סימולציה: שאלון דף הבית

במה השאלה עוסקת: Okazaki fragments.

תשובה ג. מקטעי אוקזאקי (Okazaki fragments) מתארים את קטעי ה-DNA שסונתזו במהלך תהליך השכפול (Replication) בגדיל המתעכב (Lagging strand). מקטעים אלו אינם רצפים, זאת לעומת המקטע הארוך שמסונתז בגדיל המוביל (Leading strand) מכיוון שהכיווניות של הגדיל המתעכב הפוכה לכיוון התקדמות מזלג השכפול (לחילופין, מנוגדת לכיוון תנועתו של האנזים Helicase) ולכן היא מתקדמת במקטעים (בכל פעם ההליקאז חופש עוד אזור שמתחיל להיות מסונתז וכן הלאה). מקטעים אלו נמצאים גם בפרוקריוטים (באורך של 1000-2000 נוקלאוטידים) וגם באאוקריוטים (באורכים של 100-200 נוקלאוטידים). כמובן שמקטעי אלו מסונתזים מקצה 5′ לקצה 3′ מכיוון שהפולימראזות (כל סוגי הפולימראזות ללא יוצא מן הכלל!) מסנתזות מכיוון 5′ ל-3′.

הערת המחבר – אחד ההסברים המעניינים להבדל שבין אורכי מקטעי האוקזאקי בפרוקריוטים לאאוקריוטים נעוץ בנוכחותם של הנוקלאוזומים (Nucleosomes) שאחראיים לדחיסת הגנום האאוקריוטי אשר נמצאים במרווחים של 200 נוקלאוטידים לאורך הכרומוזום. כאשר הדנ”א פולימראז דלתאDNA (polymerase δ)  שאחראי על סינתזת הגדיל המתעכב מגיע לנוקלאוזום הוא נעצר ולכן אינו מסוגל להמשיך.

שלילת מסיחים:

א . בגדיל המוביל לא יווצר מקטעי אוקזאקי מכיוון שהוא המשכי והדנ”א פולימראז “רץ” עליו ללא הרבה עצירות ולכן אינו מכיל מקטעים קצרים. זה נובע מהסנכרון בכיוון תנועתם של הפולימראז וההליקאז (כלומר הפולימראז עם כיוון פתיחת מזלג השכפול).

ב . בהמשך לנ”ל, מקטעי האוקזאקי (וכן שום סינתזת DNA או RNA) אינה יכולה להתרחש מכיוון 3′ ל-5′ (כלומר שסנתזת נוקלאוטידים חדשים בקצה 5′ בכל פעם), זאת עקב יכולתו של הפולימראז לסנתז רק בכיוון 5′ ל-3′.

ד .כאשר מבינים את כיוון פעולת הפולימראזות, חשוב לא להתבלבל או למהר במסיחים כאלו, ולשים לב לא ליפול במסיחים כאלו שבאים להטעות. אם הכיווניות מבלבלת מעט, אפשר פשוט להשקיע כמה שניות ולצייר זאת על מנת להיות בטוחים.

להרחבה- Alberts, מהדורה שביעית, עמ׳ 260-261

במה השאלה עוסקת: מיקוד איזואלקטרי של חומצות אמינו.

תשובה ג. הרצת חלבונים/חומצות אמינו בג’ל אלקטרופורזה עם גרדיאנט pH היא שיטה להפרדדתם על סמך נקודת ה-pI שלהם. pI הוא ערך ה-pH שבו סך המטענים על המולקולה שווה 0. במצב כזה השדה החשמלי בו נמצאת המולקולה לא ישפיע עליה והיא תעצר בג’ל.
מטען החומצה האמינית משתנה בהתאם ל-pH בו היא נמצאת – אם היא נמצאת ב-pH מאוד חומצי, מטענה כנראה יהיה חיובי ולהפך. בהתאם למטען שלה, הח”א תנוע לכיוון האלקטרודה המתאימה (מטען חיובי לקתודה ומטען שלילי לאנודה), עד שתגיע לנקודה בה pH=pI בו מטענה יתאפס והיא תעצר בג’ל.
ארגון חומצות האמינו בג’ל בעל גרדיאנט pH  מהקתודה לאנודה יהיה בסדר של pI  יורד.

את חומצות האמינו בגוף מחלקים לחמש קבוצות – אליפטיות, ארומטיות, פולריות, טעונות חיובית וטעונות שלילית. לכל חומצות האמינו יש קצה N בסיסי-חיובי וקצה C חומצי-שלילי המשפיעים על תנועתן בשדה חשמלי, ב-pH פיזיולוגי שני הקצוות טעונים ולכן המטען הכולל של המולקולה הוא 0. חומצות אמינו משלוש הקבוצות הראשונות*, שלא מכילות שיירים טעונים, יהיו בעלות pI בין 5 ל-6. לחומצות האמינו החיוביות והשליליות יש גם שייר צד שיכול להתיינן ולכן גם הוא ישפיע על ערך ה-pI: שייר טעון חיובי – שייר שמחובר אליו פרוטון (H+) יעלה את ה-pI הכללי של המולקולה (כי יש צורך ב-pH גבוה יותר לשחרור הפרוטון), שייר טעון שלילית – שייר שחסר לו פרוטון (H+) יוריד את ה-pI הכללי של המולקולה (כי יש צורך ב-pH נמוך יותר כדי שיתחבר פרוטון). בהתאם למידע זה:

ארגינין – ח”א טעונה חיובית בpH פזיולוגי ולכן בעלת pI>>7.

אספרגין – ח”א פולרית לא טעונה, בpH פזיולוגי היא בעלת מטען ניטרלי ולכן pI באיזור 5-6.

אספרטט – ח”א טעונה שלילית בpH פזיולוגי ולכן בעלת pI<<7.

לכן, ארגינין תעצר בנקודה בה pH>>7, אספרגין תעצר בסביבות pH=6 ואספרטט תעצר ב pH<<7, סדר הופעתן מהקטודה לאנודה יהיה בהתאם – ארגינין, אספרגין, אספרטט.

*יוצאות דופן הן ציסטאין (פולרית) וטירוזין (ארומטית): השייר של ציסטאין מכיל קבוצת סולפידריל (Sulfhydryl, SH) בעלת pKr=8 והשייר של טירוזין מכיל קבוצת הידרוקסיל (Hydroxyl, OH) בעלת pKr=10.

להרחבה: Lehninger, מהדורה 6, עמודים 77-85 (חומצות אמינו), 94-95 (מיקוד איזואלקטרי).