שאלון מערכת: שעורי בית מולקולרית 5

התשובה הנכונה היא ד’ –  אופרון הטריפטופן קיים בפרוקריוטים (כזכור, אופרונים מאפיינים פרוקריוטים בעיקר, ומאוד נדירים באאוקריוטים) ומשמש לייצור ח. האמינו טריפטופן בעת הצורך. משמעות הדבר, שכל עוד יש טריפטופן, אין צורך בייצור טריפטופן נוסף מאחר והדבר יהווה בזבוז אנרגיה מיותר. עלכן, טריפטופן עצמו משמש כקו רפרסור לאופרון הטריפטופן. קו רפרסורים נקשרים באתרים יעודיים לרפרסור ומעודדים קישור לאתר האופרטור ובכך מעכבים שעתוק. באופן דומה, קואקטיבטורים, נקשרים באתרים יעודיים לאקטיבטור, ומעודדים קישור לאופרון, בכך, מעודדים שעתוק.

שלילת מסיחים:

א. כפי שהוסבר בתשובה ד’, בריכוזים גבוהים של טריפטופן בתא אין ביטוי של גנים מאופרון הטריפטופן, שכן אין צורך בייצור טריפטופן. על כן, גם הגן trpC לא בא לידי ביטוי.

ב. כאמור, טריפטופן הוא קו רפרסור לרפרסור של אופרון הטריפטופן. קו רפרסורים מעודדים קשירה לאתר האופרטור, ועל כן המסיח הזה שגוי.

ג. הרפרסור שלאופרון הטריפטופן עובר שינוי קונפורמציה בעת קשירת הקו רפרסור טריפטופן ומתאפשרת קשירה לאתר האופרטור. רצף האופרטור נמצא בפרומוטור של אופרון הטריפטופן כך שהפרומוטור נחסם פיזית לקשירה של RNA פולימרארז.

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 410-412

התשובה הנכונה היא ג’- ניתן להבין כי אם ביטוי של גנים מסויימים מופסק לאחר מחיקת מקטע DNA בגנום אז אותו רצף לוקח חלק בבקרה על ביטוי אותם גנים. שכן, אותו רצף יכול להיות פרומוטור לדוגמא. אולם, מאחר והרצף הזה בלבד לא היה מספיק כדי להביא לביטוי הגן המדווח, ניתן להבין כי אותו רצף איננו התנאי היחיד לביטוי אותם גנים. נניח כי אותו רצף הוא פרומוטור, במקרה כזה יתכן כי יש צורך באקטיבטור שיפעיל את הפרומוטור. שכן,פרומוטורים רבים חלשים מידי בשביל לקשור את RNA פולימראז ללא עזרה של פקטורי שעתוק והדבר תלוי בסביבה שאותו פרומוטור נמצא, כלומר, בקרבה אל רצפים מאקטבים או מעכבים. על כן, תוצאות הניסוי מראות שהרצף קריטי לביטוי גנים אך לא מספיק ותלוי ברצפים שנמצאים סביבו או בפקטורי שעתוק שונים. 

שלילת מסיחים:

        א.        אם אזור ה-DNA שנמחק לא היה הכרחי לביטוי גנים הוא גם לא היה מספיק לביטוי הגנים, שני חלקי התשובה סותרים זה את זה. שכן, פרומוטורים חזקים לדוגמא, שלא נזקקים לעזרה של אקטיבטורים או נחסמים על ידי רפרסורים, מובילים לביטוי רציף של הגנים אותם הם מבקרים והם הגורם ההכרחי הבלעדי לביטוי אותם גנים.

        ב.        אם אזור ה- DNA שנמחק לא היה הכרחי לביטוי הגנים, היינו רואים המשך ביטוי של אותם גנים גם לאחר מחיקת אותו רצף. מהשיטה עצמה אנו מצפים יכולת סיווג של רצפים שרלוונטים לביטוי גנים ורצפים שאינם רלוונטים לביטוי גנים. רצפים שאינם רלוונטים לביטוי גנים לא ישפיעו על השעתוק בתא.

        ד.        אכן, הוכחנו כי רצף ה- DNA שנמחק הכרחי לביטוי אותם גנים. אך במסיח הזה מצויין גם כי אותו רצף מספיק לביטוי הגנים. אולם כפי שהוסבר במסיח ג’ וא’, אילו היה מספיק לביטוי אותם גנים, היינו רואים ביטוי של הגן המדווח בחלק השני של הניסוי. כנראה, שהוצאת הרצף מסביבתו הטיבעית במולקולת ה-DNA פגעה באפקט החיובי של אותו רצף על השעתוק. משמעות הדבר היא, שאותו רצף אינו מספיק לשעתוק וזקוק לרצפים נוספים או עזרה של פקטורי שעתוק. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 423-426

התשובה הנכונה היא ד’- הבקרה על אופרון הלקטוז היא כפולה. מצד אחד, ישנו רפרסור לאופרון. הרפרסור, lacI, קושר את אופרון הלקטוז באופן קונסטיטוטיבי עד לשחרורו על ידי אלולקטוז, משרן של lacI שנוצר כתוצר לוואי בעת פירוק לקטוז על ידי בטא לקטוזידאז. כלומר, על מנת לשחרר את העיכוב של lacI על אופרון הלקטוז דרושים רמות גבוהות של לקטוז במצע הגידול. מנגד, לאופרון הלקטוז יש גם אקטיבטור, שמעודד ביטוי של האופרון במצע גידול חסר גלוקוז. ברמות נמוכות של גלוקוז בתא, החיידק מייצר רמות גבוהות של cAMP, סמן לחסר מטבולי בתא. cAMP הוא קו אקטיבטור לאקטיבטור CAP של אופרון הלקטוז ואופרונים מטבולים רבים אחרים. משמע, ברמות נמוכות של גלוקוז, אופרון הלקטוז עובר אקטיבציה. וברמות גבוהות של לקטוז, מוסרת האינהיביציה מהאופרון. כלומר, ביטוי הגנים באופרון הוא מקסימלי בריכוזים נמוכים של גלוקוז וריכוזים גבוהים של לקטוז. נוכל למצוא בכך הגיון, החיידק מעדיף לנצל גלוקוז כמקור אנרגיה, שכן, זו מולקולת הסוכר הפשוטה ביותר, פירוקה מניב מקסימום אנרגיה ומבזבז מינימום אנרגיה. לעומת זאת, פירוק לקטוז דורש כמות גדולה יותר של אנרגיה, שכן,דרושים אינזימים ספציפים לתהליך והייצור שלהם גוזל מהתא אנרגיה רבה. כך שרק בהיעדר גלוקוז התא יפנה למטבוליטים אחרים. וכן, אין סיבה לייצר את האינזימים לפירוק לקטוז אם אין לקטוז בתא. כך שגם לנוכחות לקטוז יש משמעות לביטוי הגנים באופרון. בשאלה הנ”ל, ישנו אופרון שמכיל מוטציה באופרטור, הרצף שאליו נקשר הרפרסור. במקרה הזה, אין קשירה של הרפרסור גם בריכוזים נמוכים של לקטוז. כך האופרון פעיל יותר מאופרון ה- WT בהיעדר גלוקוז ולקטוז. מאחר ובריכוזים נמוכים של לקטוז וגלוקוז אין רפרסיה (כי הרפרסור לא פעיל), ויש אקטיבציה (כי חסר גלוקוז). 

שלילת מסיחים:

        א.        החיידק איבד את היכולת להבחין בהבדל בין מצע חסר לקטוז למצע עשיר בלקטוז. שכן, הסנסור לכמויות הלקטוז בתא היה הרפרסור של אופרון הלקטוז. בטא לקטוזידאז אומנם האינזים שמפרק לקטוז, אך ביטויו עולה רק לאחר שהרפרסור lacI מפסיק לעכב את ביטוי הגנים באופרון. העיכוב מוסר רק בנוכחות לקטוז. מאחר והמוטציה באופרטור לא מאפשרת קשירה של הרפרסור, אין עיכוב על האופרון והתא מבטא את הגנים ללא קשר להרכב הלקטוז במצע הגידול. כלומר, החיידק דווקא יגדל מעולה על מצע שמכיל לקטוז כמקור סוכר יחיד.

        ב.        לא נכון, בנוכחות גלוקוז, לא תיהיה אקטיבציה על האופרון ורמות הביטוי של הגנים באופרון הלקטוז יהיו מעט נמוכות יותר כמו ברמות נמוכות של גלוקוז. המוטציה הובילה לכך שאין משמעות לרמות הלקטוז במצע, אך רמות הגלוקוז עדין משפיעות על רמות הביטוי של אופרון הלקטוז. כפי שהוסבר במסיח ד’, לאופרון הלקטוז 3 רמות ביטוי במצב התקין (ללא מוטציות). האחת, בריכוז גבוה של גלוקוז (אין אקטיבציה) וריכוז נמוך של לקטוז (יש רפרסיה), ביטוי הגנים מינימלי. השנייה, בריכוז נמוך של גלוקוז ולקטוז (יש אקטיבציה, יש רפרסיה), או ריכוז גבוה של גלוקוז ולקטוז (אין אקטיבציה, אין רפרסיה), ביטוי הגנים בינוני. ואילו השלישית, בריכוז נמוך של גלוקוז (יש אקטיבציה) וריכוז גבוה של לקטוז (אין רפרסיה), ביטוי הגנים מקסימלי.

         ג.         רמות ה- cAMP קשורות לחישת רמות הגלוקוז בתא. מוטציה באופרטור, קשורה לחישת רמות הלקטוז בתא. משמע, לא תיהיה השפעה על רמות ה- cAMP בתא, שכן, המוטציה באופרטור לא משפיעה כלל על רמות הגלוקוז בתא ועל התגובה של התאלרמות האלו. ישנה השפעה על יכולת התא לחוש את רמות הלקטוז בתא, אבל גם זה לא משפיע על הרמות בפועל. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 412-414

התשובה הנכונה היא ג’- רצפי shine Dalgarno קובעים את אתר תחילת התרגום בפרוקריוטים. הרצף הזה נמצא תמיד ב- mRNA פרוקריוטי, כמה נוקלאוטידים לפני קודון ה- AUG הראשון ואינו קיים ב- mRNA אאקריוטי. באאקריוטים אתר תחילת התרגום נקבע לפי מרחק מה- 5’cap שכן, פקטורי איניציאציית תרגום באאקריוטים סורקים את ה- mRNA מתחילתו ב- 5’cap עד לקודון ה- AUG הראשון בד”כ. מכאן שהמסיח שגוי משתי סיבות, אין רצף shine Dalgarno אאוקריוטי ואילו היה, הרצף קשור לשפעול תרגום ה-mRNA ולא לשעתוקו. 

שלילית מסיחים:

        א.        DNA אאקריוטי ארוך משמעותית מהכמות שניתן לדחוס לגרעין התא האאקריוטי ועל כן הוא דחוס למבנה הכרמוטין. בעת שעתוק או שכפול הכרומטין נפרם מעט על ידי אינזימים מסוג chromatin remodeling. אזורים שאינם משועתקים ימצאו במבנה דחוס במיוחד שנקרא הטרוכרומטין. ואזורים שמשועתקים לעיתים ימצאו במבנה פחות דחוס שנקרא אאוכרומטין.

        ב.        באאקריוטים יש מנגנון שעתוק מורכב יותר וחלבונים רבים לוקחים בו חלק. מעבר לפקטורי שעתוק כלליים (general transcription factors) שחיונים לכל שעתוק בתא אאקריוטי, יש גם תלות של RNA polymerase 2 בחלבוני mediator (שמקשרים בין האקטיבטור שקשור לאתר האנהנסר לבין RNA פולימראז 2), chromatin remodeling factors ובאקטיבטורים.

        ד.        המסיח הזה בעצם מסביר את הצורך בחלבוני ה- mediator לדוגמא. שכן, אקטיבטורים רבים נקשרים לאתרי אנהנסר מרוחקים יחסית מהפרומוטור. את הקישור בין האקטיבטור הפעיל ל- RNA polymerase 2 שנמצא על הפרומוטור, עושה ה- mediator. הדבר בד”כ גורם לקיפול מולקולת ה- DNA כך שהאקטיבטור שנמצא קשור לאנהנסר הרחק מהפרומוטור יהיה סמוך ל- RNA פולימראז שקשור לפרומוטור. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמודים 189-191 (דחיסת כרומוזומים), 334-334 (polymerase II),עמ’ 373-374 (shine delgarno), עמ’ 414-416 (mediator), 

התשובה הנכונה היא א’- לאקטיבטורים של שעתוק אין יכולת שעתוק עצמונית. הם מעודדים את פעילות RNA פולימראז, אך אינם בעלי אתר פעילות פולימראז. לאקטיבטורים אתר קשירה ל- DNA, ואתר קשירה ל- RNA פולימראז, מדיאטור אופקטורי שעתוק כלליים. לעיתים יש לאקטיבטורים גם אתר קשירת קו אקטיבטור, שמפעיל אותם ומוביל להגברת שעתוק בעידודם. על כן, תשובה זו שגויה, מאחר ולאקטיבטורים אין יכולת לשעתק גנים בעצמם.

שלילת מסיחים:

        ב.        אקטיבטורים רק לפעמים קושרים בעצמם את RNA פולימראז ומעודדים שעתוק, בד”כ זה נעשה בתיווך חלבוני mediator. אך גם כשהם נקשרים ל- RNA פולימראז, הקישור חלש ולא יציב, שכן, RNA פולימראז בעת שעתוק מתקדם על גבי מולקולת ה- DNA. אילו היה נשאר במקום, לא היה מתרחש תהליך של הארכת השרשרת. מכאן שעל האקטיבטורים להרפות מקישור RNA פולימראז לאחר האינציאציה. תפקידם בעידוד האינציאציה בלבד, כשמתחילה האלונגציה הם מתנתקים מ- RNA פולימראז. 

         ג.         אקטיבטורים רוב הזמן קשורים לאנהנסר מרוחק מאתר הפרומוטור, בעת קישור הם מובילים לקיפול מולקולת ה- DNA כך שהאקטיבטור נמצא סמוך לפרומוטור ל- RNA פוליראז שקשור אליו. רוב הזמן, הקישור בין RNA פולימראז לאקטיבטור מתווך על ידי קומפלקס ה- mediator. כשמו כן הוא, מקשר בין אקטיבטור ל- RNA פולימראז.

        ד.        באאקריוטים חלבונים רבים משתתפים בתהליך אינציאציית השעתוק, ביניהם פקטורי שעתוק כלליים, שהכרחיים לשעתוק כלל הגנים האאקריוטים, RNA פולימראז, אקטיבטורים,רפרסורים, mediator complex, חלבוני chromatin remodeling ועוד… כל אלה עובדים יחד בסינרגיה כדי להוציא את השעתוק לפועל. רמות שעתוק הגן יהיו בהתאם לחלבונים שמתשתתפים בתהליך. ללא אקטיבטור יתכן שתיהיה רמת ביטוי נמוכה. אך בתזמון מתאים והפעלת אקטיבטורים רלוונטים, רמות הביטוי יעלו. כך התא האאקריוטי מבקר את תהליך ביטוי הגנים בתא, על ידי בקרה מקיפה שתלויה בכמות גדולה של חלבונים שונים ותפקודם. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’414-416 (complex switches)

תשובה:

התשובה הנכונה היא ב’- פקטורי שעתוק מבקרים ביטוי גנים בתא, קובעים את ריכוז התוצר ותזמון ביטויו. הגנים לפקטורי שעתוק מפוזרים בגנום ומיקומם יכול להיות קרוב או רחוק מהגן שאותו הם מבקרים. במילים אחרות, מיקום הגן של פקטורי השעתוק, לא רלוונטי לשעתוק הגן שאותם פקטורים מבקרים. המסיח מתייחס לרצפים שמקודדים לפקטורי שעתוק, כלומר, תוצרי אותם רצפים שנמצאים רחוק או קרוב לגן המבוקר (אולי אפילו על כרומוזום אחר), הם פקטורי שעתוק. בעצם, אלו תוצרים חלבוניים, שמעצם היותם חלבונים בתא, מסוגלים לעבור דיפוזיה, והם אלו שמשפיעים על בקרת ביטוי הגנים, הם יוצרים את האפקט הרגולטורי.

שלילת מסיחים:

        א.        אנהנסר הוא רצף DNAשיכול להמצא רחוק מהגן אותו הוא מבקר. אנהנסרים קושרים אקטיבטורים שמעודדים שעתוק. אולם לאנהנסר אין תוצר חלבוני שמסוגל לעבור דיפוזיה. מאחר ואנהנסרים לא מקודדים לחלבונים כלל, אלא רק לוקחים חלק בבקרת ביטוי גנים על ידי קשירת אקטיבטור, פקטור חלבוני בקרתי.

         ג.         פרומוטור הוא הרצף שאליו נקשר RNA פולימראז ופקטורי השעתוק הכלליים. הפרומוטור קובע את נקודת תחילת השעתוק ונמצא סמוך מאוד לאזור המטרה שלו. כלומר, פרומוטור נמצא בצמוד לגן לשעתוק. בנוסף, בדומה לאנהנסר, הפרומוטור עצמו לא מקודד לתוצר חלבוני, אלא רק מהווה רצף בקרתי.

        ד.        אופרטור הוא רצף שקושר רפרסור ומעכב שעתוק של גן. בדומה להסברים למסיחים א’ וג’, אופרטור הוא רק רצף בקרתי ואינו מקודד לתוצר חלבוני. יש לשים לבכי הדגש בשאלה היא המילה “תוצר”, שקובע כי על הרצף לקודד לתוצר חלבוני בעל האפקט הבקרתי. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 410-412 (operator), עמ’ 328-329 (promoter)

התשובה הנכונה היא א’- המוטיבים zinc finger ו- helix turn helix הם מוטיבים שנמצאים בפקטורי שעתוק. פקטורי שעתוק, מעצם היותם חלבונים שמעודדים שעתוק DNA, קושרים רצפי DNA ספציפיים באמצעות אותם מוטיבים. בעצם, אותם מוטיבים בנויים כמוטיבים קושרי DNA ברמת ספציפיות גבוהה לרצף. 

שלילת מסיחים:

        ב.        פקטורי שעתוק, כשמם כן הם, מעודדים ומשפיעים על תהליך השעתוק בתא. לא על תהליך התרגום.

         ג.         כאמור בהסבר למסיח ב’, פקטורי שעתוק רלוונטים לתהליך השעתוק. המוטיבים הנ”ל נפוצים בפקטורי שעתוק ולא בחלבונים ריבוזומליים.

        ד.        שוב, אין לפקטורי שעתוק קשר לתהליך התרגום, כזכור, tRNA זו מולקולת השליח שמתאמת בין ח. האמינו שנוספת לרצף הפפטיד שמתהווה לקודון ב- mRNA. מולקולת ה- tRNA מכילה רצף anticodon שמתאים בזיווג בסיסים ל- codon ואת ח. האמינו המתאימה לקודון, שנוספה על ידי aminoacyl-tRNA synthethase. בעיה נוספת במסיח זה היא שלא מדובר על תהליך השכפול גם כן. tRNA משתתף בתהליך התרגום ופקטורי שעתוק בתהליך השעתוק.

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 404-405 (Motifs)

תשובה:

התשובה הנכונה היא ד’- תהליך השעתוק באאוקריוטים מצריך אלמנטים בקרתיים רבים וכל פקטורי אלה עובדים בסינרגיה. אקטיבטורים של שעתוק, תפקידם להקשר לאנהנסר בעת שפעולם. הקשירה לאנהנסר מאפשרת קישור ל- RNA polymerase ישירות או דרך קומפלקס mediator. קישור על ידי אקטיבטור (באופן ישיר או עקיף) מאקטב את RNA פולימראז, מייצב את מיקומו על גבי הפרומטור ומעודד את תחילת השעתוק. יש לשים לב שתחילת השעתוק באאוקריוטים דורשת נוכחות של חלבונים רבים נוספים כמו פקטורי שעתוק כלליים (שנחוצים לשעתוק כלל הגנים באאוקריוטים), קומפלקס mediator, chromatin remodeling complexs ועוד. 

שלילת מסיחים:

        א.        אקטיבטורים אינם לוקחים חלק פעיל בשעתוק, מי שמשעתק mRNA מתבנית DNA הוא ה- RNA פולימראז. באאקריוטים מדובר על RNAפולימראז 2 (שמשעתק mRNA).אקטיבטורים מעודדים שעתוק אך אינם בעלי אתר שעתוק RNA מתבנית DNA.

        ב.        השאלה מנוסחת באופן ספציפי לאקטיבטורים של שעתוק. כלומר, אינם רלוונטים לתהליך התרגום. להזכירכם, תוצר פעילות של ריבוזומים הם חלבונים מתבנית mRNA. ובתהליך השעתוק נוצר mRNA מתבנית DNA.

         ג.         כאמור, לפקטורי שעתוק, אין קשר לתהליך התרגום. מכאן שאינם לוקחים חלק הכרחי או שולי בהעברת מולקולת ה- mRNA דרך הריבוזום. תפקיד זה שמור לפקטורי אלונגציית תרגום. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 411-412 (Activators)

התשובה הנכונה היא א’- אופרון הלקטוז מבוקר גם על ידי רפרסור וגם על ידי אקטיבטור. הרפרסור, קושר את רצף האופרטור ברמות נמוכות של לקטוז. כשיש לקטוז במצע הגידול (כלומר, בתא), החיידק צריך לבטא חלבונים שמסוגלים לפרק לקטוז, ועל כן, מוסרת הרפרסיה מהאופרון והגנים מבוטאים. אולם, האקטיבטור של אופרון הלקטוז פעיל כשרמות הגלוקוז נמוכות במצע. שכן, גלוקוז זו מולקולת הסוכר העדיפה על התא, מאחר ופירוקה גוזל מהתא מינימום אנרגיה, לעומת שאר סוגי הסוכר המורכבים יותר. לכן, כל עוד יש בתא גלוקוז, אין צורך בפירוק מולקולות סוכר אחרות. על כן, האקטיבטור של אופרון הלקטוז פעיל ברמות גלוקוז נמוכות והרפרסור פעיל ברמות לקטוז נמוכות. כך שביטוי אופרון הלקטוז הוא המקסימלי כשרמות הגלוקוז נמוכות ורמות הלקטוז גבוהות. במצב המתואר בשאלה, יש מוטציה שפוגעת במנגנון העיכוב של אופרון הלקטוז בחיידק. על כן, אין משמעות לריכוז הלקטוז במצע הגידול, מאחר ואין רפרסיה על האופרון כלל. הודות לנתון כי רמות הגלוקוז נמוכות, ניתן להבין כי ביטוי הגנים באופרון הלקטוז במקרה זה הוא גבוה ורציף. 

שלילת מסיחים:

        ב.        בהתאם להסבר למסיח א’, המוטציה הנ”ל גורמת לאיבוד יכולת חישת רמות הלקטוז בתא. הרפרסור של אופרון הלקטוז משחרר את אתר האופרטור ומאפשר את ביטוי הגנים באופרון בנוכחות לקטוז. כלומר, אם המוטציה גרמה לבעיה בקשירה בין הרפרסור לאופרטור, התא לא מרגיש אם יש או אין לקטוז במצע הגידול. מאחר ולקטוז לא מתפקד כמשרן (inducer) לשחרור הרפרסור מהאופרטור (מעולם לא נקשר). 

         ג.         בדומה להסבר שניתן למסיח ב’, לריכוזי הלקטוז במוטנט אין משמעות על ביטוי הגנים של אופרון הלקטוז, שכן, עיכוב האופרון על ידי הרפרסור תלוי בריכוזי הלקטוז והמוטציה ביטלה את הבקרה השלילית (בקרה על ידי רפרסור) על האופרון. אך יש לשים לב, כי במצב נורמלי, דווקא לא יהיה ביטוי של גנים מאופרון הלקטוס בהיעדר לקטוז, אלא רק בנוכחות לקטוז. לקטוז הוא משרן לרפרסור,  lacI.

        ד.        כפי שהוסבר במסיח א’, היעדר גלוקוז יוביל לביטוי גבוה יותר של הגנים המקודדים באופרון הלקטוז. שכן, כל עוד יש גלוקוז במצע, אין צורך לבטא גנים לפירוק סוכרים מורכבים יותר כמו לקטוז. מכאן שהמסיח שגוי משתי סיבות, האחת, יהיה ביטוי גנים במקרה הנ”ל מאחר ואין רפרסיה על האופרון (בעיה בקשירה של הרפרסור לאופרטור), והשנייה היא שבנוכחות גלוקוז, ביטוי הגנים באופרון יהיה נמוך יותר מבהיעדרו. מאחר ובהיעדר גלוקוז ישנה בקרה חיובית על האופרון, על ידי אקטיבטור. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’412-414 (Lac operon)

התשובה הנכונה היא ד’- הורמונים סטרואידים הם הורמונים הידרופובים, כלומר חוצים ממברנה (בנויים מכולסטרול). מה שמיוחד בהם זה שהם מתפקדים כקו-אקטיבטורים לפקטורי שעתוק בזכות העובדה שהם הידרופובים. הם אינם זקוקים לטרנספורטר אל תוך התא, וברגע שנכנסים לתא הם נקשרים לרצפטורים מסיסים בתא. בעת הקישור של ההורמון הסטרואידי לרצפטור שלו, נחשף סמן NLS (סמן כניסה לגרעין התא)על גבי הקומפלקס רצפטור הורמון ויחד נכנסים לגרעין התא. בגרעין, הם נקשרים כקומפלקס לרצף יעודי ב- DNA (רצפי HREs). אותו רצף בעת קישור הקומפלקס הורמון רצפטור (מתפקדים יחד כפקטור שעתוק) מתפקד כאנהנסר. באופן הזה מתאפשר ביטוי גנים מבוקר הורמונלית.

שלילת מסיחים:

        א.        הורמונים סטרואידים משפיעים על ביטוי גנים ברמת השעתוק ולא ברמת התרגום, שכן, יחד עם הרצפטור שלהם, נקשרים ל- DNA כקומפלקס חלבוני שמתפקד כפקטור שעתוק.

        ב.        HRE הוא רצף ב- DNA שמתפקד כאנהנסר לגנים שמבוקרים על ידי הורמונים סטרואידים, על כן, ניתן לשלול את המסיח על כך שנטען כי HRE הוא חלבון ממברנלי.

         ג.         המסיח הזה נופל אך ורק על העובדה שנטען כי הורמונים סטרואידים נקשריםל- HRE ומשפיעים על תהליך השכפול. כפי שכבר נאמר, הבקרה היא ברמת השעתוק. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 430-431 

תשובה ד’: פקטורי השעתוק (Transcription factor) שנקראים – Master regulators אחראים על בקרת שעתוק של עצמם וכן פקטורים אחרים. לרובהם עובדים בבקרות מסוג Cis, כלומר הפקטור שעתוק פועל על גן סמוך באותו הכרומוזום (Chromosome), בניגוד לבקרה ב-Trans, בה פועלים על גנים שנמצאים על כרומוזום אחר.

לרוב מנגנון פעולה של מאסטר רגולטיורס הוא באמצעות-Positive feedback loop . מנגנון זה מאפשר זיכרון תאי כיוון שהתאים משעתקים את עצמם ותאים אחרים ובכך זוכרים “מעין הגיעו”. שני סוגי משוב חיובי קיימים- ישיר ולא ישיר. ישיר- שהפקטור שעתוק משעתק את עצמו. לא ישיר- כאשר הפקטור שעתוק מפעיל פקטור שעתוק אחר שאחראי על השעתוק של הראשון.

דוגמא לפקטורי שעתוק מסוג מאסטר- Oct4, Klf4 ו-Sox2. כאשר לוקחים תאים ממויינים מסוג פיברובלסטים (Fibroblasts) ומשרים בהם את שלושת פקטורי השעתוק הללו, נוצרים תאי גזע מחדש בשם- Induced Pluripotent Stem Cells (בקיצור iPSC). אפשר לראות כי שלושתם אחראים על ייצור תאים פלוריפוטנטים (Pluripotent) בכך שהם משעתקים את עצמם וגנים אחרים.

שלילת מסיחים:

א’. מנגנון ה-Flip flop נקרא גם Indirect positive feedback loop. כלומר, כאשר הפקטור שעתוק מפעיל פקטור שעתוק אחר שאחראי על השעתוק של הראשון.

ב’.מנגנון ה-Feed forward loop מגיב לאותות ממושכים של קלט ולא לאותות קצרים. כלומר צריך גירוי ארוך על מנת שהמנגנון ימשיך לפעול. בנוסף, המנגנון שדרכו ישנו זכרון תאי הוא- Positive feedback, כמו שהוזכר מעלה.

ג’. ה-Negative feedback loop הוא מנגנון בו התוצר מעכב את הגן עצמו. כלומר הפקטור שעתוק הוא הרפרסור (Repressor) של עצמו. משוב זה מתקיים על מנת לשמר את ביטוי הגן ברמה קבועה וסטנדרטית למרות השינויים הסביבתיים שהתא עובר.

התשובה הנכונה היא ב’- אחת הדוגמאות הקלאסיות לרגולציית התרגום היא על האנזים Aconitase בהקשר רמות הברזל בתוך התא. כזכור מביוכימיה, אנזים זה משתתף במעגל קרבס (Citric acid cycle) ויש לו תפקדי נוסף בבקרת רמות הברזל בתא. כאשר רמות הברזל בתא יורדות האנזים מאבדאת אטום הברזל שלו ומתחבר לרצפים מיוחדים באזורים הלא מתורגמים (UTR=Untranslated region) של ה-mRNA של שני חלבונים חשובים. שני חלבונים אלו הם הפריטין (Ferritin) וטרנספרין (Transferrin). הראשון פועל כחלבון אגירה אשר מסוגל לקשור ברזל במצבי עודף בתא לשעת צורך והשני מהווה כרצפטור על ממברנת התא שמסוגל לבצע אנדוציטוזה (Endocytosis) לאטומי ברזל לתוך התא כאשר ישנו חוסר של ברזל בתא. ולכן במצבים של ריכוז ירוד של ברזל בתא האקוניטאז יאבד את אטום הברזל ויקשר לאזור ה-5’UTR של ה-mRNA שלפריטין על מנת לעכב את תרגומו כי התא זקוק לברזל ולא רוצה לאגור אותו. חשוב לזכור כי אנזים זה יהיה מחובר ל-mRNA רק כאשר יהיה מחסור בברזל.

שלילת מסיחים:

א.        האנזים אקוניטאז מסוגל להתחבר רק ל-5’UTR של פריטין ולא ל-3′ ולכן מסיח זה אינו נכון, כנ”ל למצב ההופכי שלו ב-mRNA של טרנספרין – מסוגל להתחבר רק ל-5′ שלו.

ג.         כלל “ברזל” (תרתי-משמע) כשאקוניטאז מתחבר ל-5′ הוא מונע תרגום (מכיוון שהתרגום מתחיל בקצה זה), וכאשר אקוניטאז מתחברל-3′ הוא מפעיל שעתוק. ולכן אין צורך להפעיל שעתוק של פריטין כיוון שהתא לא נמצא בעודף ברזל, הוא צריך את הברזל לשימוש מיידי, ולכן מסיח זה אינו נכון.

ד.        כפי שנאמר מעל, קשירת ל-5′ מעכבת תרגום וקשירה ל-3′ מפעילה תרגום. וכמו כן במצב של חוסר ברזל התא שואף לעודד ייצור שלטרנספרין (שיכניס ברזל לתא) ולא לעכב אותו.

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 459-460 (Aconitase)

התשובה הנכונה היא א’- ה-Processing bodies (או בקיצור P-bodies) הם אזורים בתא אשר בהם מתרחשת רגולציה על תהליך התרגום (Translation). באזורים אלו, אשר נמצאים בציטופלזמה, ישנו עיכוב או פירוק של גדילי ה-mRNA. חלק מה-mRNA יעברו ממנו לעבר ה-Stress granule אשר מכילים מספר רב של פקטורי אינציאציה (Translation initiation factors), חלבונים קושרי זנב Poly-A ואת תתי-היחידות הקטנות של הריבוזום. ב-Stress granule ה-mRNA יעבור למצב של “Translation-ready” שבו הוא מוכן להתחיל תרגום.

שלילת מסיחים:

ב.        חשוב לזכור שתהליך התרגום מתרחש בציטופלזמה ולכן אין סיבה שה-P-bodies יהיו בגרעין התא (Nucleolus), ולכן מסיח זה אינו נכון.

ג.         אכן ה-P-body מכיל מספר רב של אנזימי עיכול כגון Dcp1a שהוא אנזים שמסוגל לפרק את ה-5′-Cap (סוג של Decapping enzyme) ו-Argonaute שקשור במנגנון הפרעת רנ”א (RNAi = RNA interference), אך זהו לא אברון (Organelle) במלוא מובן המילה, מכיוון שהוא לא תחום בממברנה משל עצמו, ולכן מסיח זה אינו נכון.

ד.        כפי שנאמר מעל, חלק מה-mRNA שנמצאים ב-P-body עוברים רק עיכוב זמני וחוזרים לעבור תרגום, ולכן זה לא נכון.

 להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 461 (P-bodies)

תאי יונקים הם תאים דיפלואידים- מכילים סט גנים שהורש מהאב וסט גנים שהורש מהאם. הביטוי של חלק קטן מהגנים, תלוי ב-האם הוא הורש מהאב או מהאם. כלומר קיימים כ-300 גנים באדם, בהם רק אלל אחד הוא זה שמבוטא. כאשר עותק הגן המורש מהאב הוא האקטיבי, העותק האמהי המורש מושתק, ולהיפך. תופעה זו נקראת genomic imprinting.

מכיוון שרק עותק אחד של הגן מתורגם ומתבטא, ההחתמה יכולה לחשוף מוטציות רצסיביות, שהיו באופן טבעי מחופות על ידי העותק השני התקין, לדוגמה- Angelman syndrome- מחלה קשה של מערכת העצבים באדם, הגורמת ליכולות מנטליות מופחתות ולבעיות בדיבור, נגרמת ממחיקה על כרומוזום הומולוגי אחד ועל ידי השתקה (imprintimg) של ההומולוג השני והתקין. באופן זה, מכיוון שהתקין מושתק, המחיקה תבוא לידי ביטוי ותביא לפנוטיפ זה.

ברגע שאומרים שאותו החסר, גורם לשני פנוטיפים שונים לחלוטין, ישר נדע שמדובר בהחתמה גנומית, כלומר, לאב יש חסר מסוים בגן X שמושתק מהעותק האימהי – וגורם לפנוטיפ X ולאם יש חוסר באותו אזור בכרומוזום אך בגן Y או באותו גן אך באזור שונה, ואצל האב, אותו אזור תקין, מושתק, מה שמביא לפנוטיפ Y.

שלילת מסיחים:

מסיח א’- לא יכול להיות X inactivation מפני שאין הבדל בין זכרים לנקבות

מסיח ג’- קיים שוני בין הפקטורי מאסטר בין תאים שונים, מה שמביא להתמיינות שונה ולביטוי שונה בכל החומר הגנטי. כמו-כן, נניח והיה מדובר במקרה זה, היו מתקבלות אלפי מחלות שונות באדם, ולא שתיים ספציפיות ומובהקות.

מסיח ד’- בעיה בקינטוחור תביא לבעיה בהיפרדות כרומוזומים הומולוגים/ כרומטידות אחיות, ולא לשבירה והיפרדות של אותו הכרומוזום.

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 438-440 (genomic imprinting)

התשובה הנכונה היא ד’- barr body זה הכרומוזום X המושתק בנקבות. מאחר וההבדל בין נקבות לזכרים מתבטא בכרומוזומי המין, זכרים נושאים מטען גנטי XY ונקבות XX. בכרומוזום Y אין כמעט גנים ואילו בנקבות נוצר מצב של כמות גנים כפולה מאצל זכרים. כדי לאזן את זה, כל התאים בגוף הנקבה עושים תהליך של X inactivation לאחד מכרומוזומי ה- X רנדומלית. תהליך ה- X inactivation מתחיל ביצור של מולקולת long non coding RNA (lncRNA) שנקראת Xist, אותה מולקולה נקשרת לאתר בכרומוזום ה- X שנקרא X inactivation center (Xic). באופן הזה, קוראת לחלבוני chromatin remodeling שגורמים לדחיסת הכרומוזום והשתקתו.

שלילת מסיחים:

        א.        אם תיהיה השתקה של כרומוזום ה- X בזכרים, שממילא נושאים כרומוזום X אחד בלבד, זכרים ילקו בחסר גנטי. אנאפלואידיות של כרומוזום שלם היא אנאפלואידיות חמורה שסביר שאינה ברת חיות. על כן, התהליך קורה בנקבות, מאחר ויש להן כרומוזום X עודף, כדי לאזן את כמות המטען הגנטי ישנה השתקה של אחד מכרמוזומי ה- X.

        ב.        מסיח זה שגוי, כרומוזום X עובר השתקה רנדומלית בכל תא בגוף הנקבה. יתכן כי לא אותו כרומוזום X מושתק בכל התאים. הדבר בעל משמעות מינימלית לנקבה מאחר והכרומוזום נושא אללים שונים של אותו גנים. אולם ישנה דוגמא נראית לאינאקטיבציה של כרומוזום ה- X בנקבות של חתולים. הגן שמקודד לצבע הפרווה נמצא על כרמוזום ה- X, רק בנקבות נוכל לראות 2 צבעים לפרווה.

         ג.         מתרחש ביונקים. דוגמת החתולים בהסבר למסיח ב’ ממחיש את זה מעולה, אבל גם בבני אדם. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 440-445 (X-inactivation)

התשובה הנכונה היא א’- הכרומטין הוא המבנה של ה-DNA יחד עם החלבונים שמחוברים אליו. החלבונים הללו נחלקים להיסטונים (Histones) ולחלבונים כרומזומלים שאינם היסטונים (Non-histoneschromosomal proteins). את הכרומטין ניתן לראות בשני קומפורמציות: הטרוכרומטין (Heterochromatin) שבו ה-DNA דחוס ובקושי עובר שעתוק, ואאוכרומטין (Euchromatin) שמהווה כקונפורמציה פתוחה שעוברת שעתוק. היכולת לעבור בין המצבים טמונה בעיקר במודיפיקציות הרבות שנעשות בזנבות ההיסטונים (Histone tail) שנמצא בקצה ה-N-terminal שלו. ישנם 3 מודיפיקציות עיקריות שחובה להכיר היטב: (1) פוספורילציה (Phosphorylation) שמתרחשת בעיקר על סרין (Srine) , (2) מתילציה (Methylation) שמתרחשת בעיקר על ליזין (Lysine) ו-(3) אצטילציה (Acetylation) שגם מתרחשת בעיקר על ליזין. האחרונה גורמת בעיקר לאקטיבציית שעתוק מכיוון שקבוצת האצטיל (Acetyl) בעלת מטען שלילי אשר מנטרל את המטען החיובי הטבעי של ההיסטון מה שגורם לו להרפות מעט מאחיזתו ב-DNA (כזכור, ח. הגרעין הן שליליות וההיסטונים בעלי מטען חיובי ולכן הם נקשרים היטב). אצטילציה זו מתרחשת בעיקר על היסטון H3 בעמדה 9 שלו, האצטילציה אינה מתרחשת על לאוצין (Leucine), מכיוון שכזכור מביוכימיה, ח. אמינו זו מכילה שייר (Side chain) לא פולרי (Non-polar), זאת לעומת ח. אמינו ליזין שהיא בעלת מטען חיובי בשייר שלה שמסוגל להתחבר למטען השלילי של קבוצת האצטיל.

שלילת מסיחים:

        ב.        מתילציה של רצפי ה-GC שנקראים CG islands גורמת להשתקת הגנים, כלומר ליצירת מבנה דחוס יותר של הטרוכרומטין. ולכן כן התרחש שינוי במבנה הכרומטין.

         ג.         הפקטור TFIID הוא סוג של פקטור שעתוק כללי (General transcription factors) אשר אחראי על שלב אינציאציית השעתוק של DNA polymerase II. כאשר ה-TFIID מזהה רצף מיוחד שנקרא TATA box בפרומוטר של הגן, תת-היחידה TBP שלו גורמת לפתיחה קטנה של ה-Double helix על מנת שיוכל להתחבר, ולכן מסיח זה גם איננו נכון מכיוון שה-TBP גורם לשינוי במבנה הכרומטין.

        ד.        האנזים Histone Deacetylase (HDAC), כפי ששמו מעיד עליו, אחראי על דה-אציטילציה של היסטונים, כלומר הוא מוריד את קבוצת האצטיל מההיסטון וכפי שנאמר מעל, הורדת האצטיל תגרום להידוק הקשר בין ההיסטון ל-DNA (יצירת מבנה שלהטרוכרומטין) ולכן מסיח זה גם איננו נכון.

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 435-436, 206-207

התשובה הנכונה היא א’- באאקריוטים הדינוקלאוטידים CG עוברים מתילציה בעמדת הציטוזין. אולם ישנם איי CpG (CpG islands) שאינם ממותלים ונמצאים בעיקרי באזורים של House keeping genes, כלומר עוברים ביטוי באופן קבוע ורציף בתא. אזורים ממותלים משרים הטרכומטיזציה באזור. אזורים במבנה של הטרוכרומטין דחוסים למידי ולא מאפשרים ביטוי גנים. 

שלילת מסיחים:

        ב.        כפי שראינו במסיח א’, דינוקלאוטידים CG ממותלים בעמדת הציטוזין והיא הראשונה.

         ג.         מתילציית DNA משתיקה את הגן על ידי השריית מעבר למבנה הטרוכרומטין, שהוא המבנה כרומטין הדחוס יותר, ועל כן, לא מאפשר זיהוי רצף על ידי חלבוני שעתוק.

        ד.        אפיגנטיקה עשויה להיות מועברת בתורשה, אך זה קשור להורשה אבהית או אימהית אבל כל גן וכן, המתילציות נמחקות טרם להפרייה והחתמה גנומית תקרה כתלות במקור העוברי של אותו אלל. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 435-438 (CG islands)

התשובה הנכונה היא ג’- הפונקציה של מתילציית DNA באאוקריוטים היא בכדי להעביר לצאצאים את דפוסי ביטוי הגנים, שכן, מתילציה גורמת להשתקת גנים באזור. המטרה היא בעצם, לשמר מדור לדור דפוסי ביטוי גנים. מנגד, הפונקציה של מתילציית DNA בפרוקריוטים היא בשביל להבחין בין DNA זר לעצמי. שכן פרוקריוטים נתקפים על ידי וירוסים (בקטריופאג’ים) בעלי מבנה DNA זהה בחלק מהמקרים (מה שלא קורה לאאקריוטים שהותקפו על ידי וירוס או חיידק שבעלי מבנה DNA שונה תמיד) והמתילציה מסמנת את ה- DNA שלהם כעצמי. 

שלילת מסיחים:

        א.        ההפך הוא הנכון, גנים שמשועתקים מאופיינים ברמת מתילציה נמוכה. שכן, מתילציה ל- DNA גורמת להשריית הטכרומטיזציה באזור. האזור נדחס למבנה של הטרכומטין ונחסמת הגישה לחלבוני שעתוק. שכן לא ניתן לזהות את רצף ה- DNA במבנה הטרוכרומטין.

        ב.        זה נכון לגבי פרוקריוטים, השימוש של מתילציה בפרוקריוטים נועד לאבחנה בין DNA עצמי ל- DNA זר.

        ד.        התורשה של מתילציה יכולה להיות מהאמא או מהאבא וזה תלוי בגנים. ישנם גנים שמוחתמים אבהית וגנים שמוחתמים אימהית. החתמה גנומית (genomic imprinting) זו דרך הורשה אפיגנטית ואופציה למיסוך על אללים פגומים. אולם אם גן אבהי עבר החתמה (מתילציה שמובילה להשתקה של הגן) והאלל האימהי מוטנט, נקבל צאצא הטרוזיגוט למוטציה אך עם מוטציה דומיננטית. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 435-438

התשובה הנכונה היא ג’- האצטילציה היא ריאקציה נפוצה מאוד בהקשר של ביטויי גנים. מכיוון שקבוצת האצטיל בעלת מטען שלילי היא מתחברת לזנב ההיסטון (N-terminal histone tail) בעיקר על ח. האמינו ליזין, מכיוון שהשייר (Side chain) שלה מכיל מטען חיובי. כזכור, הקשירה של חלבוני ההיסטונים ל-DNA נובעת מהמטענים ההפוכים שלהם (חיובי ושלילי, בהתאמה), ולכן כאשר האנזים HDAC (Histone Deacetylase) יוריד קבוצות אצטילמה היסטונים (בעיקר מליזין שבעמדה 9 על היסטון H3) ההיסטון יהדק את אחיזתוב-DNA ויגרום ליצירת מבנה דחוס יותר של הטרוכרומטין (Heterochromatin). 

שלילת מסיחים:

        א.        כזכור, מביוכימיה סרין היא ח. אמינו פולרית שאינה מכילה מטען חשמלי בשייר שלה, ולכן קבוצת האצטיל אינה יכולה להתחבר אליה.

        ב.        כנ”ל לגבי ח. האמינו תראונין אשר איננה מכילה שייר בעל מטען ולכן מולקולת האצטיל לא תוכל להתחבר אליה.

        ד.        מסיח זה מעט מבלבל, מכיוון שהיסטדין אכן נחשבת כח. אמינו חיובית אך כזכור מביוכימיה ח. אמינו זו בעלת PKa שקרוב מאוד ל-7 ולכן מתפקדת הן כחומצה והן כבסיס, אך היא איננה מסוגלת לקשור אצטיל ולכן מסיח זה אינו נכון. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 205-208 (histon modifications)

התשובה הנכונה היא א’- רוב התרגום בתא האאוקריוטי נעשה דרך סריקת ה- mRNA מקצה ה- 5’cap ועל ידי קישור ה- 5’capעל ידי eIF4E. אולם, ישנו מנגנון אינציאציית תרגום שעוקף את השימוש בפקטור eIF4E ועקב כך, גם אינו קושר את קצה ה- 5’cap. מנגנון זה בשימוש נרחב בעיקר על ידי וירוסים של יונקים. שכן, וירוסים הרבה פעמים חוסמים את מנגנון התרגום הרגיל התא (דרך eIF4E) ובגלל שהם טפילים של מנגנון התרגום (זאת הסיבה שהם לא עצמאיים, לא מסוגלים לתרגם בעצמם את החלבונים שלהם), הם צריכים עדין לגרום לתא אליו הם פלשו לתרגם את החלבונים שלהם. הם עושים זאת על ידי מבני IRES ב- mRNA. אותם מבנים מיוחדים מכוונים את קומפלקס התרגום ל- AUG הרלוונטי, שהוא גם לא בהכרח ה- AUG הראשון מתחילת ה- mRNA. שכן, אין סריקת את ה- mRNA מתחילתו ועל כן לא צריך להתחיל את מסגרת הקריאה מתחילתה. חשוב לשים לב כי המנגנון קיים גם אצל יונקים אך הוא אינו מנגנון התרגום המועדף בתא, וירוסים בסך הכל מנצלים אותו.

שלילת מסיחים:

        ב.        החלבון Xrn1 הוא אקסוריבונוקלאז מכיוון 5′ ל- 3′. הוא קשור בפירוק mRNA ולא בתרגומו. אינו מופיע בסילבוס אלא מובא כאן כדוגמא למצב בו ישנה שאלה בה אחד המסיחים אינו מוכר לנו כלל ונוכל לדעת את התשובה לפי החומר שאנחנו כן מכירים. קורה לעיתים נדירות מאוד, אך הבוחנים יכולים לעשות ככל העולה על רוחם במבחן

         ג.         רצפי IRES נקשרים דווקא לפקטור eIF4G.

        ד.        זהו מנגנון התרגום הרגיל בתא, גם בתשובה עצמה ניתן להבין שיש שימוש ב-5’cap, מכאן שהמסיח לא עונה על השאלה. 

להרחבה – Alberts, מהדורה שביעית, עמ’ 458-459 (IRES)