15: גנים וחלבונים
- Page ID
- 205938
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Since the rediscovery of Mendel’s work in 1900, the definition of the gene has progressed from an abstract unit of heredity to a tangible molecular entity capable of replication, expression, and mutation. Genes are composed of DNA and are linearly arranged on chromosomes. Genes specify the sequences of amino acids, which are the building blocks of proteins. In turn, proteins are responsible for orchestrating nearly every function of the cell. Both genes and the proteins they encode are absolutely essential to life as we know it.
- 15.0: הקדמה לגנים וחלבונים
- מאז הגילוי מחדש של עבודתו של מנדל בשנת 1900, הגדרת הגן התקדמה מיחידה מופשטת של תורשה לישות מולקולרית מוחשית המסוגלת לשכפול, ביטוי ומוטציה. גנים מורכבים מ- DNA ומסודרים באופן ליניארי על כרומוזומים. גנים מציינים את הרצפים של חומצות אמינו, שהם אבני הבניין של חלבונים. בתורו, חלבונים אחראים לתזמור כמעט כל פונקציה של התא.
- 15.1: הקוד הגנטי
- תהליך השעתוק הסלולרי מייצר RNA שליח (mRNA), עותק מולקולרי נייד של גן אחד או יותר עם אלפבית של A, C, G ו- uracil (U). תרגום של תבנית mRNA ממיר מידע גנטי מבוסס נוקלאוטיד למוצר חלבון. רצפי חלבונים מורכבים מ -20 חומצות אמינו הנפוצות; לכן ניתן לומר כי אלפבית החלבון מורכב מ -20 אותיות. כל חומצת אמינו מוגדרת על ידי רצף של שלושה נוקלאוטידים הנקרא קודון השלישייה.
- 15.2: תמלול פרוקריוטי
- הפרוקריוטים, הכוללים חיידקים וארכאים, הם בעיקר אורגניזמים חד תאיים, שבהגדרה, חסרים גרעינים הקשורים לממברנה ואברונים אחרים. כרומוזום חיידקי הוא מעגל סגור קוולנטית שבניגוד לכרומוזומים אוקריוטיים אינו מאורגן סביב חלבוני היסטון. האזור המרכזי של התא בו שוכן ה- DNA הפרוקריוטי נקרא נוקלאואיד. לפרוקריוטים יש לעתים קרובות פלסמידים בשפע שהם מולקולות DNA מעגליות קצרות יותר שעשויות להכיל רק גן אחד או כמה גנים.
- 15.3: תמלול אוקריוטי
- פרוקריוטים ואיקריוטים מבצעים ביסודו את אותו תהליך של שעתוק, עם כמה הבדלים מרכזיים. ההבדל החשוב ביותר בין פרוקריוטים לאיקריוטים הוא הגרעין והאברונים הקשורים לממברנה של האחרון. כאשר הגנים קשורים בגרעין, התא האוקריוטי חייב להיות מסוגל להעביר את ה- mRNA שלו לציטופלזמה ועליו להגן על ה- mRNA שלו מפני פירוק לפני שהוא מתורגם.
- 15.4: עיבוד RNA באיקריוטים
- לאחר שעתוק, pre-mRNAs אוקריוטיים חייבים לעבור מספר שלבי עיבוד לפני שניתן יהיה לתרגם אותם. tRNAs ו-rRNA אוקריוטיים (ופרוקריוטים) עוברים גם עיבוד לפני שהם יכולים לתפקד כרכיבים במנגנון סינתזת החלבון.
- 15.5: ריבוזומים וסינתזת חלבונים
- סינתזה של חלבונים צורכת יותר אנרגיה של התא מכל תהליך מטבולי אחר. בתורו, חלבונים מהווים יותר מסה מכל מרכיב אחר של אורגניזמים חיים (מלבד מים), וחלבונים מבצעים כמעט כל פונקציה של תא. תהליך התרגום, או סינתזת החלבון, כולל פענוח של הודעת mRNA למוצר פוליפפטיד. חומצות אמינו קשורות באופן קוולנטי על ידי קישור קשרי פפטיד באורכים הנעים בין ~ 50 שאריות חומצות אמינו ל- >1,000.
תמונה ממוזערת: RNA פולימראז המייצר mRNA מתבנית DNA דו-גדילית. (CC BY-SA 3.0; תומאס ספלטסטוסר באמצעות ויקימדיה Commons).