מבוא לביולוגיה מולקולרית

 

שפת הדנ"א ושפת החלבונים.

הדנ"א הוא עיגול סגור, הגנום מקופל באופן קומפקטי ומסודר בתוך התא. הוא מכיל את כל המידע שצריך על מנת לייצר חיידק חדש. שפת הדנ"א והרנ"א היא 4 אותיות ADGC . T מתקשר לA   וG מתקשר לC . כיוון שלT יש שני קשרים עם A ולG יש שלושה קשרים עם C. הגנום של אי קולי מכיל קצת יותר מ4 מיליון אותיות. מה שקובע את התכונות זה רצף האותיות. בכל יצור קיים חומר דומה לדנ"א שהוא רנ"א. לרנ"א יש גם 4 אותיות ATGU (הU מחליף את הT). לרנ"א יש שלוש צורות: שליח, מתאם וריבוזמי.

ריבוזומים הם מקומות סינתוז החלבון של התא. התא חייב לסנתז חלבונים חדשים כל הזמן.

שליח- מקטע של מידע היוצא מהחומר התורשתי וישמש כדגם עליו החלבון ייווצר.

 

שפת החלבונים מורכבת מ20 אותיות שהן בעצם חומצות אמיניות.

האינסולין מכיל 20 חומצות אמיניות בסדר מסוים, על בסיס קוד שכתוב ב4 אותיות. קיימת התאמה מלאה בין רצף האותיות על הדנ"א לרצף מסוים של חומצות אמינו!!!

 

קיימים כמה צירופים שנותנים את אותה חומצה אמינית. יש רצפים שאומרים עצירה, התחלה ועוד…

על מנת להפיק חלבון צריך לסנתז גדיל אחד של דנ"א ע"י רנ"א שליח,

רנ"א מתאם עושה את תהליך הסנתוז.

 

שלב השעתוק:

על אחד מהגדילים בונים רנ"א עם האותיות המקבילות.

שלב התרגום מתבצע על ידי הרנ"א מתאם והוא הופך את השרשרת לחומצות אמינו.

הקישור בין האותיות של הרנ"א לחומצות אמינו מתרחש על ידי הרנ"א מתאם. מצד אחד יש לTרנ"א ראש שקשור לכל אחת מ64 הקומבינציות האפשריות לחומצות אמינו, וגורר את החומצה למקומה המתאים לפי הסדר של אותיות הרנ"א שליח הופק ממולקולת הדנ"א. הריבוזום קושר את הרנ"א שליח עם הקודים, מביא את הרנ"א מתאם עם חומצות אמינו, אחד ייכנס אחרי השני עם האנטי-קוד של שלוש האותיות עד שמגיעים לקוד העצירה.

כל חלבון בנוי ממלאי של חומצות אמינו. ישנן 20 חומצות אמינו. התרגום של חומצות אמינו נעשה על ידי 3 אותיות משפת הדנ"א. כל 3 אותיות=חומצות אמינו.

 

2.איך ניתן לשנות את הקוד הגנטי ולהדביק לחיידק את התכונות שאותם אנו רוצים שיפיקו?

 

אינסולין הוא חומר במחסור בטבע, וכדי לספק לחולי סכרת מספיק אינסולין, כיום משתמשים בשיטות של הנדסה גנטית- חיידקים מסנתזים אינסולין בשביל האדם.

אנו לוקחים מתא מסוים חלק מהדנ"א אותו אנחנו רוצים, ויש לכך מספר שיטות. אז מהן השיטות לגזור ולהדביק את הקטע המסוים לתוך חיידק, ולגרום לו להפעיל את הגן באופן מוגבר?

-חומר המוצא לאינסולין אנושי הוא תאי הלבלב. בתוך הלבלב אנחנו צריכים להגיע למצב בו אנחנו מוצאים את הקוד הגנטי לייצור אינסולין.

*דרך אחת היא לקחת מתוך הגרעין את הM-RNA, לנקות אותו ולקבל רצף נקי ( רק חצי, כי הרנ"א משלים את הדנ"א והוא חד גדילי) של  אינסולין. לא תמיד עובד.

*אם אנו יודעים מהו רצף חומצות האמינו להרכבת האינסולין, אנחנו יכולים לסנתז דנ"א מקודד עבור אינסולין על פי מילון חומצות האמינו. כימאי יכול לסנתז במעבדה ללא שום יצור חי את הרצף. זהו REVERSE TRANSELATION  בגלל שבדרך כלל מסנתזים חלבונים לדנ"א ולא דנ"א לחלבון.

-יש צורך להכניס את הדנ"א שייצרנו לתוך התא, ולדאוג שהתא יכיל ויבטא אותו בצורה של אינסולין באופן מקסימלי. עלינו להכניס את הדנ"א לתוך הגנום התאי. יש כמה אפשרויות לבחירת תאים שייצרו עבורנו חלבונים זרים:

א. E-COLI

ב. בצילוס גרהאם חיובי בעל נבגים. יוצרים אנזימים

ג. שמרים.

 

פלסמידים– מקטעים קטנים של דנ"א אשר אפשר בקלות יחסית להכניס אותם לתוך תא החיידק. הפלסמידים בדרך כלל לא חיוניים לתפקוד התא. אם נוציא את הפלסמיד התא יחיה, משום שהפלסמיד לא מכיל חומרים תורשתיים קריטיים.

**יש סכמה במצגת שמדגימה איך מתוך תא אנושי מוציאים את הגן הרלוונטי, מחדירים אותו לפלסמיד ומחזירים חזרה לחיידק**

ה"מספריים" שמשתמשים בהם בהנסדה גנטית הם אנזימי רסטריקציה, אנזימים שחותכים דנ"א. אלו אנזימים אשר מפרקים דנ"א, הם יושבים בתוך התא של החיידק. אנזים זה לא חותך דנ"א באופן רנדומלי והוא עושה זאת כאשר פוגש רצף מסוים של אותיות, רצפים פלינדרומים.  האנזים חותך את הפלינדרום ומשאיר קצוות פתוחים כך שיוכל להתחבר אחר כך.

החיידק "ירצה" לחתוך דנ"א כי הוא פוחד מחומר תורשתי זר שנכנס עם וירוסים. החיידק מחזיק את האנזימים החותכים על מנת שיחתכו דנ"א זר, על מנת שלא ידביק חיידקים אחרים במחלה נגיפית.

[הסבר קצר על התנהלות וירוסים:  הוירוס מתיישב על התא. לוירוס יש חומר תורשתי, חלבונים, אך אין לו זה חילוף חומרים, אין לו תהליכי נשימה, אין לו ריבוזומים אלא הוא מזריק את הדנ"א שלו לתא המאחסן שלו ומכתיב לתא המאחסן לייצר בשבילו את מה שהוא צריך. הוירוס משבית תאים בשביל שיפעלו למענו ובסוף משחררים את הנגיפים החדשים. סכמה לאופן בו דבר זה קורה נמצאת במצגת בצבעי צהוב-ירוק.]

האדם משתמש באנזימים אלה כמספריים להחדרת הגן שהוא רוצה. כיוון שיש לקטע מהגן קטעים פתוחים שניתן שיידבקו מדביקים אותם לפלסמיד.

לבסוף מחדירים במספר דרכים את הפלסמיד חזרה לחיידק.

איך אנחנו גורמים לחיידק לייצר לנו את אינסולין בכמות מסחרית?

בהתחלה אנחנו צריכים לבדוק מיהם התאים בעלי הפלסמיד המהונדס.

-עושים זאת על ידי סלקציה וכמה טריקים:

רגישות לאנטיביוטיקהß אם בחרנו להנדסה הגנטית זן שהוא רגיש לאנטיביוטיקה, ניתן לזרוע אותו על צלחת פטרי עם אנטיביוטיקה. לתוך הפלסמיד נכניס בנוסף לאינסולין גן שמקנה עמידות לחומר האנטיביוטי. כך קורה שיתפתחו מושבות שלקטו פלסמיד מהונדסß יש בהן גם את הגן העמיד לאנטיביוטיקה וגם הגן לייצור אינסולין.