Skip to main content
Global

11: מנגנונים של גנטיקה מיקרוביאלית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208832

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    בשנת 1954 אמר המדען הצרפתי וחתן פרס נובל לעתיד ז'אק מונוד (1910—1976), "מה שנכון ב אי - קולי נכון בפיל", דבר המצביע על כך שהביוכימיה של החיים נשמרה לאורך האבולוציה והיא משותפת בכל צורות החיים הידועות. מאז הצהרתו המפורסמת של מונוד, למדנו רבות על מנגנוני ויסות הגנים, הביטוי והשכפול בתאים חיים. כל התאים משתמשים ב- DNA לאחסון מידע, חולקים את אותו קוד גנטי ומשתמשים במנגנונים דומים כדי לשכפל ולבטא אותו. למרות שהיבטים רבים של הגנטיקה משותפים באופן אוניברסלי, קיימות וריאציות בין מערכות גנטיות עכשוויות. כעת אנו יודעים שבתוך הנושא הכללי המשותף של המנגנון הגנטי, ישנם הבדלים משמעותיים בין שלושת תחומי החיים: Eukarya, Archaea ו- Bacteria. בנוסף, וירוסים, טפילים תאיים אך לא עצמם תאים חיים, מראים שונות דרמטית בחומר הגנטי שלהם ובתהליכי השכפול וביטוי הגנים. חלק מההבדלים הללו אפשרו לנו להנדס כלים קליניים כמו אנטיביוטיקה ותרופות אנטי-ויראליות המעכבות באופן ספציפי את רביית הפתוגנים אך אינן מזיקות למארחיהם.

    מיקרוגרף של תא בצורת מוט. תמונה של פילים
    איור\(\PageIndex{1}\): Escherichia coli (משמאל) אולי אין הרבה במשותף עם פיל (מימין), אבל השרטוטים הגנטיים של האורגניזמים השונים בתכלית אלה מקודדים שניהם ב- DNA. (אשראי שמאל: שינוי העבודה על ידי NIAID; זכות אשראי: שינוי העבודה על ידי טום לובוק)

    • 11.1: מהם גנים?
      גן מורכב מ- DNA ש"נקרא "או מתועתק לייצור מולקולת RNA במהלך תהליך השעתוק. סוג עיקרי אחד של מולקולת RNA, הנקרא RNA שליח (mRNA), מספק את המידע לריבוזום לזרז סינתזת חלבון בתהליך הנקרא תרגום. תהליכי השעתוק והתרגום מכונים ביחד ביטוי גנים.
    • 11.2: שכפול DNA
      תהליך שכפול ה-DNA הוא שמרני למחצה, מה שמביא לשתי מולקולות DNA, שלכל אחת מהן גדיל DNA הורי אחד וגדיל אחד מסונתז חדש. בחיידקים, התחלת השכפול מתרחשת במקור השכפול, כאשר ה-DNA המפותל נפרק על ידי DNA gyrase, מיוצר חד-גדילי על ידי הליקאז, ונקשר על ידי חלבון מחייב חד-גדילי כדי לשמור על מצבו החד-גדילי.
    • 11.3: שעתוק RNA
      במהלך תהליך השעתוק, המידע המקודד בתוך רצף ה-DNA של גן אחד או יותר מועתק לגדיל של RNA, הנקרא גם תמליל RNA. מולקולת ה-RNA החד-גדילית המתקבלת, המורכבת מריבונוקלאוטידים המכילים את הבסיסים אדנין, ציטוסין, גואנין ואורציל, פועלת כעותק מולקולרי נייד של רצף ה-DNA המקורי. שעתוק בפרוקריוטים ובאוקריוטים מחייב את הסליל הכפול של ה-DNA להירגע חלקית באזור סינתזת ה-RNA.
    • 11.4: סינתזת חלבונים (תרגום)
      סינתזה של חלבונים צורכת יותר אנרגיה של התא מכל תהליך מטבולי אחר. בתורו, חלבונים מהווים יותר מסה מכל מקרומולקולה אחרת של אורגניזמים חיים. הם מבצעים כמעט כל פונקציה של תא, ומשמשים כאלמנטים פונקציונליים (למשל אנזימים) וגם כאלמנטים מבניים. תהליך התרגום, או סינתזת החלבון, החלק השני של ביטוי הגנים, כרוך בפענוח על ידי ריבוזום של הודעת mRNA למוצר פוליפפטיד.
    • 11.5: מוטציות
      מוטציה היא שינוי תורשתי ברצף ה-DNA של אורגניזם. לאורגניזם המתקבל, הנקרא מוטציה, עשוי להיות שינוי ניכר בפנוטיפ בהשוואה לסוג הבר, שהוא הפנוטיפ הנפוץ ביותר בטבע. שינוי ברצף ה-DNA מוענק ל-mRNA באמצעות שעתוק, ועלול להוביל לשינוי רצף חומצות אמינו בחלבון בתרגום.
    • 11.6: כיצד פרוקריוטים א-מיניים משיגים מגוון גנטי
      כיצד אורגניזמים שמצב הרבייה הדומיננטי שלהם הוא א -מיני יוצרים מגוון גנטי? בפרוקריוטים, העברת גנים אופקית (HGT), הכנסת חומר גנטי מאורגניזם אחד לאורגניזם אחר בתוך אותו דור, היא דרך חשובה להכניס מגוון גנטי. HGT מאפשר אפילו למינים הקשורים למרחקים לחלוק גנים, ולהשפיע על הפנוטיפים שלהם.
    • 11.7: ויסות גנים - תורת האופרון
      DNA גנומי מכיל גם גנים מבניים, המקודדים למוצרים המשמשים כמבנים תאיים או אנזימים, וגם גנים מווסתים, המקודדים למוצרים המווסתים את ביטוי הגנים. הביטוי של גן הוא תהליך מוסדר מאוד. בעוד ויסות ביטוי גנים באורגניזמים רב-תאיים מאפשר התמיינות תאית, באורגניזמים חד-תאיים כמו פרוקריוטים, הוא מבטיח שמשאבי התא לא יתבזבזו בייצור חלבונים שהתא אינו זקוק להם באותו זמן.
    • 11.E: מנגנונים של גנטיקה מיקרוביאלית (תרגילים)

    תמונה ממוזערת: סליל כפול של DNA. (נחלת הכלל; Apers0n).