16: ביטוי גנים
- Page ID
- 205815
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
בעוד שכל תא חולק את אותו הגנום ורצף ה-DNA, כל תא אינו מפעיל, או מבטא, את אותה קבוצת גנים. כל סוג תא זקוק לקבוצה שונה של חלבונים כדי לבצע את תפקידו. לכן, רק תת-קבוצה קטנה של חלבונים מתבטאת בתא. כדי שהחלבונים יבואו לידי ביטוי, יש לתמלל את ה-DNA ל-RNA ולתרגם את ה-RNA לחלבון. בסוג תא נתון, לא כל הגנים המקודדים ב- DNA מועתקים ל- RNA או מתורגמים לחלבון מכיוון שלתאים ספציפיים בגופנו יש פונקציות ספציפיות. חלבונים מיוחדים המרכיבים את העין (קשתית העין, העדשה והקרנית) מתבטאים רק בעין, ואילו החלבונים המיוחדים בלב (תאי קוצב לב, שריר לב ושסתומים) מתבטאים רק בלב. בכל זמן נתון, רק תת-קבוצה של כל הגנים המקודדים על ידי ה-DNA שלנו מתבטאת ומתורגמת לחלבונים. הביטוי של גנים ספציפיים הוא תהליך מוסדר מאוד עם רמות ושלבי שליטה רבים. מורכבות זו מבטיחה את הביטוי הנכון בתא הנכון בזמן הנכון.
- 16.0: הקדמה לביטוי גנים
- כל תא סומטי בגוף מכיל בדרך כלל את אותו DNA. כמה יוצאים מן הכלל כוללים תאי דם אדומים, שאינם מכילים DNA במצבם הבוגר, וכמה תאי מערכת החיסון המסדרים מחדש את ה- DNA שלהם תוך ייצור נוגדנים. אולם באופן כללי, הגנים שקובעים אם יש לך עיניים ירוקות, שיער חום וכמה מהר אתה מטבוליזם מזון זהים בתאים בעיניים ובכבד שלך, למרות שאיברים אלה מתפקדים אחרת לגמרי.
- 16.1: ויסות ביטוי גנים
- ויסות ביטוי הגנים חוסך אנרגיה ומרחב. זה ידרוש כמות משמעותית של אנרגיה לאורגניזם לבטא כל גן בכל עת, ולכן יעיל יותר באנרגיה להפעיל את הגנים רק כאשר הם נדרשים. בנוסף, רק ביטוי תת-קבוצה של גנים בכל תא חוסך מקום מכיוון שיש לפרוק את ה-DNA מהמבנה המפותל שלו כדי לתמלל ולתרגם את ה-DNA.
- 16.2: ויסות גנים פרוקריוטיים
- ה- DNA של הפרוקריוטים מאורגן לכרומוזום מעגלי המפותל באזור הנוקלואיד של הציטופלזמה של התא. חלבונים הדרושים לתפקוד ספציפי, או המעורבים באותו מסלול ביוכימי, מקודדים יחד בבלוקים הנקראים אופרונים. לדוגמה, כל הגנים הדרושים לשימוש בלקטוז כמקור אנרגיה מקודדים זה ליד זה באופרון הלקטוז (או לאק).
- 16.3: ויסות גנים אפיגנטיים אוקריוטיים
- ביטוי גנים אוקריוטיים מורכב יותר מביטוי גנים פרוקריוטיים מכיוון שתהליכי השעתוק והתרגום מופרדים פיזית. שלא כמו תאים פרוקריוטים, תאים אוקריוטיים יכולים לווסת את ביטוי הגנים ברמות רבות ושונות. ביטוי גנים אוקריוטיים מתחיל בשליטה על הגישה ל- DNA. צורת ויסות זו, הנקראת ויסות אפיגנטי, מתרחשת עוד לפני תחילת השעתוק.
- 16.4: ויסות גנים של שעתוק אוקריוטי
- בדומה לתאים פרוקריוטים, שעתוק הגנים באאוקריוטים מחייב פעולות של פולימראז RNA כדי להיקשר לרצף במעלה הזרם של גן כדי ליזום שעתוק. עם זאת, בניגוד לתאים פרוקריוטים, פולימראז ה- RNA האוקריוטי דורש חלבונים אחרים, או גורמי שעתוק, כדי להקל על התחלת השעתוק. גורמי שעתוק הם חלבונים הנקשרים לרצף האמרגן ולרצפים רגולטוריים אחרים כדי לשלוט בתעתיק של גן המטרה.
- 16.5: ויסות גנים פוסט-תעתיק אוקריוטיים
- RNA מתועתק, אך יש לעבד אותו לצורה בוגרת לפני שניתן להתחיל בתרגום. עיבוד זה לאחר שעתוק מולקולת RNA, אך לפני שהוא מתורגם לחלבון, נקרא שינוי פוסט-תעתיק. בדומה לשלבי העיבוד האפיגנטיים והתעתיקים, ניתן לווסת את השלב שלאחר התעתיק הזה גם כדי לשלוט בביטוי הגנים בתא. אם ה- RNA אינו מעובד, מועבר או מתורגם, אז שום חלבון לא יסונתז.
- 16.6: ויסות גנים טרנסלציוניים ופוסט-תרגום אוקריוטיים
- לאחר העברת ה- RNA לציטופלזמה, הוא מתורגם לחלבון. השליטה בתהליך זה תלויה במידה רבה במולקולת ה- RNA. כפי שנדון בעבר, ליציבות ה- RNA תהיה השפעה רבה על התרגום שלו לחלבון. ככל שהיציבות משתנה, משתנה גם משך הזמן שהוא זמין לתרגום.
- 16.7: סרטן וויסות גנים
- סרטן אינו מחלה אחת אלא כולל מחלות רבות ושונות. בתאים סרטניים, מוטציות משנות את בקרת מחזור התא והתאים לא מפסיקים לגדול כפי שהיו עושים בדרך כלל. מוטציות יכולות גם לשנות את קצב הגדילה או את התקדמות התא דרך מחזור התא. דוגמה אחת לשינוי גן המשנה את קצב הגדילה היא זרחון מוגבר של ציקלין B, חלבון השולט בהתקדמות התא דרך מחזור התא ומשמש כחלבון מחסום במחזור התא.
תמונה ממוזערת: נוקלאוזומים מרוחקים זה מזה כך שה-DNA נחשף. גורמי שעתוק יכולים להיקשר, ומאפשרים ביטוי גנים להתרחש. (CC BY 4.0/ שונה מהמקור; OpenStax).