DNA Polymerase beta (hebrew)
From Proteopedia
(Difference between revisions)
| (42 intermediate revisions not shown.) | |||
| Line 2: | Line 2: | ||
<div style="text-align: right; direction: rtl; margin-right: 4em;"> | <div style="text-align: right; direction: rtl; margin-right: 4em;"> | ||
<p dir='rtl'> | <p dir='rtl'> | ||
| - | '''דנ"א פולימראז בטא (DNA polymerase β) הוא אחד מהפולימראזות המאופיינים ביותר של האאוקריוטים. לחלבון זה יש שתי פעולות אנזימתיות: | + | '''דנ"א פולימראז בטא (DNA polymerase β) הוא אחד מהפולימראזות המאופיינים ביותר של האאוקריוטים. לחלבון זה יש שתי פעולות אנזימתיות: הסרת בסיסים פגומים ומילוי רווחים בסינתזת ה-[https://www.youtube.com/watch?v=vyeYEiWGtQ8 DNA]. |
| + | ''' | ||
<BR> | <BR> | ||
==<center>תהליך שכפול הDNA</center>== | ==<center>תהליך שכפול הDNA</center>== | ||
<div style="text-align: right; direction: rtl; margin-right: 2em;"> | <div style="text-align: right; direction: rtl; margin-right: 2em;"> | ||
| - | למולקולת ה DNA כיווניות: קצה '3 שמכיל הידרוקסיל חופשי שקשור לפחמן | + | למולקולת ה-DNA כיווניות: קצה '3 שמכיל הידרוקסיל חופשי שקשור לפחמן מ |
| - | שתי השרשרות המרכיבות את הסליל הכפול של | + | ספר 3 של הסוכר וקצה '5 המכיל שייר חופשי של חומצה זרחתית הקשור לפחמן מספר 5 . קצה '5 נחשב לתחילת השרשרת וקצה '3 נחשב לסופה. |
| - | בתהליך שכפול ה - DNA נוצר העתק של מולקולות ה DNA בתאים. המולקולה החדשה מסונתזת מנוקלאוטידים חופשיים אשר נמצאים בתא. התהליך מבוצע ע"י האנזים DNA פולימראז. התבנית ליצירת מולקולת | + | שתי השרשרות המרכיבות את הסליל הכפול של ה-DNA אינן מקבילות בכיווניות שלהן – תמיד קצה '5 של שרשרת אחת מול קצה '3 של השרשרת השנייה באותה המולקולה. |
| + | בתהליך שכפול ה-DNA נוצר העתק של מולקולות ה-DNA בתאים. המולקולה החדשה מסונתזת מנוקלאוטידים חופשיים אשר נמצאים בתא. התהליך מבוצע ע"י האנזים DNA פולימראז. התבנית ליצירת מולקולת ה–DNA החדשה היא המולקולה הקיימת בגרעין התא. תהליך השכפול מתרחש לפני תהליכי חלוקת התא הבאים: | ||
[https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%90%D7%99%D7%9A-%D7%AA%D7%90%D7%99%D7%9D-%D7%9E%D7%AA%D7%97%D7%9C%D7%A7%D7%99%D7%9D-%D7%9E%D7%99%D7%98%D7%95%D7%96%D7%94 מיטוזה] | [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%90%D7%99%D7%9A-%D7%AA%D7%90%D7%99%D7%9D-%D7%9E%D7%AA%D7%97%D7%9C%D7%A7%D7%99%D7%9D-%D7%9E%D7%99%D7%98%D7%95%D7%96%D7%94 מיטוזה] | ||
[https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%90%D7%99%D7%9A-%D7%A0%D7%A2%D7%A9%D7%99%D7%AA-%D7%97%D7%9C%D7%95%D7%A7%D7%AA-%D7%94%D7%A4%D7%97%D7%AA%D7%94-%D7%9E%D7%99%D7%95%D7%96%D7%94 ומיוזה] בתאים אאקריוטים. | [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%90%D7%99%D7%9A-%D7%A0%D7%A2%D7%A9%D7%99%D7%AA-%D7%97%D7%9C%D7%95%D7%A7%D7%AA-%D7%94%D7%A4%D7%97%D7%AA%D7%94-%D7%9E%D7%99%D7%95%D7%96%D7%94 ומיוזה] בתאים אאקריוטים. | ||
<BR> | <BR> | ||
| - | תהליך השכפול הוא תהליך סמי-קונסרבטיבי, כלומר כל אחת ממולקולות ה DNA החדשות מורכבת מגדיל אחד ממולקולת ה DNA המקורית וגדיל שני שנוצר בזמן תהליך השכפול. | + | תהליך השכפול הוא תהליך סמי-קונסרבטיבי, כלומר כל אחת ממולקולות ה-DNA החדשות מורכבת מגדיל אחד ממולקולת ה-DNA המקורית וגדיל שני שנוצר בזמן תהליך השכפול. |
<BR> | <BR> | ||
הצורה שמתקבלת בזמן השכפול נקראת מזלג ההכפלה (Replication fork) . הפרדת שני הגדילים המרכיבים את מזלג ההכפלה מתרחשת ע"י האנזים הליקאז (Helicase) | הצורה שמתקבלת בזמן השכפול נקראת מזלג ההכפלה (Replication fork) . הפרדת שני הגדילים המרכיבים את מזלג ההכפלה מתרחשת ע"י האנזים הליקאז (Helicase) | ||
| - | שמפרק את [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%A9%D7%A8_%D7%9E%D7%99%D7%9E%D7%9F קשרי המימן] בין הבסיסים. | + | שמפרק את [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%A9%D7%A8_%D7%9E%D7%99%D7%9E%D7%9F קשרי המימן] בין הבסיסים. ראה באיור:"תהליך שכפול ה-DNA". |
| + | תהליך השכפול צורך אנרגיה, אשר מתקבלת מפירוק [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%96%D7%A8%D7%97%D7%94 שני שירי פוספט ] ממולקולת ה-dNTP (נוקלאוטידים) אשר מתחברת [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%95%D7%A4%D7%A7%D7%98%D7%95%D7%A8 בעזרת הקופקטור] Mg+2. | ||
[[Image:fork.png|thumb|280px| תהליך שכפול הDNA]] | [[Image:fork.png|thumb|280px| תהליך שכפול הDNA]] | ||
<BR> | <BR> | ||
| - | שלבים בשכפול | + | שלבים בשכפול ה-DNA בתאים אאוקריוטים: |
<BR> | <BR> | ||
| - | 1. אתחול – השכפול מתחיל באזור מסויים המוגדר כמוצא | + | 1. אתחול – השכפול מתחיל באזור מסויים המוגדר כמוצא ההכפלה. השכפול מתחיל בו זמנית במספר מקורות. בתחילת התהליך מספר חלבוני מפתח נקשרים לאזור מקור השכפול וגורמים לפתיחה חלקית של סליל ה-DNA באזור. כתוצאה מפתיחה זו נוצרת בועת השכפול, המכילה שני מזלגות שכפול - אחד לכל כיוון. תהליך השכפול מתקדם מאתר האתחול בשני כיוונים, כאשר המזלגות הולכים ומתרחקים ממקור השכפול ובועת השכפול הולכת וגדלה לכל אורך התהליך. |
<BR> | <BR> | ||
| - | 2. שכפול - בשלב זה מזלגות השכפול "מתקדמים" לשני הכיוונים ומתרחקים ממקור השכפול. בפתח של כל מזלג מצוי ה-DNA פולימראז המאריך את הגדילים המתהווים על גבי שתי התבניות המקוריות. בשל האילוץ המתואר לעיל, רק על אחד הגדילים של המזלג ניתן לבצע סינתזה רצופה של גדיל אחד לכל אורך המולקולה - הגדיל המסונתז מתחיל בקצה | + | 2. שכפול - בשלב זה מזלגות השכפול "מתקדמים" לשני הכיוונים ומתרחקים ממקור השכפול. בפתח של כל מזלג מצוי ה-DNA פולימראז המאריך את הגדילים המתהווים על גבי שתי התבניות המקוריות. בשל האילוץ המתואר לעיל, רק על אחד הגדילים של המזלג ניתן לבצע סינתזה רצופה של גדיל אחד לכל אורך המולקולה - הגדיל המסונתז מתחיל בקצה ה-'5 ומתארך לכיוון ה-'3. בכיוון השני נוצרת בעיה שנפתרת על ידי [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9E%D7%A7%D7%98%D7%A2%D7%99_%D7%90%D7%95%D7%A7%D7%96%D7%A7%D7%99 מקטעי אוקזקי]. ה-DNA פולימראז צריך מקטע DNA -RNA משלים "להתיישב עליו", ורק ממנו הוא יכול להתחיל לסנתז. זהו התפקיד של האנזים RNA פרימאז, הוא יוצר קטעים משלימים קטנים של RNA על הגדיל המשלים (פריימרים), וה-DNA פולימראז "מתיישב" עליהם ומסנתז את ה-DNA. אנזים נוסף מחליף את מקטע ה-RNA ב-DNA, ולבסוף האנזים ליגאז מחבר את הקטעים השונים וסוגר את ה-DNA החדש: גדיל ישן עם הגדיל המשלים שלו שהורכב עכשיו. קומפלקס האנזימים אוחז בשני הגדילים של מולקלת ה-DNA בצורה המאפשרת פעילות בו-זמנית של הסינתזה בשני הגדילים. |
<BR> | <BR> | ||
| - | 3. סיום - בסיום השכפול, כאשר המזלגות משני הצדדים מגיעים לסוף הכרומוזום, נוצרת בעיה חדשה - לאחר שמוסר פריימר ה-RNA של המקטע האוקזקי האחרון, לא ניתן להחליפו במקטע DNA, שכן אין קצה | + | 3. סיום - בסיום השכפול, כאשר המזלגות משני הצדדים מגיעים לסוף הכרומוזום, נוצרת בעיה חדשה - לאחר שמוסר פריימר ה-RNA של המקטע האוקזקי האחרון, לא ניתן להחליפו במקטע DNA, שכן אין קצה '3 חשוף שאליו ניתן לחברו (במקרה של גנום לינארי (כרומוזומים )). הפתרון שמצאה האבולוציה לבעיה זו הוא [https://www.youtube.com/watch?v=vtXrehpCPEE הטלומר]. אנזים מיוחד בתא - הטלומראז, אחראי בשלבי התפתחות עובריים של התאים על יצירת מקטעי DNA חוזרניים וארוכים בשני צידי הכרומוזום. מקטע DNA זה אינו מקודד וכל תפקידו הוא להתקצר במהלך השכפולים שהתא עובר במחזור חייו, כדי שההתקצרות הבלתי נמנעת של הכרומוזום לא תפגע בחלקים המקודדים. כיום מאמינים שמנגנון זה מבקר הזדקנות של התאים ומהווה את אחד ממנגנוני ההגנה של הגוף כנגד גידולים סרטניים. אחת ההשערות היא שחלק מן התאים הסרטניים "רוכשים מחדש" את פעילות הטלומראז ובכך מונעים את מותם הטבעי מ"זקנה". |
| - | ראו סרטון המסביר את [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%AA%D7%94%D7%9C%D7%99%D7%9A-%D7%A9%D7%9B%D7%A4%D7%95%D7%9C-%D7%94-dna תהליך שכפול | + | ראו סרטון המסביר את [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%AA%D7%94%D7%9C%D7%99%D7%9A-%D7%A9%D7%9B%D7%A4%D7%95%D7%9C-%D7%94-dna תהליך שכפול ה-DNA] |
<BR><BR> | <BR><BR> | ||
| Line 35: | Line 38: | ||
==<center>DNA פולימראזות:</center>== | ==<center>DNA פולימראזות:</center>== | ||
| - | + | ||
| - | + | בנוסף לפעילות השכפול DNA פולימראז הוא בעל פעילות של אקסונוקלאז, כלומר הוא יכול לתקן שגיאות של הכנסת נוקלאוטידים ובכך למנוע מוטציות. | |
| - | + | בפרוקריוטים ובאאוקריוטים קיימים מספר סוגים שונים של DNA פולימרזות, אשר לוקחים חלק בתהליך של שכפול ה-DNA (ראו באיור:"משפחת פולימראזות"). | |
| - | בנוסף DNA פולימראז הוא בעל פעילות של אקסונוקלאז, כלומר הוא יכול לתקן שגיאות של הכנסת נוקלאוטידים ובכך למנוע מוטציות. | + | |
| - | בפרוקריוטים ובאאוקריוטים קיימים מספר סוגים שונים של DNA פולימרזות, אשר לוקחים חלק בתהליך של שכפול ה DNA (ראו | + | |
דנ"א פולימראז בטא (DNA polymerase β) הוא אחד מהפולימראזות המאופיינים ביותר של האאוקריוטים. הוא משתייך למשפחת ה - X DNA פולימראזות. | דנ"א פולימראז בטא (DNA polymerase β) הוא אחד מהפולימראזות המאופיינים ביותר של האאוקריוטים. הוא משתייך למשפחת ה - X DNA פולימראזות. | ||
פולימראז בטא נחוץ לצורך תיקון בסיסים, מסלול תיקון DNA אשר הכרחי לתיקון בסיסים שעברו שינוי בהרכבם הכימי בעקבות | פולימראז בטא נחוץ לצורך תיקון בסיסים, מסלול תיקון DNA אשר הכרחי לתיקון בסיסים שעברו שינוי בהרכבם הכימי בעקבות | ||
[https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%97%D7%9E%D7%A6%D7%95%D7%9F-%D7%97%D7%99%D7%96%D7%95%D7%A8 חמצון] או | [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%97%D7%9E%D7%A6%D7%95%D7%9F-%D7%97%D7%99%D7%96%D7%95%D7%A8 חמצון] או | ||
[https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%90%D7%9C%D7%A7%D7%99%D7%9C%D7%A6%D7%99%D7%94 אלקילאציה]. | [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%90%D7%9C%D7%A7%D7%99%D7%9C%D7%A6%D7%99%D7%94 אלקילאציה]. | ||
| - | |||
| Line 53: | Line 53: | ||
==<center>מבנה האנזים DNA פולימראז בטא:</center>== | ==<center>מבנה האנזים DNA פולימראז בטא:</center>== | ||
| - | משקלו המולקולרי הוא | + | משקלו המולקולרי הוא 40kDa, |
| + | <scene name='78/786671/Amino_acid_and_dna/2 ' >הוא בנוי מ 336 חומצות אמיניות (כל צבע מייצג קבוצה חומצות אמינו מסויימת).</scene> | ||
אנזים זה הוא [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9E%D7%95%D7%A0%D7%95%D7%9E%D7%A8 מונומר], אשר מהווה תת יחידה בקומפלקס של DNA פולימראז. | אנזים זה הוא [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9E%D7%95%D7%A0%D7%95%D7%9E%D7%A8 מונומר], אשר מהווה תת יחידה בקומפלקס של DNA פולימראז. | ||
<scene name='78/786671/Secondary_structure/3'>המבנה המרחבי השניוני של האנזים</scene> מבוסס על מבנים סלילניים המכונים helix - α (המופיעים בורוד), ומשטחי β הנקראים sheet – β (המופיעים בצהוב) וחיבורים מסתלסלים coiled coil (המופיעים בלבן). | <scene name='78/786671/Secondary_structure/3'>המבנה המרחבי השניוני של האנזים</scene> מבוסס על מבנים סלילניים המכונים helix - α (המופיעים בורוד), ומשטחי β הנקראים sheet – β (המופיעים בצהוב) וחיבורים מסתלסלים coiled coil (המופיעים בלבן). | ||
האנזים נקשר לשלושה קופקטורים, יוני מגנזיום <scene name='78/786671/Mg_cofactor/1'>באתר קישור מיוחד</scene>, המיוצגים כמקטעים בצבע תכלת בהדמייה | האנזים נקשר לשלושה קופקטורים, יוני מגנזיום <scene name='78/786671/Mg_cofactor/1'>באתר קישור מיוחד</scene>, המיוצגים כמקטעים בצבע תכלת בהדמייה | ||
| - | . הוא נמצא לרוב בציטופלסמה של התא, אך מועבר ( טרנסלוקציה) לגרעין התא במקרה של נזק ל DNA. | + | . הוא נמצא לרוב בציטופלסמה של התא, אך מועבר ( טרנסלוקציה) לגרעין התא במקרה של נזק ל-DNA. |
ישנם מספר ואריאנטים (סוגים) לאנזים זה. | ישנם מספר ואריאנטים (סוגים) לאנזים זה. | ||
<BR> | <BR> | ||
| - | שינויים (מודיפיקציות) כימיים בחלבון: <BR> | + | '''שינויים (מודיפיקציות) כימיים בחלבון:''' <BR> |
| - | 1. על מנת שהאנזים יקשר | + | 1. על מנת שהאנזים יקשר ל-DNA ויבצע את תפקידו, הוא חייב לעבור שינוי. השינוי כרוך בהוספת קבוצת מתיל לאזור מסוים בחלבון.<BR> |
| - | 2. מחזור חלבונים הוא תהליך חיוני במחזור החיים של התא. | + | 2. מחזור חלבונים הוא תהליך חיוני במחזור החיים של התא. |
| - | בתא ישנה מערכת מיוחדת שכל תפקידה הוא לסמן את החלבונים המיועדים לפירוק על | + | בתא ישנה מערכת מיוחדת שכל תפקידה הוא לסמן את החלבונים המיועדים לפירוק על ידי שרשרת של חלבוני יוביקוויטין. הקישור של חלבוני היוביקוינטין ל-DNA פולימראז בטא מתרחש על גבי |
| - | <scene name='78/786671/Ubiquitin/1'> | + | <scene name='78/786671/Ubiquitin/1'>החומצה האמינית ארגינין בעמדות: 41,61 ו-81</scene> |
. לאחר הסימון האנזים נשלח לפירוק באמצעות קומפלקס אנזימטי ענק שנקרא פרוטאוזום. | . לאחר הסימון האנזים נשלח לפירוק באמצעות קומפלקס אנזימטי ענק שנקרא פרוטאוזום. | ||
| - | [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%9E%D7%99%D7%97%D7%96%D7%95%D7%A8-%D7%97%D7%9C%D7%91%D7%95%D7%A0%D7%99%D7%9D-%D7%91%D7%AA%D7%90 הסרטון] | + | [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%9E%D7%99%D7%97%D7%96%D7%95%D7%A8-%D7%97%D7%9C%D7%91%D7%95%D7%A0%D7%99%D7%9D-%D7%91%D7%AA%D7%90 הסרטון] המצורף מסביר את תהליך הסימון והפירוק של החלבונים בפרוטאזום. |
| + | <BR> | ||
==<center>אופן פעולתו הייחודי של DNA פולימראז בטא:</center>== | ==<center>אופן פעולתו הייחודי של DNA פולימראז בטא:</center>== | ||
| - | <scene name='78/786671/ | + | [[Image:betabeta.jpg|thumb|280px|תהליך תיקון שגיאות על ידי DNA פולימראז בטא]] |
| + | <scene name='78/786671/Dna_binding_site/6'>אתר ההיקשרות</scene> | ||
| + | הוא אזור שבו החלבון נקשר ל-DNA. אתר זה מורכב מחומצות האמינו הבסיסיות (טעונות חיובית): ליזין וארגנין, אשר נקשרות ישירות אל גדילי ה-DNA (הטעונים שלילית). | ||
| - | לחלבון זה יש שתי פעולות אנזימתיות במהלך מחזור התא: הוא אחראי על הסרת בסיסים פגומים(התהליך מתרחש באזור <scene name='78/786671/ | + | לחלבון זה יש שתי פעולות אנזימתיות במהלך מחזור התא: הוא אחראי על הסרת בסיסים פגומים (התהליך מתרחש באזור <scene name='78/786671/Dna_bonding_site/4'>האתר הפעיל</scene> של האנזים), אשר פוגמים במבנה האלפא הליקס של ה-DNA ועלולים לגרום למוטציות. |
| - | DNA פולימראז בטא ממלא רווחים בסינתזת ה DNA, הסרת סוכר פוספאט בקצה '5 והוספת נוקלאוטיד אחד לקצה '3 לרווח הבודד הנוצר ב DNA. | + | DNA פולימראז בטא ממלא רווחים בסינתזת ה-DNA, הסרת סוכר פוספאט בקצה '5 והוספת נוקלאוטיד אחד לקצה '3 לרווח הבודד הנוצר ב-DNA. |
| - | לאנזים DNA פולימראז בטא אין פעילות הגהה, כך שהדיוק שלו נובע אך ורק מתוך בחירה סלקטיבית של [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A0%D7%95%D7%A7%D7%9C%D7%90%D7%95%D7%98%D7%99%D7%93 נוקלאוטידים], כלומר להבדיל מאנזימי פולימראז אחרים הוא לא חוזר בכיוון הנגדי של הגדיל ובכך אינו מסוגל לבקר את עצמו. | + | לאנזים DNA פולימראז בטא אין פעילות הגהה,כך שהדיוק שלו נובע אך ורק מתוך בחירה סלקטיבית של [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A0%D7%95%D7%A7%D7%9C%D7%90%D7%95%D7%98%D7%99%D7%93 נוקלאוטידים], כלומר להבדיל מאנזימי פולימראז אחרים הוא לא חוזר בכיוון הנגדי של הגדיל ובכך אינו מסוגל לבקר את עצמו. <BR> |
| + | ראה באיור:"תהליך תיקון שגיאות על ידי DNA פולימראז בטא" | ||
הפונקציונליות של DNA פולימראז בטא, סלקטיביות נוקלאוטידים, קורית בעיקר בזמן היווצרות [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%A9%D7%A8_%D7%A4%D7%95%D7%A1%D7%A4%D7%95%D7%93%D7%99%D7%90%D7%A1%D7%98%D7%A8%D7%99 הקשר הפוספודיאסטרי], אנזים זה הוא בעל יכולת להעדיף את הנוקלאוטיד הנכון והמתאים בזמן החיבור. | הפונקציונליות של DNA פולימראז בטא, סלקטיביות נוקלאוטידים, קורית בעיקר בזמן היווצרות [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%A9%D7%A8_%D7%A4%D7%95%D7%A1%D7%A4%D7%95%D7%93%D7%99%D7%90%D7%A1%D7%98%D7%A8%D7%99 הקשר הפוספודיאסטרי], אנזים זה הוא בעל יכולת להעדיף את הנוקלאוטיד הנכון והמתאים בזמן החיבור. | ||
| - | + | <BR><BR><BR><BR><BR><BR> | |
| - | + | ||
| - | תהליך מעבר החלבון מהציטופלזמה אל תוך הגרעין הוא תהליך סלקטיבי, לצורך המעבר החלבון מכיל מוטיב מסוים המצוי רק על גבי חלבונים שמיועדים למעבר לגרעין התא, מוטיב זה הוא בעצם רצף קצר של חומצות אמינו ( nuclear localization signals, NLSs ), בדרך כלל אלו חומצות האמינו הטעונות חיובית, ליזין וארגינין, אשר מתקשרות לחלבונים אשר נמצאים בציטופלסמה וגם עם חלבונים קולטנים, רצפטורים, אשר מצויים על ממברנת גרעין התא.בחלבון DNA פולימראז בטא, המוטיב מצוי בסמיכות לקצה האמיני (N | + | |
| + | ==<center>תהליך עיבוד האנזים DNA פולימראז בטא ומעברו מהציטופלסמה אל גרעין התא ובאילו תנאים:</center>== | ||
| + | [[Image:Nucleus.png|thumb|280px|מעבר חלבונים דרך נקבוביות שבקרום הגרעין]] | ||
| + | |||
| + | תהליך מעבר החלבון מהציטופלזמה אל תוך הגרעין הוא תהליך סלקטיבי, לצורך המעבר החלבון מכיל מוטיב מסוים המצוי רק על גבי חלבונים שמיועדים למעבר לגרעין התא, מוטיב זה הוא בעצם | ||
| + | <scene name='78/786671/Nls/1'>רצף קצר של חומצות אמינו </scene> <BR> | ||
| + | ( nuclear localization signals, NLSs ), בדרך כלל אלו חומצות האמינו הטעונות חיובית, ליזין וארגינין, אשר מתקשרות לחלבונים אשר נמצאים בציטופלסמה וגם עם חלבונים קולטנים, רצפטורים, אשר מצויים על ממברנת גרעין התא. בחלבון DNA פולימראז בטא, המוטיב מצוי בסמיכות לקצה האמיני (N טרמינלי) של החלבון. המעבר מהציטופלזמה לגרעין התא הוא תהליך צורך אנרגיה, ATP. | ||
| + | <BR> ראה באיור:"מעבר החלבונים דרך נקבוביות שבקרום הגרעין" | ||
==<center>המצבים בהם DNA פולימראז בטא בא לידי ביטוי:</center>== | ==<center>המצבים בהם DNA פולימראז בטא בא לידי ביטוי:</center>== | ||
| - | + | DNA פולימראז בטא פועל בתיקון נזקי DNA בזמן שכפול ה - DNA וגם בתהליך המיוזה.<BR> | |
| - | + | DNA פולימראז בטא הוא בעל תפקיד משמעותי בהגנה על תאי עצב צעירים מפני נזקי DNA , אשר עלולים לקרות בזמן התפתחותם. | |
| - | + | ||
| - | ==<center>האבולוציה של החלבון DNA פולימראז | + | |
| - | DNA פולימראז | + | ==<center>האבולוציה של החלבון DNA פולימראז בטא</center>== |
| + | DNA פולימראז בטא הוא אנזים בעל תפקיד חיוני ביותר לאורגניזם. ניתן לזהות את האנזים באורגניזמים שונים, [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A2%D7%A5_%D7%A4%D7%99%D7%9C%D7%95%D7%92%D7%A0%D7%98%D7%99 בעץ הפילוגנטי של העולם החי]. במהלך ההתפתחות האבולוציונית של המינים, החלבון הזה נשמר, כך שניתן לזהות <scene name='78/786671/Evolution/2'>אזורים מסוימים בחלבון שנשארו זהים </scene> במהלך ההתפתחות האבולוציונית. האזורים הזהים, הם חומצות אמינו מסוימות אשר נשארו באותו מיקום בחלבון במהלך האבולוציה באורגניזמים השונים. | ||
[[Image:Evolution.jpg|thumb|280px|משמעות הצבעים בהדמיית זהות חומצות האמינו]] | [[Image:Evolution.jpg|thumb|280px|משמעות הצבעים בהדמיית זהות חומצות האמינו]] | ||
| + | מכך ניתן להסיק שלאזורים האלה תפקיד קריטי בתפקוד החלבון השלם. בשיטות השונות של ביואינפורמטיקה, ניתן לזהות את אותם האזורים השונים ולאפיינם. ההשוואה בוצעה במינים שונים של בעלי חיים המשתייכים למערכות ומחלקות שונות (מספר חד תאים, רכיכות, חרקים, דגים, עכברים ואדם). באיור:"משמעות הצבעים בהדמיית זהות חומצות האמינו" ניתן לראות את משמעות הצבעים בהדמייה המציגה את שמירות (זהות) חומצות האמינו לאורך האבולוציה בחלבון זה. | ||
| + | [[Image:imud.jpg|thumb|280px|השוואה של רצפי חומצות אמינו של החלבון באורגניזמים שונים. חומצות אמינו המסומנות בירוק, הן אלה שנשארו זהות לאורך התפתחות אבולוציונית]] | ||
| + | |||
| + | <BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR> | ||
| + | |||
| + | ניתן לזהות בעימוד (השוואה) המצורף את כל אותם האזורים שנשארו זהים במהלך ההתפתחות האבולוציונית. באיור:"השוואה של רצפי חומצות אמינו של החלבון באורגניזמים שונים" ניתן לראות עימוד (השוואה) של האנזים DNA פולימראז בטא באורגניזמים רחוקים פילוגנטית. כל חומצה אמינית מיוצגת באות אחת באנגלית. החומצות האמיניות המודגשות בירוק, הן אלה שנשארו שמורות במהלך ההתפתחות האבולוציונית. | ||
| + | <BR> | ||
| + | [http://proteopedia.org/wiki/images/c/c7/Imud.pdf דף עזר ]להבנת תמונת העימוד (השוואה). | ||
| + | <BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR> | ||
| + | |||
| + | <BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR> | ||
| - | ניתן לזהות בעימוד (השוואה) המצורף את כל אותם האזורים שנשארו זהים במהלך ההתפתחות האבולוציונית | ||
| - | בתמונה הבאה ניתן לראות עימוד (השוואה) של אנזים DNA פולימראז ביטא באורגניזמים רחוקים פילוגנטית. כל חומצה אמינית מיוצגת באות אחת באנגלית. חומצות האמיניות המודגשות בירוק, הן אלה שנשארו שמורות במהלך ההתפתחות האבולוציונית. | ||
==<center>חשיבות האנזים בהקטנת מספר המוטציות הנקודתיות בתא</center>== | ==<center>חשיבות האנזים בהקטנת מספר המוטציות הנקודתיות בתא</center>== | ||
| - | למנגנון תיקון DNA חשיבות רבה במניעת מוטציות גנטיות נקודתיות. | + | למנגנון תיקון DNA חשיבות רבה במניעת מוטציות גנטיות נקודתיות. תיקון הבסיסים השגויים והחלפתם בבסיסים תקינים נעשית ע"י האנזים DNA פולימראז בטא ובכך מצמצם את הסיכוי למחלות גנטיות שונות, |
| - | [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%90%D7%A0%D7%9E%D7%99%D7%94_%D7%97%D7%A8%D7%9E%D7%A9%D7%99%D7%AA אנמיה חרמשית] למשל . | + | [https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%90%D7%A0%D7%9E%D7%99%D7%94_%D7%97%D7%A8%D7%9E%D7%A9%D7%99%D7%AA אנמיה חרמשית] למשל.<BR><BR> |
| - | + | כ -30% מהגידולים האנושיים שנבדקו עבור מוטציות ב-DNA פולימראז בטא (pol β) מופיעים כמבטאים חלבונים שונים, ואריאנטים, של פולימראז β. | |
| + | החלפת בסיס שגוי בבסיס הנכון ע"י DNA פולימראז בטא הוא קריטי לשמירה על יציבות הגנום ולכן יכול להיות מנגנון מדכא הגידול.<BR> | ||
| + | במחקרים שונים על גידולים סרטניים שונים, למשל בסרטן השד, הוכיחו ,כי בתאים אלו DNA פולימראז בטא מצוי בביטוי יתר. | ||
| + | מוטנטים של DNA פולימראז בטא בתא גורמים לפנוטיפ מוטנטי של התא. | ||
| + | <BR><BR> | ||
| + | זוהה קשר בין פעילות האנזים לבין [https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/life_sci/%D7%90%D7%A4%D7%95%D7%A4%D7%98%D7%95%D7%96%D7%99%D7%A1-%E2%80%93-%D7%9B%D7%A9%D7%94%D7%AA%D7%90-%D7%9E%D7%97%D7%9C%D7%99%D7%98-%D7%9C%D7%94%D7%AA%D7%90%D7%91%D7%93 תהליך האפופטוזיס]. תגובה אפופטוטית גבוהה יותר נצפתה, במחקרים שונים, כאשר דנ"א פולימראז β קיים בעודף בתא. <BR> | ||
| + | עליה בכמות התאים אשר עוברים אפופטוזיס ניתן לראות כמנגנון של חיסול תאים אשר בהם קיימים יותר מידי נזקי DNA ו / או מוטציות. <BR> | ||
| + | במקרה זה, אפופטוזיס יכול להיחשב כאחראי על קיומו של ההומאוסטזיס התאי ע"י חיסול של תאים אשר עלולים להכיל מוטציות פוטנציאליות, אשר יכולות להשפיע על גידול התא ולבסוף לגרום לסרטן.<BR> | ||
| + | אפופטוזיס לא יכול לחסל את כל התאים המכילים מוטציות. תגובה תאית חריגה לנזקי DNA יכולה להוביל לבחירת תאים עם נטייה גדולה יותר להיווצרות של גידול סרטני.<BR> | ||
| + | מחסור ב- Polβ יוביל לרמות מוגברות של נזק ל- DNA ולהפעלה של החלבון [https://davidson.weizmann.ac.il/stub-4 p53], ובסופו של דבר יוביל לאפופטוזיס. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | <BR> <BR> | ||
| + | |||
| + | ==== '''[http://proteopedia.org/wiki/images/0/0e/Daf_avoda2.pdf דף עבודה לתלמיד]''' ==== | ||
| + | |||
| - | + | [http://proteopedia.org/wiki/images/f/fe/Mekorot.pdf ביבליוגרפיה] | |
| - | [http://proteopedia.org/wiki/images/ | + | |
Current revision
DNA Polymerase beta
דנ"א פולימראז בטא (DNA polymerase β) הוא אחד מהפולימראזות המאופיינים ביותר של האאוקריוטים. לחלבון זה יש שתי פעולות אנזימתיות: הסרת בסיסים פגומים ומילוי רווחים בסינתזת ה-DNA.
תהליך שכפול הDNA
למולקולת ה-DNA כיווניות: קצה '3 שמכיל הידרוקסיל חופשי שקשור לפחמן מ ספר 3 של הסוכר וקצה '5 המכיל שייר חופשי של חומצה זרחתית הקשור לפחמן מספר 5 . קצה '5 נחשב לתחילת השרשרת וקצה '3 נחשב לסופה. שתי השרשרות המרכיבות את הסליל הכפול של ה-DNA אינן מקבילות בכיווניות שלהן – תמיד קצה '5 של שרשרת אחת מול קצה '3 של השרשרת השנייה באותה המולקולה. בתהליך שכפול ה-DNA נוצר העתק של מולקולות ה-DNA בתאים. המולקולה החדשה מסונתזת מנוקלאוטידים חופשיים אשר נמצאים בתא. התהליך מבוצע ע"י האנזים DNA פולימראז. התבנית ליצירת מולקולת ה–DNA החדשה היא המולקולה הקיימת בגרעין התא. תהליך השכפול מתרחש לפני תהליכי חלוקת התא הבאים: מיטוזה ומיוזה בתאים אאקריוטים.
תהליך השכפול הוא תהליך סמי-קונסרבטיבי, כלומר כל אחת ממולקולות ה-DNA החדשות מורכבת מגדיל אחד ממולקולת ה-DNA המקורית וגדיל שני שנוצר בזמן תהליך השכפול.
הצורה שמתקבלת בזמן השכפול נקראת מזלג ההכפלה (Replication fork) . הפרדת שני הגדילים המרכיבים את מזלג ההכפלה מתרחשת ע"י האנזים הליקאז (Helicase)
שמפרק את קשרי המימן בין הבסיסים. ראה באיור:"תהליך שכפול ה-DNA".
תהליך השכפול צורך אנרגיה, אשר מתקבלת מפירוק שני שירי פוספט ממולקולת ה-dNTP (נוקלאוטידים) אשר מתחברת בעזרת הקופקטור Mg+2.
שלבים בשכפול ה-DNA בתאים אאוקריוטים:
1. אתחול – השכפול מתחיל באזור מסויים המוגדר כמוצא ההכפלה. השכפול מתחיל בו זמנית במספר מקורות. בתחילת התהליך מספר חלבוני מפתח נקשרים לאזור מקור השכפול וגורמים לפתיחה חלקית של סליל ה-DNA באזור. כתוצאה מפתיחה זו נוצרת בועת השכפול, המכילה שני מזלגות שכפול - אחד לכל כיוון. תהליך השכפול מתקדם מאתר האתחול בשני כיוונים, כאשר המזלגות הולכים ומתרחקים ממקור השכפול ובועת השכפול הולכת וגדלה לכל אורך התהליך.
2. שכפול - בשלב זה מזלגות השכפול "מתקדמים" לשני הכיוונים ומתרחקים ממקור השכפול. בפתח של כל מזלג מצוי ה-DNA פולימראז המאריך את הגדילים המתהווים על גבי שתי התבניות המקוריות. בשל האילוץ המתואר לעיל, רק על אחד הגדילים של המזלג ניתן לבצע סינתזה רצופה של גדיל אחד לכל אורך המולקולה - הגדיל המסונתז מתחיל בקצה ה-'5 ומתארך לכיוון ה-'3. בכיוון השני נוצרת בעיה שנפתרת על ידי מקטעי אוקזקי. ה-DNA פולימראז צריך מקטע DNA -RNA משלים "להתיישב עליו", ורק ממנו הוא יכול להתחיל לסנתז. זהו התפקיד של האנזים RNA פרימאז, הוא יוצר קטעים משלימים קטנים של RNA על הגדיל המשלים (פריימרים), וה-DNA פולימראז "מתיישב" עליהם ומסנתז את ה-DNA. אנזים נוסף מחליף את מקטע ה-RNA ב-DNA, ולבסוף האנזים ליגאז מחבר את הקטעים השונים וסוגר את ה-DNA החדש: גדיל ישן עם הגדיל המשלים שלו שהורכב עכשיו. קומפלקס האנזימים אוחז בשני הגדילים של מולקלת ה-DNA בצורה המאפשרת פעילות בו-זמנית של הסינתזה בשני הגדילים.
3. סיום - בסיום השכפול, כאשר המזלגות משני הצדדים מגיעים לסוף הכרומוזום, נוצרת בעיה חדשה - לאחר שמוסר פריימר ה-RNA של המקטע האוקזקי האחרון, לא ניתן להחליפו במקטע DNA, שכן אין קצה '3 חשוף שאליו ניתן לחברו (במקרה של גנום לינארי (כרומוזומים )). הפתרון שמצאה האבולוציה לבעיה זו הוא הטלומר. אנזים מיוחד בתא - הטלומראז, אחראי בשלבי התפתחות עובריים של התאים על יצירת מקטעי DNA חוזרניים וארוכים בשני צידי הכרומוזום. מקטע DNA זה אינו מקודד וכל תפקידו הוא להתקצר במהלך השכפולים שהתא עובר במחזור חייו, כדי שההתקצרות הבלתי נמנעת של הכרומוזום לא תפגע בחלקים המקודדים. כיום מאמינים שמנגנון זה מבקר הזדקנות של התאים ומהווה את אחד ממנגנוני ההגנה של הגוף כנגד גידולים סרטניים. אחת ההשערות היא שחלק מן התאים הסרטניים "רוכשים מחדש" את פעילות הטלומראז ובכך מונעים את מותם הטבעי מ"זקנה".
ראו סרטון המסביר את תהליך שכפול ה-DNA
DNA פולימראזות:
בנוסף לפעילות השכפול DNA פולימראז הוא בעל פעילות של אקסונוקלאז, כלומר הוא יכול לתקן שגיאות של הכנסת נוקלאוטידים ובכך למנוע מוטציות. בפרוקריוטים ובאאוקריוטים קיימים מספר סוגים שונים של DNA פולימרזות, אשר לוקחים חלק בתהליך של שכפול ה-DNA (ראו באיור:"משפחת פולימראזות"). דנ"א פולימראז בטא (DNA polymerase β) הוא אחד מהפולימראזות המאופיינים ביותר של האאוקריוטים. הוא משתייך למשפחת ה - X DNA פולימראזות. פולימראז בטא נחוץ לצורך תיקון בסיסים, מסלול תיקון DNA אשר הכרחי לתיקון בסיסים שעברו שינוי בהרכבם הכימי בעקבות חמצון או אלקילאציה.
| |||||||||||
