמא פקטור שאחראי על שעתוק של רוב הגנים נקרא **סיגמא-פקטור-70.** קיימים פקטורים נוספים שגורמים לשיעתוק של גנים שמתבטאים בתנאי סביבה שונים. הרצפים שצבועים באדום נקראים **רצפי קונצנזוס:** יחידת הסיגמא נקשרת לרצף ספציפי אבל היא תקשר לרצף גם אם הוא יחסית דומה לו. ככל שהרצף דומה יותר לרצף קונצנזוס, כך הקישור של יחידת סיגמא אליו יהיה חזק יותר. באופן הזה התא יכול לשלוט על יעילות יצירת הרנא מרצפים מסויימים. **טרמינציה של טרנסקריפציה** בחיידקים יש שני מנגנונים שאחראים על טרמינציה של תהליך השעתוק: אחד תלוי בחלבון rho ושני לא תלוי ובו. **מנגנון לא תלוי ב-rho:** כאשר יש רצפים עשירים ב-GC הם מתקפלים אחד על השני ויוצרים לולאה שלאחריה יש רצפים חוזרים של U. כאשר רנא פולימראז מזהה את המבנה הזה הוא מתנתק מהדנא ומסיים את השיעתוק. **מנגנון תלוי ב-rho:** החלבון נקשר לרנא שזה עתה סונתז ומתקדם על גביו. כאשר הוא מגיע לאזור הלולאה, רנא פולימראז מזהה את המבנה, מאט את הפעילות שלו ומפסיק את השיעתוק. זאת אומרת, ב-Rho-independent יש טרמינציה על ידי רצף חוזר של U ו-בRho-dependent הטרמינציה מתרחשת על ידי חלבון Rho. **Operon -- polycistronic mRNA** **אפרון** הוא אלמנט בכרומוזום חיידקי שבו יש מספר גנים סמוכים שמבוקרים תחת אותו מרכז בקרה (פרומוטור). כאשר מתחיל השעתוק מהפרומוטור, האופרון כולו מתורגם למרנא והמרנא הזה יכול לקודד למספר חלבונים שמתורגמים באופן בלתי תלוי אחד לשני, זאת אומרת, לכל גן יקשר ריבוזום נפרד. **Reverse transcription** יש אנזימים שנקראים **reverse transcriptase** שיודעים להשתמש ברנא כתבנית כדי ליצור דנא. יש וירוסים שנקראים **retrovirus** שיודעים לעשות את התהליך הזה, כמו וירוס ה-HIV. **הקוד הגנטי** יש 64 קודונים ש-3 מהם משמשים להפסקה. למרות שקודון ההתחלה הוא AUG, קודונים אחרים יכולים גם לעורר שעתוק אבל ביעילות נמוכה יותר. הקודונים AUG, GUG ו-UUG הכי יעילים כקודון התחלה. כדי להתחיל את התרגום, צריך פקטורים נוספים חוץ מקודון התחלה: למשל רצפי **shine-Dalgarno** אליהם נקשר הריבוזום ברנא ומהם מתחיל תהליך התרגום. **סינתזה של חלבון** בחיידקים, הריבוזום בנוי משתי תת-יחידות, אחת גדולה ואחת קטנה. היחידה הקטנה נקראת **30S** והגדולה **50S** וביחד הן יוצרות את הריבוזום שהוא **70S.** תהליך התרגום יכול להתרחש באמצעות מספר ריבוזומים במקביל, זה אחרי זה. כאשר למרנא אחד קשורים מספר ריבוזומים שמתרגמים את אותו החלבון, אנחנו קוראים למבנה **polysomes**. אחרי תרגום החלבון, הוא צריך לעבור טיפולים ולקבל מבנים שניוניים ושלישוניים כדי שיהפוך פעיל. במקרים מסויימים יש צורך אפילו במבנה רבעוני שמורכב ממספר שרשראות חלבון. לעיתים חלבונים צריכים מודיפיקציה נוספת לפני שיהפכו פעילים. **Expressosome**: כאשר תרגום ושיעתוק מתרחשים בו זמנים על גבי אותו מרנא או צמוד מאוד אחד לשני. **בקרה על ביטוי גנים בחיידקים** **Housekeeping genes:** גנים שמתבטאים באופן קבוע גם בפרוקיוטיים וגם באאוקריוטיים, בלעדיהם האורגניזמים לא יוכלו לתפקד כראוי. רוב הגנים הם לא מסוג של housekeeping ויש צורך בביטוי שלהם כתלות בתנאי הסביבה ובפעילות האורגניזם. למשל אין צורך לבטא גן שאחראי על פירוק סוג מסויים של סוכר אם הסוכר ההז לא נמצא בסביבה. לחיידק יש 3 רמות של בקרת ביטוי גנים: על רמת השיעתוק, רמת הרנא - תרגום ויציבות שלו ובקרה על תפקוד החלבון. בקרה יכולה להיות חיובית -- הגברת ביטוי גנים, או שלילית -- מדכעת ביטוי גנים. נזכר שיש גנים שנמצאים באותו אפרון ולכן הם מבוקרים על ידי אותו הפרומוטור. בדרך כלל גנים שמקודדים לחלבונים באופרון מסויים ישתתפו באותו מסלול פיזיולוגי. **Regulon**: כאשר צבר של גנים או של אופרונים מבוקרים על ידי אותו פקטור שיעתוק או גורמי בקרה אחרים.