שאלון מערכת: שעורי בית ביולוגיה של התא 1
ביולוגיה של התא 1 שאלה 1
במי מבין התהליכים הבאים נעשה שימוש ב – Ran-GTP?
במה השאלה עוסקת: טרנספורט חלבונים לגרעין.
תשובה ד’: חלבונים שצריכים לפעול בגרעין התא צריכים לעבור אליו מהציטופלזמה שם הם מיוצרים. חלבונים שצריכים להיכנס לגרעין מכילים רצף סיגנל NLS (nuclear localization signals) שעשיר בחומצות אמינו חיוביות – ליזין (lysine) וארגינין (arginine). רצף הNLS מזוהה בציטופלזמה ע”י החלבון אימפורטין (importin) ויחד הם נכנסים לגרעין דרך הפורות שנמצאות במעטפת הגרעין (nuclear pore complexes – NPCs). בתוך הגרעין, החלבון שנכנס והאימפורטין משתחררים אחד מהשני על ידי Ran-GTP שנקשר לאימפורטין. האימפורטין+Ran-GTP יוצאים חזרה לציטוזול, שם Ran-GTP עובר הידרוליזה ע”י Ran-GAP(GTPase-activating protein) והופך לRan-GDP מה שמשחרר את האימפורטין. חלבונים שצריכים לצאת מהגרעין יוצאים כמו האימפורטין –נקשרים לRan-GTP ויחד איתו עוברים בNPC.
שלילת מסיחים:
א. מטען שצריך להיות מיובא לגרעין לא אמור להשתחרר בציטוזול, הסעיף שגוי בפני עצמו.
ב. מטען שמיובא מהגרעין לציטוזול מחובר לRan-GTP. כדי לשחרר אותו Ran-GTP צריך לעבור הידרוליזה לRan-GDP על ידי Ran-GAP.
ג. מטען שצריך לצאת מהגרעין לא צריך להשתחרר בו, הסעיף שגוי בפני עצמו.
להרחבה: Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 738-742 (טרנספורט חלבונים לגרעין).
ביולוגיה של התא 1 שאלה 2
מה מהבאים נכון לגבי בקרת המשוב על הביוסינתזה של כולסטרול בתא?
במה השאלה עוסקת: בקרת הטרנספורט הגרעיני דרך NPCs.
תשובה ד: הפקטור SEEBP (ר״ת: sterol response element binding protein) הוא בקר שעתוק סמוי המבקר ביטוי אנזימים ביוסינתטיים של כולסטרול. SREBP מסונתז תחילה כחלבון ממברנלי ב- ER.
כל עוד יש מספיק כולסטרול בממברנה, SRRBP נשאר מעוגן לממברנת ה- ER (שלילת מסיחים א+ב) על-ידי אינטראקציה עם קומפלקס ממברנלי אחר המורכב מהחלבונים INSIG ו- SCAP; בקומפלקס זה החלבון SCAP (ר״ת: SREBP cleavage activation protein) קושר כולסטרול.
אם אתר הקישור לכולסטרול ב- SCAP ריק (בריכוזי כולסטרול נמוכים בממברנה), SCAP משנה קונפורמציה ומתנתק מ- INSIG.
הניתוק מ- INSIG משחרר את קומפלקס SCAP-SREBP כך שניתן לארוז את הקומפלקס לתוך וזיקולת טרנספורט המועברת לגולג׳י (שלילת מסיח ג).
בגולג׳י, שני פרוטאזות מבקעים את SREBP כדי לשחרר את הדומיין הציטוזולי שלו מהממברנה. הדומיין הציטוזולי, שהוא חלבון המתפקד כבקר שעתוק, עובר לגרעין, שם הוא מעודד שעתוק גנים המקודדים לחלבונים המעורבים בביוסינתזה של כולסטרול ומאקטב את השעתוק שלהם. בדרך זו נוצר יותר כולסטרול כאשר ריכוזו יורד מתחת לסף.
להרחבה — אלברטס מהדורה שביעית, עמודים 742-743
ביולוגיה של התא 1 שאלה 3
מי מבין ההיגדים הבאים נכון?
במה עוסקת השאלה: הגרעין
תשובה: ב’. הגרעינון הוא איזור בתוך הגרעין (לא עטוף בממברנה ולכן לא אברון) שבו מתרחש תהליך יצירת תתי היחידות של הריבוזום, ולכן זהו האיזור שבו יש שעתוק של מולקולות rRNA.
שלילת מסיחים:
א. Ran-GAP נמצא בציטוזול.
ג. רצף NLS (ר״ת: Nuclear Localization Signal) הוא סיגנל כניסה לגרעין המורכב מרצף אחד או שניים, עשיר בחומצות אמינו טעונות במטען חיובי, ויכול להמצא בכל מקום ע”ג רצף חומצות האמינו. מכיוון שמדובר בחומצות אמינו שליליות – המסיח נפסל.
ד. מערכת RAN-GTPase המשמשת לטרנספורט אקטיבי של חלבונים אל הגרעין, לא נמצאת בפרוקריוטים (אין להם גרעין).
להרחבה: Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 738-742, 353-357
ביולוגיה של התא 1 שאלה 4
מה מהבאים מאפיין תא פרוקריוטי בצורה הטובה ביותר?
במה עוסקת השאלה: מאפייני תא פרוקריוטי
תשובה ב’. דופן התא המורכב מפפטידוגליקן הוא מאפיין חשוב וייחודי אצל פרוקריוטים, שאפילו מאפשר מיון בקטריות ל-2 מחלקות: חיידקי גראם חיוביים (שכבת פפטידוגליקן עבה שנמצאת חיצונית לממברנה הפלזמטית הפנימית) וחיידקי גראם שלילים (שכבת פפטידוגליקן דקה יותר, שנמצאת בין 2 שכבות ממברנה – ממברנה פלזמטית פנימית,וחיצונית). בשני המקרים, דופן התא מגן על הבקטריה מפני Lysis ומהווה מטרה פרמקולוגית חשובה לפיתוח אנטיביוטיקות שונות (כמו פנצילין).
שלילת מסיחים:
א. Flagellum– נמצאת בפרוקריוטים ובאאוקריוטים. אמנם הפונקציה בשני המקרים דומה (תנועה ע”ג משטח או בתוך נוזל), אבל המבנה שונה לחלוטין. בעוד ששוטון אאוקריוטי בנוי ממיקרוטובולים, פלג’לה פרוקריוטית בנויה מהחלבון פלג’לין.
ב. אברונים – קיימים אךורק בתאים אאוקריוטים.
ג. ריבוזום 80S – מדובר על ריבוזום אאוקריוטי (שמורכב מ- 60S&40S). המקביל הפרוקריוטי הוא 70s (שבנוי מ- 50S&30S).
ביולוגיה של התא 1 שאלה 5
איזה מהליפידים הבאים הינו מרכיב ייחודי בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה?
במה עוסקת השאלה: ליפידים בתא
תשובה: ב’. קרדיוליפין (Cardiolipin) הוא מרכיב חשוב בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה ושם הוא מיוצר. המבנה של קרדיוליפין הוא שני פוספוליפידים (גליצרול + 2 חומצות שומן + ראש זרחן) המחוברים יחד בגליצרול (לקריאה על קרדיוליפין — ראו ערך ידע ׳ליפידים בממברנות׳).
שלילת מסיחים:
א. פוספטידילאינוזיטול (PI) הוא פוספוליפיד שנמצא בממברנות ביולוגיות. הוא קשור אל Inositol (שמהווה את הקבוצה הפולארית של הליפיד) והוא נוטה לפנות אל הצד התוך תאי (PI חשוב במיוחד בתהליכי סיגנל בתא)
ג. פוספטידילכולין (PC) הוא גם פוספוליפיד שנמצא בממברנות ביולוגיות. פוספטידיל כולין הוא הפוספוגליצריד הנפוץ ביותר בממברנה הציטופלזמטית והוא נוטה לפנות את הצד החוץ תאי.
ד. ספינגומיאלין הוא ספינגוליפיד (בנוי משלד ספינגוזין במקום גליצרול) והוא הספינגוליפיד הכי נפוץ. נמצא במיאלין (שע”ג הנוירונים).
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמודים 604-606, 820
ביולוגיה של התא 1 שאלה 6
במטרה לאפיין חלבון פריפריאלי חדש, יש לבודד אותו. באיזה ריאגנט יש להשתמש על מנת להפרידו ממברנת התא?
במה עוסקת השאלה: שיטות לבידוד חלבונים
תשובה: א’. חלבוני ממברנה פריפיריאליים נמצאים באינטראקציות זמניות לא-קוולנטיות עם ממברנת התא שאליה הם מחוברים. האינטראקציות יכולות להעשות ע”י חיבור לאלמנטים אחרים ע”ג הממברנה. בשביל לבודד חלבונים פריפריאליים ניתן להשתמש בתמיסות עם מלח בריכוז גבוה, או לחילופין תמיסות עם מלח בריכוז נמוך מאוד, וגם ע”י שינוי ב-pH. המלח יפריע לקשרים האלקטרוסטטים של החלבון עם הראשים הטעונים של הפוספוליפידים ולכן יאפשר הפרדה.
שלילת מסיחים:
ב. צנטריפוגה היא מתקן להפרדת חומרים שנמצאים בנוזל. חומרים שהם בעלי צפיפות גבוהה יותר ינועו ויצטברו בתחתית המבחנה, לעומת החלקיקים הקלים יותר (בצפיפות נמוכה יותר) יצופו מעלה בנוזל.
ג. בידוד של חלבונים ממברנלים (לא פריפריאליים) אפשר לעשות רק עם דטרגנטים –ע”י הרס של הממברנה בשביל להפריע לאינטראקציות ההידרופוביות. ניתן להשתמש בדטרגנטים יוניים שקבוצת הראש שלהם טעונה (כמו – SDS) או בדטרגנטיים לא-יוניים (שקבוצת הראש שלהם לא טעונה, כמו טריטון). כשהמיצלות של הדטרגנט באות במגע עם הממברנה הן עושות אינטראקציה עם החלקים ההידרופוביים של חלבונים ממברנליים ומחליפות את הליפידים. בגלל שיש להם גם ראש הידרופילי, הדטרגנטים מושכים את החלבונים לתוך התמיסה המימית. לפעמים נשארות כמה מולקולות ליפידים קשורות לחלבון.
ד. PLC הוא פוספוליפאז חשוב בתהליכי סיגנל בתא. מדובר באנזים שקשור לממברנה, האחראי על חיתוך Inositol phospholipids ליצירת IP3 ו-DAG.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמודים 615-616
ביולוגיה של התא 1 שאלה 7
מה לא נכון לגבי הנוזליות של הממברנה הפלזמטית?
במה עוסקת השאלה: נוזליות הממברנה
תשובה ב’. הנוזליות של ממברנות ביולוגיות דו-שכבתיות תלוי בהרכב הממברנה ובטמפרטורה. ממברנות יכולות לעבור ממצב נוזלי למצב ג׳ל קריסטלי בטמפרטורות מסוימות. שינוי זה נקרא מעבר-פאזה (phase transition) והטמפרטורה שבה המעבר מתרחש תהיה נמוכה יותר (כלומר, יותר קשה להקפיא את הממברנה) אם שרשראות הפחמימנים קצרות או בעלות קשרים כפולים (שלילת מסיחים ג+ד).
אורך שרשרת קצר יותר, מפחית את הנטייה של זנבות הפחמימנים לקיים אינטראקציה זה עם זה באותה חד-שכבה ובשכבה הנגדית, כך שהממברנה נשארת נוזלית בטמפרטורות נמוכות יותר. נוזליות הממברנה מועדפת גם עקב קשרים כפולים בציס, מכיוון שהם מייצרים קיפולים בשרשראות שמקשים על אריזתן יחד.
סטרולים כמו כולסטרול, מווסתים את המאפיינים של הממברנה. כולסטרול חודר לתוך הדו-שכבה ומקיים אינטראקציה הדוקה עם זנבות הפוספוליפידים, מה שגורם להפחתת הניידות של הזנבות. באופן זה, כולסטרול מקטין את חדירות הממברנה למולקולות הידרופיליות (שלילת מסיח א). עם זאת, למרות שהכולסטרול מהדק את אריזת הליפידים בממברנה, זה לא הופך את הממברנה לפחות נוזלית מכיוון שהוא גם מונע משרשראות הפחמימנים להתכנס יחד וליצור מצב גבישי שפחות נוזלי.
להרחבה — אלברטס מהדורה שביעית, עמודים 609-610
ביולוגיה של התא 1 שאלה 8
ספינוגליפידים (sphingolipids) לא יופיעו בצורת:
במה עוסקת השאלה: ארגון התא
תשובה:ד’. ספינגוליפידים בנויים משלד ספינגוזין (sphingosine) במקום גליצרול. אל שלד הספינגוזין קשורה חומצת שומן אחת בקשר אמידי ולא אסתרי (בשונה מפוספוליפידים). בנוסף, אל שלד הספינגוזין מתחברת קבוצת ראש פולארית כל שהיא שיוצרת חומר אמפיפילי.
שלילת מסיחים:
א +ב. גליקו-ספינגוליפידים נמצאים בתאים ההומנים: קבוצת הראש של הליפיד היא סוכר (מונו/אוליגו-סכריד) ובקשר אמידי מתחברת חומצת שומן אחת.
ג. ספינגוליפידים לעולם יקשרו חומצת שומן אחת בלבד (הן בתצורת הגליקו-ספינגוליפידים והן בתצורת הפוספו-ספינגוליפידים). הערת המחבר – בשביל לעשות סדר בסוגי הליפידים השונים בתא, כדאי להסתכל בתרשים שנמצא בעמוד 363 בלנינג’ר (מהדורה שישית) ובמצגת של השיעור הראשון.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמודים 604-606
ביולוגיה של התא 1 שאלה 9
מה מהבאים אינו נכון לגבי lipid rafts?
במה עוסקת השאלה: רפסודות ליפידיות
תשובה:ג’. קיימים בממברנה איזורים בהם קיים ריכוז שלסוג מסוים של ליפידים עם דפוס מסויים: ספינגוליפידים כולסטרול וגם חלבונים. אלו נוטים ליצור מבנים זמניים ודינאמיים (ועל כן מסיח ג’ הוא המסיח הנכון) שנקראים Lipid rafts. הצבירים האלה יכולים להיות קטנים או גדולים והינם בעלי תפקידים שונים כגון אנדוציטוזה או ריכוז של חלבונים שונים שהינם חלק מקומפלקס. למבנים אלו יש חשיבות בהעברת תהליכי סיגנל בתא.
שלילת מסיחים:
א. כאמור, איזורי הרפסודות הליפידיות מעושרים בחלבונים, ספינגוליפידים וכולסטרול.
ב. בגלל ההרכב הייחודי של איזורי הרפסודה הליפידית (ספינגוליפיד הוא ליפיד ממברנלי ארוך יותר מפוספוליפיד הרגיל) איזורים אלו עבים יותר משאר הממברנה.
ד. מלבד כולסטרול, חלבונים וספינגוליפידים, איזורי הרפסודה עשירים במיוחד בחלבונים המעוגנים ל-GPI. חלבונים אלו חשובים לתהליכי סיגנל
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמודים 610-611
ביולוגיה של התא 1 שאלה 10
מה מהבאים נכון לגבי המעבר של פוספוטידיל סרין (phosphatidylserine) בין עלעלי (leaflets) המבברנה בזמן אפופטוזיס?
במה עוסקת השאלה: ממברנות וליפידים.
תשובה:ג’. הממברנה הפלסמטית מאופיינת בא-סימטריות: יש פוספוליפידים מסויימים שנמצאים בצד החוץ תאי ואחרים שנמצאים בצד הציטוזולי. בזמן אפופטוזיס, פוספטידיל-סרין (PS) שנוטה להיות בצד הפנימי של הממברנה נחשף לצד החוץ תאי וכך מהווה מרקר לאפופטוזיס. ככלל, מעבר בין שכבות הממברנה (תנועת פליפ-פלופ) נעשית ע”י אנזימים שמזרזים את הריאקציה הזו ונקראים בשם כללי פליפאזות (flippases) אופוספוליפיד-טרנסלוקטורים. אלו נחלקים ל-3 סוגים עיקריים:
- סקרמבלאז– אינו מנצל ATP לפעולתו, אינו ספציפי ומעביר ליפידים בשני הכיוונים.
- פליפאז– מנצל ATP לפעולתו, ספציפי בעיקר לליפידים פוספטידילאתנולאמין ופוספטידילסרין ומעביר אותם מהצד החיצוני לפנימי.
- פלופאז– מנצל ATP, אינוספציפי ומעביר ליפידים מהצד הפנימי לחיצוני (הפוך מפליפאז).
בזמן אפופטוזיס, המעבר של PS מהצד הפנימי של הממברנה אל הצד החיצוני בעזרת שני מנגנונים:
- פוספוליפיד-טרנסלוקטור שבאופן נורמלי אחראי להעביר את הליפיד מהעלעל החיצוני לפנימי עובר אינאקטיבציה
- סקרמבלאז שאחראי “לעשות בלאגן” בין שני העלעלים של הממברנה, עובר שפעול.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמודים 612-613
ביולוגיה של התא 1 שאלה 11
כיצד יופיע אימפורטין (importin) מיד לאחר שחרור של חלבון מטען (cargo) בגרעין?
במה עוסקת השאלה: טרנספורט לגרעין.
תשובה: ב’. טרנספורט של חלבונים גדולים אל הגרעין נעשה באופן אקטיבי בעזרת מעגל Ran-GTPase. רצף ה-NLS שנמצא ע”ג חלבונים שצריכים להיות מיובאים אל הגרעין, מזוהים ע”י importins ורצף ה-NES שנמצא ע”ג חלבונים שמיוצאים מהגרעין אל הציטוזול מזוהה ע”י exportins. בשביל לענות על השאלה, נזכר בשלבי הטרנספורט של Ran cycle:
ייבוא אל הגרעין:
- קישור בציטוזול של importin לחלבון הנכנס
- כניסה דרך ה NPC (importin נקשר לחלבוני ה-NPC)
- קישור של Ran-GTP גורם לדיסוציאציה של החלבון הנכנס מה-importin. (ולניתוק הקשר של importin מהNPC עצמו). Ran-GDP לא נקשר ל-importin ולכן שחרור של המטען קורה רק בגרעין
- Importin יחד עם Ran-GTP עוברים לציטוזול
- בציטוזול, בעידוד של Ran-GAP יש הידרוליזת GTP והפיכה של Ran ל-Ran-GDP ושחרורו מה-importin.
ייצוא אל הציטוזול מהגרעין:
- קישור של Ran-GTP דווקא מעודד קישור שלחלבון המטען (שאמור לצאת החוצה מהגרעין)
- מעבר החוצה דרך הNPC
- הידרוליזה של GTP, ולאחר מכן דיסוציאציה גם של Ran-GDP וגם של חלבון המטען בציטוזול
- מיחזור של ה-exportin 6345.png
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 740-742
ביולוגיה של התא 1 שאלה 12
מה מהבאים אינו נכון לגבי אאוקריוטים?
במה השאלה עוסקת: מבנה תא אאוקריוטי.
תשובה: א’. תאים אאוקריוטים בעלי מאפיינים רבים, והחשוב מבינהם הוא קיום אברונים בתא (בינהם – ה-ER, הגרעין, הגולג’י…). מסיח א’ אינו נכון וזאת כי ריבוזומים בתאים אאוקריוטים יימצאו גם במיטוכונדריה שמכילה מערכת תרגום עצמונית הדומה לזו של חיידקים. עדיין, חשוב לזכור שמרכבית החלבונים של המיטוכונדריה מקודדים בגרעין ולא ב-mtDNA.
שלילת מסיחים:
ב. תאים אאוקריוטים מסויימים (כמו תא זרע) מכילים שוטון (Eukaryotic flagella). שימו לב, הפלג’לה האאוקריוטית שונה לחלוטין בהרכבה מהפלג’לה הפרוקריוטית: השוטון בנוי ממבנה האקסונם ואילו הפלג’לה הפרוקריוטית עשויה חלבון פלג’לין.
ג. תאי צמח מוקפים עלידי דופן תא. חשוב לציין שלא מדובר באותו מבנה כימי של דופן תא בקטריאלי (העשוי מפפטידוגליקן).
ד. תהליכי תרגום של mRNAs מתחילים בציטוזול ויכולים להמשיך ע”ג ה-ER בתהליכי קו-טרנסלציה-טרנסלוקציה.
ביולוגיה של התא 1 שאלה 13
מה מהבאים נכון לגבי נקבוביות הגרעין (nuclear pores)?
מה עוסקת השאלה: מבנה הגרעין.
תשובה: ג’. הגרעין עוטף את החומר התורשתי ומגן עליו ומכיל ממברנה דו-שכבתית כפולה: הממברנה החיצונית המשכית לממברנת הרטיקולום האנדומפלסמטי (ER). הממברנות מתחברות אחת לשניה בקומפלקסים שנקראים הנקבוביות הגרעיניות (Nuclear Pores). Nuclear pore complexes הם מבנים מורכבים שמכילים כ-30 חלבונים שונים הנקראים נוקלאופורינים המאפשרים מעבר של מולק’ אל ומ-הגרעין בטרנספורט מסוג Gated – בשונה מטרנספורט של חלבונים אחרים למדורים שונים.
שלילת מסיחים:
א. המעבר בין כל הנקבוביות הוא דו-כיווני.
ב. בממברנת גרעין שלחולייתן יש בין 3000-4000 NPCs ונתון זה הוא משתנה.
ד. הגרעינון הוא לא אברון תחום ממברנה ועל כן אין צורך בקומפלקסים ייעודיים למעבר חומרים לאיזור זה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 736-738
ביולוגיה של התא 1 שאלה 14
כמה שכבות פוספוליפידים חלבון שיוצא מהגרעין צריך לעבור?
תשובה:ד’. הגרעין עוטף את החומר התורשתי ומגן עליו ומכיל ממברנה דו-שכבתית כפולה: כלומר – בשביל שחלבון יעבור מהציטוזול לגרעין (או להפך) הוא צריך לעבור 4 עלעלים של ממברנות.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 190 (figure4-9)
ביולוגיה של התא 1 שאלה 15
בחר את התשובה הנכונה לגבי מערכת ייבוא/ייצוא גרעיני:
במה השאלה עוסקת: טרנספורט לגרעין.
תשובה:ג’. טרנספורט של חלבונים גדולים אל הגרעין נעשה באופן אקטיבי בעזרת מעגל Ran-GTPase. רצף ה-NLS שנמצא ע”ג חלבונים שצריכים להיות מיובאים אל הגרעין, מזוהים ע”י importins ורצף ה-NES שנמצא ע”ג חלבונים שמיוצאים מהגרעין אל הציטוזול מזוהה ע”י exportins. נתון חשוב שצריך לזכור בהקשר של מעגל ה-RAN הוא שחלבוני הבקרה על אותו חלבון ה-G נמצאים בריכוזים שונים –ה-GAP ימצא בציטוזול (ועל כן יהיה ריכוז גבוה של RAN-GDP בציטוזול) ואילו GEF ימצא בגרעין (ולכן RAN-GTP נמצא בריכוז גבוה בגרעין). נזכר בשלבי הטרנספורט של Ran cycle:
ייבוא אל הגרעין:
- קישור בציטוזול של importin לחלבון הנכנס
- כניסה דרך ה NPC (importin נקשר לחלבוני ה-NPC)
- קישור של Ran-GTP גורם לדיסוציאציה של החלבון הנכנס מה-importin. (ולניתוק הקשר של importin מהNPC עצמו). Ran-GDP לא נקשר לimportin ולכן שחרור של המטען קורה רק בגרעין
- Importin יחד עם Ran-GTP עוברים לציטוזול
- בציטוזול, בעידוד של Ran-GAP יש הידרוליזת GTP והפיכה של Ran ל-Ran-GDP ושחרורו מה-importin.
ייצוא אל הציטוזול מהגרעין:
- קישור של Ran-GTP דווקא מעודד קישור שלחלבון המטען (שאמור לצאת החוצה מהגרעין)
- מעבר החוצה דרך הNPC
- הידרוליזה של GTP, ולאחר מכן דיסוציאציה גם של Ran-GDP וגם של חלבון המטען בציטוזול
- מיחזור של ה-exportin
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 740-742
ביולוגיה של התא 1 שאלה 16
מי מרכיב את הלמינה הגרעינית?
במה עוסקת השאלה: מבנה הגרעין.
תשובה:א’. הלמינה הגרעינית מורכבת מסיבי ביניים (חלבונים) מיוחדים הנקראים למינים (Lamins). תפקיד הלמינה הגרעינית היא לספק תמיכה מכאנית לגרעין ע”י האסוציאציה של הלמינה הגרעינית עם המעטפת הגרעינית ועם הכרומטין. בהקשר זה, חשוב לזכור שבזמן המיטוזה הלמינים והנוקלאופורינים עוברים זרחון ע״י CDKs לפירוק הגרעין.
שלילת מסיחים:
ב. סיבי אקטין (או: מיקרופילמנטים) בנויים מתת היחידות של אקטין (ליצירת פולימר ארוך),חלבון בעל תפקיד מרכזי בשלד התא.
ג. חלבוני ה-NPC (או: נוקלאופורינים) מרכיבים את הפורות בגרעין, המאפשרים מעבר חופשי של מולקולות בגודל של עד כ-40kDa במעבר פאסיבי. מולקולות גדולות מ-40kDa יעברו במעבר אקטיבי בעזרת Ran-cycle.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 735-736
ביולוגיה של התא 1 שאלה 17
באיזה תהליך אינו מעורב כלל Biomolecular Condensate?
תשובה ג: קונדנסט ביו-מולקורי (צביר דחוס), מהווה דרך לרכז תתי-סטים מסוימים של מקרומולקולות במדור שאינו עטוף בממברנה. הלמינה הגרעינית אינה נחשבת לקונדנסט ולכן זו התשובה הנכונה.
שלילית מסיחים (הכל מוצג בהרחבה במצגת ביותא 1):
מסיח א — במסלולי איתות מסוימים, בעיקר דרך קולטני RTKs (ביוכימיה 3), כאשר הקולטן קושר ליגנד, נבנה צביר של חלבוני איתות על הזנב הציטוזולי של הרצפטור.
מסיח ב — בעצם מדובר בו על הצנטרוזום, והוא כמובן נחשב לקונדנסט ביו-מולקולרי.
מסיח ד — מדובר כאן על הפירנואיד של אצה חד-תאית אאוקריוטית שמבצעת פוטוסינתזה. הפירנואיד זה מהווה קונדנסט בתוך הכלורופלסט של האצה שמרכז את הרכיבים הדרושים לקיבוע בפחמן.
להרחבה — אלברטס מהדורה שביעית, עמודים 688-694
ביולוגיה של התא 1 שאלה 18
לחלבון X בוצעה אנליזת הידרופטיות וזה הגרף שהתקבל. כמה איזורים חוצי ממברנה קיימים לחלבון X על פי עקום ההידרופטיות?
במה עוסקת השאלה: ממברנות וליפידים.
תשובה:ב’. עקום הידרופטיות מודד את ההידרופוביות של חלבון ע”י מדידת כמות האנרגיה החופשית שיש להשקיע ע”מ להעביר את החומצה האמינית מממס לא-פולארי למים. בגרפים כאלו ציר ה-X מציין לנו את מס’ החומצה האמינית ברצף, וציר ה-Y מציין את האנרגיה. חשוב לציין בהקשר זה שאי אפשר לזהות עם עקום הידרופטיות b-barrel.
בגרף שבשאלה ניתן לראות שישנם שני איזורים שהערך שלהם חיובי ע”ג ציר ה-Y. אלו הם בדיוק שני האיזורים חוצי הממברנה – ועל כן, לחלבון X יש ישנם שני איזורים טרנסממבנרלים.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 617-619
ביולוגיה של התא 1 שאלה 19
מה אינו נכון לגבי חלבונים טרנסממברנליים (Transmembrane)?
במה עוסקת השאלה: חלבונים ממברנלים.
תשובה:א’. הרכבם של חלבונים ממברנלים משתנה בהתאם לסוג התא. אלו, בעיקר מתפקדים כרצפטורים, תעלות, משאבות ואנזימים. בשביל שחלבון יוגדר כחלבון ממברנלי הוא חייב להיות חלבון אמפיפילי (amphiphilic). בשביל לענות על השאלה, נעבור על התצורות השונות שחלבונים ממברנלים יכולים להיות באסוציאציה עם הממברנה (המספור תואם לתמונה):
- לפעמים יכול להיות להם קישור קוולנטי לליפיד, מה שמגביר את ההידרופוביות שלהם.
- החלבון יכול להיות בעל מספר איזורים טרנס-ממברנלים הידרופובים (multi-pass) וכך לחצות את הממברנה מספר פעמים
- חלבון שחוצה את הממברנה בצורה של β-barrel. חלבונים אלו נפוצים בממברנה החיצונית של חיידקים, מיטוכונדריה וכלורופלסטים.
- החלבון עצמו נמצא בציטוזול אך יש לו α-הליקס שחלקו הידרופובי ולכן יכול להיות מוחדר חלקית לממברנה
- קישור קוונלטי ישיר לעוגן ליפידי
- חיבור לעוגן GPI (עוגן GPI הוא ליפיד שקשור לאוליגוסאכריד)
- + 8. קישור לא-קוולנטי לחלבון ממברנלי אחר. חלבונים אלו יקראו חלבונים פריפריאלים (peripheral membrane proteins).
מסיח א’ הוא שגוי מכיוון שסוכרים לא נמצאים בחלק הפנימי של הממברנה הפונה אל הציטוזול. ולכן, לא קיים חלבון טרנס ממברנלי כמו המתואר במסיח זה.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 615-616
ביולוגיה של התא 1 שאלה 20
מי מהליפידים הבאים הוא הנפוץ ביותר בממברנה של תא אאוקריוטי (Eukaryote)?
במה עוסקת השאלה: ממברנות וליפידים.
תשובה:א’. פוספוטידיל-כולין הוא הפוספוליפיד הכי נפוץ בממברנות אאוקריוטיות. הוא נמצא בשכבה החיצונית של הממברנה, יחד עם ספינגומיאלין.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 610 (Table 10-1).
ביולוגיה של התא 1 שאלה 21
בחר/י את התשובה הנכונה ביותר:
במה עוסקת השאלה: אאוקריוטים לעומת פרוקריוטים.
תשובה: ג’. ישנם הבדלים רבים בין אאוקריוטים לפרוקריוטים. אחד מהם הוא המצאות כולסטרול. כולסטרול הוא מרכיב נפוץ בממברנת התא האאוקריוטים. לעומת זאת, לא ניתן למצוא כולסטרול בפרוקריוטים.
שלילת מסיחים:
א. עולם החי מחולק לאאוקריוטים ופרוקריוטים (שתחת הגדרה זו נכנסים בקטריות וארכיאה)
ב. גודל חיידק ממוצע הוא בגודל של המיטוכונדריה
ד. לאאוקריוטים מסויימים יש דופן תא – כמו לצמחים.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 23-25, 13-14.
ביולוגיה של התא 1 שאלה 22
מה מהבאים נכון לגבי דיפוזיית חלבונים ממברנליים?
במה השאלה עוסקת: חקר הדיפוזיה של חלבונים ממברנליים.
תשובה ב: שיטת FRAP (ר״ת: fluorescence recovery after photobleaching, חזרת הפלוריסנציה לאחר הלבנתה) מאפשרת למדוד את שיעורי הדיפוזיה הלטראלית של ליפידים וחלובנים ממברנליים (שלילת מסיח ג). השיטה כוללת סימון של החלבון הממברנלי הנחקר בקבוצה פלורנסטית ספציפית. לאחר מכן, באמצעות קרן לייזר גורמים להלבנה {בליצ׳ינג} של קבוצות פלורסנטיות באזור קטן של הממברנה, ומודדים את זמן הדיפוזיה של חלבונים ממברנליים פלורסנטיים (שלא עברו בליצ׳ינג) לתוך האזור המולבן.
מתוך מדידות על-ידי FRAP, ניתן להעריך את מקדם הדיפוזיה של חלבון מסומן בפני התא: ככל שמקדם הדיפוזיה של החלבון הממברנלי גדול יותר, ההתאוששות של הפלורסנציה מהירה יותר (שלילת מסיח ד). חיסרון אחד בטכניקת FRAP הוא שהיא עוקבת אחר התנועה של אוכלוסיות מולקולות גדולות באזור גדול יחסית של הממברנה, כלומר אי-אפשר לעקוב אחר מולקולות חלבון בודדות (שלילת מסיח א).
טכניקות Single-particle tracking (מעקב אחר חלקיקים בודדים) מתגברות על בעיה זו על-ידי סימון מולקולות ממברנליות בודדות עם נוגדנים המחוברים לצבענים פלורסנטים או לחלקיקי זהב זעירים ומעקב אחר תנועתן באמצעות מיקרוסקופ וידאו. על-ידי single-particle tracking, ניתן לתעד את נתיב הדיפוזיה של מולקולה בודדת של חלבון מברנלי לאורך זמן.
להרחבה — אלברטס מהדורה שביעית, עמודים 627-629
ביולוגיה של התא 1 שאלה 23
איזה מבין המשפטים הבאים, הנוגעים לגרעין, הינו הנכון?
במה עוסקת השאלה: מבנה הגרעין.
תשובה:ב’. הגרעין עוטף את החומר התורשתי ומגן עליו ומכיל ממברנה דו-שכבתית כפולה (שהיא למעשה המעטפת הגרעינית): הממברנה החיצונית המשכית לממברנת הרטיקולום האנדומפלסמטי (ER), ולכן, המרווח הפרי-נוקלארי המשכי עם הלומן של ה-ER.
שלילת מסיחים:
א. המעטפת הגרעינית מתייחסת לממברנות העוטפות את הגרעין
ב. נוקלאואיד הוא מבנה בתא פרוקריוטי, שמקביל בתפקודו לגרעין – איזור בתא (כמובן שלא עטוף בממברנה) שבו מתרכז החומר התורשתי.
ד. נקודות החיבור בין שכבות המעטפת הגרעינית הם ה- Nuclear Pore Complexes.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 735-738
ביולוגיה של התא 1 שאלה 24
איזה מבין המשפטים הבאים, הנוגעים להובלת חלבונים לגרעין, הוא הנכון ביותר?
במה עוסקת השאלה: טרנספורט לגרעין.
תשובה:ד’. רצף ה-NLS שנמצא ע”ג חלבונים שצריכים להיות מיובאים אל הגרעין, מזוהה ע”י importins. חלבונים אלו, הנקראים גם karyopherins, קושרים מצד אחד את רצף הסיגנל שנמצא על גבי חלבון המטען ומצד שני את רצפי ה-FG שנמצאים כחלק מה-NPCs.
שלילת מסיחים:
א. Nuclear porecomplexes הם מבנים מורכבים שמכילים כ-30 חלבונים שונים הנקראים נוקלאופורינים המאפשרים מעבר של מולק’ אל ומ-הגרעין בטרנספורט מסוג Gated – בשונה מטרנספורט של חלבונים אחרים למדורים שונים. טרנסלוקציה חלבונית נעשית באברונים כמו המיטוכונדריה.
ב. סיגנל המיון המכווין חלבונים אל הגרעין (NLS) עשיר בליזין וארג’ינין ולא סיגנל היציאה מהגרעין.
ג. רצף ההכוונה הגרעיני הוא מיוחד מכיוון שאין לו מיקום קבוע ע”ג הפוליפפטיד – הוא יכול להיות בכלמקום בחלבון, בשונה מרצפי סיגנל אחרים.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 735-740
ביולוגיה של התא 1 שאלה 25
בחר/י את התשובה הנכונה ביותר:
במה עוסקת השאלה: טרנספורט לגרעין (Ran-Cycle). תשובה:ב’. טרנספורט אל/מחוץ לגרעין דורש חלבון GTPase מונומריקטן בשם Ran. Ran קיים בשתי קונפורמציות – קושר GTP/GDP. לכן, יש לו שני חלבונים רגולטורים: GEF (שאחראי על החלפה של GDP ב-GTP) ו-GAP (שאחראי לבצע הידרוליזת GTP). המיקום של חלבוני הבקרה של Ran משפיעים על מיקום Ran בתא, ולכן על התנועה שלו:GAP ימצא בציטוזול (ועל כן יהיה ריכוז גבוה של RAN-GDP בציטוזול) ואילו GEF ימצא בגרעין, קשור לכרומטין (ולכן RAN-GTP נמצא בריכוז גבוה בגרעין).
שלילת מסיחים:
א. Ran-GAP הוא אינו תת יחידה בחלבון Ran (מדובר על חלבון G מונומרי).
ג + ד. קישור של Ran-GTP גורם לדיסוציאציה של החלבון הנכנס מה-importin (ולניתוק הקשר של importin מהNPC עצמו). Ran-GDP לא נקשר לimportin ולכן שחרור של המטען קורה רק בגרעין. בשלב הבא, אימפורטין יחד עם Ran-GTP עוברים לציטוזול.
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 740-742
ביולוגיה של התא 1 שאלה 26
בחר/י את התשובה הנכונה ביותר:
במה עוסקת השאלה: מבנה הגרעין.
תשובה:ג’. מעבר לתפקידו בטרנספורט אל/מחוץ לגרעין, לחלבון Ran-GTP יש תפקיד חשוב בבניה מחדש של המעטפת הגרעינית מסביב לכרומוזומים: באיזור הגרעין יש הרבה Ran-GEF (הוא נקשר לכרומוזומים בחלוקה) ולכן באיזור הכרומוזומים יהיה הרבה Ran-GTP (לעומת מעט Ran-GDP). Ran-GTP נקשר לImportin ועוזר לניתוק שלו מחלבוני ה-NPC. במקרה הזה הimportin ״מביא״ לאיזור הכרומוזומים, בו נמצא Ran-GTP, את חלבוני הNPC והם מתחילים לבנות NPC ואחר כך נבנית מסביב המעטפת הגרעינית
שלילת מסיחים:
א. הלמינה הגרעינית מורכבת מלמינים שהם סיבי ביניים.
ב. במהלך המיטוזה, מתרחש זרחון על חלבוני הלמינה הגרעינית שמאפשר פירוק של הגרעין
ד. המשפט שגוי מכיוון שאין הומולוגיה בין הלמינים שמרכיבים את הלמינה הגרעינית (סיבי ביניים) לבין החלבונים השונים המרכיבים את הממברנה הבזאלית (קולגן, למינינים, גליקופרוטאינים ופרוטאוגליקנים).
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 735-736, 743-745
ביולוגיה של התא 1 שאלה 27
איזה מבין המשפטים הבאים, הנוגעים לפרוקסיזום, אינו נכון?
במה עוסקת השאלה: פרוקסיזום
תשובה:א’. הפרוקסיזום הוא אברון בתא, בעל ממברנה יחידה והוא לא מכיל דנ״א או ריבוזומים. מכיל ריכוז גבוה של אנזימים מחמצנים (ולא הידרולטים) כמו קטלאז (Catalase) ואוראט-אוקסידאז (Ureate oxidase). הפרוקסיזום נקרא כך משום שהם מכילים אנזימים שיוצרים מימן-על-חמצני (Hydrogen Peroxide – H2O2) (מסיח ב’). בין תפקידי הפרוקסיזום:
- האנזים קטלאז הופך אתה-H2O2 למים וחמצן וכך עושה דה-טוקסיפיקציה לתא.
- גם beta-oxidation של ח. שומן מתרחש בפרוקסיזום (מסיח ג’).
- בפרוקסיזום מתרחש גם השלב הראשון בסינתזה של Plasmalogens שהם הפוספוליפידים הכי שכיחים במיאלין (מסיח ד’).
להרחבה– Alberts מהדורה שביעית, עמ’ 723-724
ביולוגיה של התא 1 שאלה 28
מה לא נכון לגבי הממברנה הפלסמתית?
במה השאלה עוסקת: הממברנה הפלסמתית.
תשובה ה’: Phosphatidylserine הינו אחד מהפוספוליפידים הנפוצים בממבראנת התא ומכיל 2 “רגליים” העשויות מחומצות שומן רוויות ו-“ראש” טעון שלילית העשוי מ-Serine. במצב התקין, פוספוטידילסרין מצוי בצד הפנימי של הממברנה הפלסמתית ולא בצד החיצוני. כאשר הוא עובר לצד החיצוני הוא משמש כמרקר לאפופטוזיס בשלב המתקדם שלה.
שלילת מסיחים:
א. כל הליפידים המרכיבים את ממבראנת התא הם Amphiphilic – כלומר שיש להם חלק הידרופילי וחלק הידרופובי. המבנה הזה מאפשר להם להסתדר בצורה ספונטנית לממברנה דו שכבתית כאשר החלקים ההידרופיליים פונים זה כלפי זה והזנבות ההידרופוביים פונים החוצה.
ב. ליפידים מהווים כ-50% ממסת הממברנות הביולוגיות, כאשר היתר הוא בעיקר חלבונים. יש בערך 5×106 ליפידים בשטח של 1 µm2 ממברנה.
ג. פוספוגליצריד אכן מהווה את הפוספוליפיד הנפוץ ביותר בתא. יש לו שלד של גליצרול הבנוי מ-3 פחמנים, אליו מחוברות 2 חומצות שומן בקשר אסטרי ל-2 הפחמנים הראשונים. הפחמן ה-3 מחובר לקבוצת פוספט שיכולה להתחבר לקבוצות שונות (סוכרים, מימן, סרין ועוד).
ד. עצם כך שהממברנה בעלת חדירות חלקית, היא מאפשרת רק לחומרים ספציפיים מעבר חופשי – בין אם בדיפוזיה ובין אם דרך תעלות מיוחדות (למשל מים העוברים דרך Aquaporins או הורמונים סטרולים שעוברים בחופשיות). יונים לעומת זאת אינם עוברים את הממברנה בחופשיות והם דורשים תעלות או משאבות מיוחדות לצורך העברתם. כתוצאה מחוסר החדירות, נוצר הפרש ריכוזים בין היונים הקיימים בתוך התא לאלה הקיימים מחוצה לו.
להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 603-606, 612-613
ביולוגיה של התא 1 שאלה 29
מה מהבאים נכון לגבי הא-סימטרייה של הממברנה הפלזמטית?
במה השאלה עוסקת: הרכב הממברנה
תשובה א: כמעט כל מולקולות הפוספוליפידים שמכילות כולין בקבוצת הראש (פוספטידילכולין וספינגומיאלין) נמצאות בעלעל החיצוני (שלילת מסיח ב), בעוד שכמעט כל המולקולות שמכילות קבוצה טרמינלית של אמין ראשוני (פוספטידיל-אתנולאמין ופוספטידיל-סרין) נמצאות בעלעל הפנימי (שלילת מסיח ג). מכיוון שהפוספטידיל-סרין טעון שלילית וממוקם בעלעל הפנימי, קיים הבדל משמעותי במטען בין שני העלעלים של הממברנה הדו-שכבתית. פוספטידיל-אינוזיטול (PI) מצוי בעלעל הציטוזולי (שלילת מסיח ד).
להרחבה — אלברטס מהדורה שביעית, עמודים 612-613
ביולוגיה של התא 1 שאלה 30
חוקר מעוניין להכניס חלבון ממקור חיידקי בגודל 70kDa לתוך גרעין התא. מהי הדרך היעילה ביותר להכניסו?
במה השאלה עוסקת: רצף סיגנל לכניסה לגרעין התא.
תשובה ה’: רצף הסיגנל להכוונת חלבונים לתוך הגרעין הוא ה-Nuclear localization sequence (NLS). החלבון אימפורטין מזהה את רצף ה-NLS המכיל בעיקר חומצות אמינו חיוביות מסוג ארגינין וליזין ומכניס את החלבון המיועד לתוך הגרעין ופורק אותו בפנים לאחר קישור לחלבון Ran-GTP. הרצף ההופכי, המשמש ליציאה מהגרעין, הוא רצף ה-Nuclear export signal (NES) המזוהה על ידי החלבון אקספורטין, המוציא חלבון מחוץ לתא במקביל לקישור של Ran-GTP ופורק אותו מחוץ לגרעין לאחר הידרוליזה של GTP ל-GDP.
מסיחים נוספים:
ב. מולקולה יכולה להיכנס לגרעין בחופשיות רבה ובמהירות כאשר גודלה קטן מ-5 kDa.כאשר גודלה גדול מכך אך עדיין קטן מ-40 kDa, מולקולה יכולה להיכנס בחופשיות לתא אך ככל שתהיה גדולה יותר כך כניסתה לגרעין תהיה איטית יותר. מולקולות בגודל של מעל 40 kDa אינן יכולות להיכנס בחופשיות לגרעין. לכן, חלבון בגודל של 70kDa חייב טרנספורט אקטיבי על מנת להיכנס לגרעין בעזרת רצף NLS והחלבון אימפורטין.
ג. הרצף Ser-Lys-Leu או בשמו המוכר יותר, SKL, הינו רצף סיגנל המשמש לכניסת חלבונים לתוך הפראוקסיזום – אברון שתכליתו היא בין השאר פירוק תוצרי חמצן רעילים לתא כגון מי חמצן (H2O2) בעזרת האנזים קטלאז, כמו גם לבצע את תהליך הבטא אוקסידציה של שרשראות שומניות בעלות יותר מ-22 פחמנים. בפראוקסיזום מתבצע גם תהליך ה-Glyoxylate cycle בצמחים.
להרחבה – Alberts,מהדורה שביעית, עמ’ 736-738 (כניסת חלבונים לגרעין התא); 723-726 (פראוקסיזום).
ביולוגיה של התא 1 שאלה 31
מה מהבאים אינו נכון בנוגע לחלבון Ran?
במה השאלה עוסקת: תפקידי החלבון Ran.
תשובה א’: החלבון Ran הוא חלבון מסוג small G-protein (מבצע הידרוליזה של GTP ל-GDP) בגודל של 25kDa, מה שמאפשר לו לעבור את מעטפת הגרעין בקלות יחסית. תפקידו המוכר ביותר הוא בתהליכי הטרנספורט דרך מעטפת הגרעין. כאשר הוא קשור ל-GTP, הוא יכול להקשר לאימפורטין ולסייע לו לשחרר את חלבון המטרה בתוך הגרעין או שיכול להקשר לאקספורטין ולסייע לו לקשור את חלבון המטרה על מנת להוציא אותו מחוץ לגרעין. מחוץ לגרעין, החלבון Ran-GAP יסייע להידרוליזה של GTP ל-GDP ולכן החלבון Ran ימצא לרוב קשור ל-GDP. לחלבון Ran יש תפקיד חשוב גם בבניית ה-NPC לאחר חלוקת התא: בשלב המיטוזה – מעטפת הגרעין והלמינה הגרעינית מתפרקות בעקבות זרחון ע”י אחד מחלבוני ה-CDK. חלבוני ה-NPC נשארים קשורים לאימפורטין בעוד לכרומטין עצמו קשורים חלבוני Ran-GEF. מצב זה גורם לכך שיהיה “ענן” של Ran-GTP מסביב לכרומטין. בסיום המיטוזה, אימפורטין מתקרב לכרומטין וקושר Ran-GTP מה שמאפשר לו לשחרר אתחלבוני ה-NPC והם נבנים מחדש בסביבת הכרומטין.
להרחבה – Alberts,מהדורה שביעית, עמודים 743-745 (פירוק מעטפת הגרעין).
ביולוגיה של התא 1 שאלה 32
מה מהבאים תומך בתיאוריה האנדוסימביוטית?
במה השאלה עוסקת: התיאוריה האנדוסימביוטית.
תשובה א’: התיאוריה האנדוסימביוטית גורסת כי התא האאוקריוטי המוכר לנו כיום התפתח מיחסים סימביוטיים בין ארכאון לבין חיידק פרוטאובקטריום (חיידק אירובי), כאשר הארכאון מספק את הגרעין והפרוטאובקטריום מספק ATP – מה שבסופו של דבר יצראת המיטוכונדריון. זה ככל הנראה קרה כאשר חמצן החל לעלות באטמוספירה. הכלורופלסט נוצר מאוחר יותר כתוצאה מאנדוציטוזה של ציאנובקטריה אשר מנצלת אור ליצירת אנרגיה. אחת מהעדויות לכך שהמיטוכונדריון והכלורופלסט מקורם בחיידקים, היא העובדה שהחומצה האמינית הראשונה שמתווספת בעת תרגום חלבון היא N-formyl methionine כפי שאפשר לראות בחיידקים ולא מתיונין כפי שקורה באאוקריוטים. עדות נוספת היא דמיון ריבוזומאלי בין המיטוכונדריה לבין חיידק – ניתן לראות שהריבוזום המיטוכונדריאלי והכלורופלסטי מעוכב ע”י אנטיביוטיקות מסוג Chloramphenicol, Streptomycin ועוד. ידוע גם שלמיטוכונדריון ולכלורופלסט יש ממברנה כפולה – אחת מהבקטריה עצמהו השנייה כתוצאה מאנדוציטוזיס. המיטוכונדריה גם מכילה DNA מיטוכנודריאלי (mtDNA) עם קידוד שונה לחומצות אמינו מאשר בגרעין והיא מכילה גם פורינים (porins)– תעלות המאפיינות תאים חיידקיים בממברנה החיצונית.
שלילת המסיחים:
ג. אכן רוב החלבונים מקודדים ב-DNA הגרעיני, אך זה עדיין לא נחשבת לעדות מובהקת לתיאוריה האנדוסימביוטית. ידוע שיש 13 גנים המקודדים במיטוכונדריה, בעוד שיש 1000 גנים המקודדים בגרעין. לפי התיאוריה האנדוסימביוטית היינו מצפים שהמצב דווקא יהיה הפוך ושהגרעין רק יוסיף מהגנים שלו. ככל הנראה, למיטוכונדריה היו יותר גנים אך עם הזמן הם איבדו משמעות והמיטוכונדריה החלה להסתמך יותר על ה-DNA הגרעיני.
ד. ה-Cristae אלו אותם קפלים שיש בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה המאפשרים יחס שטח פנים לנפח גדול יותר. על ה-Cristae ממוקמות משאבות מסוג ATP-synthase שתפקידן להחזיר מימן מהחלל הבין ממברנלי על מנת ליצור ATP בתוך הממברנה הפנימית. בעולם הביולוגיה יש הרבה עדויות להגדלת שטח פנים באמצעות קפלים רבים. זה אינו מאפיין ספציפי של התיאוריה האנדוסימביוטית ולכן זה לא תומך בה.
ה. למיטוכונדריה ולכלורופלסט יש יכולת איחוי והנצה. המיטוכונדריה יכולה לבצע הנצה כאשר חלק ממנה פגום, והיא מסוגלת להתפצל ל-2 על מנת לקבל מיטוכונדריה שלמה תקינה והשנייה פגומה שתוכל ללכת למשל לפאגוציטוזיס. איחוי מיטוכונדריות יכול לקרות במצב שבו יש 2 מיטוכונדריות תקינות חלקית יכולות להתאחות למיטוכונדריה אחת תקינה לחלוטין. 2 התהליכים מורכבים מאוד ודורשים אנרגיה. כמו בסעיף ד’, יש פה תהליך המצוי במקומות רבים בעולם הביולוגיה ולכן זה לא נותן רמז ספציפי למקורה אנדוסימביוטי של האברונים ולכן אינו תומך בצורה ישירה בתיאוריה.
להרחבה – Alberts,מהדורה שביעית, עמ’ 861-866
ביולוגיה של התא 1 שאלה 33
מי מהבאים משותף למיטוכונדריה ולפראוקסיזום?
במה השאלה עוסקת: פראוקסיזום ומיטוכונדריה.
תשובה ב’: תהליך ה- β-Oxidation הינו תהליך הקורה ביונקים בעיקר במיטוכונדריה ותפקידו הוא לפרק חומצות שומן ל-Acetyl Co-A שיוכל להיכנס למעגל קרבסו להשתתף ביצור האנרגיה. במצב של חומצות שומן ארוכות מאוד, בטא אוקסידציה מתרחשת גם בפראוקסיזום. בשמרים ובצמחים הפראוקסיזום הוא דווקא האתר הראשי בו מתבצעת ה-β-Oxidation ולא המיטוכונדריה.
שלילת המסיחים:
א. כידוע, למיטוכונדריה יש ממברנה חיצונית וממברנה פנימית בעוד לפראוקסיזום ישנה רק ממברנה אחת.
ב. רק המיטוכונדריה מכילה DNA משלה, היות ולפי התיאוריה האנדוסימביוטית מקורה הוא בחיידק שעבר אנדוציטוזה לתוך תא ארכאון קדום. הפראוקסיזום אינו מכיל DNA כלל.
ד. ה- Glyoxylate cycle הינו תהליך המתרחש בפראוקסיזום של צמחים, חסרי חוליות מסוימים ומיקרואורגניזמים מסוימים. Glyoxylate cycle מאפשר יצירה של Succinate מ-2 מולקולות Acetyl Co-A, אשר יכול להיכנס למעגל קרבס ומשם להשתתף בתהליך הגלוקונאוגנזה ליצירת גלוקוז, מה שלא קורה ביונקים.
ה. על מנת להכניס חלבון לתוך הפראוקסיזום, דרוש רצף הכרה מיוחד. הרצף הוא Ser-Lys-Leu אשר נמצא בקצה ה-C טרמינאלי, בעוד שיש רצפי הכרה נוספים ליד הקצה ה-N טרמינאלי. לאחר שחלבון מתורגם בציטופלסמה, קבוצת חלבונים בשם Peroxins מזהה אותם ומסייעת להכניס אותם פנימה בתהליך דורש אנרגיה. רצף ההכוונה של המיטוכונדריה בנוי צורת סליל אלפא אמפילילי ואינו מכיל רצף חומצות אמינו קבוע.
להרחבה – Alberts,מהדורה שביעית, עמ’ 724-725, 818-821
ביולוגיה של התא 1 שאלה 34
איזה מהתהליכים הבאים אינו דורש ATP בשום צורה?
במה השאלה עוסקת: תהליכים דורשי אנרגיה בתא.
תשובה ב: דיפוזיה לטרלית (lateral diffusion) – תנועת ליפידים באותה שכבה של הממברנה ללא מעבר בין השכבות, כלומר תזוזת ליפיד לצדדים להחלפת מקום עם ליפיד שכן. תנועה זו, בשונה מתנועת פליפ-פלופ (flip flop) של ליפידים, לא דורשת השקעת אנרגיה בצורת ATP.
שלילת מסיחים:
א. דיפוזיה רוחבית של פוספוליפידים (flip flop) – היא תנועה בה ליפיד עובר בין שכבות הממברנה (משכבה חיצונית לפנימית או להפך). הממברנה הדו שכבתית בנויה כך שבין השכבות נמצא איזור הידרופובי בו נמצאים השיירים השומניים של הליפידים, כשליפיד יעבור שיכבה הראש ההידרופילי שלו יצטרך לעבור בתווך ההידרופובימה שדורש אנרגיה רבה. אמנם התהליך מתרחש גם בצורה ספונטנית אך לוקח שעות רבות, לכן התא מזרז אותו בעזרת אנזימים ייעודים ממשפחת ה- phospholipid translocatorsשמשתמשים בATP. מעניין לשים לב שבשונה מליפידים וחלבונים הכולסטרול יכול לעבור דיפוזיה רוחבית בקלות. הערה – תנועות נוספות של הליפידים בממברנה הן:
- רוטציה (rotation) שזו תנועה סיבובית של הליפיד סביב הציר שלו.
- כיפוף (flexion) שזו תנועה של הזנבות ההידרופוביים. שתי תנועות אלו לא דורשות אנרגיה בתורת ATP.
ג. קומפלקס (anaphase-promoting complex) APC/C הוא קומפלקס חלבוני הפועל במהלך חלוקת התא ותפקידו (כמו ששמו מעיד) הוא קידום שלב האנאפאזה (anaphase) בו הכרומטידות האחיות נפרדות ליצירת שני תאים חדשים. אחד הדברים הדרושים כדי שAPC/C ישופעל הוא חיבורו לתת יחידה משפעלת (Cdc20) מה שמתאפשר רק אחרי זרחון APC/Cע”י M-Cdk– תהליך הדורש ATP.
ד. חלבוני CDK (cyclin-dependent kinases) הם משפחת אנזימים המבקרים את שלבי חלוקת התא. חלבוני הCDK נמצאים בתא לאורך כל חייו אך פעילותם עולה ויורדת בהתאם להתקדמות במחזור התא. שיפעול כל CDK דורש 4 דברים: 1. קישור למולקולת ציקלין (Cyclin) מתאימה. 2. זירחון משפעל ע”י האנזים CAK (Cdk-activating kinase).3. הסרה של זירחון מעכב מהאתר הפעיל של הקומפלקס CDK-Cyclin. 4. הסרה של חלבון מעכב (Cdk inhibitor proteins – CKIs). הצורך של CKD בATP הוא גם בתהליך השיפעול שלו וגם בפעילותו – CDK הוא קינאז, כלומר משתמש בATP כדי לזרחן חלבונים אחרים בתא.
להרחבה: Alberts,מהדורה שביעית, עמודים 1038-1040 , 1033-1034 (מחזור התא);608-609 (ליפידים בממברנה).