שאלון מערכת: שיעורי בית מולקולרית 2
מולקולרית 2 שאלה 1
מה מהבאים עשוי להביא לשינויים בתכונות האורגניזם?
במה השאלה עוסקת: Phenotype & Genotype.
תשובה ד . זו שאלה מאוד כללית, שחשוב לדקדק ולהבין את המשמעות של כל תהליך מבחינת הגנוטיפ והשלכות שלהן מבחינה פנוטיפית . כמעט כל שינוי מבחינה גנוטיפית בגנום יגרור שינוי כלשהו, גם עם המינורי ביותר, בפעילות התא ועקב כך לשינוי כלשהו בתכונות האורגניזם (הפנוטיפ שלו). פעמים רבות לא ניתן לדעת את ההשפעה של שינוי כלשהו על האורגניזם עקב מורכבות תהליך ביטוי הגנים. דוגמה נפוצה לשינוי שאינו כרוך בהשפעה על הפנוטיפ נמצא במוטציות שקטות (Silentmutations) שבהן יש שינוי בנוקלאוטיד מסוים שאינו גורר שינוי בקודון עצמו, כלומר הוא מקודד לאותה ח. אמינו ולכן לא יהיה שינוי בחלבון.
שלילת מסיחים:
א. למוטציות גנטיות, אפילו הקטנות ביותר, יכולות להיות השפעות מרחיקות לכת על הפנוטיפ, וחלקן יכולות לגרום אף למוות. המוטציה יכולה לפגוע בכל אחד משלבי תהליך ביטוי הגנים כגון שעתוק, עיכוב או הפעלה ביתר של חלבונים מסוימים ועוד.
ב. ישנם סוגים רבים של רקומבינציות, המשותף לכולן הוא שהן כרוכות בהחלפה של מקטעי גנים בין כרומוזומים או בתוך אותו הכרומוזום. החלפות אלו יכולות לגרור שינויים קריטיים בפנוטיפ של האורגניזם.
ג. שינויים במספר הכורמוזומים, מה שנקרא אנופלואידיות (Aneuploidy) יכולים לגרום לשינויים מאוד גדולים בפנוטיפ, כגון בתסמונת דאון (Down syndrome) שבה יש עודף של כרומוזום 21 מה שגורם ליכולות קוגנטיביות ירודות, שינוי במבנה צורת הפנים וכדומה.
הערת המחברים- כמובן שלכל אחד מהסעיפים יש דוגמאות בספר בהן השינוי הגנוטיפי לא הוביל לשינוי פנוטיפי. שימו לב, שבשאלה נשאלנו מה ״עשוי״ להוביל לשינוי פנוטיפי ולכן כלל התשובות נכונות שכן, כל סעיף בין א׳-ג׳ יכול להוביל לשינוי בפנוטיפ האורגניזם.
להרחבה- Alberts, The Cell 7th Ed., עמ׳ 519-524
מולקולרית 2 שאלה 2
מהו מספר הכרומוזומים המאפיין תאי עור הומניים ותאי זרע, בהתאמה? (שים לב שסדר המספרים כתוב מימין לשמאל)?
במה השאלה עוסקת: Chromosomes.
תשובה ג‘. הכרומוזומים הם המבנים אשר מכילים את הדנ”א יחד עם החלבונים שעוטפים ואורזים אותו. כשמדברים על כרומוזומים הכוונה היא לכרומוזומים האאוקריוטים, אומנם גם בפרוקריוטים הגנים ארוזים בחלבוני אריזה מיוחדים (שאינם דומים לחלבונים האאוקריוטים) אך הם שונים לגמרי במבנם. הכרומוזום ההומני (Human chromosome) מורכב מזוגות של כרומוזומים הומולוגיים (Homologous chromosome) שבנויים מכרומוזום אימהי וכרומוזום אבהי. לאדם בתאים סומטיים (Somatic cells) יש כ-22 זוגות של כרומוזומים הומולוגיים וזוג כרומוזומי מין (Sex chromosomes), כאשר בזכר נראה כרומוזום X אחד וכרומוזום Y אחד, ובנקבה נראה שני כרומוזומי X (אחד מהאם ואחד מהאב). לעומת התאים הסומטיים שהם תאים דיפלואידים (Diploids), תאי המין מכילים רק עותק אחד מכל כרומוזום, כלומר אלו תאים הפלואידים (Haploids) שמאפיינים את תאי הזרע והביצית, והם מכילים כ-23 כרומוזומים סה”כ.
שלילת מסיחים:
א’. מכיוון שהתאים הסומטיים מכילים את הדנ”א שהגיע מהאב ומהאם, כלומר דיפלואידים, הם מכילים שני עותקים מכל כרומוזום – 23 (22 כרומוזומים רגילים + זוג כרומוזומי מין) סה”כ הכרומוזומים בתא היה 46.
ב’. כפי שנאמר מעל, תאי הנבט (Germ cells) הם תאי המין של האורגניזם, ומכיוון שהם צריכים ליצור את התא ההפלואידי כל אחד מכיל רק עותק אחד של הכומוזומים (עותק אבהי או עותק אימהי) ולכן התאים אלו נראה רק 23 כרומוזומים.
ד.. פרט למקרים אבנורמליים, תמיד תאי הנבט יכילו פחות כרומוזומים מאשר תאי סומטיים. ולכן מסיח זה אינו נכון.
להרחבה- Alberts, The Cell 7th Ed., עמ׳ 190-194
מולקולרית 2 שאלה 3
שינויים אבולוציונים כתוצאה מתהליכי ברירה טבעית מביאים להתפתחות מינים בעלי:
במה השאלה עוסקת: Genome evolution.
תשובה ג׳. הברירה הטבעית (Natural selection) גורמת לשינויים אבולוציוניים משמעותיים בעולם, תהליך זה גורם ל”קיצוץ” של אורגניזמים בעלי תכונות פחות מועילות ויעילות להישרדותם בטבע. העדפת תכונות כאלו ואחרות על פני אחרות יוצרות שינויים בדפוס התפתחות המינים וגורמים להעלאת סיכויי ההישרדות של אורגניזמים מסוימים בסביבה הטבעית שלהם. השינויים בתכונות הללו תלויים ישירות בקצב המוטציות (Mutation rate) אשר גורם לשינויים ולרב-גוניות בארסנל התכונות של כל מין. ה-Mutation Rate הוא הקצב שבו מתרחשים השינויים (המוטציות) ברצפי הדנ”א. ניתן לבחון את משתנה זה במעבדה, וחוקרים מצאו כי הוא הכרחי להתפתחות האבולוציה ובלעדיו האורגניזמים לא יוכלו להסתגל לשינויים בסביבה הטבעית שלהם. המוטציות הללו מאפשרות את תהליך הברירה הטבעית, מכיוון שמוטציה שתגרום לתכונה לא-מועדפת (כגון תכונת “ריצה איטית”) לא תאפשר לאורגניזם להאריך חיים, להביא צאצאים ולשרוד, ולכן רק תכונות שיועילו לו יעברו האלה לצאצאים – הברירה הטבעית. שינויים אלו מעלים את הסיכויים להתרבות (הבאת צאצאים) ולכן מסיח זה הוא הנכון.
שלילת מסיחים:
- רמת המורכבות (Complexity) של האורגניזם היא רמת הפשטות או הקושי להבין את התהליכים המניעים אותו. אך לא ניתן לומר כי רמת המורכבות עולה ככל שיש יותר ברירה טבעית מכיוון שתהליך זה דווקא משמר תכונות מועילות, כלומר מעדיף גנים מועילים ולכן אותם גנים ימשיכו לעבור לצאצאים ולא להשתנות.
- השינויים האבולוציוניים שנגרמים עקב הברירה הטבעית גם אינם מורידים את רמת המורכבות של האורגניזמים, ואף לעיתים נראה את ההיפך. כלומר פרטים שעברו מספר של שינויים אבולוציוניים יראו מורכבות יותר גבוהה כגון האדם בהשוואה לחיידקים, כאשר לראשון יש כ-30,000 גנים לעומת כ-500 גנים בממוצע שקיימים בחיידקים.
ד. ההיפך הוא הנכון, סיכויי התרבות גבוהים נמצאו בקשר ישיר עם עודף של גנים חוזרניים. התהליכים העיקריים שמשפיעים על המורכבות של האורגניזם הם הדופליקציות (Duplication) שמתרחשות ברצפים שונים. דווקא ריבוי גנים לא מקודדים (Non-coding genes) אשר נקשרים לרגולציה מוגברת על ביטויי גנים שונים תורמים למורכבות האורגניזם.
להרחבה- Alberts, The Cell 7th Ed., עמ׳ 284-285
מולקולרית 2 שאלה 4
מה מהבאים נכון לגבי שיטת CRE/LOX?
במה השאלה עוסקת: Cre\LoxP.
תשובה ד. שיטת Cre\LoxP שהתגלתה לראשונה בבקטריופאג׳P1, היא שיטה חשובה בהנדסה גנטית שבה ניתן לבצע שינויים בגן מסוים כגון מחיקות, הכנסות, היפוכים וכדומה. בשיטה זו, יש אנזים מיוחד מסוג רקומבינאז (Recombinase) שנקרא Cre אשר מסוגל לחתוך רצפי LoxP. לכן רק כאשר שני אלו נמצאים יחדיו ניתן לבצע מניפולציות שונות על גנים.
שלילת מסיחים:
א. כפי שנאמר מעל, ה-LoxP הוא הרצף/האתר שבו חותך האנזים Cre. חשוב לזכור כי האנזים חייב 2 אתרי LoxP בשני צדדי גן המטרה על מנת שיוכל לחתוך אותו כראוי.
ב. CRE הוא האנזים בעצם. אומנם בשיטה זו כן מכניסים את הגן שלו יחד עם הפרומוטר שלו, אך הוא ללא ספק אינו מהווה פרומוטר ל-LoxP שכן האחרון אינו רצף שבא לידי ביטוי אלא משמש כאתר מטרה לאנזים Cre בלבד.
ג. בדיוק להיפך.
להרחבה-Alberts, מהדורה 7, עמ’ 316-317 (Cre-LoxP).
מולקולרית 2 שאלה 5
מבין הבאים מה היא הפגיעה אשר מתוקנת הכי הרבה פעמים בדנ״א?
במה השאלה עוסקת : תיקון נזקי דנ”א
תשובה ב’. דה-פורינציה (Depurination) הוא הנזק האנדוגני שעובר הכי הרבה תיקונים בדנ”א ליממה כ-18,000 פעמים בערך ב-24 שעות. מבנה הפורין מפורק מהאדנין או מגואנין, לרוב ע”י מולקולת מים גורם להשארת הבסיס הסוכרי (די-אוקסיריבוז) בגדיל ללא הבסיס החנקני שלו.
שלילת מסיחים:
א. תהליך תיקון ה-Depyrimidination מתרחש כ-600 פעם ביממה, הרבה יותר נמוך מתהליך הדה-פורינציה.
ג. תהליך תיקון הדה-אמינציה (deamination) של ציטוזין מתרחש כ-100 פעמים ביממה בערך.
ד. ה-8-oxo G הוא תהליך של נזק חמצוני אשר מתוקן כ-1500 פעמים ביממה.
להרחבה-Alberts, מהדורה 7, עמ’ 286
מולקולרית 2 שאלה 6
לאיזה מהחלבונים הבאים, וירוס הקורונה מקודד בגנום שלו?
במה עוסקת השאלה- וירוס הקורונה
התשובה הנכונה- ג׳
הסבר: וירוס הוקורנה הוא וירוס RNA. כל שהוא צריך כדי לשכפל את עצמו זה רנ״א פולימראז נגיפי שהוא מקודד אליו בעצמו. הוא משתמש בריבוזום התאי בתהליך התרגום. אין לו שלב של DNA ולכן תשובה ב׳ לא נכונה או רלוונטית. סעיף ד׳ מתייחס לרטרווירוסים ולא לוירוסי רנ״א. לוירוס הקורונה אין שלב של DNA במחזור החיים שלו.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 311-313
מולקולרית 2 שאלה 7
מה תפקידו של האנזים טרנספוזאז?
במה השאלה עוסקת: Transposase.
תשובה ג. אנזים המפתח בתהליך הטרנספוזיציה (Transposition) הוא הטרנספוזאז (Transposase), אנזים זה מסוגל להתחבר ל-Inverted repeats בקצוות הטרנספוזון (Transposon), שנקראים גם אלמנטים מוביילים (Transposable elements) ולקרב ביניהם מבחינה מרחבית ע”י יצירת Loop בדנ”א וכך לנתקם מהגנום והעברתם למיקום רנדומלי אחר. כמובן שגם פעולת החדרת הטרנספוזון נעשית ע”י האנזים. הטרנספוזאז פועל בטרנספוזונים מסוג DNA-only transposons .
שלילת מסיחים:
א. כפי שנאמר מעל, תפקידו של ה-Transposase הוא אכן לזהות את ה-Inverted repeats אך רצפים אלו אינם ממוקמים במרכז הטרנספוזון אלא בשני קצוותיו. ולכן מסיח זה אינו נכון.
ב. הטרנספוזאז אכן יוצר חיתוך מדורג (Staggered cuts), אבל הוא יוצר אותם ברצף המטרה אליו יכניס את האלמנט המובילי ולא במיקום ממנו יוצא האלמנט. יצירת ה-Staggered cuts מאפשרת הכנסה וחיבור יותר יעילים של הרטנספוזון, כמובן שפעולה זו מצריכה סיוע של DNA polymerase ו-Ligase אשר ישלימו את הנוקלאוטידים החסרים ויחברו את הקצוות, בהתאמה.
ד. הטרנספוזאז הוא אנזים אשר מעביר רצפי DNA, הוא אינו סוג של פולימראז ולכן איננו מסוגל להשלים Gaps בכלל. לפעילותו זו תמיד נדרש דנ״א פולימראז. ה-DNA gaps נוצרים באתר החדש שבו מוכנס הטרנספוזון עקב צורת החיתוך של הטרנספוזאז.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 307-310
מולקולרית 2 שאלה 8
היכן מתרחש תהליך הרפליקציה של וירוס הקורונה?
במה עוסקת השאלה- וירוס הקורונה.
התשובה הנכונה- א׳
הסבר: לוירוס הקורונה אין שלב במחזור החיים שלו בו הוא בתצורה של DNA. הוא אינו נכנס לגרעין התא המאחסן (שלילת מסיח ב). לכן תהליך הרפליקציה שלו קורה ב״אורגנלות״ דו שכבתיות שהוירוס מייצר לעצמו ממברנת ה-ER, של התא אותו הוא תוקף.
שלילת מסיחים-
ג+ד- לא נכונים. יש וירוסים אחרים שיכולים להשתמש במנגנונים הללו כדי לחדור לתאים, אך אין אלה מנגנונים בשימוש ע״י וירוס הקורונה.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 311-313
מולקולרית 2 שאלה 9
איזה משפט מהבאים הוא נכון לגבי Rad51 ?
במה עוסקת השאלה- Rad51.
תשובה ג. החלבון Rad51 (שנקרא RecA בפרוקריוטים) משתתף במספר רב של תהליכים בגרעין שבהם מתרחש Stand exchange נקרא גם Strand Invasion . בתהליך זה, התא משתמש בכרומוזום אחד על מנת לתקן את הנזק שנעשה בכרומוזום ההומולוגי לו. כלומר, גדיל אחד שמגיע מהכרומוזום התקין משמש כתבנית (Template) ומתחבר בזיווג בסיסים לגדיל בכרומוזום ההומולוגי לו בקרבת אתר הנזק. יצירת זיווג הבסיסים בין הגדילים שנמצאים על כרומוזומים שונים נקראת .Strand exchange בתהליך זה החלבון מתחבר בצורה קואופרטיבית (Cooperatively) לגדיל ה”פולש” ומונע ממנו להתקפל על עצמו ולשמש כתבנית ל-DNA polymerase לתיקון הנזק. תחילה, Rad51 (או Rec A ) מתחבר ל-ssDNA החשוף ע”י יצירת קשר עם קודון שלם (שלושה נוקלאוטידים) וכך מגיעים עוד מונומרים של Rad51 שגם יתחברו לקודונים שאחריו ליצירת פילמנט (Filament) אחד ארוך שיכסה את כל ה-ssDNA. בסוף תהליך ה-Strand exchange ה-Rad51 יבצע הידרוליזה ל-ATP שמחובר אליו מה שיגרום להתנתקותו מהכרומוזום.
שלילת מסיחים:
א .הוא אכן נקשר בצורה קואופרטיבית לDNA אך לחד גדיל ולא לשני הגדילים יחד.
ב . החלבונים BRCA1 ו-BRCA2 פועלים במנגנון התיקון של רקומבינציה הומולוגית. מוטציות בהם מעלות את הסיכון לחלות בסרטן השד. BRCA1 אחראי על רגולציית עיבוד הקצוות החשופים באתר הנזק, ולכן כאשר חלבון זה לא יתפקד התא יעבור להשתמש במנגנון התיקון של רקומבינציה לא הומולוגית (NHEJ). ו-BRCA2 אחראי לעיכוב Rad51 (ע”י קשירתו) כל עוד התא לא זקוק לו. בנוסף הוא אחראי לשינועו לאתר הנזק בקרבת ה-ssDNA החשוף. לסיכום, במסיח זה תפקידם של BRCA1 ו-BRCA2 רשומים הפוך ולכן הוא לא נכון.
ד . כפי שנאמר מעל, כל מונומר של RecA ו-Rad51 מתחבר ל-3 בסיסים, ולא אחד. ולכן מסיח זה אינו נכון.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 298-299
מולקולרית 2 שאלה 10
פגיעה באיזה ממנגנוני התיקון של הדנ״א, היא אחד מהגורמים המרכזיים לסרטן שד?
במה השאלה עוסקת: מחלות עקב פגיעה במנגנוני תיקון.
תשובה ג. הרבה מחלות בבני אדם קשורות לפגמים במנגנוני תיקון דנ”א.
החלבונים שהכי נקשרים לסרטן השד הם אנזימי ה-BRCA1 ו-BRCA2. אנזימים אלו פועלים במנגנון הרקומבינציה ההומולוגית, כאשר BRCA1 אחראי על בקרת השלב המקדים בעיבוד הקצוות השבורים ו-BRCA2 נקשר ל-Rad51 ומעכב אותו עד לשלב שבו צריך אותו. כמובן שפגיעה באנזימים אלו נקשרת לעוד סרטנים כגון סרטן השחלות ופרוסטטה.
שלילת מסיחים-
סעיף א׳. הספר לא מספר לנו על מחלות ספציפיות הנגרמות מפגם במנגנון זה.
סעיף ב׳. פגיעה במנגנון תיקון NER תגרום למחלת XP.
סעיף ד׳. פגיעה במנגנון תיקון BER- גם פה לא מצוינת מחלה ספציפית.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 285
מולקולרית 2 שאלה 11
איזה מהאנזימים הבאים, מתאפיין בשייר טירוזין באתר הפעיל?
במה השאלה עוסקת: רקומבינציה הומולוגית.
תשובה ב’. ספו11 (Spo11) משמש ליצירת השבר ההתחלתי בתהליך הרקומבינציה ההומולוגית באאוקריוטיים. Spo11 נקשר ומבצע את החיתוך הדו-גדילי. טירוזין באתר הפעיל של האנזים נקשרת לאיזור השבר הדו גדילי בדנ”א. למעשה, שתי מולקולות Spo11 משתתפות וכל אחת מהן תוקפת את אחד הגדילים ונקשרת, באמצעות הטירוזין האתר הפעיל שלה, לקצה ה5′ החדש שנוצר בעקבות הביקוע בכל גדיל. הקישור נעשה בצורה קוולנטית. בספר מצויין כי SPO11 דומה במבנה ובתפקוד שלו לטופואיזומראז 2.
שלילת מסיחים:
א. MRE11 הוא נוקלאז מיוחד ברקומבינציה מיוטית אשר מפרק במהירות את הקצוות אליהם קשור Spo11. הוא מסיר את SPO11 יחד עם הדנ”א שהוא מפרק להשארת קצה 3′ חד גדילי בולט
ג’. החלבון Ku הוא בעל תפקיד מרכזי במנגנון התיקון NHEJ, הטרודימר שתופס את קצה הכרומוזום השבור. חלבונים נוספים דרושים על מנת להחזיק את הקצוות השבורים ביחד, בזמן שהם עוברים עיבוד ובסופו של דבר מחוברים קוולנטית זה לזה
ד. RecA פעיל ברקומבינציה הומולוגית על מנת לזרז את השחלוף בין הגדילים. תחילה נקשר בצורה קואופרטיבית לחד-הגדיל הפולש, ליצירת פילמנט חלבון-דנ”א שמאלץ את הדנ”א להתעוות לצורה מיוחדת – קבוצות של 3 נוקלאוטידים עוקבים מוחזקות בצורה קונבנציונלית אך בין שלישיות שכנות, שלד הדנ”א מסתובב ונמתח. הפילמנט חלבון-דנ”א הבלתי-שגרתי הזה קושר את דופלקס הדנ”א השני בצורה שמותחת את הדופלקס, מערערת את יציבותו ובכך מקלה על ההפרדה בין הגדילים שלו. החד-גדיל הפולש יכול עכשיו לדגום את רצף הדופלקס באמצעות זיווגי בסיסים קונבנציונליים. הדגימה מתרחשת בבלוקים של 3: אם נמצאה התאמה של שלישיית נוקלאוטידים, השלישיה הסמוכה תידגם גם היא, וכן הלאה. בצורה זו, אי-התאמות מובילות להתנתקות מהירה, ורק שטח נרחב של זיווגי בסיסים (לפחות 15 נוקלאוטידים) מייצב את הגדיל הפולש ומוביל לשחלוף בין הגדילים.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 302-303, 298-299, 294
מולקולרית 2 שאלה 12
איזה מהמשפטים הבאים מתאר נכונה את המוטציה שלו?
במה השאלה עוסקת: Mutations types.
תשובה א. בכללי, ישנם מספר סוגים שלמוטציות כגון Point mutation שבה ישנה שינוי נקודתי של נוקלאוטיד אחד ברצף מסוים, היפוך (Inversion) שבו הגן הופך את הכיווניות שלו, מחיקה (Deletion) שבה תתרחש מחיקה של רצף מסוים וטרנסלוקציה (Translocation) שבה תתרחש העברה של מקטע לאזור אחר בגנום. מוטציית Null היא סוג של מוטציה שבה יש שינוי בגן מסוים אשר גורם לסוג Loss of function שבו יש ביטול מלא של פעילות הגן. כלומר, הגן יוצא מכלל פעולה באופן מוחלט ואינו בא לידי ביטוי כלל. זה שונה ממצב רגיל של Loss of function שבו תיתכן רמת ביטוי מינימלית כלשהי.
שלילת מסיחים:
ב’. מוטציה סופרסורית (Suppressor mutation) היא מוטציה אשר גורמת להחזרת הפנוטיפ הרגיל לאחר שאותו פנוטיפ השתנה עקב מוטציה קודמת. כלומר, זו מוטציה שממסכת על מוטציה אחרת ומחזירה את הפנוטיפ לנורמה. מוטציה זו נחלקת ל-2 סוגים עיקריים: Intragenic (שתי המוטציות באותו הגן) ו-Extragenic (שתי מוטציות שכל אחת נמצאת בגן אחר). מוטציה זו לא קשורה לעיכוב ולכן מסיח זה אינו נכון.
ג’. מוטציית Gain of function אכן גורמת להעלאת פעילות גן מסוים, אך לרוב היא תהיה מוטציה דומיננטית, מכיוון שאם תהיה רצסיבית נצטרך 2 מוטציות באותם הגנים ההומולוגים (שהסבירות להתרחשותה היא יותר נמוכה), ולכן מסיח זה אינו נכון.
ד’. ה-Conditional mutation היא מוטציה שתלויה במצבים מסוימים. במוטציה זו הפנוטיפ האבנורמלי נראה רק במצבים מסוימים שנקראים Restrictive conditions, ובמצב הרגיל (Permissive condition) הגן יעבוד בצורה רגילה. חשוב להבין כי את האפקט של הפנוטיפ ניתן לראות רק במצבים מסוימים. דוגמאות קלאסיות לסוג זה ניתן לראות במוטציות שרגישות לטמפ’ (Temperature-sensitive mutation). במוטציות אלו כאשר הטמפ’ גבוה מאוד או נמוכה מאוד נראה פנוטיפ שונה מהרגיל.
להרחבה- Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 522-526 (Mutations) עמוד 521 (Mutations types).
מולקולרית 2 שאלה 13
איזה מהחלבונים הבאים לא יופעל בעת תיקון שבר דו-גדילי בדנ״א?
במה השאלה עוסקת: תיקון שברי דנ”א.
תשובה א׳. SeqA הוא חלבון אינהיבטורי (Inhibitor protein) אשר אחראי על מניעת קשירת חלבוני איניציאציה (Initiation proteins) למוצא השכפול החיידקי. בעקבות חסימה זו, אין אפשרות להתחלה של שכפול חדש לפני ששני גדילי הדנ”א ימותלו (Methylation) ברצפי GATC .
כזכור, לחיידקים יש מוצא שכפול בשם Ori-C, אשר אליו נקשר DNA-A בעל פעילות ATPase ואחראי על פרימה ראשונית של הגדיל. לאחר מכן מגיעים ה-DNA-C שנושאים את ההליקאזות (Helicase) החיידקיות- DNA-B, מטעינים אותם על אחד הגדילים (מוביל-Leading ומתעכב-Lagging) ואז עוזבים. כדי להבדיל בין הגדיל ההורי (Parental strand), כלומר הגדיל המקורי, לבין הגדיל החדש, הגדיל ההורי ממותל על גבי רצף של כ-11 רצפי נוקלאוטידים חוזרניים של GATCֿ כדי למנוע שכפול נוסף תוך כדי התרחשות של שכפול אחר, רק כאשר שני הגדילים יעברו מתילציה, ע”י אנזים בשם- Dam methylase, יפתח מוצא שכפול חדש.
שלילת מסיחים:
ב. כאשר יש נזק של שבירת הדו-גדיל של הדנ”א, חלבון ה-ATM מזרחן את הקינאזות Chk1+2 שבתורן מזרחנות את הפקטור שעתוק P53. פקטור שעתוק זה יכול לעצור את מחזור התא (Cell cycle) בעזרת הפעלת החלבון האינהיבטורי P21 או לגרום לאפופטוזיס (Apoptosis).
ג. בתיקון של שברי דנ”א דו גדיליים בשיטת ה-Homologous recombination, ישנה פלישת אחד הגדילים של כרומטידה אחות (Sister chromatid) אחת לכרומטידה אחות אחרת. המטרה- למצוא רצף של לפחות 15 נוקלאוטידים מתאימים, כך שיהיה אפשר להשלים את המידע מהשבר שהלך לאיבוד מהכרומטידת אחות. מי שאחראי לפלישת הגדיל הוא חלבון בשם Rad51, ביוקריוטים ו-RecA בפרוקריוטים. חלבון זה משתמש בהידרוליזה (Hydrolysis) של ATP על מנת להתנתק מהגדילים שמצא.
ד . קומפלקס הטרודימרי (Heterodimer) אנזימטי אשר אחראי על רוב תיקוני השברי דנ”א. עובד בשיטה של Nonhomologous end joining – . הקומפלקס מסיר נוקלאוטידים מהגדילים על מנת ליצור מצב בו נמצאת התאמה בין גדילי הדנ”א. בכך הוא גורם ל”צלקות”, מעין חוסרים במקטעי הדנ”א המתוקנים.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 274, 298-299, 294-296
מולקולרית 2 שאלה 14
מה מהבאים שגוי לגבי רקומבינציה הומולוגית?
במה השאלה עוסקת: רקומבינציה הומולוגית
תשובה ג‘. תשובה שיכולה מעט לבלבל מאחר וחצי מהתשובה הוא נכון וחצי אינו נכון.
רקומבינציה הומולוגית היא כנראה מנגנון התיקון הורסטילי ביותר שקיים בתא; הוא משרת כל מטרה, דבר המסביר מדוע המנגנון והחלבונים שמבצעים אותו נותרו שמורים בכל היצורים על כדור הארץ. עם זאת צריך לזכור כי רקומבינציה הומולוגית מתרחשת רק לאחר שהדנ”א עבר שכפול (שלב S ושל G2 של חלוקת התא), כשהכרומטידה האחות יכולה לשמש כתבנית. מכאן שתשובה זו אינה נכונה לגבי רקומבינציה הומולוגית שכן היא אינה מתרחשת בכל שלב.
שלילת מסיחים:
א’. רוב האורגניזמים מיישמים את שני המנגנונים (איחוי קצוות לא הומולוגיים ורקומבינציה הומולוגית) על מנת לתקן שברים דו גדיליים בדנ”א. בבני אדם, שברים דו גדיליים לרוב יתוקנו במנגנון איחוי קצוות לא הומולוגיים
ב’. אחד התפקידים החשובים ביותר של הרקומבינציה הוא חילוץ מזלגות שכפול תקועים או שבורים שנוצרו כתוצאה של שבר חד גדילי. כשהמזלג יגיע לאיזור הפגום, הוא יתפרק וייפול – דבר היוביל ליצירה של כרומוזום בת אחד תקין וכרומוזום בת אחד שבור. המזלג השבור יכול לעבור תיקון בצורה מושלמת באמצעות רקומבינציה הומולוגית.
ד’. כפי שנאמר מעל, רקומבינציה הומולוגית מתרחשת רק בהגעה לשלבים S ו-G2 מאחר ובהם ניתן להשתמש בכרומטידה האחות כתבנית לתיקון השבר הדו גדילי בכרומטידה האחרת.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 296-300
מולקולרית 2 שאלה 15
במנגנון MMR, מי מבצע חיתוך לגדיל החדש על מנת להוציאו באאוקריוטים?
במה השאלה עוסקת: במנגנון Mismatch Repair
תשובה ג’. באאוקריוטיים, ל- MutL יש יכולת לייצר ניקים בדנ”א בעצמו ובכך מסייע להסרת מקטע מהגדיל הפגום.
בפרוקריוטים צוין בעבר שיש את MutH שמבצע את הניקים לגדיל הפגום, מכאן שתשובה א אינה נכונה. MutH ירד מהסילבוס ב-2025, אך נשאר פה כמסיח מבלבל מתוך מחשבה שצריך לדעת לפתור שאלות גם מבלי להכיר את כלל הסעיפים. זה קורה הרבה במבחן.
צריך לזכור ש- MutS נקשר ישירות לזוג הבסיסים שאינו קומפלמנטרי (שלילת מסיח ב).
את אנדונוקלאז פגשנו במנגנוני תיקון אחרים (NER, NHEJ ורקומבינציה הומולוגית) אך לא במנגנון הנ”ל, לכן מסיח ד נפסל גם הוא.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 267-268
מולקולרית 2 שאלה 16
מה צפוי להתרחש בתא מנזק של פירימידין דימר, הנגרם על ידי קרינת UV?
נושא השאלה: DNA repair.
תשובה: א’. הפירמידינים (Pyrimidines) בדנ”א הם ציטוזין וטימין. כאשר מתרחשת בהם מוטציה שיוצרת דימר ביניהם (לא משנה באיזו קומבינציה – T-T, T-C או C-C) הרפליקציה תעצר, כך שללנו את סעיף ד) ויופעל מנגנון ה-NER שיביא להסרת מקטע חד-גדילי קצר המכיל את הדימר (את המוטציה) ודנ”א פולימראז יגיע לסנתז את הרצף מחדש . חשוב לזכור שמנגנון ה-BER נזקים יחסית מינורים ומתקן בסיס ספציפי זאת ע”י אנזימים ייעודיים שמוציאים רק את הבסיס הפגום ושמים אחד תקין במקומו, מה ששולל את סעיפים ב’ ו-ג’, כאשר הנזק יותר מסובך (כגון יצירת קשר בין 2 בסיסים – דימר) התא משתמש ב-NER.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 288-289
מולקולרית 2 שאלה 17
מוטציית דה-פורינציה תגרום ל:
נושא השאלה: DNA repair.
תשובה: א. זו שאלה שמתמקדת במבנה המולקולות ובעיקר בבסיסים החנקניים ולכן חשוב להכיר את המבנה שלהם. כפי שזה נשמע דה-פורינציה (Depurination) הוא מקרה שבו מתנתק הבסיס החנקני (פורין במקרה הזה – אדנין או גואנין – לכן נשלול את מסיח ד’) עקב מולקולת מים, תהליך זה מאוד נפוץ ומתרחש אלפי פעמים ואף עשרות אלפי פעמים בתא ב-24 שעות, ולכן תשובה א’ היא הנכונה. מקרה שבו ציטוזין הופך לאורציל (Uracil) נקרא דה-אמינציה (Deamination) כלומר הציטוזין מאבד את קבוצת האמין שלו (שלילת מסיח ב’), גם מקרה שבו אדנוזין הופך לאינוזין (Inosine) הוא מקרה של דה-אמינציה מה ששולל את מסיח ג’ (האינוזין הוא בסיס חנקני שנפוץ בעיקר בtRNA.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 287
מולקולרית 2 שאלה 18
מה נכון לגבי DNA-only Transposons?
במה עוסקת השאלה- טרנספוזונים.
תשובה נכונה- ב׳. חלק מטרנספוזוני DNA-only, זזים במנגנון של ״העתק- הדבק״ וחלק זזים ממקום אחד בדנ״א, למקום אחר בדנ״א ע״י שכפול של עצמם. אלה הם טרנספוזוני DNA-only מסוג הליטרונים (שלילת מסיח א׳). הם נמצאים בכל היצורים החיים (שלילת מסיח ד׳), אך בעיקר בצמחים ובע״ח שם הם מהווים מס׳ אחוזים מהגנום שלהם, לכן תשובה ב׳ נכונה. חשוב להכיר שבגלל צורת המעבר שלהם ע״י רפליקציה של עצמם, הם מעבירים איתם מעט מדנ״א המארח ממקום למקום ולכן חושבים שיש להם תפקיד חשוב בערבוב מידע גנומי ויצירת ורייאנטים של אורגניזמים הנתונים לברירה טבעית.
שלילת מסיח ג׳- P-element, הוא כן דוגמה ל-DNA-only Transposon בדרזופילה ולכן תשובה זו אינה נכונה.
להרחבה- Alberts, מהדורה 7, עמ׳ 308-309