cell sikum (1)

אזהרה

:זכויות יוצרים

.ר יוסף רוטמן"י ד"נערך ועובד ע, נכתב ו זבחוברתהחומר

שייכות לבעליהן וחל איסור להפיצם ללא קבלת רשות הבעלים בחוברתכל התמונות המופיעות

.בכתב

:התמונות נלקחו מהמקומות הבאים

Molecular Biology of the Cell, Alberts et al. 3rd. ed. Garland Pub .א

Cell Molecular Biology, 3rd Edition. Scientific America Pub .ב

מאמרים מקצועיים .ג

רחבי העולםבאתרי אינטרנט ביולוגים .ד

לצרכים לימודיים ופנימיים של הפקולטה למדעי החיים באוניברסיטת בר אילן ת מיועדהחוברת

פיץ את החומר בשום אין לה. שמוש מסחרי מכל סוג שהואהאין לעשות בחומר המופיע ב. בלבד

.צורה ומדיה ללא קבלת רשות הבעלים בכתב

2

תוכן

2................................................................................................................................................................תוכן 4...............................................................................................................................................................מבוא

6......................................................................................................................................................מושגי יסוד Chromosomes.......................................................................................................................10-הכרומוזומים

DNA............................................................................................................................................................10 DNA Replication......................................................................................................................14-הכפלת ה Transcription.............................................................................................................................17 -העתקה

Proteins........................................................................................................................................19 -חלבונים 21..............................................................................................................................................מבנה ראשוני 21...............................................................................................................................................מבנה שניוני

22.............................................................................................................................................מבנה שלישוני Lipids..............................................................................................................................................23-שומנים

Phospholipids......................................................................................................................24-פוספוליפידים Sphingolipids......................................................................................................................25-ספינגוליפידים

Steroids...................................................................................................................................................26 Mono & bilayers of micelles........................................................................26-שיכבתיות-יצירת מיצלות חד ודו

27...................................................................................................................................................הקוד הגנטיmRNA.........................................................................................................................................................28

Ribosomes.................................................................................................................................................28 tRNA...........................................................................................................................................................30

31..............................................................................................................................................לחלבון DNA-מ 31..........................................................................................................................................יםפרוקאריוט. א 32.............................................................................................................................................יוקאריוטים. ב

Translation........................................................................................................................37 -בנית החלבונים Endoplasmatic reticulum.........................................................................................................................41

Golgi aparatus...........................................................................................................................................43 45............................................................................................................................................................סיכום

Lysosomes................................................................................................................................................46 Zymogen....................................................................................................................................................47

Peroxisomes..............................................................................................................................................47 48....................................................................................................לעריכה ופרוק חלבונים Ubiquitin-מערכת ה 53.........................................................................................................................................................שגיאות

55..............................................................................................................................בקרה של סינתזת חלבונים Fluid Mosaic Model.................................................................................................................59 -מימברנות

Membrane transport.................................................................................................................................63 1. Passive transport................................................................................................................................64

65.......................................................................................................................................................דוגמה2. Active transport..................................................................................................................................68

Symport and Antiport..............................................................................................................................71 72...............................................................................................................................תנועת מים דרך קרומים

Donnan..............................................................................................................................73ל שווי משקל ש 74............................................................................................................................מולקולות גדולות וחלקיקים

Endocytosis............................................................................................................................................74 Phagocytosis..........................................................................................................................................75

תוכן מבוא לביולוגיה של התא

3

76........................................................................................................................................................סיכוםCell to cell signaling.................................................................................................................................77

Signal Transduction................................................................................................................................82 86...................................................................................................................השמוש בקלציום כסיגנל תוך תאי

Prostaglandins........................................................................................................................................88 89..........................................................................................................................................................נוגדנים

Cell wall.......................................................................................................................................91דופן התא 92....................................................................................................................................מערכות האנרגיה בתא

Glycolysis..................................................................................................................................................93 Mitochondria..........................................................................................................................95-מיטוכונדריה

Mitochondrial matrix...............................................................................................................................96 Inner mitochondrial membrane...............................................................................................................98

Respiratory chain.........................................................................................................98 -שרשרת הנשימה Intermembrane space...........................................................................................................................100

Outer membrane..................................................................................................................................100 101.............................................................................................................המערכת הגנטית של המיטוכונדריה

102..................................................................................................................הדמיון בין מיטוכונדריה לחידקיםChloroplast..............................................................................................................................................103

103....................................................................................................................................מבנה הכלורופלסטLight Reactions.....................................................................................................................................104 Dark Reactions.....................................................................................................................................106

108.....................................................................................................................חישוב אנרגטי של יצירת סוכר 108............................................................................................................................תורשה של כלורופלסטים

Plastids....................................................................................................................................................109 Vacuole....................................................................................................................................................110

Cytoskeleton..........................................................................................................................111 -שלד התא Microtubules.........................................................................................................................................113

114........................................................................................................................בתאתפקיד המיקרוטובולות Centrioles..............................................................................................................................................116

Intermediate filaments..........................................................................................................................117 118....................................................................................................................................ארגון הציטופלסמה

Cell Junctions.........................................................................................................................................121 125.......................................................................................................................................מחזור חיים של תא

126.................................................................................................................................................חלוקת התאProphase..............................................................................................................................................127

Prometaphase......................................................................................................................................128 Metaphase............................................................................................................................................128 Anaphase:.............................................................................................................................................129 Telophase.............................................................................................................................................130

Cytokinesis...........................................................................................................................................130 Meiosis..................................................................................................................................................133 139................................................................................................................................................מתא לרקמה

139......................................................................................................................מערכת ההתמיינות של תאים

מבוא מבוא לביולוגיה של התא

4

ד"בס

מבוא לביולוגיה של התא

ר יוס רוטמ"י ד"נית ע

:ספרות

Molecular Biology of the Cell, Alberts et al. 3rd. ed. Garland Pub.

מבואהמיקרוסקופ . ההכרה בקי ו ם התא כיחידה בסיסית לאורגניזם רב תאי קשורה בהתפתחות המיקרוסקופ

הראשון שבנה מיקרוסקופ מ ורכב . עדיין לא אפשר גילוי התא1610 -ב Galileoי "הראשון שנבנה עהוא נתן לתא את שמו וקבע כ י . 1665 -ב Robert Hookeוגילה בעזרתו את תאי השעם היה

.אורגניזמים בנויים מתאיםבנה מי קרוסקופ שה יה בעל ) Hookeבן ז מנו של (Antony vanLeeuwenhokeחוקר אחר מהולנד

לוונהוק דווח על מספר רב מאד של ממצאים וביניהם מיק רואורגניזמים . כושר הגדלה והפרדה גבו היםהוא תאר גם את גרעיני התאים ומבנים . תאי דם ומספר רב של תאים נוספים, תאי זרע, בטיפת מים

יותר ממאה שנים , לוונהוק החזיק בסוד את מבנה המיקרוסקופ שבנה וכתוצאה מכך. מורפולוגיים אחרים .איש לא הצליח לחזור ולאשר את תגליותיו, אחריו

בודותיהם של שני ביולוגים י ע" ע19 -התקדמות משמעותית נוספת בחקר התא חלה רק במאה השוואן עבד על תאי עמוד שידרה אנימליים ואישר . Theodor Schwann & Jacob Schleiden: חשובים

הוא גילה את תא הביצה והר אה שהצמח . שליידן עבד על תאים צמחיים. כי כל התאים מכילים גרעינים .גרעין בתא הוא הבחין גם בחשיבות ה. י חלוקת תאים"כולו נוצר מתא בודד ע

:י שוואן"עבודותיהם של שני חוקרים אלו הניחו את היסודות לתאורית התא שנוסחה ע

.י התאים "צמחים ובעלי חיים בנויים בעיקר מתאים ומחומר בין תאי הנוצר ע .1 .כל תא נוצר מתא שקדם לו .2 . האורגניזם ואינם קשורים בחיימסוימתהתאים הבונים את האורגניזם הם בעלי עצמאות .3 .חיי התאים ביחד מהווים את חיי האורגניזם כולו .4

, תאר את שלבי המיטוז ה A. Schneider. חלה התפתחות רבה בחקר התא1870-1880בעשור שבין Flemming את הופעת חוטי הכישור וחלוקת הכרומו זומ ים , תאר את העלמות קרום הגרעין במיט וזה

בשנים אלו התחילה גם , במקב יל. מחצית מספר הכרומו זומ ים בדיוקלאורכם כאשר כל תא בת מקבל אתבאמ צעות in vitroלראשונה הצליחו לסנתז חומרים אורגניים של התא במערכת . התפתחות הביוכ ימיה

. החומצות האמיניות שבחלבון20 מתוך 16עד לתחילת המאה העשרים הצליחו לזהות .תמצית תאים

מבוא מבוא לביולוגיה של התא

5

את Mendel פרסם 1865 -ב. עזרה מאד למחקר הביולוגיה של התא-19 במאה ההגנטיקההתפתחות בשורת ניסויים הראה שהתורשה מועברת משני . מחקריו שבה ן הניח את היסודות לגנטיקה המודרני ת

לתכונות הבאות לידי . לכל תכונה יש שני גנים בתא ושמקור כל אחד מהם מהורה אחר. ההורים בשו ו הולאלו שהתבטאותם ) Dominant(הוא קרא תכונות דומיננטיות , תן אותםביטוי גם כאשר רק גן אחד נו

רוב ממצאיו של מנדל המתינו חמישים ). Recessive(תלויה בנוכחות שני הגנים הוא קרא רצסיביים .י הגנטיקאים המעשיים רק בתחילת המאה הנוכחית"שנה נוספות וזכו להערכה ו התיחסות ע

Morgan: ם תרמו תרומה חשובה לה בנת מבנה ותפקוד התא היוחוקרים חשובים נוספים שמחקריה

) 1931(שתארה לראשונה McClintock-ו, Drosophilaשהכניס את העבודה עם זבוב הת סיסה Ledrberg, 1983 -שבירת כרומוזומים והחלפת חלקים ביניהם במיאוזה וקיבלה פרס נובל על כך רק ב

.1958 -ב פרס נובל -ביולוגיה המולקול רית ל E. coliשהכניס את העבודה על החידק

הוא DNA -הוכיחו לראשונה שה Martha Chase -ו Alfred Hershey עבו דותיהם של 1952 -רק ב, י הוירוס התוקף את החידק"בלבד ע DNAהם הראו שכתוצאה מהעברת . החומר האחראי לתורשה

. החידק יוצר את חלבוני הוירוס

תא קשורה בהתפתחות שחלה בפיתוח מכשי רים לאחר מלחמת העולם ההתקדמות הגדולה בחקר ה. הסתכלות לתוך אורגנלות שקודם לכן לא היו ידועותאיפשרההופעת המיקרוסקופ האלקטרוני . השניה

, לעקוב אחרי גלגול חומרים בתא ולזהות מערכות סינתזה ופרוקאיפשרהשמוש בחומרים רדיואקטיביים איפשר לזהות מבנה מרחבי של Xהשמוש בקרני . אקציות השונות בתאפשר למקם את הריי אמו כןכ

התפתחות הנוגדים החד , ולבסוף. התפתחות המחשב איפשרה פתוח מודלים ביולוגיים. מולקולות . שבטיים איפשרה בידוד וזיהוי תאים בעלי תפקוד שונה ומורפולוגי ה זהה

:תניתן לחלק את עולם החי לשלוש קבוצו, מבחינת מבנה התא1. Archeobacteria

2. Procaryotes

3. Eucaryotes

האחרונה הם נחשבו עד לתקופה. הארכיבקטרי ה הם חד תאיים חסרי גרעין בדומ ה לפרוקריוט יםהארכיבקטרי ה . לאחרונה נתגלה כי קבוצה זו אינה דומה לא לפרוקריוטים ולא ליוקריוטים. לפרוקריוטים

י ה עובדה שכול ם "תם בתקופתינו ניתנת להסברה עהישרדו. נחשבים כמקור לשתי הקבוצות האחרונות . חיים בתנאים קיצוניים שבהם אין להם מתחרים

:הארכיבקטרי ה מתחלקים לשלש קבוצות

1. Methanogenes -מחזרים . חיים בעומק רב ביםCO2 בעזרת H2 ל - CH4. 2. - Halophilesחיים בריכו זי מלח גבוהי ם מאד ובחומץ מרוכז.

מושגי יסוד מבוא לביולוגיה של התא

6

3. - Termacidophiles 80" רותחים"חיים במעינות גופריתºc-90ºc וב-pH מבנה . 2 -נמוך מ .התאים נחשב כמיקופלסמ ה

. דופן תאי הארכיבקטריה ב נוי מחומרים שונים שאף אחד מהם איננו זהה לחומרי הדופן של פרוקריוטים

הפרוקריוטי קרום התאים בנוי משומנים עם קשר אתרי במקום קשר אסטרי כמו בכל עולם החי .גם המנגנונים המטבוליים ש בהם שונים מזה שבכל עולם החי. והיוקרי וטי

לעיתים קרובות נצטרך להשתמש בדוגמאות . בקורס זה נתרכז בעיקר בתאים היוקריוט יםנלמד להכיר את אברוני התא מבחינת צורתם . מהפרוקריוט י ם כיוון שחלק ניכר מהמחקרים נעשו בהם

על , נלמד על יחסי הגומלין בין האורגנלות השונות. ל הקשר בין הצורה והתפקידותפקידם ונעמוד ע .מיטוזה ומיאוז ה, התמינות, נסיים במחזור חיי התא. תנועתם ותנועת התא

מושגי יסוד

קשה מאד למצוא . נמצא כי אין הדבר קל כפי שנראה לכאורה, "חיים"בבואנו להגדיר את המושג ההגדרה שנראת כקרובה ביותר . ותם הדברים שהיינו רוצים להגדיר כחייםקריטריון שיכ לול את כל א

".מערכת דינמית היכולה לשמור על רמתה האנרגטית"למטרה היא

, "כל מערכת דינמית בטבע שואפת להגדיל את האנטרופיה שלה"לפי החוק השני של הטרמודינמיקה מקסימלי מהוו ה מצב של מינימום אנרגיה מצב של אי סדר. סדר בתוכה-במילים אחרות להגדיל את האי

מצב זה נוגד את חוקי האנטרופיה . מאד פעילה ומאד מאורגנת, התא מהווה מ ערכת דינמית. במערכתשכשליש מהאנרגיה של תא במצב מנוחה , נמצא. על התא להשקיע אנרגיה רבה בשמירת הסדרל כןוע

תא . ל הרמה האנרגטית מגדירה אותו כחייכולתו של תא לשמור ע. משמש להתגבר על חק האנטרופיה .שמת מתחיל לאבד אנרגיה

נגיפים מתנהגים כמולקולות של דומם ). וירוס(גם בהגדרה זו נעמוד לפני בעיה כאשר נבוא להגדיר נגיף

הם מתעוררים לפעולה , ברגע שהם מצליחים לחדור לתא חי. כל זמן שהם נמצאים במצב חופשי בט בעאין לנגיפים מערכו ת . התא הפונדקאי לסנתז אותם במקום את חומרי עצמוומצליחים לשעבד את

מצב זה משאיר אותם בין עולם . אנרגיה והם משתמשים במערכות של התא הפונדקאיומיחזורלשמירה .החי והדומם גם לפי ההגדרה שלנו

אך , גיה כימיתהתא משתמש בעיקר באנר. לאנרגיה צורות שונות. מוגדרת כיכולת לבצע עבודהאנרגיה

חשמלית וגם מכנית באות לידי ביטוי , פוטואלקטרית, גם סוגים אחרים של אנרגיה כמו אנרגיה טרמית


7

התא מצמיד תהליכים כימיי ם של פרוק . חלק מהאנרגיה בתא נמצאת במצב של אנרגיה קינטית. בתא התא את איבוד בצורה זו מקטין. חומרים המשחררים אנרגיה עם תהליכי בניה הצורכים אנרגיה

בשלבים שונים בחיי התא יש הפרש בין האנרגיה המשתחררת . האנרגיה ומגדיל את יעילות התהליכיםמסיבה ז ו על התא לאגור ולשמור את . י תהליכי בניה"מפרוק קשרים כימיים לבין האנרגיה הנצרכת ע

הם צריכת האנרגיה למצבים ב, עודפי האנרגיה בזמן שי ש עודפים כאלה בצורת אנרגיה פוטנציאלית .תעלה על היצור

). ATP )Adenosin Triphosphate -החומר הנפוץ ביותר בעולם החי לשמירת אנרגיה היא מולקולת ה

מולקולות אלו ךהופ, פרוק מולקולה זו והורדת פוספט אחד או שנים ממנו והעברתם למולקולות אחרותימית תוך שחרור הפוספט ושמו ש באנרגיה מולקולות אלו מסוגלות לבצע ריאקציה כ. לאקטיביות

, יש בתא עוד מספר רב של מולקולות עשירות באנרגיה ATP -מלבד ה. המשתחררת ליצירת קשר חדש .אך הן ברובן ספציפיות לריאקציות מיוחדות

) זרזי ם(כל הריאקציות הכימיות בתא מתבצעות באמצעות אנזימים המשמשים בהן כקטלי ז טורים

כל אנזים ספציפי לריאקציה כימית מסוימ ת שרק אותה הוא מסוגל . זימים בנוים מחלבוניםהאנ. ביולוגייםמספר המולקולות . מסיבה זו מספר האנזימים ה שונים שהתא זקוק להם מגיע לעשרות אלפים. לבצע

.השונות בתוך התא עולה על מאה אלף


8

התא יוצר , ית של אבני בניןעל מנת לבנות מספר כה רב של מולקולות שונות ממספר מועט יחס

מספר קטן של אבני בנין . פולימריםשונים יכולים לתת מספר אין סופי של , פולימרים שונים כתוצאה משינוי בסדר

ביחס או במספר אבני הבנין מהם נבנה בדרך זו בונה התא עשרות . הפולימר

אלפי חלבונים שונים מעשרים חומצות ם אחד חלבונים אלו נבדלי. אמינו שונות

במספר חומצות האמינו : מהשניבסדר חומצות האמינו שבהם , שבהם

או ביחס חומצות האמינו השונות בדרך דומה בנויות גם חומצות . ביניהן

הגרעין בתא מארבעה חומרי בנין יש פולימרים של סוכרים הבנוים . בלבד

מסוכרים שונים ויש הבנוים מאבן בנין אחת וכל ההבדל ביניה ם הוא בסוג

תאית , עמילן: לדוגמא(הקשר בלבד


9

ם מגלוקוז בלבד וההבדל ביניהם נובע משוני בקשרים בין מולקולות יוגליקוגן שלושתם פוליסוכרים הבנוי ).הגלוקוז

אחד המאפינים הבולטים של הביוכי מי ה הוא בכך שמרבית הקשרים הביוכ י מים נוצרים כתוצאה מהוצאת

א לרוב וניתוק קשרים ביוכימים ה, בדרך הפוכה. יוצרות את הקשרמולקולת מים מבין שתי המולקולות הבדרך זו משמשים המים משתתף פעיל במערכת הביולוגית בנוסף . תוצאה של הכנסת מולקולת מים

.להיותם הממיס שבתוכו וב עזרת תכונותיו המיוחדות מתבצעות כל פעולות החיים

Chromosomes-הכרומוזומים מבוא לביולוגיה של התא

10

Chromosomes-הכרומוזומים

, Mendel. את תהליך חלוקת התא וחלוקת הכרומוז ו מים Flemingגילה ותאר לפני למעלה ממאה שנה הניח שהכרומוז ומים שבגרעין אחראים על תכונות התא וכתוצאה מכך גם הגנטיקהבקבעו את יסודות

ההנחה של מנדל היתה מבוססת על כך שלפני חלוקת התא ניתן להבחין . על תכונות האורגניזם כולובחלוקת התא כל תא בת מקבל מערכת זהה . וב חלוקתם המדויקת לשני חצאיםבהכפלת הכ רומוזו מים

מערכות הכרומוזו מי ם הזהות והמנגנון המדויק של החלוקה הביאו למחשבה שהם . של כרומוזומ יםהשם כרומוזום בא מהעובד ה שחלקיקים אלו נצבעים . הגנטיתחייבים להיות הנושאים של האינפורמציה

).צבע=כרום(חזק בצביעת התא בפרוקריוט ים . בדיקת הרכבם הכימי של הכרומו זומ ים הראתה שונות בין תאים פרוקריוטים ליוקריוטים

. DNAאו בקיצור Deoxyribonucleic acidחומצה זו נקראת . הכרומו זומ ים בנוים מחומצת גרעין בלבד: הוא DNA -היחס בין חלבון ל. גם חלבונים DNA -ביוקריוט ים הכרומו זומ ים מכילים נוסף ל

protein/DNA=1.45-1.32.

DNA .פוספט ובסיס, סוכר: בנוי משלושה סוגים של חומרי בנין DNA -ה

).תמונה' ר( 1-4בעל מבנה טבעתי , deoxyribose -הוא ה DNA -הסוכר הבונה את ה .1 .Orthophosphoric acid -הפוספט היא חומצה זרחתית .2 :בסיס פוריני או פירימידיני .3

בני הבנין מתחברים ליחידה הנקראת נוקלאוטיד שלושת א

)Nucleotide .( כל נוקלאוטיד שלDNA בנוי מדאוכסיריבוז מחובר אחד 1 שלו מחובר פוספט ולפחמן 5שלפחמן

נוקלאוטידים שונים 4בדרך זו יתכנו . מארבעת הבסיסיםנוהגים לציין את . סוגי הבסיסים המחוברים4לפי

(ת הראשונה של הבסיס הנוקלאוטידים רק לפי האוT,C,A,G.(

בנוי משרשרת של נוקלאוטידים שבו כל פוספט DNA-ה

של הדאוכסיריבו ז 3'של נוקלאוטיד חדש מתחבר לפחמן DNA -כיוון החיבור של שרשרת ה. בנוקלאוטיד הקודם

ימצא DNAבתחילת כל שרשרת . 5-3הוא לפיכך DNA חופשי ובסוף כל שרשרת 5'נוקלאוטיד עם פחמן

DNA מבוא לביולוגיה של התא

11

).ציור' ר( חופשי 3'נוקלאוטיד עם פחמן היא המולקולה הגדולה ביותר הקיימת בטבע DNA -הגודלו הרב מעורר בעיות ). מלבד הפולימרים הסינתטיים(

כמו כן נשאלת השאלה . בקשר לארגונו בגרעין התא הקטן .איך מצליחה מולקולת ענק זו להתנועע בתא מבלי להקרע

Watson, Crick & Wilkins) 1953 ( הצליחו בעזרתוחישובי ם פיזיקליים לבנות מודל X בדיקה עם קרני

מצוי ב תא DNA -לפי תאוריה זו ה ). 1962 -קיבלו על כך פרס נובל ב (DNA -המסביר את מבנה ה כיוון שתי השרשרות הפוך . בצורת שרשרת כפולה כאשר מול כל פורין נמצא פירימידין בשרשרת הנגדית

.helix-αנה והן בעלות מב

5'ACGGTGTAAGCCGATTTCG3'

3'TGCCACATTCGGCTAAAGC5'

.Cתמיד Gבשניה ומול כל Tבשרשרת אחת נמצא תמיד Aמול כל

C≡Gבין , ישנם שני קשרי מימן A=Tבין . הבסיסים הנגדיים בשתי השרשרות קשורים יחד בקשרי מימןלעומת זאת היחס , G/C=1 ,A/T=1: הו א תמיד DNA -יחס הנוקלאוטידים ב. שלושה קשרים

A+T/G+C שונה ב- DNA ערך זה יכול לנוע בתחום . השוניםA+T/G+C = 0.4-1.9 ככל שכמות ה-G+C ב- DNA גדולה יותר ביחס ל- A+T ,בתאים . מספר קשרי המימן ג דול יותר והמולקולה יציבה יותר

.1.9 - ואילו ביוקריוטים ל0.4 -פרוקיוטים ערך זה מתקרב יותר ל-α -ב DNAבכל סיבוב של

אורכו , בסיסים10הליכס יש ועביה של 34Aשל סיבוב הוא

.20Aהשרשרת בסיבוב ה וא היא בעלת DNAתמיסת

כאשר . צמיגות גבוהה מאדמחממים את התמיסה והיא מגיעה לטמפרטורה מסוימת

(80-90°c) , הצמיגות יורדתשינוי זה בצ מיגות . בבת אחת

קשרי הוא תוצאה של ניתוק . המימן בין ה שרשרות הנגדיות

לפי הטמפרט ורה המדויקת בה ניתן לחשב את , חל שינוי זה


12

בקרור התמיסה . תהיה נקודת השינוי גבוהה יותר, ככל שערך זה נמוך יותר A+T/G+Cהערך של בטבלה DNA -דוגמאות לגודל מולקולת ה. מתחברות השרשרות בחזרה מעצמן ו הצמיגות שוב עולה

:הבאה

M.W (in Daltons) pairs of nucleotides length

Virus φ×174 3.4×106 5,386

Virus T2 or T1 120×106 182,000

E.coli 2,600×106 4×106 1.4mm

Man 15,000,000×106 3-4×109 2m

dalton הוא משקל של אטום מימן שהוא :g24-10x1.66024= 1023x1/6.023

בעל שרשרת לחידקים כרומוזום ב ודד

. בצורה טבעתית DNAכפולה של :כרומוז ום זה יכול להיות בשני מצביםcoiled (relaxed) or supercoiled

).תמונה' ר(בחידקים קשור בנקודה DNA -ה

אנזים בשם . מסוימת על קרום התאDNA topoisomerase אחראי

ובאופן ע קיף supercoiled -למבנה ה DNA -אחראי בדרך זו על האזורים ב .שיהיו פעילים מבחינת סינתזה

הכרומוזו מלי מכיל ים DNA -בנוסף לרוב החידקים חתיכות קטנות של

DNA אקסטרהכרומו זומ ליים הנקראיםplasmides . פלסמידים אלו אחראים להרבה מתכונותהכרומוזו מלי DNA -לפעמים פלסמידים אלו חודרים ל. ההסתגלות של החידקים לשינויי סביב ה

.יכים לה תחלק אתו כאילו היו חלק ממנווממשבתא DNA -אורך ה. מזו שבחידק600בערך פי . DNAתאים יוקאריוטים מכילים כמות גדולה מאד של

הכולל באדם DNA -מכאן שאורך ה, 1013 -מספר התאים באדם הוא כ. מטר2 -בודד של אדם הוא כאו למרחק שבין כדור הארץ , 104km×4הוא אם נשווה את זה לקוטר כדור הארץ ש (2x1010km -הוא כ

DNA -מסיבה זו מ חולק ה). באדם עולה על כולם DNA -הרי שאורך ה, 108km×1.44לשמש שהוא באדם לדוגמא יש . מספר הכרומו זומ ים אופיני וקבוע לכל סוג של אורגניזם יוקאריוטי. בתא לכרומוזומים

בכרומוזו ם DNA -לכרומוזו מים עדין אורך ה DNA -גם לאחר חלוקת ה. כרומוזו מי ם בכל תא ותא46


13

כז ה DNA -על מנת ש. הליכס-כאשר הוא כבר מקופל במצב של דבל 30mm -הקצר ביותר מגיע למבנה כזה הוא . עליו להיות ארוז בצורה מאד דחוסה , µm2-5ארוך יוכל להכנס לגרעין שקוטרו

.הכרומו זוםלבין חלבונים בסיסיים קטנים DNA -שרשרת הכפולה של ההכרומו זום הי וקאריוטי הוא קומפלקס בין ה

הכפול ה בכרומ וזום נכרכת DNA -שרשרת ה) histones M.W.=11,000-22,000(הנקראים היסטונים 8בשני סיבוב ים סביב יחידה של

היסטונים ויוצרת מבנים יציבים הנקראים אופיינו ). nucleosomes(נוקלאוסומים

שונים שקיבלו את סוגי היסטונים5ובודדו . H4 , H3 , H2B , H2A , H1: השמות

שמונה ההיס טונים שבנוקלאוסום מכילים H1 שני היסטונים מכל סוג פרט להיסטון

נמצא בדרך כלל H1. שאיננו משתתף בושבין שני DNA -על שרשרת ה

.נוקלאוסומים

המבנה הה ליכלי בעל חשיבות גדולה ה מבנה ז. DNA -לקריאת הקוד שעל ה

בו ז וגות הבסיסים Aיכול להיות מבנה , יפנו כלפי חו ץ משרשרת הסוכר פוספ ט

בו זוגות הבסיסים מפ שקות Bאו מבנה לאחרונה . את השרשרת ופונות כלפי פנים

-αהליכס במקום -βמבנה DNA -שבו לשרשרת ה Zנותן מבנה GCGCנמצא שסדר נוקלאוטידים .DNA -יסות פעול ת הלגילוי אחרון זה משמעות רבה בוו. הליכס


14

DNA Replication -הכפלת ה

על מנת שהחומר התורשתי הנושא את יש , תכונות האורגניזם ישמר מדור לדור

תוך העתקתו DNA -צורך בהכפלת ההמדויקת וחלוקת ההעתקים לשני התאים

DNA -ה כפלת ה. החדשים שווה בשווה .replication - נקראת ַׁשְעּתּוק

נתגלה באמצעות , שיםבתחילת שנות הש

DNA-אוטורדיוגרפי ה שבאזור השעתוק ה DNA replication -נפתח בצורת מזלג

fork -ועל כל גדיל נוצר גדיל נגדי חדש . DNAי האנזים "פעולה זו מבוקרת ע

polymerase י "שנתגלה עKornberg קורנברג ). 1959 -קיבל פרס נובל ב(

הצליח לבודד את האנזים ובעזרת , DNAנוקלאוטידים של , DNA שרשרת

DNAהצליח לשעתק , והאנזים Mg++יוני מכיוו ן שאחת משרשרות . במבחנה

ומאחר (התבנית תהיה תמיד בכוון ההפוך , )ואין אנזים אחד עושה שתי פעולות

נחוצים שני פולימרזות שונים שכל אחד נמצא שיש רק . יעבוד בכו ון אחרDNA polymerase א אחד והוא יכול לקרו

) DNA template(תבנית DNA -את הנשאלה השאלה כיצד . 3' ←5' ולבנות עליו את השרשרת הנגדית החדשה בכוון 5'←3רק בכיוון

הניחו ששעתוק הגדיל הנגדי מוכרח להעשות קטעים קטעים . משוכפלות בו זמנית שתי השרשרות .המתחברים יחד לשרשרת

י "אנזים זה אכן נמצא ע. נוסף שיחבר את הקטעים יחדנחוץ אנזים, על מנת שתאוריה זו תהי ה נכונהKhorona ) ונקרא ) 1968 -פרס נובל בDNA-joining enzyme אוDNA-ligase . בסוף שנות הששיםקצרים של DNA נוצרים קטעי 5‘ →3'י סימון רדיואקטיבי קצר בחידקים שעל השרשרת "נתגלה ע

Okazaki fragments ,(O.F.)ים אלו קיבלו את השם קטעים קצר. נוקלאוטידים מסומנים1000-2000 OF-קטעי ה. נוקלאוטידים100-200 קטעים דומים לאלו נמצאו יותר מאוחר גם ביוקריוטים באורך .


15

י "קטע זה נוצר ע. נוקלאוטידים10 -קצר של כ RNAמתחילים בקטע פולימרז שאיננו מסוגל להתחי ל DNA -ונחוץ ל DNA primaseהאנזים

.חדש רק להמשיך אותוקטע שמתקדם מאחורי DNA ligaseי האנזים "קטעים אלו מתחברים יחד ע .ומתקן שגיאות ודילוגים בשעתוק RNA -הפולימרז מו ריד את קטעי ה

שעליו השעתוק נעשת ברציפות נקראת ’5→’3 -ה DNA -שרשרת הואילו השרשרת הנגדית עליו . leading strand -השרשרת המובילה

lagging -נקראת שרשרת מפגרת , ק מתבצע קטעים קטעיםהשעתוstrand . השרשרת המפגרת צריכה להמתין לשרשרת המובילה עד

Okazaki fragments. -ההמתאים לגודלו של DNAשתחשוף קטע י מערכת "ומתוקנות מיד ע 10-4-10-5שגיאות חולפות קורות בתדירות של

לצורך חיבור נוקלאוטיד . עצמוהבקר ה הראשונה נמצאת בפולימרז . בקרהאם הנוקלאוטיד האחרון לא התאים ). ראשונית(מחוב ר לשרשרת כפולה OH-'3הוא דורש קצה , חדש

-פועל כ DNA polymerase -ה. הוא לא יוכל לחבר אליו נוקלאוטיד נוסף לפני שיחליף אותו, למקומוself correcting enzyme . לא מתוקנת גורמת להורשת מוטציהיכולת זו קריטית בגלל שכל שגיאה .

כך שהטריפוספ ט יהיה על ’3→’5חשוב שהבניה תעשה בכוון , כדי שהפולימ רז יוכל לתקן שגיאות .הנוקלאוטיד הנכנס ולא על קצה השרשרת הנבנת

. וממשיכו) Primer(תבנית גם שרשרת נגדית אליו הוא מתחבר DNA -בשביל הפ ולימרז נחוץ מלבד ה לעומת זאת הגדיל המפגר מתחיל ליצר שרשרת . רק לתחילת הסינתזה primerחוץ לגדיל המובי ל נ

-חדש הקומפלמנטרי על קטע ה primer שניות 4משמעות הדבר שהוא צריך כל . שניות4חדשה כל DNA לצורך זה נחוצה מערכת מיוחדת שתיצר כל הזמן . הבאprimer מערכת זו כוללת אנזים . חדשים

10 -באורך של כ RNA primersומשתמש בריבונוקלו זיד טריפוספ ט ליצירת DNA primaseהנקרא . Okazaki fragments -הפולימרז מתחבר לפריימרים אלו ומאריך אותם והופך אותם ל. נוקלאוטידים


16

כדי ליצור שרשרת . של הפרגמנט הקודם’ 5 -האוקזקי פרגמנט מסתיים כאשר הפולימרז מגיע לקצה הפריימר הישן RNA -פועלת מערכת התיקון במ הירות וחותכת את ה, ים הרביםמהקט ע DNAרציפה של

.הקודם ’5 -החדש לקצה ה ’3 -לאחר מכן הליגז מחבר את הקצה ה. DNA -ומחליפה אותו ב :בפתיחה זו משתתפים שני אנזימים. להפתח DNA -בחזית מזלג הרפליקציה מוכרחים שני גדילי ה

1. DNA helicase ליזה של י הידרו"שעATP משנה את המבנה ומתחבר לשרשרת הבודדת ותוךהפולימרז מסוגל לסנתז רק קטע קטן של . פותח את שתי השרשרות DNA-תנועה מהירה על פני ה

DNA כיוון ש הוא מתחבר חלש על ה- DNA בגדיל המפגר יש להשתחררות . ומשתחרר מהר מהגדילהוא נעצר וכתוצאה , הקודםקטע האוקזקי ברגע שהפולימרז מגיע ל. המהיר ה חשיבות גדולה

בגדיל המוביל . מהעצירה הו א יורד מיד ויכול להתחיל שוב -השעתוק נעשת ברציפות ועל הפולימרז להיות מחו בר חזק על ה

DNA .כדי להצמיד את הפולימרז ל- DNA , מתחבר אליו חלבוןבעז רת DNA -נוסף חלבון זה נסגר בצורת טבעת סביב ה

הקשירה . וקושר את הפולימרז לגדיל ATPל הידרוליזה ש, ברגע שהפולימרז נעצר, נמשכת כל זמן שהפולימ רז בתנועה .חלבון זה נפתח ומשחרר את הפולימרז

2. DNA binding protein מתחבר על הקטע החשוף של הגדיל .המפגר ומיש רו כדי שהפולימרז יוכל לשעתק אותו

מחוברים יח ד , Replication fork -כל החלבונים שתוארו בשנוצר על DNA -ה . ופועלים בהרמוניה) דלטון106(לקומפלכס גדול

הגדיל המפגר מתקפל בחזרה וכך שני הפולימרזות מחוב רים מאחורי מז לג השעתוק נשארים קטעי . ונמצאים אחד ליד השנילכן פועלים כאן חלבונים נוספים כמו . אוקוזקי לא מחוברים

DNA repair enzyme ומערכות בקרה , ר קטעים אלושמחב .נוספים הבודקים ומתקנים שגיאות


17

Transcription -העתקה

איננו עוזב את הגרעין ואילו DNA -ה. אחראי לתכונות התורשתיות בתא DNA-ה, כפי שכבר ק בענומכאן שחייבת להיות מולקולה נוספת . התכונות התורשתיות באות לידי ביטוי בעיקר בציטופלסמה

.RNA -מולקולה זו היא ה . שבגרעין לציטופלסמה DNA - את האינפורמציה מהשתעביר :פרט לשני הבדלים DNA -דומה במבנהו ל RNA-ה . סוכר ריבוז RNA -יש ב, DNA -במקום הסוכ ר דאוכסיריבוז שב .1 .Uracilבסיס RNA -יש ב DNA -ב Thyminבמקום הבסי ס הפירימידינ י .2

בדיוק כמו DNA-היא נבנת על פני שרשרת ה. DNA-ה כמו שרשרת האיננה כפול RNA -שרשרת ה DNA-ב Aמול כל . DNA -הבניה נעשת רק על אחת משתי שרשרות ה. DNA -השרשרת הנגדית של ה

אך באזורים רבים בבת , נעשת רק בקטעים קצרים יחסית DNA -העתקת ה. הנבנה RNA -ב Uיבוא .אחת

. אלא מספר פעמי ם רב, אין הוא מועתק פעם אחת, לצורך העתקהנפתח במקום מסוים DNA -כאשר השני פוספטים . טריפוספט-החדש באים בצורת נוקלאוטיד RNA -ארבעת הנוקלאוטידים הבונים את ה

נחתכים ממנו בזמן ה בני ה והאנרגיה המשתחררת כתוצאה מכך משמשת ליצירת הקשר החדש .בפולימר

האנזים המחבר את הנוקלאוטידים נקרא : החדש RNA-שני אנזימים משתתפים בבנית ה

pyrophosphatase האנזים שפועל ליצירת השרשרת , כיוו ן שהוא חותך פוספט מהנוקלאוטיד הבאאו בקיצור DNA dependent RNA polymeraseנקרא DNA-י קריאת שרשרת ה"החדשה ע

RNA polymerase .כמו הפולימרז של ה-DNA ל לקרוא את הכך גם פולימרז זה יכו- DNA בכוון אחד .3' ←5'רק בכוון RNA - ולכן יכו ל לבנות את ה5'←3'בלבד והוא


18

פרט לאחד שנעסוק בו בשלב מאוחר יותר והו א (תבנית לצורך פעולתם DNA -כל הפולימרזו ת זקוקות ל ).Poly-A-polymerase -ה

DNAביוקריוט ים רק שרשרת אחת של , RNA-משמשת כתבנית לבנית ה

השרשרת השניה מתפקדת רק ועוזרת ביצו ב DNA -בהכפלת ה בפרוקריוט ים , לעומת זאת. המולקולה

. שתי השרשרות יכולות לשמש כתבניתמופיע DNA -מה 1% -באדם רק כ

. RNA-בתא כקיימות תאוריות שונות לגבי הצורך

לא DNAבכמוי ות גדולות כל כך של :מנוצל בתא

לית של להגדיל את המסה הפ יזי ק .1 .הגרעין

פרזיט שנתווסף לתא DNAזה .2במשך השנים הרבות של האבולוציה תוך שעבוד התא לשכפלו ללא כל

.תמורה לתא, כיוון שהאבולו ציה היא שמרנית מטבעה

DNA עודף זה הפך במשך הדורות DNAלות חלקו רגולטורי ומווסת פעי, חלקו סטרוקטורלי וגורם לדחיסת הכרומו זומ ים. לחלק חשוב בתאעל מנת להגן עליו נספחים . ביוקר יוטים הו פך אותו לשביר מאד DNA -אורכו הרב של ה. באזורים אחרים

חלבונים רבים ). נוקלאוסומים(ויוצרים גושים קומפקטיי ם , ההיסטונים, אליו חלבונים קצרים בסיסיים .אחרים מתחברים אליו כרגולטורים לוויסות פעולתו

Proteins -חלבונים מבוא לביולוגיה של התא

19

Proteins -חלבונים

:החלבונים ממלאים תפקידים רבים בעולם החי ).Buchner 1897י האחים "נתגלו לראשונה בשמרים ע( קטליזטור ביולוגי -אנזימים .1 .חומרי בנין של קרום התא .2 . שערות-בונים אברים .3 .אלסטין, קולגן-חומר בין תאי .4 .תנועה, פעילות מוטורית-חלבוני השריר .56. Haemoglobin -העברת חמצן . .insulin -הורמונים .78. buffer - שמירה על pH קבוע בתאים.

רוב הריאקציות הביולוגי ות דורשות בתנאי . י אנזימים"כל הפעולות המטבוליות בתאים מתבצעות עבתא . לחץ גבוה ועו ד, ריכוזי ם גבוהים, גבוה ה' טמפ, נמוך מאד pHמעבדה תנאים קיצוניים כגון

ולמרות כל , ריכוזים נמוכים ולחץ נמוך, )20-40ºc(נמוכה ' טמפ, ניטרלי-pHהתהליכים האלו במתבצעים , מכאן. זאת יעילות הריאקציות גבוהה פי כמה מאשר בתנאי מעבדה הודות לפעולת האנזימים

גם סינתזת הסוכרים (הם הקובעים את כל תהליכי התא ואת כל מרכיביו ) האנזימים(שהחלבונים ). תלויה באנזימים והשומנים

הם פולימרי ם של החלבונים

חומצות אמיניות הקשורות יחד הן מולקולות . בקשר פפטידי

בעלות ארגון גבוה מאד ומבנה .מאד מורכב

היא מולקולה חומצה אמינית

אורגנית שהפחמן הקיצו ני שלה נושא קבוצה קרבוכסילית וקבוצה

).תמונה' ר(אמינית קבוצה הוא קשר ביןקשר פפטידי

קרבוקסילית של חומצה אמינית אחת ובין ה קבוצה האמי נית של

קשר זה . חומצה אמינית אחרת .נוצר תוך יציאת מולקולת מים


20

', שני פחמנים וחנקן וכו, שלד השרשרת הפוליפפטידית בנוי משני פחמנים וחנקן, כפי שניתן לראות

.Rכאשר על כל פחמן שני יש קבוצה צדדית של עשרים חומצות אמינו . מהן בונו ת את החלבונים20ע מספר רב של חומצות אמיניות אך רק ידועים בטב

.אלו זהות בכל עולם החי והצומח הפרו קריוטי והי וקריוטי ואפילו בנגיפים .חלבון יכול להכיל מכמה עשרות חומצות אמיניות ועד לכמה מאות

:החלבונים בטבע נבדלים זה מזה ב

.ו שבהםמספר חומצות האמינ .1 .סדר חומצות האמינו שבה ם .2 .יחסים כמותיים בין חומצות האמינו שבהם .3

יתר הקבוצות ה אמיניות והקרבוכסיליות של החומצות . לכל חלבון יש קצה אמיני וקצה קרבוכסי לי חופשילחלק מחומצות האמינו יש . האמיניות משתתפות בקשר הפפטידי ולכן אינן מתבטאות מבחינה כימית

קבוצות אלו ישארו חופשיות ויגרמ ו לתכונות חומציות או . R-צות אמיניות או קרבוכסיליות על הקבומלבד הקבוצות האמיניות והקרב וכסיליות יכולו ת להיות גם . בסיסיות לחלבון בהתאם ליחסיהן הכמו תיים

. שיוצרות קשרים עם מולקולות אחרות-SH ו -OHכמו R-קבוצות פעילות אחרות על ההראשונות הידרופיליות ואילו . לחלק את החומצות האמיניות לפי תכונותיהן בין פולריות ללא פולריותניתן

בסביבה מי מית יסתדר . כל התכונות האלו באות לידי ביטוי בתכונות החלבון. האחרונות הידרופוביות. לסביב ה המימי תי הקבוצות ההי דרופיליות ולא יחשפו "החלבון בצורה שהקבוצות ההידרופוב יו ת יכוסו ע

.בסביב ה היד רופובית יה יה המצב הפוךגבישים , שחקר את מבנה האטום Linus Paulingאחד החוקרים החשובים בחקר מבנה החלבונים הוא

קיבל פרס נובל על מחקריו אלו (הליכס -αהוא קבע שהמבנה היסודי של החלבונים הוא . וחלבונים ).1962 ופרס נובל לשלום בשנת 1954בכימי ה בשנת


21

. הליכס יוצר חלבונים סיביים-αמבנה ה בטבע אנחנו מכירים מלבד החלבונים . הסיבי ים גם חלבונים גלובולריים

החלבונים הגלובולריים בעלי מבנה מורכב ומסובך בצורת פקעת כאשר ברוב המקומות ב פקעת נשמרת גם המבנה

חלבונים . ההליכלי בצ ד המבנה ה פקעתי .גלובולרייםאלו נקראים חלבונים

:את מבנה החלבונים אנו רגילים לחלק לשלושה סוגים

מבנה ראשוניהמבנה הרא שוני מתיחס לסדר

החלבון . חומצות האמינו בחלבוןהראשון שבו הצליחו לקבוע את סדר חומצות האמינו הי ה

1953 -ב (Sanger האינסולין וקיבל על כך פרס נובל בשנת

האינסולין בנוי משתי). 1958 - ו21שרשרות פוליפפטידיות של

שתי . חומצות אמינו30י "השרשראות נקשרות יחד ע

.CysCysשלושה קשרי

החלבון השני ). 1965 -ב( in vitroהאינסולין הי ה החלבון ה ראשון שהצליחו לסנתז במעבדה במער כת .צות אמיניות חומ124שלו יש ) RNaseאו בקיצור (Ribonucleaseשסונתז במעבדה היה הא נזים

מבנה שניוניסידור זה תוצאה של קשרי מימן בי ן חומצות . הליכס של החלבונים-α -המבנה השני וני עוסק בסידור ה

או O=Cקשרי מימן נוצרים בין אטומי מי מן הקשורים לחמצן או חנקן לבין חמצן של . האמינו שבשרשרתמסיבה זו המרחקי ם בי ן . קבוצות הצדדיות שיוצרים את השרשרת הפוליפפטי דית ולא בין הNHחנקן של

סיבי צמר או שיער מתארכים : לדוגמה. קשרים אלו תורמים הרבה ליצוב המולקולה. קשרי המימן שווים-αהתארכות זו תוצאה של ניתוק קשרי המימן ושינוי צורת ה . מאורכם הרגיל2באוירה של קיטור כדי פי

).תמונה' ר (β -הליכס ל


22

מבנה שלישוניב החלבונים אינם מסתפקים במבנה ההליכלי ובעזרת קשרים נוספים בין הקבוצות הצדדיות יוצרים רו

.מבנה גלובולרי :האחראיות למבנה זה הן הקבוצות

1. )HO- (serine שיוצרת קשרי מימן. .lysine של -2HNהמתקשר עם glutamic acid של -COOHקבוצות פולריות כמו .2 .cysteine בין קשרים דיסולפידיים .3שגורמות לקיפול השרשרת במקום שהן נמצאות בגלל הפרעה prolineשל =) NH) iminoקבוצות .4

.ביצירת הקשר המימנילרוב מבנה זה אליפסואידי . קשרים אלו גורמים לכך שהמבנה השלישוני של החלבון הוא יציב וחזק

לחלבונים אלו ניתן לעשות . בתמיסות את המבנה המר חבי קריסטליזציה ולקבוע

את מקום קשרי המימן . X-rayי "המדויק ע infraבחלבון ניתן לקבוע בעזר ת קרינת

red. בעזרת כל השיטות האלו ביחד קבעו

) Kendrew & Perutz )1958 לראשונה ( myoglobin-את המבנה המרחבי של ה

המיאוגלובי ן ). 1962 -קיבלו פרס נובל בעלת בנוי משרשרת בודדת של חלבון ב

הפרולין מופ יע ות . חומצות אמיניות153החומצות , כצפוי בפינ ות המולקולה

ההידרופ ובי ו ת פונות כלפי פנים ואילו .ההידרופ יליות כלפי חוץ

ההמוגלובי ן מורכב מארבעה ). 1960 -ב (Perutzי "כ ע"המבנה המר חבי של ההמוגלובין נקבע ג .tetrahedralמבנהו המרחבי ) . quaternary(יעוני את הקשר ביניהם ניתן לכנות כרב. מולקולות חלבון

כאשר מורידים את . את המבנה השלישוני ניתן להרוס באמצעות חום בטמפרטורו ת נמוכות יחסיתמולקולות שעברו דנטורציה חסרות פעילות . הטמפרטורה חלק מהחלבונים חוזרים למצבם הקודם

.ביולוגית

Lipids-שומנים מבוא לביולוגיה של התא

23

Lipids-שומנים

החומצות השומניות ה ן . fatty acids -וצי ם של השומנים הם החומצות השומניותאחד מחומרי הבנין הנפ. carboxylic acidשבקצה שלהן קבוצה קרבוקסילית hydrocarbonsשרשרות ארוכות של פחמימנים

, פחמנים4-24אורך השרשרת הפחמנית הוא .מולקולה כזאת היא הידרופובית ואיננה מסיסה במי םחלקם הגדול של החומצות השומניות מכילות לפחות קשר ). פחמנים16-18לרוב (י לרוב המספר הוא זוג

במידה ו יש קשרים נוספים אז הם לכוון . (9∆) 9-10לרוב במק ום , כפול אחד בשרשרת הפחמימנים. הקצה המתילי של השרשרת

-12חומצות שומניות בעלות פחמנים עם קשרים רווים 24

עם קשרים בלתי , הן מוצקות .ים הן נוזלי ותרוו

י יוני "סיבון חומצות שומניות ע+Na או יוני+K גורמת להן

להיות מסיסות בסביבה יונים .amphipathicמימית

Mg++ -ו Ca++ערכיים של -דו .הופכים אותם בלתי מסיסיםרוב , בנוסף לחומצה השומנית

השומנים מכי לים גם גליצרול . פחמנים שעל כל אחד מהם קבוצה כוהלית3 הגליצרול היא מולקולה בעלת. במבנה השומ ן

אלו . או שומנים ניטרלים, (fats)הנקראים בקיצור שומנים triacylglycerolsהשומנים הפשוטים הם הם משמשי ם . שומנים אלו אינם פולריים ולכן הידרופו ביים. חומצות שומניות3אסטרים של גליצרול עם

).תמונה' ר(בעיקר כחומרי תשמורת לאנרגיה בגוף

: תפקידים עיקריים בתא2לשומנים .חומרי תשמורת לאנרגיה .1 .סביב מערכות שונות בתא) קרומים(יצירת בידוד .2

, mixed triacylglycerolsרוב השומנים המשמשים כחומרי תשמורת הם טריאצילגליצרידים מעורבים הרוויות הן המרכיב ות . רגות רוויון שונותהמכילים חומ צות שומניות רוויות ולא רוויות בעלי אורך שונה וד

הלא רוויו ת יוצרות שומנים נוזליים ומשתתפות בעיקר בבנית . העיקריות של השומנים הקשים ברקמות .הקרומים

lipaseי הי דרוליזה חומ צית ובעזרת האנזים "הטריאצילגליצרולים מתפרקים ברקמות ובמערכת העכול עחומצות שומניות בלתי רוויות . ות חומצות שומניות וגליצרולבפרוק מתקבל. המופרש מה לבלב למעי


24

בגוף מתרכז . שגורם לריח וטעם רעים לשומן, rancid fatsמתחמצנות בקלות בקשרים הכפולים ויוצרות אלו מתרכזי ם . adipocytes או fat cellsהשומן לרוב ברקמות החיבור בתאים מיוחדים הנקראים

.ן וברקמת השדבחלל הבט, בעיקר מתחת לעורכמות האנרגיה . צמחים משתמשים בעמילן, בעלי חיים משתמשים בשומנים כחומרי תשמורת לאנרגיה

שניהם (שניתן להפיק מגרם שומן היא יותר מפי שלוש מהכמות שניתן להפיק מגרם עמילן או גליקוגן ). פוליסכרידים

הגוף . דיפו שומנים כחומרי תשמורתלכן יע, לבעלי חיים חשיבות גדולה למשקל הגוף בגלל התנועהלעומת זאת כמות הגליקוגן שמסוגל לאגור אינה , מסוגל לאגור אנרגיה בצורת שומנים למספר חודשים

.מספיקה אפי לו ליום אחדלעומת זאת היעילות , למשקל אין חשיבות בצמחים. סוכרים-צמחים יעדיפו לשמר אנרגיה בצורת פולי

.הרבה יו תר גדולהבשמור אנרגיה בצורת סוכרים אצלם השומנים משמשים גם . שומנים משמשים מזון עיקרי של חיות הפלנקטון והדגים הנזונים מהם

.כחומר בידוד לטמפרטורה

Phospholipids-פוספוליפידים

קרומי התא מכילים בעיקר פוספוליפידים שהם שומנים

הם לא משמשים כחומרי . פולרייםאלא כאלמנטים , תשמורת בתא

הסוג . סטרוקטורליים בקרומים-הנפוץ בין ה פוספוליפידים הם ה

phosphoglycerides .הפוספוגליצרי דים בנויים ממולקולת גליצרול שעל הפחמנים

שלו יש שתי חומצות 2- ו1שומניות ועל הפחמן השלישי מחוברת חומצה זרחתית בקשר

על צידה השני של . אסטרי 3החומצה הזר חתית שעל פחמן

לפיכך יש לפוספוליפידים קצה הידרופו בי עם . מחוברת קבוצה אלכוהו לית בקשר אסטרי, יצרולשל הגלמולקולה כזאת מקוטבת בעלת . שתי חומצות שומניות וקצה הידרופילי עם חומצה זרחתית ואלכוהול

.amphipathicתכונה הידרופובית והידרו פילית נקראת


25

ברוב הפוספוליפ ידים החומצות השומניות . הכוהליתהפוספולי פידי ם השונים נבדלים בעיקר בקבוצה .כאשר אחת החומצות רוויה ואחת לא, פחמנים16-18בעלות

:הפוספולי פידי ם הנפוציםPhosphatidylethanolamine HO-(CH2)2-NH3+=ethanol amine Phosphatidylcholine HO-(CH2)2-N+(CH3)3=choline Phosphatidylserine HO-CH2-CH(NH2)-COOH=serine Phosphatidylinositol

מצב זה ה וא מצב מעבר . חומר המוצא בכל המקרים הוא טריגליצריד עם שתי חומצות שומניות ופוספט .וניתן למצוא אותו רק לעיתים רחוקות בתא

2הוא מכיל . המצוי ב ממב רנה הפנימי ת של המיטוכונדריה cardiolipinפוספוליפיד נ וסף חשוב ה וא . בגליצרול חופשי2פחמן . חומצות שומניות על הכוהלים1-4, ת זרחתיותחומצו

. ניטרלי pH -הזרחן של כל הפוספוליפ ידים והכוהלי ם הקשורים לחומצה הזרחתית טעונים שלילית בחומצה שומנית והאלכוהול , פוספט, מתפרקים הפוספוליפידים לגליצרול, בהידרוליז ה חומצית או בסיסית

. השונים מפרקים אותו באזורים שונים בהתאם לסוג הפוספוליפז phospholipase - ה אנזימי. המתאים

Sphingolipids-ספינגול יפידים

( של אמינ ואלכ והול , הם בנו י י ם מח ומצה שו מ נית ארוכה. ספינגול יפ יד ים הם המרכיבים הגדולים השני י ם בי ן ש ומנ י הקרומ ים

sphingosine( ,הם חסרי גליצר ול , פ ולר י או ת וצר כלשהו שלו וראש אלכו הול י .

: הספינגול יפ יד ים מתחלקים לשל ו ש קבוצות

1. Sphingomyelins הם הנפוצים ביו תר בי ן . שהם בעלי קבוצה של חומצה זרחתית ו לכן נחשבים גם כפוספ ול יפ יד י ם

.הספינגול יפ יד ים ומצ ו י ים בע יקר בבידוד המ יאל ינ י של תאי העצב

2. Cerebrosides ,בראש הפולר י סוכר . חסרי טעינה חשמלית כ י ו ו ן ש הראש הפולרי נ יטרל י, רחתית א ינם מכ יל ים חומצה ז

.גל ו קוצרברוזיד מצ ו י בעיקר בתאים שאינם תאי עצב. גלקטוצרברוזיד מ צו י בע יקר בקרו ם תאי המח. אחד או י ותר

3. Gangliozides ,פינ י בי ן הסו כרים ה וא האו. מכ יל ים קבוצה סוכר ית גד ולה בראש הפולרי. המורכבים בי ן הספינגול יפ יד ים

החומצה . החומצה הסיאל ית טעונ ה שליל ית בסביבה ניטרל ית). N-acetylneuraminic acidשהוא (sialic acid-ה

. מש ומנ י ה קרומ ים של הת אים האפור ים ב מח ו משמש גם כרצפטור בקרום תאי הסינפסות 6% -הסיאלית מהו וה כ


26

Steroids

-הסוג הנפוץ שבהם הוא ה . טבעו ת מחוברות4הם בעלי . שומניתהסטרואידים הם שומנים חסרי חומצה cholesterol הכולוסטרול מרכיב חשוב מאד בפלסמה ובשכב ה החיצונית . שהוא סטרואיד עם אלכוהול

הסטרואיד , בצמחים. משומני הקרום בתאי הדם האדומים-30%הוא מהוו ה כ. של קרומי התאים .stigmasterol-המחליף אותו הוא ה

.ויתר המולקולה בלתי פולרי ) 3' על פחמן -OH(לוסטרול קצה פולרי קטן לכו

Mono & bilayers of micelles-שיכבתיות-יצירת מיצלות חד ודו

המיצלות הן בועות שבהן מולקולות . שומנים פולרים בסביב ה מימית יוצרים בצורה ספונטנית מיצלותפ המים נוצר שומן חד שכבתי שבו "ע. ידרופילי החוצה השומן מסודרות עם הקצה ההידרופ ובי פנימה והה

החומצה השומנית פונה .לאוויר

בין שתי שכבות הידרופי ליות עוביו של . השומן דו שכבתי

bilayer 6-7 -כזה הוא כ בריכוז גבוה . אנגסטרום

נוצרים ליפוזומים שהם שכבה כפולה של שומנים כאשר

' ר(בפנים ובחוץ שכבה מימ ית ).תמונה

פוזומ ים של פוספוליפי דים לי, יש להם טעינה חשמלית גבוהה. דומים מאד בתכונותיהם לקרומי התאים ומשמשים מודלים לניסויים

.מאפשרים מעבר חופשי של מולקולות מים ואינם מאפשרים מעבר יונים

הקוד הגנטי מבוא לביולוגיה של התא

27

הקוד הגנטי

Caspersson) 1930 ( ב דק יחסים שלRNA ,DNA ולטרה וחלבון בתאים בעזרת בליעה בתחום הא .בתא אחראי לסינתזת החלבונים RNA-בעקבות בדיקות אלו הגיע למסקנה שה. סגול

.RNA-ל DNA (transcription)-השלב הראשון בסינתזת החלבונים הוא העתקת הלחלבון הוא תהליך מורכב RNA-תרגום ה.לחלבון RNA -ה (translation)השלב השני הוא תרגום

, (G,C,A,U)בנוי מארבעה בסיסים RNA-ה. אספקת אנרגיה מתמדתהדורש שמוש באנזימים רבים ואם כל בסיס יהווה קוד לחומצה . בסיסים אלו צריכים להוות את הקוד לעשרים חומצות אמיניות שונות

לכן הגיעו . קודים16=42אם כל שני בסיסים יהוו קוד נקבל . אמינית אחת יהיו לנו רק ארבעה קודים קודים 64=43משלושה בסיסים נוכל לקבל . להיות מורכב משלושה ב סיסיםלמסקנה שכל קוד צריך

).מהווי ם שני קודים שונים UAC-ו CAUלכן , 3 ' ←5' נקרא רק בכיוון אחד RNA -כיוון שה(. שונים

הוא עבד . 1961 -עם קבוצתו ב Crickהראשון שהצליח להוכיח שאכן שלשה בסיסים מהווי ם כל קוד היה הצליח להוסיף או לגרוע נוקלאוטיד proflavinשתוקף חידקים ובעזרת T4-bacteriophageעם וירוס

גורמים להורדת חומצה אמינית אחת 3 או 2,1הוא הראה שהורדת נוקלאוטיד . DNA -משרשרת ההם גם הראו שהחלפת נוקלאוטיד אחד גורם ליצירת שלושה מוטנטים השונים רק בחומצה . בלבד

.codonנקרא RNA -כך כל שלישיה של בסיסים בלפי . אמינית אחתפענוח הקוד הגנטי נעשתה במקביל ב מספר

הצליח ליצר ) Nirenberg) 1961. מעבדות. U-מלאכותית של פולי RNAשרשרת

יחד עם תמצית חידקים U-שרשרת הפולייצר במבחנה חלבון שהוא פולימר של

phenylalanine) קיבל פרס נובל על פענוח ).1968 -ב Khorana הגנטי יחד עם הקוד

פרס נובל (Ochoaובמקביל גם , נירנברג בדקו תדירויות של בסיסים שונים , )1965

אשר לפיהם חישבו את תדירויות השלשות הם לא . וקבעו קודים שונים RNA-השונות ב

.הצליחו לקבוע את סדר הבסיסים בקודיםNirenberg & Leder) 1964 ( הצליחו

בלבד guanine-ו uracil-מ RNAלבנות הם . ושברו אותו לשלשות U/G=2/1ביחס

.valineמשמש קוד לחומצה האמינית GUU-הצליחו להוכיח שKhorona הצליח לבנותRNA עם סדר בסיסים שונים ולפענח בעזרתם שורת קודים נוספים.

mRNA מבוא לביולוגיה של התא

28

mRNA

1961) Jacob & Monod ( גילוRNA שיוצאזה ב על מספר רב RNA. מהגרעין לציטופלסמה

הוא מווה . של נוקלאוטידים ובנוי כשרשרת בודדתהם . לדעתם את הקוד הגינטי ליצירת חלבונים

או בקיצור messenger RNAזה RNA-קראו לmRNA.

שונים אחד מהשני בגודלם ובהרכ ב mRNA-ההם קומפלמנטריים ליותר . הנוקלאוטידים שבהם

עבודות כל ה(בחידקים DNA - של ה99% -מופענוח RNA-וה DNA-הראשונות על מבנה ה

הקוד הגינטי נעשו בחידקים מחוסר שיטות לעבוד -אורך החיים של ה). בתרביות תאים יוקאריוטי ם

mRNA ב. בתא החידק קצר מאד- °c37 הוא לאחר מכן הוא מתפרק בעזרת . מספר דקות בלבד

אנזימים בחזרה לנוקלאוטידים ויכול לשמש מחדש .חילוף חומרים מהיר זה מאפשר אדפטציה גבוהה לשינויי סביב ה . RNAת לבני

תאי דם )ברטיקולוציטים . כמעט מהתחלה היה ברו ר שמנגנון זה בחידק אינו זהה לתאים יוקאריוטיםא "ז. יש סינתזת חלבונים מספר ימים לאחר שאבדו את הגרעין( אדומים המאבדים את הגרעין

.ימיםממשיך לחיות מספר RNA -שה

Ribosomes

בתוך הציטופלסמה של תאים ובמיוחד על גבי הרטיקולום האנדופלסמטי ניתן להבחין בגרגור הנצבע בדיקת הרכבם הכימי של גרגרים אלו העלתה שבחידקים הם מכילים שני . חזק בעת צביעת התא

לו את השם חלקיקים אלו קיב. 1:1וחלבון בי חס RNAביוקאריוטים , ושליש חלבון RNAשלישים ribosome’s.

.בחידקים הריבוזו מים מהו וי ם כרבע ממשקלם % 1 -בתא והוא מסונתז על פחות מ RNA - מה80% -מהוו ה כ ) rRNAאו בק יצור (הריבוזומלי RNA -ה

איננו פעיל כלל בתאים DNA- של ה99% -כ, כאמור כבר למעלה(הפעיל בתא DNA-של האו , חייב להיות בעל פעילות גבוהה rRNAאחראי לסינתזת ה DNA -מכאן שהחלק ב). יוקאריוטים

נמצא כי שני . בתא RNA-הריב וזומלי חי יב ל היות בעל אורך חיים רב לעומת יתר ה RNA-ה, לחלופין, כתוצאה מהסינתזה המוגברת. מסונתז במקומו ת קבועים על הכרומוזו מים rRNA -ה. הדברים נכונים

Ribosomes מבוא לביולוגיה של התא

29

התעבויות אלו . פ הכרומוז ום"ענוצרים התעבויות במקומ ות אלו ).nucleolus (גרעינוניםזוהו כ בר לפני זמן רב ונקראו

במיקרוסקופ אלקטרוני ניתן לראות שהריבו זום בנוי משתי תת גודל שניהם יחד . אחד גדול יותר וכדורי והשני קטן ואליפטי. יחידות

' ר(מתחברות שתי התת יחידות יחד Mg++בנוכחות יוני . A 200-כ ).מונהתגודלם של חומצות גרעין ולפעמים גם של חלבונים נוהגים לבטא (ש הפיזיקאי הש ב די "ע, Swedbergהוא קיצור של השם S . S -ב

. שמצא דרך לבטא את גודלם של חלקיקים לפי מהירות שקיעתםאת החלקיקים משקיעים באולטרהצנטריפוגה אנאליטית בה ניתן

נוסחה מתאימה מתורגמים בעזרת. למדוד את מהירות שקיעתם ותמיסת מים c°20-הנתונים לתנאים סטנדרטיים שהם נקבעו כ

דבר זה מאפשר השוואת חלקיקים שהושקעו בתנאים . מזוקקיםכפי שניתן לראות מהנתונים למעלה כאשר חותכים מולקולה . שונים

של החלקים המתקבלים איננו S -סכום ה, לשני חלקיםS70של .) זהה למקור

Nomura) 1968 ( מצא ניתן S16 - הrRNA -של

לחבר חלבונים מחידקים שונים במקום החלבונים המקוריים ו לא משתנה

דבר זה מוכ יח . פעילותושפעילות החלק הקטן של הריבו זום אינה תלויה בספציפיות החלבונים

.שבתוכוהריבו זום הו א קומפלכס

וחלבונים רבים rRNAשל רובם של . שונים זה מזה

השונים מסונתזים כחטיבה אחת rRNA -ה. ונים אלו הם אנזימים המבטיחים את פעילותו התקינהחלבבזמן החיתוך נשמטים חלקים מאזורי . ולאחר מכן נחתכים לחתיכות לפי הגדלים שהזכרנו DNA -על ה

ים ואילו ביוקאריוט, ) נוקלוטידים20-30(חלקים אלו בפרוקאריוטים קצרים מאד . החיתוך ומתפרקים .גדולים

tRNA מבוא לביולוגיה של התא

30

tRNA

Crick העלה השערה שבנוסף ל- mRNA וה- rRNA חייב להיותRNA נוסף שיקשר בין ש ני הראשונים .על . י הריבו זו ם" למקום המסומ ן ע mRNA -זה צריך להיות הבאת החומצה האמינית אל ה RNAתפקיד

RNA זה להכיר את הקודונים על ה-mRNA לפי כך . המתאימהולהתאים אליו את החומצה האמינית ).31לפחות Crickלפי חישובו של (כזה RNA סוגים שונים של 20חייבים להיות לפחות

RNA זה אכן נמצא וקיבל את השםtransfer RNA או בקיצורtRNA. - מה 20% -הוא מהווה כ . נוקלאוטידים בלבד80 -הקטן ביותר ב תא ואורכו כ RNA -הוא ה tRNA -ה

RNA של ה1% -חות מבתא ונוצר על פ- DNA הפעיל. Holley בידדtRNA קיבל על כך פרס נובל (מתאי שמרים והצ ליח לקבוע בהם את סדר הנוקלאוטידים ψאו ) I (inosineמכיל מספר נוקלאוטידים עם בסיסים מיוחדים כמו tRNA -ה). 1968בשנת

(pseudouracil) ומספר בסיסים שעברו מתילציה. .הם השרשרת כפולה ויש אזורים בהם נוצרו לולאותיש אזורים ב tRNA -ב

5'-קצה ה. -CCA -ב tRNA - שנגמר תמיד בכל סוגי ה3'הקצה המתחבר לחומצה האמינית הוא הקצה .G -נגמר תמיד ב

אזור קשירת החומצה האמינית . הוא תמיד הצד הנגדי של אזור קשירת החומצה האמינית34-36אזור .74-76 הוא אזור

לכן הם צריכים להיות מקומות , השונים tRNA - שונים ב60-50 וכן האזור 20 ו16 ,17הבסיסים tRNA -שקושר את החומצה האמינית המתאימה ל aminoacil-tRNA synthetaseהקשירה לאנזים

.המתאים

לחלבוןDNA-מ מבוא לביולוגיה של התא

31

באיזור הלול אות נמצאים בסיסים שעברו שינויים וכתוצאה מכך אינם יכולים ליצור קשרי מימן עם .ים שממולם וליצור שרשרת כפולההבסיס

Nirenberg & Khorona קודים יש 61 -מצאו של, שפענחו את הקוד הגינטי tRNA עם אנטיקודוןונמצא שהם מהוו ים סימן לסיום סינתזת החלבון ע ל non senseקודים אלו קיבלו את השם . ולשלשה אין

.mRNA -הלאחר הקשירה . וא באמצעות האנזים הקושר בלבדובין החומצה האמינית שעליו ה tRNA-ההכרה ב ין ה

לאחר קשירת . המיוחד לו tRNA -ל tyrosineי קשירת "הדבר הוכח ע. יודע מה נקשר אליו tRNA -אין ה tRNA-ה. phenylalanine וקיבלו חומצה אמינית חדשה -OHהורידו ממנו את קבוצת ה tyrosine -ה

. tyrosine-בחלבון במקום ה phenylalanine -לא הבחין בשינוי והכניס את ה

החומצו ת . הו א קשר קוולנטי שדורש השקעת אנרגיה tRNA -הקשר בין ה חומצה האמי נית ובין ה בזמן הקשירה ניתק הפוספט והאנרגיה . האמיניות עוברות פוספו רילציה לפני קשירתן לאנזים

ניתק הקשר ב י ן tRNA -כאשר האנזים מתישב על ה. המשתחררת מנוצלת ליצירת הקשר עם האנזים .לבין החומצה האמינית tRNA -האנזים לחומצה האמינית ובאנרגיה המשתחררת נוצר הקשר בין ה

rRNA TRNA mRNA

הפעיל שיוצר אותוAND-אחוז ה 99%< 1%> 1%>

הכללי בתאANR-חלקו ב 3-5% 20% 75%

מולקולות בתא של אדם' מס 106×1 106×5 לחלבון DNA-מ

פרוקאריוטים. אהאנזים הראשון ; בפרוקאריוטים מתבצעת בעזרת שני אנזימים RNA -ל DNA -העתקת ה

Pyrophosphatase שחותך פירופוספט מהנוקלאוטיד החדש ומחברו לנוקלאוטיד האחרון בשרשרת ,. ומכוון א ת הסינתזה DNA -הקורא את סדר הנוקלאוטידים על ה RNA polymeraseהאנזים השני

חלבון . הוא נקשר חלש ומשתחרר ונקשר שוב. הכפו ל DNA-רז יכו ל להתחבר לכל חלק על ההפוליממסמן לאנזים promoter הנקרא DNA -ג ה"קוד מיוחד ע. פקטור עוזר בקשירת הפולימרזσ-הנקרא

הסיגמה פקטו ר . האנזים מתחבר בחזקה promoterעל ה. את מקום התחברותו ומקו ם התחלת העתקתו נוקלאוטידים קשורים כל הזמן עם קשרי 10 -12כ . לאחר שמספר נוקלאוטידים הועתקו DNA -יורד מה

. RNA-לבין ה DNA -מימן בין ה


32

אזור קשירת . ' וכו1-הנוקלאוטידים שלפניו מסומנים ב , 1+ הנוקלאוטיד ממנו מתחילה ההעתקה נקראתהוא כולל אזור של . ר התחלת ההעתקה נוקלאוטידים מאזו40 -הפרומוטר נ מצא בחידקים במרחק של כ

נמצא PB-ה). תמונה' ר(ש החוקר שגילה אותו "ע PB) Pribnow box( נוקלאוטידים הנקרא 6 -כבכל החידקים (תמיד נמצאת TATAATאבל קבוצה של , שווי ם PB -לא כל ה. 10–סביב נוקלאוטיד

ומכ יל 35-ריליים סביב נוקלאוטיד נוסף נמצא ברוב הגנים הבקט) conserved( אזור זהה ). שנבדקוTGTTGACA .אזור זה חשוב לקשירה מהירה ותחילת ההעתקה.

דבר זה אפשרי כיוו ן . כבר מתחילה תרגומו לחלבון DNA -פ ה"ע mRNA -עוד בטרם הסתימה בנית ה .3' לכוון 5'מתחיל מכוון mRNA -פ ה"שקריאת הקודים ע

, מאחר והפולימרז איננו ספציפי לגן. לסיום הסינתזה DNA -נמשכת עד לסימון על ה DNA -העתקת ה

שני . מוכרח להיות זהות מסויימ ת בין סיגנלי הסיום של הגנים השונים על מנת שהפולימרז יוכל לזהותם .Rho-dependent and Rho-independent: סיגנלים שונים זוהו בחידקים לסיום הסינתזה

והתבית עם ) מצוי בוירוסים שונים(מקורו כנראה וירלי . DNA-הוא חלבון היושב על ה Rho-פקטור הוגורם DNA -הוא מתישב באזורים שונים על ה. הזמן בחידקי ם שונים והפך לחלק אינטגרלי בתוכם

.לפולימרז להפסיק את הסינתזה בהגיעו אליואוטידים נוקל40 -במרחק של כ DNA-הוא פקטור המור כב מנוקלאוטידים על ה Rho-independentה

-25% לא הצליחו למצוא זהות בין הנוקלאוטידים של פקטור זה בין גנים שונים מעבר ל. לפני הסיום .Uובכל אחד מהם נמצא גם מספר GC -אזורים אלו עשירים ב. 75%

יוקאריוטים. ב

:התבטאות הגנים ביוקאריוטים שונה במספר מישוריםדרוש , ומפקטית ומאורגנת שאיננו מאפשר העתקה מהירהמלווה בהיסטונים וארוז בצורה ק DNA -ה .1

.רק בפרוקריוטים ניתן להעתקה מהירה. לפני כן שינוי בקונפיגורציה שעליו לעבור precursorאלא איזשהו , לרוב איננו הפונקציונליDNA -שנוצר בהעתקת ה RNA-ה .2

).נוצרים מפרקורסורים tRNA-וה rRNA -גם בחידק ה(עריכה


33

י שלוש פולימרזות שונות שכל אחת מהן מעתיקה קבוצה אחרת "יוקאריו טי נעשית ע RNAנתזת סי .3, 11-9האנזים בפרוקריוטים בנוי מחמש שרשרות פוליפפטידיות וב יוקאריוטים מ . של גנים בתא

.משקלו המולקולרי כחצי מיליון .נעשית בגרעין והתרגום לחלבון בציטופלסמה RNA -סינתזת ה .4

). ונוקלאוטידים Mg++ ,DNAבנוכחות (במבחנה in vitroרז הפ רוקאריוטי עובד טוב גם במערכת הפולימ in vitroהמערכת היו קאריוטית דורשת מרכיבים רבים נוספים ובגלל אי ידיעתם לא הצליחו ליצור מערכת

.1979עד

:תפקידי הפולימרזות השונו תRNApolymerase I : מסנתזrRNA כמו הפרקורסור של , עינוןגדולים באזור הגרS45 שמכיל Kb13.7 אשר יחד מהווים פח ות ממחצית S18=bK1.9S ,5.8=b160S ,28=bK5.1 :ונחתך ליחידות של

.הפרקורסורRNApolymerase II : מעתיקDNA לפרקורסורים שלmRNA.

RNApolymerase III :יוצר את ה- RNA ם את האלו כוללי. נוקלאוטידים300הקצרים שאורכם עד-

tRNA וה-rRNA 5S ורובם מסונתזים מחוץ לגרעינון .RNA קצרים אלו ממלאים תפקידים שוניםמבנהו הסופי בעל אחידות , rRNA -מסונתז בנפרד מיתר סוגי ה RNA 5S -ה. בגרעין ובציטופלסמה

ן הו א אי, )מצפרדע(כפי שידוע הי ום . במיטוכונדריה וב כלורופלסט, גבוהה בכל התאים היוקאריוטים, אולם. rRNA - מיתר סוגי ה5 נוקלאוטידים והוא מסונתז בכמות הגבו הה פי 120יש בו , עובר עריכה

.העודף מתפרק חזרה לנוקלאוטידים, 1:1 בריבוזום הוא rRNA-מאחר והיחס בינו ליתר סוגי ה

לו ס ופח י ם אליהם חלבונ ים א RNA. שתפקיד ם לא ברור RNAבתאים י וקארי ו טים ני ת ן למצ וא הרבה חלקיקי ם קטנים של

mall s (snRNPs: מבחינ ים ב י ן שנ י סוגים. )RNPs) rotein particlespucleoniborגרעינ י ים ו י וצר ים חלקיק ים הנקראים

uclearn ( ובי ןscRNPs) cytoplasmic .(י פ ו לימרז " חלקיקים אל ו נ וצר ו בר ובם עIII י פ ו ל ימר ז "ומע ו טם עII . י תכן והם

העובר מהגרעי ן לציט ופלסמ ה וקשור mRNA -נקשר ל S4.5שגודל ו snRNPs -אחד ה. בגרעי ן RNA -משמשים לער יכ ת ה

קש ור להעברת חלבונים דרך קרו מ ים , ונקשר ל חלבונים צ יטופל סמטיים 7Sשגוד לו scRNPs, ס וג אחר. להתחלת תרגו מו

אל ו ל רוב , ד מרכיבי התאים עצמםהגוף מפתח נוגדנים נג Lupus erythematousבמחלות כמ ו . (בזמן הו וצרו תם והפרשתם

.)scRNPs -וה snRNPs -ה

נו קלאוטיד ים מנקודת 50-25שנמצאות במרחק DNA -מכיר ות בסיגנלים של תחילת הס ינתזה על ה II-ו Iפול י מרזות

. נוקלאוטיד ים מתח ילת הסינתזה45מכיר בס יגנל של חלבו ן שנמצא במרחק IIIפול י מרז . ההתחלה


34

המענינת ביותר . טים משמרים ועד אדם פועלות שלושת הפולימרזות שהזכרנובכל התאים היוקאריוהפעיל בתא ועל כן קובעת DNA - של ה99% -המעתיקה יותר מ IIמבחינת פעילותה היא פולימרז

.למעשה אילו אנזימים וחומרים אחרים יהיו בתא DNA -הקשר בין ה. סוםנעשית כאשר הוא מחובר להיסטונים וכרוך על גבי הנוקלאו DNA-העתקת ה

חייב לחול שינוי במבנה המרחבי . להיסטונים חזק מאד בגלל הבדלי הפוטנציאלים הגבוהים ביניה ם .IIהמאפשר התחברות הפולימרז

נמצא בגנים , כסיגנל להתחברות הפול ימרז. הי וקארי וטי נעש ה על הקטע הנקרא פרומ וטר DNA -על ה IIחיבור הפול י מרז

תח יל ה . השקוע תמיד בת וך הנו קלאוסום , )TATAAATAשהיא חלק מקטע המכיל את הנוקלא ו טידים ( TATAרבים הקבוצה

שגורם ל אצטילציה של activator proteinsי " פע ולה ז ו נעשת ע. מ לאפשר ח יבו ר הפול ימרז"ע TATA box -יש לחש וף את ה

מאפשרת TATA box -ח שיפת ה. טוןלהיס DNA -י כ ך את חידוש הקשר בי ן ה" ומ ונע ע H4הקצה האמיני של ההיסטו ן

-אל י ו מתחבר ה preinitiation complexח יבור החלבוני ם י וצר . להתחבר אלי ו basal factorsלחלבונים נ וספ י ם הנקראים

RNA polymerase ומתח יל בהעתקה איטית של ה-DNA .פ ה"נחוצים אקטיבטור ים נוספ ים ע- DNA כדי לזרז את

מ הירות ההעתקה . RNA polymerase - נו לא וטיד ים ממק ום התחברות ה50-40רחק של ההעתקה מתחילה במ. הסינתזה

. נוקלא וטיד י ם לשניה30 -כ

II -מוסיף הפולימרז , נוקלאוטידים20 -החדש מגיעה לכ RNA -לאחר ששרשרת הנוקלאוטידים של הגואנין -נוקלאוטיד נוסף של מתיל

תהליך זה . לראש השרשרתגואנין והמתיל "capping"נקרא ".cap"נקרא

שמסונתזות RNA -מולקולות המסתימות תמיד IIי פולימרז "ע

. A -בשרשרת ארוכה של פוליי "שרשרת זו לא נבנית ע

י אנזים "אלא ע, IIהפולימרז . poly-A-polymeraseהנקרא

אנזים זה עובד רק אחרי A -שרשרת הפולי . IIהפולימרז והיא איננה " tail"נקראת

. DNA -מועתקת מה


35

נמצא DNAלבין mRNAבניסיונות היברידיזציה ב י ן כאילו DNA -שנוצרות לולאות על שרשרת ה

בדיקת . ההעתקה לא נעשתה ברציפות אלא בדילוגיםהמ סונתז בגרעין הרבה mRNA-התופעה גילתה כי ה

-נמצא גם כי ה. יותר ארוך מזה המו פיע ב ציטופלסמהmRNA עובר עריכה מחדש)processing ( מיד

לאחר הווצרותו והוא נחתך לחלקים ומתחבר בחזרה .בדילוגים

, "introns"נקראים mRNA-החלקים שנחתכים מהחלקם פועלים כווסתים של תהליכי סינתזה שונים

יש . בגרעין וחלקם מתפרקים בחזרה לנוקלאוטידיםהמתחברים יחד כוללים החלקים . כזה שלא התפרק RNA-הסוברים שחלק מהוירונים בגרעין מקורם ב

.היוצא לציטופלסמה בנוי מהאקסונים בלבד mRNA -ה". exons"ונקראים tail-וה cap-את ה" נוקלאוטידים הוא קיבל את השם 20,000הארוך הנוצר בגרעין יכול להגיע לאורך של RNA -ה

primary RNA transcript " או כפי שמקובל יותר בסיפרות"heterogeneous nuclear RNA ". והוא איננו עוזב את הגרעין hnRNAובקיצור הציטופלסמתי איננו עולה mRNA-ה, לעומתו

. נוקלאוטידים5,000באורכו על נמשכת עד לסיגנל RNA-ל DNA -העתקת ה

terminationהנקרא DNA-נוסף על הsignal . בתאים היוקאריוטים קשה להצביע על

ת נמצאת בכל זא. סיגנל אחיד לסיום ההעתקה AAUAAAקבוצת הנוקלאוטידים בעלת מבנה

A- נוקלאוטידים לפני הפולי20-12במרחק שסונתזה mRNAהקיים כמעט בכל מולקולת

גורמת G-ב U -החלפת ה .IIי פולימרז "עלא נורמלי ואילו החלפתו mRNAליצירת

בנוקלאוטיד אחר גורמת להמשך ההעתקה .tailארוך ללא mRNAוקבלת ב עזרת סימון ר דיואקטיבי ה ראה כי תוך מספר דקות לאחר הווצרותו הוא מתחיל hnRNA-אחר המעקב

אותם אנזימים מחברים . ומוציאים את האינטרונים hnRNA -אנזימים מיוחדי ם חותכים את ה. להתקצרהחדש mRNA -תוך כחצי שעה מתחילת ההעתקה מופיע בציטו פלסמה ה. מיד בחזרה את האקסונים

Piere Chambonי " ע1977 -נתגלה ב RNA splicingאו processingתהליך זה של . הסופיבגודלו


36

DNA - של ה10% -כ. היום ידועים גם גנים פרוקריוטים בהם קיים התהליך, רק בתאים יוקאריוטים .mRNA - משמש כ1% -ואילו רק כ hnRNA -בתאים אלו מועתק ל

) Tetrahymena(בריסניות מסוימות

hnRNA-שקטע האינטרון בנמצא . פועל גם כאנזים במלוא מובן המלה

קצה המולקו לה מתקפל ויוצר צורת טבעת זו חותכת את . טבעת

אמנם . hnRNA-האינטרונים מתוך החיתוך זה מתבצע על המולקולה

מחוץ (in vitroאבל במערכת , עצמההצליחו להוכיח שהפעולה יכולה ) לגוף

רות להעשות גם על מולקולות אחבעלות נוקלאוטידים זהי ם מבחינת

בעקבות ממצא זה . מקום החתוךדומים בתאים רבים RNAנמצאו

לממצא זה . אחרים בבעלי חיים שוניםחשיבות עצומה מבחינת התפישה

.האבולוציוניתישנם . DNA -שונים מאותה קטע ב mRNAמאפשרים יצירת hnRNA-שינויים בהוצ את האינטרונים מה

. בתאים אלו נוצרים חלבונים שונים בשלבים השונים. ליך כזה בתאים העוברים התמינותהוכחות לתההם מאפשרים הצטברות מוטציות במקום אחד . האינטרונים משנים לגמרי את התפישה האבולוציונ ת

דבר זה מאפשר שינוים אבולוציוניים גדולים בבת אחת . מבלי שבאות לידי ביטוי עד שיקרה עריכה שונה .Darwinוד לתפישתו האבולוציונית של בניג

Translation -בנית החלבונים מבוא לביולוגיה של התא

37

Translation -בנית החלבונים

אזור הקוד לחלבון , האזור שלפני הקוד לתחילת התרגום: לשלושה אזוריםmRNA -ניתן לחלק את ה. נוקלאוטידים כל אחד30-100האזור הראשון והאחרון יכול להיות באורך . והאזור שלאחר הקוד לתרגום

. בגודל החלבוןאזור הקוד תלוי :את בנית החלבונים ניתן לחלק לשלשה שלבים

1. Initiation. 2. Elongation. 3. Termination.

1. Initiation : קוד ההתחלה לסינתזת החלבון הוא תמיד הקוד של החומצה האמינית מתיונין)AUG( ל יפפטיד מתחיל שהפו (Marcker 1965)בחידקים נמצא . לחומצה אמינית זו רק קוד אחד בלבד


38

methionyl-tRNAמתחבר עם מתיונין ואז האנזים tRNAMET -ה. N-formylmethionine -תמיד בsynthetase הקו דון. גורם לפורמילציה של המתיונין AUGיכו ל להופיע ב הרבה מק ומו ת על ה -

mRNA ,בכל זאת הריבוזו ם יודע להבחין בין קוד הת חלה לבין אמצע החלבון .Shine & Dalgarno ההתחלתי מופיעים תמיד קבוצת הפורינים AUG- נוקלאוטידים לפני ה3-9מצאו שבפרוקריוטים

AGGAGG על ה- mRNA כסימן לקשירת הריבוזום)Shine-Dalgarno factor.( נקשרים לחלק ) initiation factors”) IF1, IF2, IF3“קומפלקס של חלבונים הנקראים , בפרוקריוט ים

Shine-Delgarno - באתר הmRNA -בקומפלקס זה נקשר ל 16S rRNA -ה. וםהקטן של הריבוז sequenceלפני ה - start codon AUG . לאחר חיבור האיניטיאיישן פקטור עם החלק הקטן של ולאחר מכן סוגר עליו N-formylmethionine tRNA - ה AUGמתחבר לקוד , mRNA -הריבו זום ל

.החלק הגדול של הריבוזום AUG ולקוד initiation -גואנין משמש ל- במתיל5‘ שבקצה cap -ים הקבוצה המתילית בביוקריוט

.tRNAMETשאליו מתחבר . פורמילמתיונין-N -אחד שקושר מתיונין רגיל ואחד מיוחד ל, tRNAMETבתא פרוקריוטי יש שני

הריבוזו ם תמיד בעל אפיניות גבוה לריבוז ום לכן mRNA -המתיל גואניני של ה cap -ביוקאריוטים הלאחר . הריבוז ום יושב תמיד על שני קודים. נקשר אליו והוא מסמן בשבילו את תחילת התרגום

.Elongation Factor (EF) - בIF - בפרוקריוט ים מתחלף הtRNAMET -קשירת ה

2. Elongation :לאחר חיבור המתיונין או ה-N פורמיל מתיונין ל-mRNA , הריבוז ום מסמן את הקוד-לפי שבמקום זה מחובר ה (Pמקום הקוד הראשון בריבוז ום נקרא מקום . המתאים tRNA -א להב

tRNA הנושא את השרשרת הפוליפפטידיתpeptidil-tRNA .( מקום הקוד השני נקראA) כי במקוםהנו שא את tRNA-זה נכנס ה

החומצה ה אמינית החדשה aminoacyl-tRNA .(ה-tRNA

בא עם החומצה האמינית המחוברת אליו (תאימה המ

ומתחבר ) בקשר קוו לנטי tRNA -כאשר ה. Aלמקום

האנזים , מתחבר לקודpeptide synthetase ה מצוי

מנתק את החומצה , בריבו זום tRNA -האמינית שעל ה

ובאנרגיה Pבמקום המשתחררת משתמש ליצירת קשר פפטידי בין שתי


39

, נשאר ללא חומצה אמינית Pעל מקום ש tRNA -ברגע שה. Aושעל Pהחומצות האמיניות שעל ' ר( mRNA -והוא עו זב את ה tRNA -ובי ן האנטיקודון שעל ה mRNA -ניתק הקשר בין הק ודון על ה

שמחבר אליו aminoacyl-tRNA synthetase - שהשתחרר חוזר ומתחבר לtRNA -ה .)תמונה .GDP - לGTPחומצה אמינית חדשה בעזרת פרוק

3. Termination: חייב להיות סימן גם לגבי הסיום, לגבי ההתחלהכמו .Brenner וכן בו זמנית

Weigert & Garen מצאו שהקודים :UAA, UAG, UGA אלא , אינם מהוו ים קודים לחומצה אמיניתrelease factor (RF)מתחבר אליו פקטור הנקרא , בהגיע הרי בו זום לאחד מקודים אלו. קודים לסיום

הנחוץ לניתוק GTP קושר RF3. ה בעלי אפיניות גבוהה לקודוני הסיום פקטורים כאל3 ידועים . נקשר רק אחד , האחראים לניתוק הריבוז ום, RF2או ! RFלעומת זאת בין . הקשר ולכן מופיע תמיד

tRNA - בריבוז ום מנתק את החלבון מהPeptidyltransferaseהאנזים . מהם בהתאם לקודי הסיום .ם לשחרור הריבו זום והפ קטורים השוניםהאחרון אליו הוא מחובר וגור

-לכל חלבון חדש היה צריך להיות מתיונין ב קצה ה, מאחר ותמיד מתיונין נמצא בתחילת הסינתזהNH2זמן קצר לאחר התחלת הסינתזה יש פעילות פרוטאוליטית על . זה לא קיים במציאות. שלו

, המיותרN-formylmethionine -בפעילות זו יורד המתיונן או ה. הקצה הראשון של השרשרת .ולפעמים גם מספר חומצות אמיניות נוספות

. 5'→3 ' ווןי נבנה בכmRNA -מכאן שה , DNA -על ה 3'→5'ת בכיוון י נעשRNA - לDNA -העתקת ה ניתן לראות בפרוקריוטים שעוד בטרם נגמרה 5'→3'וון י נעשית בכmRNA -מאחר וקריאת הקודון על ה

ביוקריוט י ם דבר זה בלתי . י הריבוזו מים לחלבון" כבר הוא מתורגם עDNA - על הmRNA -סינתזת ה mRNA -תרגום ה, אפשרי

לחלבון נעשה בציטופלס מה לצאת קודם mRNA -ועל ה

.מהגרעיןיש מקרים בהם קוד הסיום

UGA לא יגרום לסיום . הסינתזה של החלבון

UGA לקוד RF2קשירת שר הנוקלאוטיד שאחריו אכ

לעומת . U (UGAU)הוא זאת כאשר הקוד הוא

UGAA , יש העדפה לקשירתtRNATrp . חומצה אמינית (הרכב מסויים של נוקלאוטידים לאחר קוד הסיום יגרום לכניסת סלנוציסטאין

.במקום סיום החלבון) ציסטאין שקור אליה יון סלניום


40

-וסר יכולת של הגורמת לח cap -מצאו שהורדת ה mRNA -ב cap -בנסויים שעשו לקביעת תפקיד הmRNA ל. לצאת מהגרעין- mRNA יש גםtail שתפקידו קשור כנראה באורך חיי ה- mRNA.

ביוקריו טים הוא . דקות עד חצי שעה20 -הוא כ mRNA-אורך חיי ה, tailבתאים פרוקריוטים שבה ם אין . ר את ההיסטוניםשיוצ mRNA -והוא ה tailבלי mRNAגם ביוקריוטי ם נוצר . יכול להגיע למספר ימים

mRNA הורדת הזנב מ, זה הוא בעל אורך חיים קצר מאד- mRNA אחרים גורם לקיצור חייהם. . הק שור לריבוזום עוזב את הגרעין דרך נקבים הנמצאים בקרום הגרעין ועובר ל ציטופלסמה mRNA-ה

יעה לאורך כאשר השרשרת הפוליפפטידית מג. לחלבון mRNA-בציטוסול הריבוזום מתחיל בתרגום ה :מתחלק לשני סוגים mRNA- חומצות אמיניות ה16 -של כ

אלו . וממשיך לסנתז שם חלבונים) cytosol(נשאר בציטוסול mRNA -הסוג הראשון של מולקולות ה .1 .מהוים את החלבונים והאנזימים הנחוצי ם לתא לפעילותו

שב עליו ומסנתז את החלבונים מתי, )ER(מגיע לאנדופלסמטיק רטיקולום mRNAהסוג השני של .2: חלבונים אלו מתחלקים לשלשה סוגים. ER -של ה) lumen(לתוך הקרום או לתוך הלומן

.חלבונים של קרומי התא וחלבונים המיוצרים בתא לצורך הפרשה, גליקופרוטאינים

Endoplasmatic reticulum מבוא לביולוגיה של התא

41

ות חומצ16 -אחר שיצר פוליפפטיד באורך של כ. זה מ תחיל את סינתזת החלבון בציטוסול RNAגם receptorיחד עם הריבוז ום שעליו אל mRNA -מושך פולפפטיד זה את ה, )signal peptide(אמיניות protein על ה-ER פוליפפטיד מוביל זה הידרופובי מאד ושונה לחלבונים השונים. וקושר אותו אליו .

י כך קושר "ו עבגליקופרוטאינים וחלבוני הקרום הוא נשאר תקוע בתוך הקרום כתוצאה מהידרופוביותו -ER -מורד מהחלבון ב הסיגנל פפטיד , בחלבונים המיועדים להפרשה אל מחוץ לתא. את החלבון לקרום

lumen תמונה' ר(י אנזימים "ע.(

Endoplasmatic reticulum בעזרת המיקרוסקופ ) 1945(וחבורתו Porterי "נתגלה ע) endoplasmatic reticulum )ER -ה

-צינוריות , vesicles -ניתן למצא אותו בצורת נדיות . כמותו שונה בתאים השוניםצורתו ו. האלקטרוניtubules ,ה. או שקיות גדולות ושטוחות- ER מהוו ה יותר ממחצית מקרומי התא.

:מחלק את התא לשני איזורים נפרדים ER -ה

1. ER-lumen) אוER cisternal space( , הוא האיזור שבי ן שני קרומי ה- ER . איזור זה קשו ר .ובמקומות אחרים אל מחוץ לתא, במקומות שונים לאיזור שבתוך הגרעין

2. cytosol הוא האיזור שמחו ץ ל- ER. :ניתן לחלק את הרטיקולום האנדופלסמטי לשני סוגים

מאורגן בתא לרוב בצורת . rough ER -רטיקולום אנדופלסמטי גס .1כאשר הצד הפונה , )cisternae(שקיות או שרוולים צרים ומקבילים

. הריבוזומ ים-אל הציטוסול מכוסה בגרגו ר רב ואחיד מאורגן בצורת צינוריות . smooth ER -רטיקולום אנדופלסמטי חלק .2

.או נדיות

Endoplasmatic reticulum מבוא לביולוגיה של התא

42

Palade )1950 (מצא שיש קשר בין כמות ה- ER הגס בתא לבין סינתזת חלבונים בתא לצורךתאי : מ להפרישם אל מחוץ לתא כמו"תאים המיצרים חלבונים ע. ניםאו לסינתזת גליקופרוטאי, הפרשתםמכילים כמות , )אנזימי עכול(תאי לבלב , )collagen(פיברובלסטים , )מפרישים גמא גלובולינים(פלסמה

גס גם בתאים המיצרים הרבה קרומים כמו תאי ביצה ERניתן למצא כמות גדולה של . גס ERגדולה של גס בתאים המיצרים חלבונים רבים לצורך עצמם ERלעומת זאת יש מעט מאד ). retina(ותאי קרנית

).haemoglobinמיצרים (כמו תאי שריר או רטיקולוציטים בדיקה ביוכ י מית מראה כי הרטיקולו ם אנדופלסמטי הגס משמש בעיקר לאיחסון ואיסוף חלבונים או

.העברתם אל מחוץ לתאהוא מכיל שלפוחיות . ליפופרוטאינים וסטרואידים,תזה של שומנים החלק מהוו ה בעיקר מקום סינ ER-ה

cytochrome-P450כמו (משמש לדטוקסיפיקציה של חומרים , המעבירות ח לבונים ממקו ם למקום בתאחלק מצוי בכמות גדולה בתאי כבד ER). י הידרוכסילציה והפ יכתם למסיסים בתא"שמנטרל חומרים ע

.ם ובתאי בלוטות המיצרות ומפרישות סטרואידיםשתפקידם ניטרול חומרים רעילי

Golgi aparatus מבוא לביולוגיה של התא

43

Golgi aparatus

מקבילות וקעורות , בעל מבנה של מימברנות כפולות. חלק ERי מהווה צורה מיוחדת של 'מערכת גולג) vsicles(בקצוות משחררות צלחות אלו בועות . בצורת צלחות המונחות אחת על גבי השניה

י קשור עם 'תפקיד מערכת גולג. dictyosomesנקרא לעיתים בתאים צמחיים הוא . לציטופלסמה .המודיפיקצי ה של הגליקופרוטאינים בתא

. הגס במתכונת קבועה מתחברים שם לחלבונים ER-הגליקופרוטאינים נוצרים בלומן של ה

Golgi aparatus מבוא לביולוגיה של התא

44

י עובר החלק הסוכרי שעל 'במערכת גולג. י'חלבונים אלו עוברים בעזרת בועיות למערכת הגולג :רוטאינים עריכה מחודשת והגליקופרוטאינים ממשיכים באחת משלש הדרכים הבאותהגליקופ

.גליקופרוטאינים המיועדים לקרום התא מועברים בעז רת בועיות לקרום התא .1י בצורת בועיות 'משתחררים בקצוות מערכת גולג, גליקופרוטאינים המהווים אנזימי פרוק בתא .2

.ליזוזומיםהנקראות נוצרים כמו הליזוז ו מים אלא שהאנזימים , אינים המהוו ים אנזימי פרוק ש התא מפריש החוצהגליקופרוט .3

.זימוגניםבועיות אלו נקראות . שבתוכם אינם פעילים עד לאחר הפרשתם ואז עוברים אקטיבציה

המודיפיקציות העיקריות נעשות . לאחר הווצרות החלבונים בציטוסול רוב ם עוברים מודיפיקציות שונות. מתילציה והידרוכסילציה של החלבונים, אצטילציה, שגורם לפוספורילציה protein kinaseי האנזים "ע

בכל התאים . י פרוטאזו ת"חלק מהמודיפיקציות נחוצות לפעילות החלבון וחלק בא להגן עליו מפני פרוק ערם לפרוקם המתקשר לחלבונים וגו ubiquitinישנו פוליפפטיד קטן שנקרא , החל מחידק וכלה באדם

סיכום מבוא לביולוגיה של התא

45

. י הפרוטאזות"המהיר עחלבונים המיועדים לפרוק מהיר הם בע יקר אנזימים של

עדיף . שרשרות מטבוליותלתא לשלוט על כמותם בדרך זו של פרוק וסינתזה מחדש . בהתאם לצרכים המשתנים

חלבונים אחרים המיו עדים לפרוק מהיר אלו החלבונים

ים שלא עברו יהשגוו מודיפיקציות ולכן נשאר

.ubiquitin-חשופים ל

סיכום וחומצות גרעין חלבונים .1

בנויים ממ ספר קבוע 4רק , על אף שיש בתא מספר רב של חומצות גרעין וחומצות אמינו שונות(יחידות -ומוגבל של תת ). חומצות אמינו משתתפות בבניה ב כל עולם החי20 -נוקלאוטידים ו

על אף שלכאורה יכלו להבנות על התבנית (ר בזמן הבניה התת יחידות מתחברות אחת אחת לפי סד .2 לקצה -NH2 וחלבונים מקצה 3' לקצה 5'חומצות גרעין נבנות תמיד מקצה , גם שלא לפי סדר

COOH-.( פרוש הדבר שאין (גדילה מוגדרת בכוון קבוע לסיום מוגדר , לכל שרשרת יש נקודת התחלה מוגדרת .3

).או חלבונים חלקיים שחסרי פעילות ביולוגיתבתא במצב נורמלי חומצות גרעין כ הצורה הפעילה של חומצת הגרעין והחלבון היא לא הצורה "בד(התוצר הראשוני לרוב עובר עריכה .4

אלא נחתכים ממנו חלקים וגם מתווספים איליו חלקים כמו סוכרים , שנוצרת בתהליך הבניה .ואז הופך לצורה הפעילה) לחלבונים

Lysosomes מבוא לביולוגיה של התא

46

Lysosomes

Christianי "נתגלו ע. עטופים בקרום בודד המכילים אנזימי פרוק) vacuole(הליזו זומים ה ם ווקאולות de Duve) 6בידוד ליזוזו מים מתאים ואיפיונם הביו כימי הראה שיש בהם ) 1974פרס נובל ברפואה

):Novikoff 1965(קבוצות של אנזימי פרוק

1. Proteases 4. Lipases & phospholipases 2. Nucleases 5. Phosphatases 3. Glycosidases 6. Sulfatases

-lysoמכאן השם . שומנים ופוליסכרידים, חומצות גרעין, חלבונים: כל אלו אנזימי פרוק המסוגלים לפרק .מפרק

חושבי ם . הליזו זומים ב עלי תפקיד מיוחד בתאים כמו מקרופגי ם ותאי כבד שיש להם תפקידי פרוק בגוף

.הז דקנות ומחלות שונות, מורפוגינזה, להם תפקיד גם בהפרית הביצהשישי "חומרים שאינם יכולים להתפרק ע

מופרשים על ידיו אל מחוץ לתא , הליזו זום pinocytosis: באותה דרך בה הם נקלטו

לפעמים בתאים . phagocytosisאו מסוימים הם מופרשים בדרך דומה אל

.פנים התא

חומרים שקלטו לצורך ליזוזו מים ה מלאים ואם הם . phagosomesפרוק נקראים

מכילים חומרים שלא הצליחו לפרק residual body . האנזימים שגורמים

acidלאקטיבציה של הליזו זום הם phosphatases שהם גליקופרוטאינים

.י`שמקורם במערכת גולגתהליך זה חשוב . autodigestionליזוזו מים ממ לאים תפקיד חשוב גם במערכת הפרוק העצמי של התא

, סביבה חומצית בתא, והן לצו רך פרוק עצמי במקרה מ וות" רעב"הן לצורך פרוק חומרים בתא במקרה .ה אנזימים המשתחררים מפרקים את התא. הופכת את הליזוזום חדיר יותר ועד לפרוקו הסופי

חוסר אנזים פרוק בליזוז ום . םיכול לגרום לפיצוץ הליזו ז ומים ולהמתת התאי) בנשימה(אבק של סיליקה .כמו גליקוזידז גורם להצטברות גליקוגן בליזוזו מים ולפיצוצם

Zymogen מבוא לביולוגיה של התא

47

Allison & Mallucci )1964 ( הראו שחומרים קרצינוגניים מסויימ ים נאספים ומצטברים בליזוזוםדטרגנטים שונים ורמה גבוהה של חמצן גורמים למעבר מהיר יותר של , שמן. ונשארים בו זמן רב

.ומרים דרך קרום הליזוזו ם ובדרך זו יכולים לגרום להשפעה קרצינוגניתחקורטיזון ו הידרוקורטיז ו ן . Aהשפעה דומ ה יש גם לעודף ויטאמין . חוסר חמצן גורם להתפרקות הליזוזום

.בעלי תפקיד מיצבלפרוק חוסר האנזים גורם . ידועות מספר רב של מחלות שהן תוצאה של חוסר אנזים מסויים בליזוז ום

.הליזוזום גדל וגורם להרס התאים. בלתי שלם של חומר המצטבר בליזוז ום : דוגמאות למחל ו ת הקשורות לפגמים בל יז וז ום

וכת וצא ה מכך ) האנזים מ ור יד פ וספ וק ול י ן מהספינגו מיאל י ן (spingomyelinaseשבו חסר האנזים Niemann-Pickמחלת

. זה גורם להרס תאי המחהכבד והטחול ו, מצטבר הספינגומיאל י ן בתאי המ ח

-Nשבו חסר האנזים הליז וזו מלי ) אשכנזים בע ם היהוד י נ ושא גן מק ולקל זה28אחד מכל (Tay-Sachsמחלת

acetylhexosaminidase שעושה הידר ול יז ה של הקשר בי ןN-acetyl-D-galactosamine וקב 'D-galactose בקצה

גדולה מאד של גנגלי ו זיד בלת י מפ ור ק בליז וז ומ ים ה גדלים והו פכים כת וצא ה מכך מצטברת כמ ות . הפולר י של הגנגלי וז יד

. לעו ור ו ן ו למו ו ת, הם גור מים להרס תא י העצב. ענקי ים

Hurler's syndrome ב ו פג ו ם האנזים המפרק את הקבוצה המוקו פ ול יסכריד ית החומצ ית מה- proteoglycans . ג ור ם

,Krabbe's disease: נ ו ספות הקשור ו ת לפגמים בל יז וז וםמחלות . (ע ו ור ו ן ו מ ו ו ת, פגיעה שכל י ת, לשינ ו י ים בע ור

Mannosidosis, Fabri's disease, Gangliosidosis, Glycogen storage ,Gaucher's disease.(

Zymogen

לליזוזומי ם מסוג זה ). כמו תאי כבד(יש תאים שיוצרים אנזימי פרוק לצורך הפרשה אל מחוץ לתא אלו ניתנים להבחנה בקלות במיקרוסקופ האלקטרוני בגלל צפיפותה . zymogen granulesקוראים

אנזימים . inactive enzymesהזימוגן בניגוד לליזוזו ם מכיל אנזימים במצב לא פעיל . הרבה של תוכנם. אלו הופכים אקטיבים רק בהגיעם ליעדם ושם בעזרת אנזים נחתך מהם חלק הגורם לחוסר פעילותם

הם נמצאים במצב גבישי עד להפרשה ולכן אין להם פעילות על קרום , וגןבגלל הריכוז הגבוה בזימ .הזימ וגן

Peroxisomes

הם . הפראוכסיז ומ ים דומים מאד לליזוזומ ים ולא הובחנו כאברונים נפרדים עד תחילת שנות השישים :מכילים לפחות שלושה אנזימים מחמצנים

לעריכה ופרוק חלבוניםUbiquitin-מערכת ה מבוא לביולוגיה של התא

48

1. D-amino acid oxidase 2. Urate oxidase 3. Catalase

בתאים יוקאריוטי ם מפותחים ). מהחלבונים40%כ (הקטלז הוא המרכיב ה עיקרי בפראוכסיזום הם המקום , ביחד עם המיטוכונדריה בתאים). microperoxisomes(הפראוכסיז ומ ים קטנים מאד

יש שחושבים שהפראוכסיז ום היה ה מקור הקדום בתאים יוקאריואים. לריאקציות הקשורות בחמצן בתאעם התפתחות המיטוכונדריות שקשרו ריאקציות אלו להפקת אנרגיה . להחזרת החמצן לאטמוספירה

.ירדה פעילותם והצטמצמה לריאקציות קטבוליות שלא מבוצעות במיטוכונדריה, )ATPיצירת (. H2O2ממולקו לות וליצור H2הפראוכסיז ום מכיל אנזימים המשתמשים בחמצן מו לקולרי כדי להוריד

או phenols, formic acid, formaldehydeשנוצר לחימצון מצעים כמו H2O2-שתמש בהקטלז מ .הפראוכסיזומ י ם הגדולים בכבד משמשים בעיקר לניטרול רעלים ובמיוחד האלכוהול ששותים. אלכוהולים

לעריכה ופרוק חלבונים Ubiquitin-מערכת ה

דד את ההתמינות של התאים אפיין חלבון בלימפ וצי טים המעוGoldstein שנה 20 -לפני כ

(Differentiation promoting factor) , הוא קרא לוUbiquitin בהנחה כי חלבון זה חיי ב להיות בכל

על הכרומוז ום שנתברר כי הוא A24מספר שנים מאוחר יותר זיהו מרכיב חלבו ני לא היסטוני . תא חי

Ubiquitin .ה- Ubiquitin מחובר קוול נטית להיסטוןH2A .Ubiquitin נמצא בכל עולם החי והצומח

דבר זה מוכיח שחלבון זה קדום מאד ובעל מבנה קריטי . משמרים ועד יונקים ובעל זהות גבוה ה

.לפעילותו


49

פרוק מנגנון , בו בז מן שמנגנון סינתזת החלבונים כבר היה די ברו ר

היה ברור . החלבונים חזרה לרמת החומצה האמינית טרם התברר

סוגים אחדים בעלי , ונהרסים באופן קב וע ו מבוקרשחלבונים נבנים

ואילו אחרים בעלי ) דקות20 -מחצית חיים של כ(אורך חיים קצר

המערכת ). שעות ומעלה72מחצית חיים של (אורך חיים ארוך

Rapoportאבל , הליזו זומלית היתה ידועה כמפרקת חלבונים

ממשיכה הראה שברטיקולוציטים של ארנבת שאין בהם ליזוזו מים

נמצא . להתקיים פרוטאוליזה באותו קצב כמו בתאים עם ליזו זום

-שקיימת בתאים אלו מערכת פרוטאוליטית מסיסה התלויה ב

ATP פרקציונציה של תאים אלו חשפה שני מרכיב ים . לפעולתה

.Ubiquitin -וחלבון נוסף הזהה ל ATPחלבון הקושר : פעילים

ת זו והתברר כי היא בעלת ספציפיות גבוהה מאד ומעורבת לאחרונה נתגלו הרבה ממרכיבי מערכ

:לדוגמה. בתהליכים רבים בתא

.DNAתקון .1

.בקרת חלוקה והתמיינות של תאים .2

).יצירת גידולים סרטניים(אונקוגינזה .3

.פרוק חלבונים לא נכונים בתא .4

.חיתוך אנטיגנים להצגתם על הלימפוציטי ם .5

. הריבו זוםפעילות ביולוגית של .6

. DNA-העתקת ה .7

.אינפקציה וירלית .8

.נוון שרירים ועצבים .9

.תגובה ללחץ ומכת חום .10

חומצות אמיניות 76חלבון בעל Ubiquitin -ה

בעל אחידות גבוהה מאד בכל עולם החי והצומח

יש תמיד את החומצה 76 -במקום ה. היוקריוט י

ולימרים יוצר פ Ubiquitin -ה. האמינית גליצין

lysineלבין gly-76י קשר פפטידי בין "ע

. הקודם Ubiquitin - ב48שבמקום

Ubiquitin -תהליך פרוק החלבונים במערכת ה

:מורכב ממספ ר שלבים


50

1. Activation of ubiquitin:י האנזים " נעשת ע"ubiquitin activating enzyme" (E1) . אנזים זה

מעורב 626הציסטאין שבמקום . חומצות אמיניות1000 -כיל כבעל אחידות גבוהה ב כל התאים ומ

Ubiquitin adenylateויוצר קומפלכס של ATPמבצע הידרוליזה של E1-ה. בפעילותו הקטליטית

gly-76-ובין ה E1-בין הצי סטאין האקטיבי שעל ה thiolבקשר E1-ל Ubiquitin -מלווה בחיב ו ר ה

.Ubiquitin -ב

2. Ubiquitin conjugation :ה- ubiquitin לא מתחבר עם המצע לאחר האקטיבציה עםE1 . במקום

. ubiquitin conjugating enzyme (E2)זה ה וא מתחבר לאנזים אחר מאותה משפחה הנקרא

ubiquitin -ב gly-76י קשר בין הקבוצה הקרב וכסילית של "ע ubiquitinאנזים זה יוצר פולימר של

לא E2-polyubiquitin -ה, פרט למקרים בודדים. הקודםubiquitin -של ה lys-48החדש לבין

4לפחות . הוא זקוק למתווך נוסף המכיר את המצע המיועד לפרוק. מסוגל להתחבר ישירות למצע

.מ שיוכל להתחבר לפרוטאוזום"נחוצים בשרשרת ע ubiquitinיחידות של

מאחר . החלבון המיו עד לפרוק וספציפי אליו המכיר אתE3או ligaseמתווך נוסף זה הוא האנזים .3

חלק . E3 -חייב להיות סיגנל על החלבון שאותו מכיר ה, וחלבונים שונים בעלי אורך חיים שונה

חלבונים אלו מפורקים באופ ן , מסיגנלים אלו כבר מופיעי ם בקודים של החלבון ומתורגמים יחד איתו

צאה של התאמה סטרוקטורלית בין אזור מסוים על למצע יכול להיות ישיר כתו E3החיבור של . סדיר

יציבותם של החלבונים תלויה . (BS)או באמצעות קבוצה צדדית על החלבון , E3-המצע לבין ה

במודיפיקצי ות שלאחר הווצרותן כמו פוספורילצי ה או חיבור ם לחלבוני סיגנל משניים כמו

chaperones י שני "יש חלבונים המזוה ים ע. שהופכים אותם למזוהיםE3 שונים בשני אתרי זהוי


51

' ר(מ לההפך פעיל "נוצר כפרואנזים החייב לעבור מודיפיקציה ע E3במקרים אחרים האנזים . שונים

שונים שמרביתם טרם E3יש מספר רב מאד של , צריך להיות ספציפי לחלבון E3 -כיוון ש). תמונה

.אם לסוגי הסיגנלים אותם הם מזהיםהשונים לשש קבוצות שונות בהת E3 -ניתן לחלק את ה. נתגלו

4. E3 דימר או קומפלכס מולטימרית גדולה, יכול להיות מונומר .E3 מתקשר לקומפלכס ה-E2-

polyubiquitin דרך חומצה אמיניתcysteine שעל ה-E3 ומעבי ר אליו את ה-. polyubiquitin.

שבתוך שרשרת ההחלבונית של (K)לליזין polyubiquitin -למצע מלווה בהעבר ת ה E3- קשירת ה .5

).E3) 5 -המצע ושחרור ה

6. 26S proteasome:26 - הS פרוטאוסום הוא קומפלכס של אנזימים המבצעים פעולות שונות

, כל אחד 20Sיחידות קטליטיות של -הוא בנוי משתי תת. הקשורות לפרוק חלבונים לפפטידים בתא

טבעות חופפות 4 - בנויות מ20S - שתי יחידות ה.כל אחד 19Sיחידות רגולטוריות של -ושתי תת

יחידות - תת7 -גם האלפא וגם הבטא בנויות כל אחד מ. βושתי הפנימיות αששתי החיצוניות הן

בדיקה של . βהאזור הקטליטי נמצא באחד התת יחידות של α1-7β1-7β1-7α1-7: חלבוניות שונות

מתחלק לשתי 19S -גם ה. 19Sביחידת מכוסה 20Sמיקרוסקופ אלקטרוני מלמדת שכל יחידת

-וחלק עליון הבנוי מ, ושלשה חלבונים נוספים ATPases 6הבסיס המכיל ): קומפלכסים(יחידות -תת

.יחידות הומולוגיות של סיגנלוסומים שתפקידם איננו ברור- תת8

מיועדים להכיר את החלבונים שעברו אוביקואיטינציה ומצעים אחרים מסומנים ה 19S -תפקיד ה .7

הוא מבצע פעולה . 20S -הוא וויסות מעבר החלבונים לפרוק לתוך ה 19S -תפקיד שני של ה. לפרוק

- שפותחות את הקפולים של שרשרות החלבון ומאפשרות את כניסתו לATPases -זו בעזרת ה

20S לפרוק.

8. Deubiqitinating enzymes: שרשרת ה התא מכיל מספר רב של אנזימי ם שתפקידם לפרק את-

ubiquitin אנזימים אלו מכירים ומפ רקים קשרים בין פולימרי ם או איזו . יחידות ולמחזר אותו-לתת

י כך להפכו "וע ubiquitin -במקרים מסויימים הם פועלים בעזרת פולימריזצי ה של ה. פפטידים

בעלי הם, ubiquitin -אנזימים אלו מלבד היותם חשובים מאד למיחזור ה . 26S -י ה"לנתפס ע

הם משתתפים במורפוגינזה של חרקים , חשיבות רגולטורית על רמת הפרוק של חלבונים מסוימים

מוטציה שמונעת פעילות אנזימים אלו גורמת לנוון שרירים ועצבים והצטברות . ובהתפתחות העובר

.ubiquitinכמויות גדולות של פולימרים של

ornithine -קיימים לדוגמא ב ubiquitin -מערכת התהליכים אלטרנטיביים ל: תהליכים אלטרנטיביים

decarboxylase (ODC) שהאנטיאנזים שלו קושרODC לפרוטאוסומי ם וגורם לפרוקם ללא

אנזימים אחרים פועלים בעזרת יצירת בועיות של החלבונים המיועדים לפרוק וחיבורם . אוביקוטיניזצי ה

.לליזוזומ ים


52

משמש כמכשיר polyubiquitination ,mono-ubiquitinationבנגוד לפרוק הפרוטאוסומלי הדורש

-כמו ב lys48ולא באמצעות lys11או lys63הוא יכול להווצר באמצעות קשר . להכנסת סיגנלים קרומיים

polyubiquitination.

או הפרוטאסום כיוון שאלו אינם E2 -או ה E1 - להתבצע על רמת הלא יכולubiquitin -וויסות פעילות ה

רגולציה של כל המערכות בתא . ספציפיים לחלבון מסוים ו רגולציה דרכם ישפיע על כל המערכות בתא

או נוון , אצידוזיס מטבולית, דלקות זהומי ות, נוון שרירים, סרטן, רעב: קורה במקרי ם פתולוגיים כגון

כתוצאה , )בפרוק שרירי הזחל(במקרים נורמליים הוא קורה במטהמורפוז ה בחרקים . עצבים באברים

שבפרוטאוסום והפפטיד 20S -הציטוקין גורם לשינויים במב נה ה. IFN-γמטיפול בציט וקינים כגון

-לימפוציטי ם ונוגדנים מ Tהאנטיגני הנוצר בעל אפיניות גבוה ה לרצפטורים של ציטוטוקסיק

MHC class I.

י מודיפי קציות של "ר עיכול להעשות בעיק ubiquitinationי "הוויס ות העיקרי של פרוק חלבונים ע

.E3י "החלבונים לאחר הווצרותם בצורה שמונע הכרתם ע

כי ו ו ן שאנזי ם E1 -לא י דוע ות מחל ות ה קשורו ת ל . ubiquitinמספר רב של מחלות קשורו ת לפע יל ו ת יתר א ו ח וסר של : מחלות

א ו E2 ,E3קשורו ת לפע י ל ו ת כל המחלות היד וע ות . זה לא ספציפ י ופ וע ל על כל ה מערכות וכל מ ו טציה בו תהיה לתלי ת

. הפרוטאוסום

Angelman syndrom :הגו רם למחלה היא מ וטציה ב. י האטה בפעיל ות המ וטו רית והמנטלית של החולה" מא ו פי י ן ע-Ub

. לא הצליח ו לזהות את המצע הטוכסי ה מצטבר בתאים כתוצאה מהמחלה וגורם לה ופע תו. E6-APליגז

Liddle's syndrom :הסיבה היא מוטציה בקטע . ם גבו הי לחץ ד"מאופ י י ן עPpxY בתאי ה אפיטל בכליה שאחראים למעבר

חל בוני המעבר . ולפרקם ubiquitin ligaseכת וצאה מהמוטצ יה חלבוני המעבר לנתרן א ינם מס וגלים להתחבר עם . הנתרן

. לחץ הדםמצטברים בקרו מי צינ ור ות הכלי ה וגורמ ים לספ י גה חוזרת מוגברת של נתרן ומ י ם כתוצאה מכך לעל ית

Human uterine cervical carcinoma : בטומ ור זה האונקופר וטאי ןE6 י ה " המופרש ע- human papillomavirus י וצר

ubiquitin ligase E6-AP המעו דדubiquitination של החלבו ןp53 י הפרוק המ וגבר של "ע. המעקב גידול ים סרטני יםp53

. דול בעקיפ י ן להתפתח ו ת הגיubiquitin -עוזר ה

. cyclin-dependent kinase -י פעיל ו ת ו כ" משמש בתא כמעכב חלוקת תא ים ע p27kip1החלבו ן , בדומה לדוגמא הקודמת

,prostate, breast: נמצא בטומ ור ים רבי ם כגו ן p27kip1 -ה. פעי ל ות ז ו הופכ ת א ות ו בעק יפ י ן למעכב ג ידו ל י ם סרטנייםcolorectal carcinomas הרמה הנמוכה של . ותםביחס הפ וך לדר גת ממ ירp27 ה יא ת וצאה של , בטומו רים אל י מ ים

.מ וגברת נגדם ubiquitination פעי ל ות

,Alzheimer’s disease', Parkinson’s disease: נמצא קשר עקיף בשורה שלמה של מחלו ת מנטלי ות כגו ן

Huntington’s disease and Spinocerebellar Ataxia type I בין פעי ל ות ה- ubiquitinבשתי המחלו ת . למחלה

י "ו ע ubiquitinשמונע התקשרות poly-glutamineהאחרונות החלבו ן שהצטברותו גורמת לסת ימת התא מכיל בקצהו האמינ י

. כך פרוק ו

בחלבו ן מ עבר F508∆ברוב החולים הפגם בחסר חומצה אמ ינ ית אחת במקו ם Cystic fibrosis (CF)במחלה התורשתית

מזהה את החלבו ן הפגום ומפ רק את רובו בטרם מגי ע ubiquitin -ה. צאה מכך מעבר הכלור איטי י ות רכתו . בקרום -Clלי ונ י

.למספר קטן י ו תר של מעברים בקרום ולהגברת המחלה ubiquitin -בפעיל ו ת ז ו ג ורמת ה. לקרום התא

שגיאות מבוא לביולוגיה של התא

53

שגיאות

כמו כן . ותהוא מועתק מספר פעמים רב ברציפ mRNA -מועתק ל DNA -כאשר ה, כפי שכבר ה זכרנועל אף כל אמצעי הבטיחות שהתא , לכן. לחלבון נעשה ברציפות מספר פעמים רב mRNA -תרגום ה

.קורות שגיאות ביצירת החלבונים, מצויד בהם :השגיאות ביצירת החלבון יכולות לקרות במספר שלבים

1. DNA→DNA )בהכפלת ה-DNA מולA נכנס,C או מולT נכנסG.( 2. DNA→mRNA) מה לקודם מול בדוA נכנסC ומולT נכנסG.( 3. tRNA→amino acid) קשירת חומצה אמינית לא נכונה ל- tRNA.( 4. tRNA→mRNA) כניסתtRNA לקודון לא נכון.(

בכל יתר המקרים יווצרו . היחידה שבעלת משמעות לתא היא השגיאה הראשונה,מכל סוגי שגיאות אלואה לא תחזור על עצמה ולתא יש מנגנונים להתגבר על מספר אך השגי, מספר חלבונים שגוים בתא

.חלבונים לא טוביםבמקרה . שגוי כמותוDNAשבכל העתקה נוספת מכאן ואילך יצור, שגוי DNAבשגיאה הראשונה יווצר

.או לפחות מחציתם, זה בדורות הבאים של התאים כל החלבונים מסוג זה יהיו שגוים

:ת להיות מכמה סוגיםיכולו DNA -שגיאות בהכפלת ה . כניסת נוקלאוטיד לא נכון מול השרשרת המקורית-החלפת נוקלאוטיד .1 ).או על מספר נוקלאוטידים(דלוג על נוקלאוטיד בזמן ה שכפול .2

:משני סוגי שגיאות אלו יש לנו דוגמאות במציאות

ההמוגלובין בנוי ). תאנמיה חרמשי (sickle cell anemiaדוגמא לסוג הראשון אנו מוצאים במחלה חומצות 146בשרשרת של ההמוגלובין יש . βושתי שרשרות α שרשרות 2: מארבע שרשרות חלבוניות

כתוצאה מהחלפת valin- החומצה הגלוטמית ב6 התחלפה במקום βבמחלה זו בשרשרת . אמינולו בעלי צורת הכדוריות האדומות אצל חולים א, מחלה זו תורשתית. DNA-נוקלאוטיד אחד בקודון ה

החולים במחלה נפטרים . כושר קשירת חמצן של כדוריות אלו קטן יותר. כעורות-מגל במקום שיהיו דו לפנינו דוגמה בה ניתן לראות באיזו מידה יכולה להשפיע החלפת חומצה . לרוב בשנות הארבעים לחייהם

.אמינית בודדת בחלבון על כל מבנה התא ופעילותו. יתכן והו א יתן קוד אחר לאותה חומצה אמינית, לא תמיד גורמת לשינוי בחלבוןהחלפת נוקלאוטיד בודד

ואז יתקבל חלבון קצר יותר שיכול להיות חסר פעילות או nonsenseלעומת זאת יתכן והוא יתן קוד .בעל פעילות אחרת מהנדרש

. phenylketonuriaניתן לראות במחלת , ) DNA-דילוג על נוקלאוטיד ב(דוגמא לסוג השני של שגיאה

כתוצאה מכך האנזים . של החולים DNA -במחלה תורשתית זו יש דילוג על נוקלאוטיד ב

שגיאות מבוא לביולוגיה של התא

54

phenylalanine hydroxylase יש הצטברות של החומצה . אינו פעיל, שצריך לפרק את הפנילאלניןפיגור (ח פירווית המו פרשת בשתן ומטבוליטים של פנילאלנין מצטברים ברקמות וגורמים נזק למ-הפנילי מתן דיאטה עניה "ע, אך ניתן למנוע אותה אם ידוע מראש, לא ניתן לרפא את המחלה. ומוות) שכלי

). החומצות האמיניות בגוף20 -הפנילאלנין היא אחת מ(בפנילאלנין ליצירת חלבון שונה לגמרי ולרוב גם לקבלת מתגור DNA -שגיאה מסוג זה של חוסר נוקלאוטיד ב

nonsense החסרת נוקלאוטיד , מאחר וכל קוד מורכב מש לשה נוקלאוטידים( אחר ומוקדם יותר במקוםהוא לא מסוגל לבצע את , אם החלבון אנזים). תגרום לתזוזה בנוקלאוטיד אחד בכל הקודים משם ואילך

הצטברות המצע גורמת למערכת הבקרה של התא . תפקידו וגורם להצטברות המצע שעליו צריך לפעוללאנזים הפגום וכך mRNA ליצור עוד ועוד DNA -היא נותנת הוראה ל. אנזים בתאלחשוב שחסר

.סתימת התא ומוות, נוצרת הצטברות גבוהה של האנזים הלא פעיל בתאלעומת זאת שגיאות בהן חסרים שלשה . דומות לקודם DNA -שגיאות בהן חסרים שני נוקלאוטידים ב

ההשפעה של העלמות חומצה . חומצה אמינית אחתנוקלאוטידים קלות יותר כי במקרה זה תחסר .אמינית אחת מהחלבון לרוב קלה יותר

דוגמא לח וסר שלש חו מצו ת

אמינ ו נמצא באחד מסוגי

. Cystic fibrosisהמחלה

במקרה זה חסר הנוקלאוט יד

השלישי מק וד החומצה

וש ני 507 -האמינית ה

הנוקלאוטיד ים הראשונים מקוד

כל ב, 508החומצה האמינית

זאת יש רק חוסר בחומצה

פע יל ו ת . אמינ ית אחת בחלבון

חלבון זה נמ וכה י ותר וגורמת

.למחלה

ברוב המקרים . Xהיא מחלה תורשתית קשורה לכרומוסום ) חוסר קרישת דם (hemophilia -מחלת הפקטור זה הו א חלבון גדול מאד . factor VIIIהיא תוצאה של פגם באחד מפקטורי ה קרישה בדם שנקרא

סוג ים שונים של שגיאות בחולי 7לאחרונה הצליחו לאפיין . ולכן יש עליו אפשרות להרבה טעוי ו תקוד זה מסמן מקו ם . בבריא TTGAבחולה במקום TCGAבשני סוגים השגיאה היא קוד . המופ יליה

. במקרים אלו יש אמנם קרישת דם אך איטית יותר. וכתוצאה מכך החתוך לא נכון intronחתוך של ובארבעה מקרים נוספים יש ) stop codon( TGA -ב) CGA )argenineרה אחר התחלף הקוד במק

.בכל חמשת המקרים האחרונים הפקטור חסר פעילות לחלוטין. דילוג על נוקלאוטיד במקום מסויים

בקרה של סינתזת חלבונים מבוא לביולוגיה של התא

55

בקרה של סינתזת חלבונים

רים שכמותם בתא לעומתם ישנם חלבונים אח. יש חלבונים בתא שריכוז ם קבוע לכל אורך חיי התא : משתנה כל הזמן

.constitutive proteins :נקראיםההריסים והמי ופי ברילו ת , לקבוצה הראשונה שייכים חלבוני הקרומים .לקבוצה השניה שייכים האנזימים אשר כמותם משתנה בהתאם לצרכי התא

ימים שונים למילוי כ התא זקוק לעשרות אלפי אנז"כל אנזים ממלא רק תפקיד אחד וע, כפי שכבר אמרנו

עם שינוי התפקידים משתנים גם . ינות והצרכים שלהם משתניםיתאים רבים עוברים התמ. תפקידיוי "מ שהתא לא יסתם ע"מ שיהיו לתא מספיק חומרי בנין וע"ע. הצרכים בסוג וכמות האנזימים הנחוצים

התא מעדיף . רך חיים קצרבעלי או, רוב חומרי התא ובכללם האנזימים, חומרים שאין יותר צורך בהםמאחר . י חומרים שאינם נחוצים"לבנות מחדש חומרים שהתפרקו ועדיין נחוצים מאשר להיות סתום ע

חייב להיות קשר אינפורמטיבי , האחראי ליצירתם בגרעין DNA -והחלבונים נמצאים בציטופלסמה וה .ביניהם

: לארבע רמותותמערכות הבקרה המוכרות היום מתחלק

1. Transcriptional control -פועלת על רמת העתקת ה - DNA. 2. Post-transcriptional control -פועלת על רמת העריכה של ה - hnRNA ,או יציבות ה- mRNA. 3. Translational control -פועלת על רמת התרגום של ה - mRNA )י חסימת ה"כ ע"בד- cap (. 4. Post-translational control -ת חלבון בלתי פעיל שעליו לעבור אקטיבציה יציר.

התגובה , ככל שהבקרה בר מה מאוחרת יותר. המערכת יעילה יותר, ככל שהבקרה ברמה מ וקדמת יותר .מהירה יותר

:דוגמאהוצאת . החידק גדל בצורה תקינה, glucoseעל קרקע מזון המ כיל E. coliכאשר מגדלים את החידק

לאחר זמן קצר הגידול . גו רמת לירידה זמנית בגידול, לקטוז במקומוהגלוקוז מקר קע המזון וה כנסת בדקו מערכת זו ומצאו כי במצב ר גיל אין בחידק אנזים ) Jacob & Monod ) 1961.מתחדש כמקודםאו לקטוז הבנ ו י (אם מוציאים את הגלוקוז מהתרבית ומכניסים במקומו גלקטוז . לפרוק הגלקטוז

שמאפשר לחידק לנצל את הגלקטוז galactosidase-βת האנזים התא מתחיל לסנתז א, )מגלקטוז .במקום הגלוקוז לצורך יצירת אנרגיה

Jacob & Monod בנו מודל המסביר כיצד יודע ה- DNA להבחין בשינוי שחל בתא ולסנתז את האנזים

אנזים הבונה את ה DNA -גן על הל). Lwoff יחד עם 1965קיבלו פרס נובל על המערכת בשנת (הנחוץ המווסת את פעולת DNA-הם הניחו כי חייב להיות גן נוסף על ה. structural geneהם קראו בשם

כי במוטנט מסויים של חידק זה מצאו סינתזת אנזים כל הזמ ן , הסיבה להנחה זו היא. הגן הסטרוקטורלי


56

לגן . גם בלי נוכחות גלקטוזמווסת זה הם קראו

regulator gene . הגןאיננו צריך לשבת הרגולטורי

בקרבת הגן DNA-על הלדעתם יש . הסטרוקטורלי

עליו ) שלישי(צורך בגן נוסף פועל הגן הרגולטורי והוא צריך להיות סמוך לגן

לגן זה קראו . הסטרוקטורליoperator gene.

במערכת זו נחוצים שלושה אנזימים שונים להפעלת

galactosidase-β: המערכת

,permease ו- acetylase . אותו אופרטור גן מפעי ל את שלושת הגנים הסטרוקטורלים היושב ים ז הרק בתאים פרוקאריוטים יש גנים אופרטוריים המפעילי ם ) DNA )unit of transcription -אחר זה על ה

.ביוקאריוטים לכל גן סטרוקטורלי יש את האופרון שלו. קבוצת גנים סטרוקטורליים

:היא כדלהלן Jacob & Monodל פעולת המערכת לפי המודל ש DNA -חלבון זה נקשר לאופרטור על ה. repressorשיוצר חלבון הנקרא mRNAהגן הרגולטורי יוצר

נוצר , בנוכחות גלקטוז בתא. להעתיק את הגן הסטרוקטורלי RNA polymerase -ולא מאפשר לinducer יננו מאפשר לרפרסור המתחבר לחלבון הרפרסו ר ויוצר איתו קומפלקס בלתי פעיל שא

מערכת זו . mRNA -ל DNA -לפיכך האופרטור נשאר חופשי ומתחילה העתקת ה. להתחבר לאופרטור .Lac. operon systemנקראה בשם

החומצה : לדוגמא. הבחינו כי מערכת זו לא יכולה להיות נכונה בכל המקרים Jacob & Monodכבר

מצוי בתא tryptophan synthetaseהאנזים . ופן קבועמסונתזת בתא החידק בא tryptophanהאמינית במקרה זה הניחו . הוספת טריפטופן למצע הגידול של החידק גורמת להעלמות האנזים. באופן קבוע

Jacob & Monod שהרפרסור הנוצר על ה- mRNA הוספת טריפטופן . של הגן הרגולטורי חסר פעילות .Lac-לפיכך למערכת ה.ומעכב את פעולתו DNA-למערכת הופכת אותו פעיל והוא מתישב על ה

operon הם קראוInducible enzyme system ואילו לזו של הטריפטופןRepressible enzyme system.


57

. צריך להיות מולקולה קטנה ובריכו ז נמוך מאד בתא Jacob & Monodי "הרפרסור כפ י שתואר עGilbert, Muller & Hill )1966 (בון ובעזרת סימון רדיואקטיבי הצליחו לבודד חלבון חומצי הניחו שזה חל

והוא MW=38000 חלבון זה הוא טטרמר שכל יחידה ב ו היא. שפעיל בתא כרפרסור,מתמצית חידקים מולקולות רפרסו ר 10א " ז10-13הוא פעיל בתא בריכוז מולרי של . מחלבוני התא 0.002% -מהוו ה כ .לחידק

ה שהמערכת של בסוף שנות השבעים נתגל

Jacob & Monod נמצא כי הוספת . איננה שלמהגלקטוז או לקטוז לתרבית הגידול בנוכחות גלוקוז

בדיקת המערכת . לא גורמת ליצירת האנזימיםגילתה שלפני האופרטור גן יש גן הנקרא

Promoter . באזור ה פרומוטר נמצאים שני-אתר הקשירה של ה: אתרים חשובים

RNApolimerase ניו אתר שעליו נקשר ולפ CAP )Catabolite Activatorחלבון הנקרא

Protein .( אנזים הפולימרז איננו יכול להתקשר-אין ה,מאידך , CAP -ללא נוכחות ה DNA -ל

CAPיכול להתישב על ה - DNA ללא נוכחותcAMP) cyclic AMP .( מניסויים קודמי ם ידוע כית בתא נמצאת ביחס הפוך לכמו cAMP -כמות היוצא מכל זה כי כאשר כמות הגלוקוז . הגלוקוז

נמוכה ולכ ן אין cAMP-רמת ה, בתא גדולהcAMP על ה-DNA וה-CAP לא יוכל להתישב. וכך גם הפולימרז לא יוכל להתקשר DNA-על ה

. לא תהיה סינתזה של אנזימים, על כן גם אם הגן האופרטו רי יהיה חופש י


58

התברר שיש שני אזורי , DNA-נוקלאוטידים של הפרומוטר על פני ה בשנות השמונים כאשר פוענחו האזור קשירה , cAMP -ו CAPאזור קשירה חזק ב תחום הפרומוטר הפעיל רק בנוכחות . קשירה לפולימרז

הא זור הלבילי מ בטיח רמה נמוכה מאד של . נוסף בו נקשר הפולימרז בצורה לבילי ת והוא פעיל כל הזמן כל הזמן ו בדרך זו מבטיח ה כניסת גלקטוז לתא בשעת הצורך על מנת להפעיל יצירת שלושת האנזימים

.את המערכת השניה

מצד אחד . אנו רואים כאן מערכת אבטחה כפולה בחידקים הבאה למנוע יצירת אנזים שאיננו נחוץ לתאפיקה כי כחות הגלקטוז איננה מסומצד שני נ. מ שיווצרו האנזימים לפרוקו"נחוצה נוכחות גלקטוז בתא ע

כ באה האבטחה הכפולה למנוע יצירת "כאשר יש לתא גלוקוז הוא מעדיף לקבל את האנרגיה ממנו וע .אנזים במצב זה

בסוף שנות השמונים הצליחו לזהו ת ולאפין במספר

-וה Promoter -מערכות יוקריוטיות את אזורי הRegulator . נמצא כי בשני האזורים ישנם קטעים קצרים

הנוצר על Enhancer -ה). Motifs(עצמם החוזרים על באזור ההידרופילי הסמוך . הגן הרגולטורי אמפוטרי

leucine החומצה האמינית ה להידרופובי מופיע חומצות אמיניות 7ברווחים של ) ההידרופו בי ת מאד(

-αהוא Enhancer -מאחר ומבנה ה. אחת מהשניהחד על יוצא שכל חומצות הלויצין נמצאות על קו א, הליכס

מבנה זה מ אפשר יצירת דימרים של שתי . פני החלבון. י הצמדת הלויצינים אחד לשני"ע Enhancerמולקולות

האזור . Enhancer -יצירת הדימרים הכרחית לפעילות ה-עשיר ב leucine zipper-ההידרופ ובי הסמוך ל

arginine ו- lysine שהן חומצות אמינו בסי סיות .החומ צי DNA -מתחברות בחזקה עם הה

Fluid Mosaic Model -מימברנות מבוא לביולוגיה של התא

59

על הפרומו טר והדרך בו הם מווסטי ם את התבטאות Enhancer -טרם נתגלה אופן הפעולה של ה. מנטרלות את פעולתם, מכל מקום הוכח שהחלפת חומצות אמיניות מאלו הנזכרות למעלה. הגנים

נתגלה כ טרם"כ. על הפרומוטר מגדילה את פעילות הגן לפחות בשני סדרי גודל Enhancer -נוכחות ה ).תמונה' ר(מה מווסת את יצירתם או אי יצירתם על גבי הגן הרגולטורי

יש הפו עלות . לחלבון mRNA -יש מערכות בקרה הפועלות על רמת התרגום של ה, מלבד מערכות אלו .המשותף לכולן הוא יעילותן הרבה ותחכומן. בעזרת הורמו נים או בעזרת היסטונים

odelFluid Mosaic M -מימברנות

השומנים . כל המימברנו ת בין החיצוניות ובין של האורגנלות בנויות בעיקר משומנים פולריים וחלבונים . ממשקלם20-80%מהוו ים

. חלבונים50% - שומנים וכ50% - כ במימ ברנות חיצוניות של תאים . חלבונים80% - שומנים וכ20% - כ בקרום המיטו כונדריה

. חלבונים20% - שומנים וכ80% - כ בקרום המיאליני של המח .לכל סוג של תא יש הרכב אופיני וקבוע של סוג וכמות השומנים בקרום בהתאם לאופיו

הם מבודדים טובי ם מבחינה חשמלית בגלל , קרומים הבנוי ים משומנים בלבד לא מאפשרים מעבר יונים .טעינתם הגבוהה

שהחליף את המודל שהיה מקובל fluid-mosaic model -המודל המקו בל היום למבנה הקרום הוא המודל זה נבנה לפי ממצאים של מיקרוסקופ אלקטרוני ועבודות . והו א מודל הסנדוויץ של דניאלי1972עד

.עם ממברנות מלאכותיות של פוספוליפידים


60

בגלל הזנב ההידרופו בי של . לפי מודל זה החלק הרציף בקרום הוא שכבה פוספוליפידית כפולהנוזליות הקרום מאפשר למולקולות השומן להתנועע ולהחליף מקום כל . השכבה הזו נו זלית, השומנים

א " ז. פעמים בשניה107 ה וא Cº37' ה מהיר ות בה מחליפה מולקולת פוספוליפ יד מקום בטמפ. הזמןפרוש הדבר שמולקולת ). D=diffusion coefficient) D=10-8 cm2/secשקבוע הדיפוזי ה שלו

.(2µ/sec~)ום החיצוני של חידק עובר בשניה מקצה אחד לשני של החידק פוספוליפיד ב קר

אין כמעט אפשרות לתנועת שומנים מצד אחד לצד , בניגוד לכושר התנועה הגבוה בתוך כל שכבת שומןהסיבה לכך היא ). flip flop(השני של השכבה הכפולה

. הראש ההידרופילי שאיננו מאפשר למולקולה להתהפךרים המשוער למולקולה מצד אחד לצד השני מספר המעב

בממברנות בהן מסונטזים . הוא כמעבר אחד לחודשמהיר flip flopחייב להיות , ER-שומני הקרום כמו ה

במקומות אלו יש אנזימים מימברנואידיים . ואקטיבישמעבי רים את phospholipid translocatorsהנקראים

.הפוספולי פידי ם מצד לצד במימברנהפרטורה נמוכה עוברת השכבה הפוספולי פידית בטמ

ככל ששרשרת ). מצב קריסטלי(ממצב נוזלי למוצק ההידרוקרבו ן בשומן קצרה יותר ומספר הקשרים הכפ ולים

.כן תרד נקודת הקריסטליזציה של הקרום, רב יותריש . בקרומי התאים יש כמויו ת ניכרות של כולוסטרול

. הפוספול יפידים לעומת 1:1תאים בהם הוא מגיע ליחס ראש פולרי קטן מאד ) בניגוד לפוספוליפידים(לכולוסטרול

)OH-הקצה הפו לרי נקשר לקצה הפולרי של ). בלבד. מאידך הוא מונע קריסטליזציה של הקרום. י כך הוא מגדיל את מוצקות הקרום"הפוספולי פיד שלידו וע


61

מגדיל את חוזק . ת הידרופיליות קטנותהכולוסטרול מגדיל את חדירות הקרום למולקולות מים ומולקולו .הקרום ועמידותו בלחצים

.בקלות ובמהירות בגלל הראש הפולרי הקטן flip flopהכו לוסטרול מבצע , בניגוד לפוספוליפידים :ניתן לחלק אותם לשתי קבוצות לפי מיקומם בקרום. המרכיב הגדו ל השני בקרומים הם החלבונים

1. Extrinsic ) אוperipheral( -פ הקרום" קשורים לבילית ע. 2. ntrinsicI ) אוintegral (-עוברים דרך הקרום או שקועים בו חלקית .

חלבונים ספוחים הם . שקועים באיזור חומצות האמינו ההידרופוביות שלהם, החלבונים השקועים בקרום הידרופוב יי ם ומאבדים אנזימים אלו. חלק ניכר מחלבוני הקרום הם אנזימים. הידרופילים ב צידם החיצוני

. אין קשרים קוולנטים בין שומנים לחלבונים. את פעילותם כאשר ממצעים אותם לסביבה מ ימי ת ).תמונה' ר(ליפופרוטאיני ם הם חלבונים העטופים מעטפת שומנית ללא קשר כימי בי ן החלבון לשומן

בי של הם פונה כלפ י חופשי על פני הקרום כאשר החלק ההידרופו" שוחים"החלבונים הפריפרליים .השומנים או שקוע חלקית בתוכם ואיננו מאפשר להם להנתק מהקרום

כוחות . בעלי תנועה חופשית בקרום השומני) העוברים מצד לצד(לכאורה גם החלבונים האינטגרליים בשלבים שונים של מחזור חיי התא ניתן לראות. דחיה בין מולקולות החלבון גורמים להם לפיזור רנדומלי

דבר זה מוכיח שיש כוחות המכוונים את תנועתם והם לא . ומתפזרים) capping(שהם מתרכזים יחד .מקריים

הסיבה לאסימטריות זו היא הראש הפולרי של השומנים ). asymmetric(קרום התא הוא אסימטרי

ות לה כיוון שרק הוד, לאסימטריות זו חשיבות גדולה. המונע מהם לעבור מצד לצד בשכבה הכפולה .אסימטריות זו קיימ ת גם בשומנים וגם בחלבונים. יכולים להיות מעברים חד סיטרים דרך הקרום


62

באריטרוציטים השכבה הפנימית : לדוגמה. מכילה את רוב הפוספטידי לכולין וספינגומיאלין

הצד החיצוני עשיר באוליגוסכרידים קשורים לשומנים ולחלבונים והצד הפנימי חסר אותם

).תמונה' ר(לוטין כמעט לחרוב חלבוני הקרום הם גליקופרוטאינים

אחד החשובים . שהסוכר שלהם פונה כלפי חוץמשקלו . glycophorin -מבין אלו הוא ה

חומצות 131 - ובנוי מ30,000 -המולקולרי כהקצה ההידרופילי שלו מכיל שרשרת . אמינו

10 - הסתעפויות של כ15 -סוכרית עם כקצה השני הפונה פנימה ה. סוכרים כל אחד

. לתא עשיר בחומצה גלוטמית ואספרטית חומצות אמינו הידרופובי ות 30 -במרכז כ

.השקועות בקרוםהצד הסוכרי של חלבון זה מכיל את האנטיגנים

-חלבון זה מהוו ה כ. A,B,Oלקבוצות הדם מהגליקופרוטאינים בקרום הכדוריות 60%

).תמונה' ר(האדומות

Membrane transport מבוא לביולוגיה של התא

63

nsportMembrane tra

תכונה זו מונעת מרוב . הוא אינו חדיר למולקולות פולריות וליונים, בגלל מבנהו ההידרופ ובי של הקרוםמאחר והתא זקוק לאספקת מולקולות . המולקולות המומסות בציטופלסמה לצאת או להכנס לתא

. אלועליו לפתח מערכת המאפשרת כניסת ויציאת מולקולות, אורגניות ולסילוק הפסולת מתוכוחדירות זו חייבת להיות מאד . semipermeable barrier )חצי חדיר(קרום התא בעל חדירות סלקטיבית

חומצות אמיניות ושומנים יוכלו להגיע בצורה תקינה אל , מ להבטיח שמולקולות כמו גלוקוז"סלקטיבית עהתכונות החשובות אחת . הקרום הסלקטיבי מאפשר לתא ליצור בתוכו סביב ה בעלת הרכב מוגדר. התא

.של קרום התא היא יצירת סביבה י ונית שונה בציטוסול מאשר בסביבה החיצונית לתא :לדוגמה

Cell (mM) Blood (mM)

K+ 139 4

Na+ 12 145

Cl- 4 116

HCO3- 12 29

Protein- 138 9

Mg++ 0.8 1.5

Ca++ <0.001 1.8

(לשמירת הבדל זה אחראי קרום האורגנלה , וסולגם לאורגנלות בתא יש הרכב שונה מזה של הצי ט .) יותר מאשר בציטוזול1000-100לדוגמה בליזו זום ריכוז יוני המימן פ י :יתכנו שני מקומות מעבר דרך הקרום

.דרך האיזור השומני .1 .דרך חלבוני הקרום .2, מימברנה ה עשויה מפו ספוליפידים וכולוסטרול בלבד .1

למולקולות קטנות , O2 ,CO2, חדירה למולקולות מיםולמו לקולות , המסיסות במ ים ובשומנים כמו אתנול ואוריה

מעברים אלו דרך האזור . גדולות יותר המסיסות בשומנים. הפוספולי פידי אינם דורשים השקעת אנרגיה מצד התא

מהירות המ עבר נמצאת ביחס הפוך לגודל המולקולה לים הם מתנה. וביחס ישר למידת מסיסותו בשו מנים .בהתאם לחוקי הדיפוז יה לפי מפל הריכו זים

, האזור השומ ני בלתי עביר למולקולת פולריות כמו גלוקוזחלבונים , חומצות אמינו, נוקלאוזידים, ATP, גלוקוז פוספט


64

. מאשר ליוני נתרן או אשלגן109חדירות הקרום למים גדולה פי . סידן ואשלגן, נתרן, וליונים של מימןלו מוכרחה להיות מסודרת דרך מולקולות מעבר מיוחדות באזור החלבוני של קרום כניסת חומרים א

.התא :מעבר דרך האזור החלבוני אפשרית בשלשה דרכים .2

).למולקולות קטנות ובלתי טעונות בלבד(ברווחים שבין האטומים בתוך מולקולת החלבון .1 ).Channel proteinsאו (permeasesבאמצעות .2 ).Carrier proteinsאו ( membrane transport proteinsות באמצע .3

:התנועה דרך הקרום יכולה להתבצע בשני אופנים .Passive transport -תנועה פסיבית .1 .Active transport -תנועה אקטיבית .2

1 .Passive transport

למפל הריכוז ים או הפוטנציאל בתנועה פסיבית יון או מ ו לקולה עוברי ם דרך הקרום החצי חדיר בהתאם . האלקטרוכימי שלהם

במפל הריכוזים מ שני עברי הקרום ובמקדם הדיפוז יה של ): לפי חוק פיק(מהירות הדיפ וזיה תה יה תלויה כניסת , במלים אחרות). א בצמיגות התווך משני עברי הקרום ובקרום עצמו"ז(המולקולה העוברת

מקדם . (סותה בין הסבי ב ה השומנית לסביבה המ י מיתהמולקולה לקרום תהיה בהתאם ליחסי מסי בסביב ה שומנית מאשר בסביבה מימית כיוו ן שצמיגות המדיום השומני גדול 1000-100הדיפוז יה קטן פי

.) מאשר צמיגות המדיום המימי1000-100פי בע את במקרים אלו לא רק מפל הדיפוז יה יק , איננו מתיחס למולקולות טעונות או ליונים Fickחוק (

כל יון טעון החיי ב לנוע דרך הקרום מלווה . המעבר אלא גם גרדיאנט הפוטנציאל האלקטרי משני הצדדים


65

אין מעבר יונים , כאמור. Cl-עובר מלווה ביון Na+לדוגמה . מ לשמור על האיזון האלקטרי"ביון הנגדי ע .)דרך האזור השומני

בדרך זו עוברות . פוספולי פידי או החלבוני בקרוםמעבר פסיבי לפי חוק פיק יכול להעשות דרך האזור ה .ומולקולות קטנות המסיסות במים ובשומני ם כמו אתנול ואוריה, H2O ,O2, CO2: מולקולות כמו

מולקולות גדולות יותר המסיסות בשומנים עוברות דרך .האזור השומני בלבד

מעבר זה קו רה דרך חלבוני : דיפוזי ה בעזר ת פרמאזותראשית כיוון . ך השכבה הפוספולי פידי תהקרום ולא דר

שמהירות הדיפוז יה הר בה יותר מהירה ממה שאפשר . שנית המעבר הוא ספציפי. Fickהיה לצפות לפי חוק

כל מולקולת פרמאזה מעבירה יון או מולקולה מסויי מים עליה . שלישית יש גבול עליון למהירות המעבר. בלבד

סויימת בגרדיאנט משני עברי הקרום מעל לרמה ממעבר כזה . אינה משפיעה יותר על מהירות המע בר

חושבים . פועל לפי החוקים של הריאקציות האנזימטיותי יצירת תעלה "כי מנגנון הפעולה של הפרמאזה היא ע

)channel protein ( המאפשרת מעבר חופשי של .מולקולה ספציפית דרכה

דיפוזי ה דרך קרום בהתאם למפל האנרגיה מקטינה

וטנציאל הכימי משני עברי הקרום ולכן את הפמעבר מול אחד של , לדוגמה. משחררת אנרגיה רבה

משחררת M0.1 לריכוזM1חומר דרך הקרום מריכוז cal./mol.1359של ' בטמפ°C25 .העברת מול אחד של מומס דרך קרום חצי חדיר , בצורה הפיכה

.ריות קלו1359תדרוש השקעה של 25°C -בניגוד למפל הדיפוז יה ב

דוגמה :באריטרוציטי ם של אדם ניתן להבחין בשתי מערכות של פרמאזות

. חלבון זה מחליף יון ביון. הסוג הראשון של פרמאזה המצוי ב אריטרוציטים הוא חלבון מחליף יונים. אהוא מחליף

-HCO3 ב Cl- .יוצא מכלל זה , קרומי התאים בדרך כלל בעלי חדירות נמוכה מאד ליוני כלור

פרמאזה זו מהווה את . יותר מתאים אחרים100,000טרוציט שחדירותו ליוני כלור בערך פי הארי . מיליון מולקולות כאלה בקרום של כל תא1.2 -יש כ. המרכיב החל בוני העיקרי בקרום האריטרוציט


66

CO2 ה. המעבר המ היר של אניונים דרך קרום האריטרוציט מאפשר את תפקודו היעיל של התא carbonicחודר דרך הקרום וב עזרת האנזים , ו בר דרך הקפילרות ומגיע לכדורית האדומהמהרקמות עanhidrase יון זה יוצא מה כדורית לפלסמה שנפחה פי שנים מנפח הכדורית . הופך ליון ה ביקרבונתאות יבר. תחמוצת הפחמן ממה שהכדורית יכלה לשאת לבדה-י כך העברת פי שלשה דו"ומאפשר ע

עוב רים ms50 -ב, מהירות הפ עולה של הפרמאזה גדולה מאד. על עצמה בכיו ון הה פוךהפעולה חוזר ת .מולקולות ביקרבונת 109x5דרך הקרום

כניסת הגלוקוז . Fickכניסת גלוקוז לאריטרוציטים הרבה יו תר מהירה מהמצופה מחו קי הדיפוז יה לפי . ב

א שבריכוז "ז. mM1.5 למקסימום בריכוז מהירות הדיפו זיה מגיעה. לא עולה לינארית עם עלית הריכוזהספציפיו ת של המעבר מודגם בכך . ממ ולקולות הפרמאזה תהינה קשורות למולקולות גלוקוז50%זה

איננו מסוגל לחדור לתא L-glucose, )י התא"רק הוא ניתן לניצול ע(חודר לתא D-glucoseשרק ה בעלי חדירות הרבה ם כןא כמו מנוז וגלקטוז גסוכרים אחרים פחות יעילים לת. בכמות הניתנת למדידה

בגלל מחלת הסכרת הקשורה . פעילותה של פרמאזה זו קשורה בנוכחות אינסולין. יותר נמוכה מגלוקוז .היא הפרמאזה הנחקרת והידועה בי ותר, בפרמאזה ז ו

ל לעבור דרך מאחר ואין הוא מסוג. הגלוקוז משמ ש כמקור לאנרגיה וליצירת כל החומרים האורגניים בתא

עד היום בודדו ברקמות השונות . הוא זקוק לחלבון מי וחד שיאפשר את מעברו, הקרום בגלל פולריותוהם נבדלים אחד מהשני במשיכ תם לגלוקוז . חלבונים שונים המשמשים פרמאזות לגלוקוז5באדם

.ובמה ירות פעולתםהגלוק וז מ ועבר בזרם הדם וגורם לסטימ ולצ יה . קוזפעי ל ות הפרמאזה מתחילה כאשר אוכל ים ס וכרים והמע י מפר קם לגלו

הוא מ ונע מהכבד להפרי ש גלוקוז : האינס ול י ן מנקה את הדם מעודף הגלוקוז בשני אופנ ים. בלבלב להפריש א ינסול י ן βלתאי

השו מ ן השרי רים ה ופכ ים את הגלוק וז לגל יק ו גן ו תאי . הוא ג ורם לתא י השריר ו רקמות השומ ן ל אסוף י ותר גלוק וז מהדם, נוסף

. מפסיק ים ל הפריש אינס ול י ן והמטבול יזם חוז ר לרמת ו הקודמ ת β -תאי ה, כאשר רמת הסוכר בדם י ור דת. הופכים או ת ו לש ומ ן

שבשבילו , הצרכן הגדל בי ותר בגוף ל גלוקוז הוא המ ח. מהגלוק וז מגי ע לשר יר י ם והופך לגל יקו גן% 80 -כ , לאחר אכילה

. מהגלוקוז בדם הולך למח60%ה במצב מנוח. הגלוקוז המקור היחיד לאנרגיה


67

ללא אספקה מתמדת של גלוק וז . ו י וצר ח וסר גלו קוז בתאי המח) hypoglycemia(עודף א ינסול י ן מ ור יד את רמת ה גלוקוז בדם

רמה נמוכה של אינס ול י ן א ו תג ובה בלתי מספקת של תאי השריר א ו השומן ג ורמ ים ל רמה גבוהה של , מאידך. תאי המח מתים

הכל י ות , ע ודף הסוכר בדם מערער את האיז ו ן הא וסמוט י והדם מ וצ י א נוזל ים מהרקמות . hyperglycemiaנקרא גלוקוז בדם ה

דהידרציה וא י בוד מלחים יכ ול ים לגר ום לאיב ו ד . מפריש ות את ע ודף הנוזלים ב שתן ת וך א יבוד מלחים שרמת ם בשתן קבועה

, תפק וד לקו י של הכל י ות , ע ו ור ו ן , שית וק שר יר ים, פי לבהיפרגליצמ יה נמוכה אך ממ וש כת יכ ולה לגרום להתק. ההכרה ומו ות

.פיברוז יס וגנגרנה באברים קיצ וני ים ו לבסוף למ ו ו ת

Iסוג diabetes mellitus -חוסר א ינסול י ן גורם ל

המצויה בע יקר אצל ילדים א ו מ תבגרים ו לאחר מחלות

דיאבטס מליטוס ס וג . בלבלב βהגורמות נזקים לתאי

II מהאוכ לוס יה5% -כ (40על נפוצה י ותר בגיל מ (

וקש ורה בתחילתה לתגובה בלתי מספקת של תאי

. השומ ן ו הכבד לאינסול י ן , השריר

י "פרמאזות אלו אופינו לראשונה עMichihiro Kasahara & Peter C. Hinkle

חומצות אמיניות 492 -הן ב נויות מ. 1977 -ב סיגמנטים 13. סגמנטים25 -מאורגנות ב

. הידרופוב יים לסרוגין12 -הידרופיליים והסיגמנטים ההידרופ ובי י ם נמצאים בתוך

.הקרום

: שלבים4 -העברת הגלוקוז נעשית בקשירה חלשה של הגלוקוז בקשרי מי מן .1

.על רצפטורים בצד אחדשינוי מבנה החלבון לסגירת הצד הקושר .2

ופתיחת הנגדי תוך העברת הגלוקוז OH פנימה על גבי קשרי מימן של קבוצות

.המצויות שם CONH2-ו .שחרור הגלוקוז בצד הנגדי .3למצבו ) הפרמאזה(חזרת מבנה החלבון .4

.הראשוןמהירות הפעולה של כל פרמאזה יכולה

פרמאזות . מולקולות לשניה900 -להגיע ל. גלוקוז בהת אם למפל הריכוזםותאלו מעביר

לאחר הפרשת . מהן נמצאות על הקרום1% -הפרמאזה מ אוכסנת בשלפוחיות ליד גרעיני התאים ורק כ


68

הוצאת האינסולין גורמת לשקיעת קטעים . מהשלפוחיות לקרום40% - דקות עוב רות כ10אינסולין תוך סילוק הפרמאזה נעשת כל הזמן אלא שבנוכחות . מהקרום תוך יצירת שלפוחיות וסילוק הפרמאזה

.אינסולין הפעולה ההפוכ ה מהירה יותר, בנוסף לכך. והופך לבלתי חדיר בקרום ATPי " חודר לתא הוא עובר פוספורילציה עמיד כאשר הגלוקוז

.כתוצאה מהפוספורילציה יו רד ריכוז הגלוקוז החופש י בתא וגורם לכניסת גלוקוז נוסף

2 . Active transport

סביבתו רואים שהבדלי הריכוזים של היונים בין התא ל, ATPכאשר מוסיפים לתאים חומר המעכב יצירת כל תא משקיע . תאהכימי גורמת בסופו של דבר למות -הקטנת הפוטנציאל האלקטרו. הולכים וקטני ם

משמש ATP - מה50% -בכדורי ות אדומות כ, כימי-כמות ניכרת של אנרגיה ביצירת פוטנציאל אלקטרו .לתפקיד זה

: גוד למפל הריכוזיםלצורך כניסתם או יציאתם מהתא בני ATPase -לפחות שלושה יונים משתמשים בבפרק הקודם ראינו כיצד יונים אלו עוברים דרך הקרום בעזרת . +H-ויון ה Ca++ יון , )K+ -ו (Na+יוני

-כאן מדובר במערכת אנזימתית שבה עובר ה. פרמאזות ללא השקעת אנרגיה בהתאם למפל הדיפוזי הATP הידרוליזה ל- ADP בניגוד למפל הריכוז יםתוך נצול האנרגיה להעברת יונים דרך הקרום .

).1997 -קיבל עליו פרס נובל ב, 1957 -ב Jens C. Skouי החוקר הדני "המערכת תוארה ע( Channel proteinלפעולתו או באמצעות ATPהדורש Carrier proteinהמעבר יכול להעשות בעזרת

חר בניגוד למפל תוך ניצול אנרגיה המשתחררת מיון העובר בהת אם למפל הריכוזים להע ברת יון א .הריכו זים

או גרדיאנט יוני המשחרר , ATPהידרוליזה של : לבוא משני מקורותההאנרגיה למעבר אקטיבי יכול .אנרגיה

אחת המערכות הנחקרות ביותר מבין מערכות המעבר האקטיבי דרך הקרומים היא :משאבת הנתרן -ה. ה כנסת אשלגן במקומוהתא משקיע אנרגיה רבה בהו צאת הנתרן מהתא וב. משאבת הנתרן

ATPase אחד מהם הוא גליקופרו טאין שמשקלו המולקולרי , ה מבצע פעולה זו מורכ ב מ שני חלבונים ו השני חלבון פשוט 50,000

. 120,000שמשקלו המולקולרי החלבון הגדול קושר בצידו הפונה לציטוסול שלושה יוני נתרן

-הידרוליזה של ה. ATPומולקולת ATP ל- ADP ת להעברת יוני גורמ

. הנתרן לצידו השני של הקרוםבצידו החיצוני יש על האנזים שני


69

שהוא הרבה מתחת לריכוז mM0.2של קשירת יוני הנתרן לאנזים הוא Km -ה. אתרי קשירה ליוני אשלגןקבוע הקשירה . על כן קשירת הנתרן ושאיבתו החוצה תתנהל תמיד בקצב מקסימלי, יוני הנתרן בתא

, שהוא הרבה יותר נמוך מריכוז יוני האשלגן החוץ תאיmM0.05שווה Kmן בצד החיצוני הוא ליוני אשלג .לכן יוני האשלגן ישאבו פנימה בקצב מקסימלי

: הוא ATPase-המודל התיאורטי לפעולת ה ATPקשירת שלשה יוני נתרן ומולקולת .1

. לצידו הפנימי של האנזים ATP -ל ההידרוליזה ש Mg++בנוכחות יוני .2

תוך העברת הפו ספט המשתחרר ADP -לשעל החלבון aspartateלחומצה האמינית

בעלת אנרגיה acyl phosphateויצירת . גבוהה

החלבון משנה את מבנהו , כתוצאה מהשינוי .3המרחבי ושלשת יוני הנתרן מוצאים החוצה

.ומשתחרריםשני יוני אשלגן נקשרים לצדו החיצוני של .4

.ונפיגורציה הח דשההחלבון בק -עוב ר הידרוליזה ל acyl phosphate -ה .5

aspartate ולפוספט חופשי וזה גורם .לחלבון לשנות את המבנה למצב הראשוני

).תמונה' ר(האשלגן מוכנס פנימה ומשתחרר מהאנזים , כתוצאה משינוי המבנה .6 . מהציטוסול אל מחוץ לתא Ca++ השני המצוי בקרומי התאים הוא זה המוציא את יוני ה ATPase-ה

ATPase בקרום הרטיקולום הסרקופלסמתי ) של החלבונים80% -כ(זה נמצא בכמות גדולה במיוחד

הקשור לכל תהליכי המטבוליזם של calmodulinאנזים זה מכיל כתת יחידה את החלבון . בתאי שרירכאשר . ניות גבוהה מאד ליוני הקלציוםבעל אפי, צידו הפנימי של האנזים הפונה לציטוסול. הקלציום בתא

בסרקופלסמה ישנם שני חלבונים . עולה גם מהירות פעולת האנזים, ריכוז יוני הק לציום בתא עולה


70

מהחומצות האמיניות שבהם הם 37%(חומציים מאד 43חלבון זה מסוגל לקשור ). חומצה גלוטמית או אספרטית

קופלסמה יוני קלציום ובדרך זו להקטין את ריכוזו בסר ATPעל כל מולקולת . ולהקל על עבודת האנזים

. יוני קלציום מהתא2מוציא האנזים , המתפרקתתוך העברת ADP -ל ATPהשלישי מפרק ATPase -ה

זה בעל ATPase. פרוטון מצד אחד של הקרום לצידו השני, חשיבות גדולה מאד בפעילות המיטוכונדריה והכלורו פלסט

כ ניחד עליו את "ילותו הפוכה ועאבל באורגנלות אלו פעהוא קיים גם בקרומים של . הדיבור כשנגיע לאורגנלות אלו

הנמוך pH -י והליז וזו מי ם ואחראי על ה'מערכת גולגי "ע ATP בליזו זום מאשר בציטופלסמה תלויה באספקת 100שמירה על ריכוז יוני מימן גבו ה פי . בתוכם .התא

פרוק המזון בקי בה נעשה בסביבה חומצי ת חזקה של . תאי הקיבהמקום נוסף בו פועל אנזים זה הוא parietal cells -י ה"החומצה ההידרו כלורית מופרשת לקיבה ע .M0.1 חומצה כלורית בריכוז

התהליך הוא הפיך אך מלווה . שבדפנותיובקרומי התאים הפונים לתוך ATPבצריכת מלווה בהוצאת יון או ATP-פרוק ה. הקיבה

הוצאה אקטיבית . מ ה תא לקיבהיוני מימן של פרוטון מ התא מלווה בהוצאת יון כלור

.לצורך שמירת האיזון היונ י בתאהפרוטון ה מו צא מהתא מקורו בהיד רציה

י האנזים "תחמוצת הפחמן ע-של דוcarbonic anhydrase.

H2O+CO2↔H++HCO3

-

יו צא מהתא בקרום הפונה לצידו יון הביקרב ונט . הציטוסו ל חייב להשאר ניטרלי HClכאשר התא מפריש .במקומו נכנס מהדם יון כלור לתוך התא. הפנימי לכיוו ן צינורות הדם

היחס בין שני מרכיבים אלו . כל הריאקציות האנזימטיו ת הפיכות ותלויות בריכוזי חומר המוצא והתוצרתלך , יה גבוהכאשר ריכוז התוצר יה. קובע איזה מהם יקרא חומר מוצא ואיזה תוצר, בשיוו י המשקל

כי התוצר ברוב המיק רים עובר מיד שינויים ונכנס , בדרך כלל דבר זה לא יקרה. הריאקציה ב כוון ה הפוךהצטברותו תשמש כווסת לעצירת , במיקרים בהם התוצר לא עובר שינויים נוספים. למערכת הבאה

.המערכת


71

Symport and Antiport

. H+ -ו ++Na+ ,Caהם יוני ATPא מלווה בה ידרוליז ה של החומרים הי חידים שכניסתם או יציאתם מהת, לדוגמה. לעומת זאת ידועים חומרים רבים שכניסתם לתא או יציאתם ממנו הם בניגוד למפל הריכוז ים

.תהליכים אלו דורשים השקעת אנרגיה. כניסת גלוקוז או חומצות אמיניות לתאים

גורמת להפרשי פוטנציאלי ם ATPase -הוצאת הנתרן מהתא באמצעות ה, כפי שכבר הזכרנוהנתרן חוזר לתא דרך הפרמאזות בהתאם למפל הריכוז ים ומשחרר . אלקטרוכימיי ם בין התא לסביבתו

. י התא"האנרגיה המשתחררת לא מתבזב זת ע. את האנרגיה הפוטנציאלית האלקטרוכימית שהצטב רהאנו רואים . צות אמיניות בהתאם לצורךהוא מכניס איתו מולקולות גלוקוז או חומ, תוך כניסת הנתרן לתא

כאן מעבר אקטיבי של מו לקולה דרך הקרום בעזר ת אנרגיה המשתחררת ממולקולה ה נכנסת בצורה . symportתהליך זה נקרא . פסיבית עם מפל הריכוזים

: הוזכרו כאן שתי דרכי כניסה של גלוקוז לתא!שים לבהמעבר מתנהל . בר דרכם מותנה בנוכחות אינסוליןשהמע) GluTהנקראים (channel proteinsדרך .א

מולקולות 900 -מהירות המעבר כ. השקעת אנרגיה מצד התאואינו דורשבהתאם למפל הדיפוזיה .גלוקוז לשניה עבור כל מולקולת פרמאזה

המעבר מתנהל נגד מפל הריכוזים של הגלוקוז . ובסימפו רט איתו Na+של channel proteinsדרך .ב מיליון יוני נתרן 10 -מהירות המעב ר בשיטה זו כ. צול האנרגיה המשתחררת מכניסת הנתרןתוך ני

).שיטה הקודמ תה אלף פעם יותר מהר מ100(בשניה לכל פרמאזה אם המולקולה המועב רת דרך הקרום עוברת באותו כיוון כמו . תנועה זו יכולה להתנהל בשני הכיווני ם

דוגמה לכך היא כניסת גלוקוז וחומצו ת אמיניות . symportהליך אנו קוראים לת, המולקולה ה מכניסה .לתא יחד עם הנתרן

אם תנועת המולקולה ה מועברת דרך הקרום אנו , היא בניגוד לתנועת המולקולה המעב ירה

דוגמה למערכת . antiportקוראים לתהליך בה ם כניסה , אנטיפורט אנו מוצאים בשרירי הלב

++וה ביציאת יוני לתאים מלו Na+חזרה של יוני

Ca .דוגמא אחרת . אחרת הם גורמים להגברת ההתכווצוי ות של השריר, הוצאת יוני הסידן ה כרחית .לאנטיפורט היא כניסת האשלגן במקום הנתרן במשאבת הנתרן

.uniportתהליך בו התנועה של מולקולה אינה מלווה בתנועת מולקולה נוספת נקראת


72

תנועת מים דרך קרומים

תנועת המים יכולה להיות . המים דרך קרומים היא תכונה יסודית בקיום כל מערכת ביולוגיתתנועת :תוצאה של אחת משתי אפשרויות

דרך הקרום ) מים(הבדל בריכוז י המומס משני צידי הקרום הגורם ללחץ אוסמוטי ולתנועת הממיס .1 .או במלים אחרות אוסמוזה, החצי חדיר מריכוז גבו ה לריכוז נמוך

.לחץ הידרוסטטי גבוה יותר בצד אחד של הקרום הגורם לתנועת המים לכוון השני .2י נוסחת "לחץ זה הוגדר ע. לחץ אוסמוטי מוגדר כלחץ ההידרוסטטי הנחוץ כדי לעצור את האוסמוז ה

van't Hoff: = RT(C1+C2+C3+....Cn) π

π = osmotic pressure in atmospheres. R = gas constant (0.082). T = absulute temperature. C = the molar concentration of all the solutes (ions or molecules).

הלחץ האוסמוטי ד רך הקרום יהיה ההפרש בין הלחצים , כאשר הקרום חדיר למים ולא למומסים :האוסמוטיים משני עבריו

π = RT∆C ∆C יבטא את הפרשי הריכ וזים משני צידי הקרום.

תאים אלו קולטים מים כל הזמן ממערכת הדם . גמת המערכת ניקח לדוגמה את תאי הקיבהלהד

האוסמוזה והלחץ ההידרוסטטי שהזכרנו למעלה פועלים , שני הגורמים. ומפרישים אותם לקיבה .במערכת זו

לתוך H+ -ו Cl-תאי הקיבה מפרישים יוני כת וצאה מכך עולה ה לחץ . הקיבה

הקיבה וגו רם של lumen -האוסמוטי ב ההשפעה . להוצאת מים מהתאים

על כל יון מימן ויון , האוסמוטית גדולה מאד 400-300יוצאים גם , כלור המופרשים

הכח העיקרי . מולקולות מים מתאי הקיבההמכניס מים מהקפילרות של מערכת הדם לתאים הוא הפרשי הלחצים . ההידרוסטטיי ם בין הק פילרות לתאים

, mmHg 35-15בין הלחץ בקפילרות נע .בזמן שהלחץ בתאי הקיבה קרוב לאפס


73

ויוצאים , יוצא שמים נכנסים לתאים ממערכת הדם הודות להפרשי הלחצים ההידרוסטטיים ביניהם מהתאים לחלל הקיבה הוד ות להפרשי הלחצים האוסמוטיים ביניה ם

Donnanשווי משקל של

Donnan במערכת זו ישנן מולקולות העוברות את . שקלבדק מה יקרה במערכת אוסמוטית במצב שווי מ

לעומתן ישנן מולקולות שאינן מסוגלות לעבור את . לגביהן הקרום כי לו לא קיים, הקרום באופן חופשי

דונן בדק כיצד יתחלקו המולקולות העוברות את הקרום באופן חופשי כאשר המערכת תגיע לשווי . הקרום

.משקל

העוברים את הקרום באופן חופשי ינועו מריכוז גבוה ה לריכוז נמוך עד חלקיקים , בהתאם לחוקי הדיפוז יה :דונן קבע שני חוקים החייבים להתקיים במצב של שווי משקל. שריכוזם ישתווה

.כל צד חייב להיות ניטרלי מבחינת סך הכל המטענים .1 .קרוםחייב להיות שווה משני צידי ה, מכפלת היונים העוברים את הקרום באופן חופשי .2

NaClנמצא בתמיסת C 1 בריכוז NaRבהתאם לחוקים אלו נקח לדוגמא מערכת בה תא המכיל חלבון .ונבדוק מה יהיה ה מצב בשווי משקל C2בריכו ז

Na+ Cl- Na+ R-

C1 C1 C2 C2 התחלה

Na+ Cl Na+ Cl- R-

C1-X C1-X C2+X X C2 שווי משקל

Cl- לפי החוק הראשון . לכן הוא יעבור לצד ימין, א עובר חופשית את הקרוםנמצא רק בצד השמאלי והו

יוני Xיעברו גם , יוני כלור יעברו Xאם . לאזון המטענים +Naיצטרך לעבור גם יון , שיעבור -Clלכל יון לפי החוק השני במצב שווי משקל יהיה מכפ לת היונים העוברים את הקרום שווה בסיום התהליך . נתרן

:לפי כך נוכל להציב את הנוסחה הבאה. דיםבשני הצד

(C1-X)2 = (C2+X)X C1

2-2C1X+X2 = C2X+X2

C12 = (C2+2C1)X

X = C12/(C2+2C1)


74

:נקבל, 10mol=C2ובמקום 20mol=C1אם נציב במקום : דוגמא

Na+ Cl- Na+ R-

התחלה 10 10 20 20

Na+ Cl- Na+ Cl- R- 20-X 20-X 10+X X 10 שווי משקל

20-8 20-8 10+8

50X = C1 = 8: לפי הנוסחה נקבל2/(C2+2C1) = 400/

. שווה משני צידיואיננוריכוז היונים היכולים לעבו ר את הקרום , במצב שווי משקל:מסקנה

מולקולות גדולות וחלקיקים

.phagocytosis-ו endocytosisהתהליך שדרכו מקרומולקו לות נקלטות בתא הוא

Endocytosis

:ניתן להבחין בין שני סוגי אנדוציטוזה1. Pinocytosis שבו קרום התא שוקע פנימה לתוך הציטוסול וע וטף בוע ה ק טנה של נוזל ומכניסו

.הרכב המומסים בב ועה זו כמו ה רכבם בנוזל סביב התא. פנימה2. Receptor-mediated endocytosis מולקולות במדיוםבו רצפטורים שעל פני התא מכירים ,

החומ ר הנקשר . י יצירת בועית סביבם כמו בפינוציטוזה"קושרים אותם ומכניסים אותם לתא ע .ligandלרצפטור נקרא


75

דוגמה לאנדוציטוזה באמ צעות רצפטורים על פני הקרום ניתן לראות בקליטת הכולוסטרול

הכולוסטרול נחוץ לתאים לבנית . י התאים"עיננו מסיס ולכן הוא הכולוסטרול א. הקרום

י חלבונים קטנים מיוחדים "נעטף בדם עאו Low-density lipoproteinsהנקראים

לחלבונים אלו רצפטורים . LDLבקיצור פ תאי האפיטל בצינורות הדם "מיוחדים ע

ובאמצעותם הם קושרים וקולטים את .הכולוסטרול

צורה אחרת של אנדוציטוזה באמצ עות רצפטורים אנו הברזל נקשר בדם . י התאים"בקשירת הברזל עמוצאים

האפוטרנספרין . apotransferinלחלבון נשא הנקרא לכל התאים יש . transferin-והופך ל Fe+++קושר שני יוני

הרצפטור . רצפטורים לטרנספרין בהתאם לצרכים שלהםי אנדוציטוזה ומוריד "מכניסו לתא ע, קושר את הטרנספריןאת האפוטרנספרין הנוצר הוא פולט . ממנו את יוני הברזל .בחזרה למערכת הדם

גודל ה בועיות בסביבותבשני תהליכי האנדוציטוזה 0.1mm.

. פ התא מתחדשים בתדירות גבוה"רוב הרצפטו רים עלדוגמה . של הקרום מתחדש כל שעה50% -בתא פעיל כ

מולקולות 500,000 -לתאי כבד יש כasialoglycoprotein פני תאים אלושהו א רצפטור על .

תהליך זה יתבצע גם אם . מיליון מו לקולות internalize (3(תוך שעתיים התא מסוגל להכניס פנימה שהתא איננו מפרק את הרצפטורים שהוא מכניס , משמעות הדבר. נעכב את סינתזת החלבונים בתא

. דקות20כל ) recycled(יוצא שכל רצפטור ממוחזר . אלא רק ממחזר אותם, פנימה

Phagocytosis

בשלב ראשון החלקיק נקשר . נגיפים או חידקים, י התא כמו"פגוציטוז ה הי א קליטת חלקיקים גדולים עבועיות הנוצרות בתהליך זה הן . לאחר מכן הקרום מתארך על פני החלקיק ועוטף אותו, לקרום התא

.1-2mµ בעלות גודל של


76

:ציטוזה ניתן להבחין בשני הבדלים בין אנדוציטזה לפגו .הבועי ות הנוצרות בפגוציטוזה הרבה י ותר גדולות .1בפגוציטו זה התארכות הקרום סביב החלקיק דורשת .2

הנמצאים מתחת לפני הקרום actinשיתוף של חוטי . באנדוציטוזה לא משתתפים חוטים אלו. ובסמוך אליו

הפגוציטו זה תהליך חשוב מאד בכל ם ובעלי חיים נמוכים את בדרך זו קולטים חד תאיי. עולם החי

בבעלי חיים גבוה י ם ובאדם נמצאים תאים מיוחדים . מזונםבמערכת הדם שבאמצעות פגוציטוזה בולעים ומפרקים חלקיקים זרים שחדרו לגוף או תאי דם זקנים

.שגמרו את תפקידם . ליזו זומיםרוב הבועי ות הנוצרות באנדוציטוזה וב פ גוציטוזה מת לכדות עם אורגנלות תאיות שלרוב הן ה

סיכום :ניתן לסכם את המעבר של חומרים דרך הקרום מבחינת סוג המולקולה כך

המעבר . מים עוברים בצורה חופש ית בין דרך החלק השומני ובין דרך החלק החלבוני של הקרום .1לחץ (הכח המניע את המולקולות הוא הפוטנציאל הכימי . בהתאם למפל הריכוזים ו אינו דורש אנרגיה

.או הלחץ ההידרוסטטי, )מוטיאוס2. N2 ,CO2 ,O2 , המעבר . אתנול ואוריה עוברים ב אופן חופשי ב ין באיזור ה פו ספוליפידים ו בין בחלבונים

.בהתאם למפל הריכוזים ו אינו צורך אנרגיהמולקולות הידרופוביות עוברות בחלק השומני ביחס הפוך לגודלן וביחס ישר למסיסותן בהתאם למפל .3

. ים וללא צורך בהשקעת אנרגיההריכו זיונים חד ערכיים קטנים עוברים דרך חלבוני מעבר מיוחדים בהתאם למפל הריכוזים וללא צורך .4

. בהשקעת אנרגיה5. H+ ,Ca++ ,Na+ מועברים גם באופן אקטיבי דרךATPase שהואcarrier protein בניגוד למפל

channel proteinזרים חזרה עם מפל הריכוז י ם דרך חו. ATPהריכו זים תוך צריכת אנרגיה בצורת של חומר אחר antiportאו synportי התא לריאקציה כימית או "תוך שחרור אנרגיה המנוצלת ע

. בניגוד למפל הריכו זים6. K+ נכנס לתא באנטיפורט עם נתרן דרךcarrier protein ללא השקעת אנרגיה ויוצא דרךchannel

protein באנרגיהללא צורך . channel protein-או ב, נגד מפל הריכוז ים Na+סוכרים וחומ צות אמינו נככסים לתא בסימפורט עם .7

.מיוחדים לפי מפל הריכוזי ם .תוך צריכת אנרגיה carrier proteinי "ערכיים מועברים ע-יונים דו .8 .ריכת אנרגיהמולקולות גדולות מועברות באמצעות אנדוציטוזה או פגוציטוז ה תוך צ .9

.היא מכילה את המעברים העיקריים בלבד הנוגעים לנושא. רשימה זו לא מלאה

Cell to cell signaling מבוא לביולוגיה של התא

77

Cell to cell signaling

לדוגמה בשמרים כאשר תא . איתות בין תאים מתחיל ברמה החד תאית הרבה לפני הופעת הרב תאייםאחר להפסיק להתחלק הוא מפריש פפטיד הגורם לתא הפלואידי מסוג , הפלואידי מוכן לקוניוגציה

, פפטידים, חלבונים: קומוניקציה בין תאים מתבצעת באמצעות מולקולות שונות כגון. ולהתכונן לקוניוגציהואפילו גזים מומסים , ניגזרות של חומצות שומניות, רטינואידים, סטרואידים, נוקלאוטידים, חומצות אמינו

, לקם של חומרים אלו מופרשים אל מחוץ לתאח). CO (carbon monoxide-ו) nitric oxide )NOכמו .י מגע ישיר בין התאים"וחלקם נשארים קשורים על קרום התא המפריש ופוע לים ע

:מולקולות איתות המופרשות מתאים יכולות לפעול בשלש דרכים

1. Paracrinic .חומרים . פועלים על התאים שמסביב לתא המפרישי התאים מסביב "פים עאלו אסור שיגיעו רחוק ולכן הם נאס

.י אנזימים"ומתפרקים במהירות ע2. Synaptic .באורגניזם הרב תאי . י מערכת העצבים"מופרשים ע

לכן התפתחו תאים מיוחדים כמ ו , לא מספיקים סיגנלים לתווך קצר, למרחקים) axons(מערכת העצבים ששולחים שלוחות ארוכות

הוא מעב יר , העצבכתגוב לאקטיבצי ה של תא. לקרבת תאי המטרה). synapses(אימפולסים חשמליים לאורך האקסון עד לקצוות

כתגובה לאימפולסים החשמליים מפרי שים הקצוות neurotransmitters לתאי המטרה הסמוכים לה ם.

3. Endocrinic .ההורמונים הן . פועלים באמצעות הורמוניםהם . אחרי תא אחד ופועלות על תא במקום "מולקולות המופרשות ע

י רצפטורים על פני הקרום "י מערכת הדם ונקלטים ע"מועברים עההורמ ונים פועלים על כל האורגניזם כאשר כל . של תאי המטרה

.תא יכול להגיב בדרך שונהיש סיגנלים הפועלים על התא המפריש עצמו ועל התאים הדומים לו

תם פעילו. autocrine signalsסיגנלים אלו נקראים . שבסביבתו, התכווצות שרירים חלקים, בהתפתחות העובר: ניכרת בעיקר

. גרויים לכאב וחידוש רקמות שנהרסו, אגרגציה של טסיות דם archidonic-החומרים דרכם פועלים הסיגנלים האוטוקריניים הם ה

acid) eicosanoids.( . כל תא באורגניזם רב תאי חשוף למאות איתותים שונים מהסביב ה

ותים אלו מומס וחלקם ספוח על החומר הבין תאי או על חלקם של איתהאיתותים נחוצים לתאים לעצם קיומם ולצורך . התאים השכנים


78

התא מוכרח להגיב על . גורמת להפעלת תוכנית חיסול עצמי בתא, מניעת סיגנלים אלו מהתא. התרבותם הרב תאי מתוכנתים להגיב רוב התאים באורגניזם. הגרויים בצורה סלקטיבית בהתאם לתכנותו הספציפי

.מאות סיגנלים שונים יכולים ליצור מיליוני קומבינציות שונות. לקומבינציות מוגדרות של איתותיםריכוז מולקולות האיתות יכול להשתנות במהירות רק אם

הרבה חלבונים בין תאיים בעלי . מחצית חייהם קצר מאדת הריאקציות הנוצרו. דקות-10מחצית חיים קצרה מ

מסיגנלים קצרים חייבים להיות כאלה שהקשר הקוולנטי .הנוצר בהם יהיה קצר חיים

NO -ה. דוגמה לסיגנל קצר חיים הוא הניטריק אוקסיד

קצוות . מספיק הידרופובי כדי לעבור בקלות את קרום התאהגורם acetylcholinהעצבים האוטונומיים מפרישים

ת צינורות הדם ליצר בעקיפין לתאים האנדוטליאליים של דפנומשפיע על השרירים החלקים של NO-ה. NOולהפריש

שנה לטיפ ול בח ול י 100 -פעולה זו מסבירה את פע יל ו ת הניטרוגליצר י ן שמשמש י ות ר מ(. צינורת הדם להתרפות

Angina pectoralis .יטרוגל יצרי ן הנ. אנגינה פקטורליס הוא כ אב בבית החזה כתוצאה מזרימ ה לא סדירה של דם לשריר הלב

NO -ה. שמרפה את המתח של השריר ים ההקפיי ם של צינ ור ות ה דם בלב ומרחיב אותם ו מגדיל א ת זרימת הדם NOמשחרר

. הוא ע וזר בהריגת מ יקרוא ורגנ יזם שחדרו לגוף. י מקר ופגים ונ ו יטרו פ יל ים שעברו אקטיבציה"מופרש גם כאק טיבטור מקו מ י ע

הוא מ ופר ש בקלות מהתא ים כ י ע ובר בקלו ת את הקרום . NOsynthaseי האנזים " ע arginineי דאמינציה של " נ וצר ע NO -ה

בתא . לניטרט וניטריט ים NO -חמצן ומ ים הופך את ה. שניות ופ ו על רק על תאי ם שכנים5-10מחצית חי י ו קצרים , השומני

יכ ול ל פע ול בדרך CO -ת ש יש ראי ו. cGMPו י וצר guanyl cyclaseבאיז ור האקטיבי של האנזי ם Feהמטרה הוא מגיב עם

.)דומה לסטימ ולצ יה של גואנ יל צי קלז

מהירה וקצרה , לעומתם פעולת הנוירוטרנסמיטרים מדויקת, איטית וממו שכת, פעולת ההור מונים רחבהבגלל המיהול ). 100nm - מטר לשניה כאשר המרחק לתא המטרה פחות מ100מהירות המ עבר עד (

לעומתם נוירוטרנסמיטרים כמו . 10-8M -טרה בריכו זים נמו כים מאד הורמוני ם פועלים על תאי המ, הרבואפיניות נמוכה לתא המטרה כך שבקלות 10-4M×5אצטילכולין פועלים בריכ וזים גבו הים של

.י אנזימים"משתחררים ומתפרקים ע

: שלבים6 -קומוניקציה ב ין תאים באמצעות הורמונים ניתן לחלק ל .סינתזת ההורמון .1 .י התא המיצר"שתו עהפר .2 .העברתו לתא המטרה .3 .י תא המטרה באמצעות רצפטורים"קליטת ההורמון ע .4


79

.העברת הסיגנל ותרגומו לחלבונים .5 .תגובה .6

:באופן כללי ניתן לחלקם לשלוש קבוצות. מספר ההורמ ונים שהתאים משתמשים בהם הוא רב. רך הקרום ופועלות על מטרות בציטוסול או בגרעיןמסוגלות לחדור ד. מולקולות ליפופיליות קטנות .1

.לקבוצה זו שייכים כל הסטרואידיםקשירתן על , אינן חודרות לתא. פ הקרום"י קשירה לרצפטורים ע" הפועלות עמולקולות הידרופיליות .2

לקבוצה זו שייכ ים רוב ההור מונים החלבוניים כמו . הרצפטור גורמת להעברת האינפורמציה פנימה .סולין או גלוקגוןאינ

. שאינן חודרות לתא אלא פועלות דרך רצפטורים על הקרוםמולקולות ליפופיליות גדולות .3

בחומר הבין . רוב ההורמוני ם המסיסים במים מסולקים או מפורקים במערכת הדם תוך דקות מכניסתםיים במחזו ר הדם במשך יכולים להתק, הסטרואידים לעומתם. תאי הם מפורקים תוך שניות או מילישניות

בגלל carrier protein -הסטרואידים זקוקים ל. הטירוקסין יכול להתקיים במשך ימים. שעותלפיכך מולקולות מסיסות במים גורמות לתגובות קצרות והלא מסיסות לתגובות ארוכות . הידרופו ביות ם

, טירואידים, סטרואידים. יותרכולם הורמונים , Dרטינואידים וויטמין

DNAוך תאיים מווסתי פעולת תונקשרים ספציפית לאזורים מוגדרים

.עליו

אחת המערכות הנחקרות ביותר בין ההורמ ונים הפועלים באמצעות

פ התא היא המערכת "רצפטורים ע-או ה (adrenaline -של ה

epinephrine .( האדרנלין מופרש(כהורמו ן של ליבת יתרת הכליה

adrenal medulla (ן וגם כהורמוהוא . עצבי מקצוות מערכת העצבים

המסונתז ומאוכסן , אמין מסיס) chromaffin vesicles(בשלפוחיות בתוך השלפוחיות הוא . עד להפרשתו

וכתוצאה cAMPמאוכסן יחד עם .מגרוי עצבי מופרש למערכת הדם


80

ם תוך מספר בזמן הפעילות עולה ריכוזו פי כמה אלפי, 10-10 ריכוזו הנורמ לי של האדרנלין בדם הואגורמת לפרוק גליקוגן לגלוקוז בכבד , עליה בלחץ הדם, היא גורמת לעליה בפעילות הלב. שניות

ב שרירים וכך בדרך עקיפה ) גליקוליזה(מעודד פרוק אנאירובי של גליקוגן ללקטת , ולהפרשתו לדם .מקטין את פעילות השרירים החלקים, בתאים ATP -גורמת להעלת רמת ה

Sutherland) מצא שפעילות האדרנלין על תאי כבד גורמת לעלית רמת האנזים ) שנות החמישיםבglycogen phosphorylase מאידך הוא מצא שהוספת אדרנלין לאנזים איננה . שמפרק גליקוגן לגלוקוז

י מתווך המכי ל "הוא מצא שהפעולה נעשת ע. מכאן הסיק שחייב להיות מ תווך. מגדילה את פעילותווקבל (1960 -שנתגלה על ידו ב cyclic AMP ‘,5’3- - ומכאן שזה ה1:1:1פוספט ביחס ריבוז ו, אדנין

ATPדרש נוכחות , מסיבה זו פעי לות האדרנלין במבחנה עם הומוגינט כבד). 1971 -פרס נובל ב ).מצוי בקרומים קשור לצדו הפנימי של הקרום adenylate cylase(וממברנת תאים ++Mg -ו

cAMP ור של האנזים משמש כאקטיבטprotein kinase) שמעביר אותו ומחברו ) אלוסטריק אנזיםהפוספורילז קינז מקבל . Ca++בנוכחות ATP → ADP+Piתוך פרוק phosphorylase kinaseלאנזים

האקטיבי b -י ה פיכתו ל"ע phosphorylase-aפוספט וה ופך אקטיבי והוא גורם לאקטיבציה של האנזים .מפרק גליקוגן לגלוקוז b -הפוספורי לז. ADP -ל ATPתוך פרוק שני

: ו משתמשים בו כמת ו וך לפע י לותם ATP → cAMPבנוסף לאדרנלין יש מספר אנזי מים ההופכ ים

Corticotrophin הורמ ונ ים סטרואיד י ים מהאדרנל קורטקס30 -מעודד הפרשת כ .

Lipotropin גורם לשמ וש בשומ ן כדלק .

Parathyroid hormone ר מו וסת מעב ++Ca ו פ וספט דרך הקרום מעצמ ו ת וספ יגה במעי .

TSH Thyroid-stimulating hormone) (מפע יל את תאי הטיר וא יד ל הפריש הורמ ונ י ם.

Vasopressin אחראי על ספ יג ה חזרה של מים בכלי ות .

, )adernaline receptor(י קשירת האדרנלין לרצפטור חיצוני על תאי הכבד "הפעילות מתבצעת ע

אדרנלין גורמת לשינוי בחלבון הרצפטור ושי נוי זה מוע בר פנימה לחלבון הקשור לצד הפנימי של קשירת ה-עובר הידרוליזה ל GTP -ה). GTPהשם ניתן בגלל שחלבון זה קשור עם (G-proteinהקרום ונקרא

GDP ובמצב זה ה- G-protein מתחבר ל- adenylate cyclase על אף . 'ומפעיל את האנזים וכוהסיבה היא כי הריאקציה היא בצורת . תוך מספר דקות הריאקציה מגיעה לשיאה, קציות הרבותהריא

כל אנזים שנוצר מפעיל מספר רב של , )cascade of enzymes acting upon enzymes(פירמידה חישבו ומצאו שמשלב לשלב גדלה הריאקציה . אנזימים מהשלב הבא כך שמהירות הריאקציה גדלה מהר

גורמת תוך דקות , יוצא שקשירת מולקולות אדרנלין בודדות לרצפטורים על תאי הכבד. ליון מי25פי .להפרשת מספר גרמים של גלוקוז למחזור הדם

שיפרק ) glucose-6-phosphatase -ה(כיוון שאין את האנזים , בשרירים ריאקציה זו גורמת לגליקוליזה .ATP -ו lactateדילה את הגליקוליזה ונוצר לכן הצטברותו מג. לגלוקוז←פוספט -6 -את הגלוקוז

.לפעולתה Ca++למערכת זו יש גם מערכת אלטרנטיבית בתאי הכבד שלפעמים הופכת עיקרית וצריך


81

.מהפנקריאס glucagon -פעולה דומה לאדרנלין עושה גם הגן גבוהה ופרו ק הגליקו cAMP -רמת ה, נמשכת (emergency hormone)כל זמן שהפרשת האדרנלין

-ישנה ירידה מהיר ה מאד של ריכוז ה , ברגע שהסכנה עוברת והפרשת האדרנלין נפסקת. לגלוקוז נמשךcAMP .חוסר אדרנלין גורם מיד לאינאקטיבציה של האדנילט ציקלז וה- cAMP י האנזים "מתפרק ע

phosphodiesterase:

3',5'cyclic AMP+H2O < phosphodiesterase > 5'-adenylate Calmodulin-Ca++ complex

-ו caffeineכמו alkaloidsי "ע cAMP -ניתן לעכב את פעילות הפוספודיאסטרז ולמנוע את פרוק הtheophylline חומרים אלו יכולים להאריך את פעילות האדרנלין . שמצויים ב קפה ובתה ב כמויות זעיר ו ת

cAMP -י עכוב פעולת הפוספודיאסטרז ומניעת פרוק ה"ע. calmodulinחלבון זה נקרא . Ca++י חלבון המצוי בקרום וקושר יוני "הפוספודיאס טרז מעודד ע

. הקלמודולין נתגלה רק בשנות השמונים על אף שהוא מצוי בכ ל עולם החי מפרוקריוטים ועד יונקיםתר דבר שמצביע על כך כי הוא אחד החלבונים הקדומים ביו, הקלמודולין זהה במבנהו בכל עולם החי

. הוא משמש כרצפטור בקרום להרבה מערכות, cAMP -מאחר והוא אנטגוניסט בפעילותו ל. שנתגלהכאשר הוא . Ca++ איזורי קשיר ה ליוני 4 חומצות אמיניות ויש עליו 148הקלמודולין ה וא חלבון קטן בעל

.הוא עובר שינויים סטרוקטורליים גדולים, נקשר ליוני סידןהוא קשור גם . מחלבוני התא1% -הוא מהווה כ. מולקולות קלמודולין107 -תר מתא אנימלי רגיל מכיל יו

).mitotic spindles(למימברנות פנימיות בתא וגם למערכות הקשורות לתנועה כמו חוטי הכישור


82

Signal Transduction

: קבו צות של רצפטורים חלבוניים על פני התאים3מוכרים

1. Ion-Channel-Linked (ICL).

2. G-Protein-Linked (GPL).

3. Enzyme-Linked (EL).

הרצפטורים הלא מסיסים . הרצפטורים החלבוניים אליהם נקשרים מולקולות האיתות מסיסים במיםקשירת מולקולת . הם בעלי אפיניות גבוהה מאד למולקולת האיתות. signal transducers-פועלים כ

. ם רבים תוך תאייםאיתות יוצרת סיגנל בודד או סיגנלי

ICL-רצפטורים פועלים כ-transmitter-gated ion channels .י "מופעלים ע

מספר קטן של נוירוטרנסמיטרים שפותחים -channelאו סוגרים מעבר יונים דרך

proteins.

GPL- רצפטורים פועלים בעקיפין לווסותפעולתם של חלבוני קרום היכולים להיות

הקשר בין . מעבר ליוניםאנזימים או חלבוניהרצפטור לחלבון המטרה הוא באמצעות

אקטיבצי ה . G-proteinאו בקיצור Trimeric GTP-binding regulatory protein: חלבון שלישי הנקראכל הרצפטורים . משפיע על ריכוז מדיאטור ים תוך תאיים נוספים) אם הוא אנזים(של חלבון המטרה

חלבוני מעבר הומולוגיים 7של ) superfamily(ים למשפחת על פרוטאין שייכ-G -הקשורים ב .טרנסמימברנליים

EL-רובם . רצפטורים כשעוברים אקטיבציה פועלים כאנזימים או מפעילים אנזימים הקשורים אליהם

אנזימים הקשורים לחלבון טרנסמימברנלי עם איזור קשירה למולקולת האיתות מחוץ לתא ואיזור קטליטי או קשורים לפרוטאין , פ שרובם פרוטאין קינזות"הטרוגנית אע, בניגוד לקודמים, קבוצה זו.בתוך התא

.קינזות שגורמות לפוספורילציה של חלבונים ספציפי ים

משלב לשלב . פ התא פועלת בצורת פירמידה"שרשרת הפעולות שמעוררת אקטיבציה של רצפטור עהקשקדה של . של ריאקציותcascadaנות זאת בשם מסיבה זו נוהגים לכ. היא גדלה בצורה לוגריטמי ת

:י שני סוגי פרוטאין קינזות"הפוספור ילציה מבוצעת ע


83

1. threonine / serine kinase.

2. tyrosine kinase. סוגים שונים של אנזים 100 -תא יונק רגיל מכיל כ. מהגנים בתא יוצר פרוטאין קינזו ת1% -מעריכים שכ

של החלבונים שעברו פוספורילציה מכילים 0.1% -פ שפחות מ"אע. רין קינזס/שמרביתו טראונין, זה .למעוט זה תפקיד מרכזי ברוב הרצפטו רים הקשורים לאנזימים, פוספוטירו זי ן

י קומבינציות של סיגנלים " עותהתמינות או מוות מנוהל, התרבות, תכונות יסוד של התנהגות כמו חיים

, למות, א לסכם את הסיגנלים השונים כדי לקבל החלטה אם לחיותעל הת. י סיגנל בודד"ולרוב לא עחלק מחלבוני . ההחלטה תלויה בקבוצות החלבונים השונות שעברו פוספורילציה. להתחלק או להמתין

הם יוצרים , בתגובה לסי גנלים חוזרים: האיתות פועלים כאינטגרטורים בדומה למיקרופרוצסור במחשב . גי הרצויתגובה המבי אה לאפקט הביולו

surface Receptors-Linked Cell-Protein-G

הם מגיבים למספר גדול מאד של . פ התאים"רצפטורים אלו מהווים ק בוצה גדולה של רצפטורים ע

אדרנלין גורם לאקטיבציה של : לדוגמה. נוירוטרנסמיטרים ותגובות מקומיות , הורמונים; מולקולות איתותהם דומים מאד , על אף מספרם הרב. 15 ולסרוטונין 5לאצטילכולין זוה ו , פ התאים" רצפטורים שונים ע9

בין רצפטורים אלו נמצא . בסדר חומצות האמינו שלהם ונחשבים קרובים מבחינה גינטית התפתחותית .חלבון מהנחיר הרגיש לריח ורצפטור לרביה בשמרים, גם הרודופסין מהעין הרגי ש לאור

ם מהחשובים ב מדיאטורים אלו הם ישני. intracellular mediatorsפרוטאינים פועלים על -G -רוב ה cAMP ו++-Ca .שינוי בריכוזם גורם לסטימולציה של התא.

c-AMP מתווך(נתגלה לראשונה כמדיאטור (י "תוך תאי עSutherland )1959 ( כאשר חקר את

. ובעלי החיים היוקריוטיםמאז התגלה שהוא משמש כמתווך בכל הפרוקריוט ים. פעילות ההורמון אדרנליןכתגובה לאיתות . י סיגנלים חוץ תאיים"ומשתנה למעלה ולמטה ע normally≤10-7Mריכוזו הנורמ לי בתא

י האנזים "הסינטזה שלו נעשת ע. תוך מספר שניות5הורמונלי הו א יכול להכפיל את ריכוזו פי הרבה מו לקולות . cAMP phosphodiesteraseי "ופרוקו ע adenylyl cyclaseהטרנסמימב רנלי האדניל ציקלז עובר . י אקטיבציה של האדניל ציקלז יותר מאשר דרך הפוספודיאסטרז"איתות פועלות ע

, Gsחולים במחלות גנטיות בהם יש רמה נמוכה או חוסר ). stimulatory G protein )Gsי "אקטיבציה עבעיות בהתפתחות העצמות , ז ם פגוםאינם מגיבים להורמונים מסוימים וכת וצאה מכך ב עלי מטבולי

.ובעיות מנטליות

-שמת ו וך בפעולת ה adrenergic receptor-βהסוג הנחקר בי ותר בי ן מערכ ו ת האקטיבציה של אדניל צ יקל ז הוא של

adrenaline and noradrenaline .G protein-Trimeric ו ליפפט יד ים ש וני םסבנוי ים משלשה פ :α ,β ו- γ .ש רשרת ה- sα

י וצר ים ק ו מפלכס חזק Gsשל γ -וה β -ה. וגורם ל אקטיבציה של אדניל יל צ יקלז GTP -קושר ו ע וש ה הידרול יזה ל Gsשל


84

הצורה . γ -הקשור קו ולנטית לשרשרת ה, )prenyl group( שנקשר לצד הציטו פלסמטי של קרום התא בעזרת קבוצה שומנית

י קשירה לרצפטור " כאשר הוא ע ובר אקטיבציה ע. GDPשל ו קשור αs -בנוי כטרימ ר אשר על ה Gsהבלתי פע ילה של

והוא נק שר במקומם למולק ולת βγ -מה αs -זה גורם לפרוק ה. GTP -ב GDP -מחליף את ה αs -ה, מימברנ ואיד י אק טיבי

.cAMPאדניל יל צ יקלז שכתוצאה מכך הופכת אקטיבי ת ו י וצרת

אם על התאים להגיב במהירות לס יגנל ים

טיבציה של אדניל יל האק, אקסטרהצלולר י י ם

ציקלז מוכרחה להי ות הפיכה במהירות מ יד

י "הדבר מובטח ע. שהסיגנל י ורד מהרצפטור

. הפעיל קצר מאד αs -כך שאורך ח י י ה

לאדניל י ל ציקלז גורמ ת αs -קשירת ה

-שעל יה ל GTP -לאקטיבציה שלה ולפר וק ה

GDP שגורם גם ל- αs וגם ל אדניל יל צ יקלז

ורד מהציקלז י αs -ה. לאינאקטיבציה

הפסקת פעי ל ות ו של . βγ -לומתחבר חזרה

חשובה מ אד ונ ית ן להדגי מה בחול ים αs -ה

במחלה זו בטוכסי ן . -choleraבמחלת ה

הבקטריל י מצ ו י אנזים שמקטלז את העברת

-ה . αs -ת וך תא י ל NAD+ -מ ADPהריבוז

ADP ריב וזי לצי ה שלαs גורמ ת לכך שהוא

GTP - הלא מס וגל לעש ות הידר ול יזה של

כזו נקשרת αsמ ולקו לת . הקשור אלי ו

-הריבוז יל . לאדניל יל צ יקלז ו מפע ילה א ות ו

ADP לא מאפ שר ל- αs לפר ק את ה- GTP

. ולכ ן הוא נשאר קשור אל י ו ונ שאר אקטיבי

גורמת לבריחה של cAMPרמה גבוהה של

ומ ים ל מע י י ם שגורם Na+ כמות גדולה ש ל

. י החולה" לשלשול וא יב וד מים ע

פ התא שפועל ים בכ ו ו ן "צפטור ים עיש ר

י " ע cAMP -ההפוך ו מקטיני ם את רמת ה

G-עכוב האדניל יל ציקלז באמצעו ת טרימר יק

אותה מו לקולת . Giפרוטאי ן א ינהי ביטור י

י ס וג " אית ות יכ ולה לה פעי ל א ו לעכב פ עיל ו ת ע

כאשר אדרנלי ן נקשר . הרצפטור אל י ו נקשר


85

הוא α2−adrenergic receptors -טיבציה של הציקלז וא יל ו כאשר הוא נקשר להו א גורם לאק adrenergic receptors-β -ל

יהי ה αi -אבל ה, Gs -כמו ל βγיכ ול להי ות אות ו Gi -ל . פרוטאי ן שקשר את הרצפטור לצ יקלז-G -ההבדל ב. מעכב אות ו

. ים לפע ולת האדניל יל ציקלז מפר י ע βγ -וגם הוא וגם ה PTGק ושר αi -ה. βγ -מה αi -גורם להפר דת ה Gi -רצפטור ה. שונה

Gi פותח גם חל בוני מעבר של +Kבקרום התא ו פעו לה זו בעלת חשיבות רבה הרבה יותר מ עכ ו ב הציקלז .

pertussis, שלו GTPase -ולכ ן מונע את פע י ל ו ת ה αsריבוז ילצ יה של ADP-בניגוד לכו לרה טוכסי ן המשמש כקטליזטור ל

toxin גורמ ים ל, לתי ח ידק ים הגורמ ים לשע"המופרש ע- ADP ריבוז ילצ יה שלαi .הריבוז י לציה מונע מה- αi להגיב עם

.K+ -ולא מס ו גל לעכב את הציקלז א ו לפת וח את חלבוני המעבר ל GTP-הרצפטור וכך הו א נשאר קשור ל

. משתתפות באקטיבציה של הציקלזβγ -דוגמאות אל ו לא בלעדי ות כ י ידו עות הי ום מ ערכו ת בהן גם ה

(או cAMP-dependent protein kinaseי אקטיבציה של האנזים "בתאים נעשת ע cAMP -פעילות הA-kinase (שמקטלז את העברת הפוספט האחרון מ- ATP לserine- אוthreonine נבחרים על גבי .חלבונים

חומצת האמינ ו שע וברת פ וס פור ילצ יה מס ומ ן

א ו י ותר ח ומצ ות אמ ינ ו בסיס י ות מח וברות 2י "ע

הפוספ ור י לציה גור מת . האמיניבצידה

-Aפרט לפע יל ות על . לאקטיבציה של החלבון

הפעיל ו ת היחידה הנוספת הידו עה לגבי , קינז

cAMP היא פת יחתion channels בנויר ונ ים

האחראיים על הרגשת ריח במערכת הנחירי ים

ק ינז ש ונה A -הפעולה של ה. של בעלי ח י ים

רה בצו. בתאים שונ ים ולכ ן התגוב ות שונ ות

קינז בנו י מקומפלכס של שנ י - A-הפעילה ה

תת יח יד ות קטליטי ות ושני תת יח יד ות

י שחרור שת י התת י חיד ות " גו רמת לפר וק הקומפלכס ע cAMP -קשיר ת ה. cAMP -שתי הרגולט ור י ות נ קשרות ל . רגולטור י ות

. של חלבו ן המצעי כך התת יח יד ו ת הקטליטיות הופכ ות אקטיב י ות וג ורמ ות לפ וספ ו רילצ יה" ע. הרגולטורי ות

הסינטזה והפרוק של . את המערכת הראו לראשונה בחלוף חומרים של גליקוגן בשרירים החלקיםהאדרנל מפריש אדרנלין לדם שפועל על רקמות , כאשר מפחידים בעל חיים. י אדרנלין"הגליקוגן מווס ת ע

ט ובו בזמן מעכבו ת סינתזת פוספ-1-שונות בגוף וביניהם על תאי השריר החלק שהופכו ת גליקוגן לגלוקוז אדרנריק -β -האדרנלין נקשר ל. לפעילות השריר ATPכ אוכסידציה ויוצר "הגלוקוז עוב ר אח. גליקוגן נוסף

קינז שגורם -Aגורם לאקטיבציה של cAMP -ה. cAMP -רצפטורים ולכן מעלים את רמת ההיה הפרוטאין קינז הראשו ן ש( phosphorylase kinase. 1: לפוספורילציה של שני אנזימים נוספים

glycogen.2. הפוספורילז ק י נז גורם לפוספורילציה של גליקוגן שגורם לשחרור גלוקוז מגליקו ן). שנתגלה


86

synthase הפוספור ילציה גורמת לעכוב פעולת אנזים זה וכך . שמבצע את כל התהליך מגלוקוז לגליקוגןגורמת גם לפרוק הגליקוגן וגם למניעת cAMP -עליה ברמת ה , במערכת זו. מונע סינתזת גליקוגן

.שתי פעולות אלו מגדילות למקסימום את כמות הגלוקוז. סינטוזו

לגן זה יש א יז ור רגולטור י הנקר א . somatostatinההורמו ן : לד וגמה, מפע י לה גנים cAMP -יש תא ים בהם עליה בר יכוז ה

cAMP response element )CRE (י "שמופעל עcAMP .ה אפיני ו ת לחלבון לאיז ור ז CRE-binding protein )CREB (

ההפעלה אינה קשורה . הוא הופך אקטיבי להעתקת הגן, קינז על אחד הסרינים בשרשרת-Aי " שכאשר עובר פוספ ור ילצ יה ע

.קינז-A מפסיק במהירות את פע י ל ו ת ה DNA. Serine/Threonine protein phosphateלתכונת החלבו ן להתקשר על ה

יעבר ו , קי נז-Aי " חש וב מאד שהחלבוני ם שעברו פ וספ ו רילצ יה ע, יהי ו רברזיבלי ות cAMPוב מ אד שפעול ות אל ו של מאחר וחש

serine/threonine phosphoprotein phosphatases קבוצ ו ת של 4י " פע ו ל ו ת אלו מק וטלזו ת ע. במהירות דפ וס פור ילצ יה

תת יח ידה הומ ו ל וגי ת שאחראית על הפעיל ות הקטליט ית ב יחד עם כ ו לם בנו י ים מ IIC -פרט ל. I, IIC, IIB, IIAפ וספטזה : או

. אחד או י ותר ת ת יח יד ות רגולטור י ות

בעל פעיל ו ת רחבה ואחראית על מרבית הפוספ ור ילצ י ות ש נגרמו IIAפ וספטז . cAMP -בעל תפקיד ח שוב בתגובה ל Iפוספטז

וע ובר calcineurin נקרא גם IIBפוספטז . התאיש ל ו תפקיד חשוב בו וס ות מחז ור החי ים של . טראונ י ן ק ינז/י סרי ן "ע

.ו פע יל במ י וח ד במח Ca+ +י "אקטיבציה ע

בשווי המשקל בין הזמן של הפוספור ילציה התלוי, הפעילות של כל חלבון שתלוי בפוספורילציה .לדפוספורילציה

השמוש בקלציום כסיגנל תוך תאי

גם ברטיקולום . 10-3~וזו בנו זל הב ין תאי מן שריכ (10−7Μ≥)בציטוזול נמוך מאד ++Ca -ריכוז ה . ER-בגלל סיבה זו יש פוטנציאל כימי גבוה לקלציום דרך קרום התא וקרום ה. האנדופלסמטי ריכוזו גב וה


87

כניסת . הקלציום עובר במהירות לצד השני, באחד מהקרומים האלה channelכאשר סיגנל מסוים פותח , כדי שמערכת זו תעבוד. ם אלה הקשורים לנוכחות הקלציוםהקלציום לתא גורמת לעלית פעילות חלבוני

שמשתמש Ca++-ATPaseבכל התאים היוקריוטים יש בקרום . על התא לשמור על רמת קלציום נמוכהמכילים אנזים נוסף , תאי שריר ועצב שמשתמשים בקלציום כסיגנל. להוצאת הקלציום מהתא ATP -ב

ולכן הוא Ca++ -לאנזים זה אפיניות נמוכה מאד ל. הנתרןבקרום שקושר את הוצאת הקלציום לכניסת זה יכול לקרות רק לאחר פעולות . מהנורמלי10מתחיל לעבוד רק כאשר רמת הקלציום בתא גבוהה פי

התחום . ועוזר ת להורדת רמת הקלציום בתא ER -משאבת הקלציום קיימת גם ב. רצופות מרובות .5x10-6-10-7Mצב לגרוי הוא בתא בין מצב מנוחה למCa++הנורמלי של

מופ עלת משאבה נוספת בקרום 10-5M<כאשר מסיבות שונות נוצר מצב שרמת הקלציום עולה על משאבה זו . אבל בעלת יכולת גבוהה מאד, למשאבה זו אפיניות נמוכה מאד. הפנימי של המיטוכונדריה

.המטריכסמכניסה קלציום למיטוכונדריה תוך שימוש בגרדיאנט האלקטרוכימי של י הזרקת קלציום לתא שריר הקפי " ע1947 - בנהההוכחה הראשונה שקלציום מהווה איתות תוך תאי נית

לאחרונה התברר שהקלציום משמש גם כסיגנל להפרשה בתאי בלוטות וגם . שגרם להתכווצות השרירבתאי עצב דפולריזציה של המימברנה , נההראשו: י דרכים נחקרו היטבתש. לפוליפריזציה של תאים

מעבר זה נעשה דרך . שגורם להפרשת נוירוטרנסמיטרים, לכניסת קלציום לתא בקצוות עצבמתגור בכל התאים מתקיי, הה שני. י מתח חשמלי המתבטל בדפולריזציה"חלבוני מעבר לקלציום החסומים ע

פ "ה עהפעול ER - להפרשת קלציום מהמתא קשירה של מולקולות איתות לרצפטורים על התא שגוריוה Inositolא י שהפתבאמצעות מולקולת תווך תוך תאי נוס ER -פ ה" לפתיחת המעברים עההתא קשור

triphosphate.

פו ספודיאסטרז -cAMPלדוגמה האנזים . cAMP -במישורים רבים יש אינטראקציה בין קלמודולין ו ++Caציה של מעברי קינז יכול לגרום לפוספוריל-A. ופועל באמצעות קלמודולין cAMPמקטלז פרוק

להגדיל או השיכול ER -ב IP3 -קינז גורמת לפוספורילציה של רצפטורים ל A. ולשנות את פעילותם++Caי "ו הן ע cAMPי "בנוסף לכך האנזים עצמו מווסת הן ע. מהציטו פלסמה החוצה ++Caלמנוע מעבר

ימים הם שניהם גורמים במקרים מסוי. קינז-Aי "קינזות עוברות פוספורילציה ע- CaM-חלק מה. ).CREBלדוגמה (לפוספורילציה של אותו חלבון על שני אתרים שונים

. רי חות ש ונ ים10,000 -פרוטאינ ים שונ ים על י ותר מ -G בעזרת תאי עצב שמגיבים באמצעות הונ קים נעשי חוש הריח ב

cGMPי "אלא ששם הם פועל י ם ע, םי מ עברים י ונ י י"כ ע"חו ש הראיה מופע ל ג. חושבים שבדרך דומה פ ועל גם חוש הטעם

cGMP -ה. cGMP -האו ר גורם ל יר ידה ברמת ה. cGMP phosphodiesterase -וה guanylyl cyclaseבאמצעות האנזי ם

ג ור ם א ור. +Na-המעברים האלה פתוח ים ל בחושך . י ושב על חלבונ י המעבר בחלק החיצונ י של התא הפוטורצפטורי

. נסגרים המעברים rhodopsin -בגלל אקטיבציה של מולק ול ות ה , ע ס יגנל סינפטילהיפרפ ולר יזציה של המעברים שמונ

י פוט ו ן ולא " ההבדל שרצפטור זה מופעל ע. פרוטאי ן-G- הומ ול וג י לחלבונים התל ו י ים ב ) פעמ ים את הקרום7ע ובר (רוד ופס י ן

. opsin בו פ וטו ן וג ורם לשינ ו י חלב ו ן ש י וצר א יז ומר יזצ י ה כאשר פוגע cis retinal-11הר ודו פסי ן קש ור לכר ו מופ ור . מולק ולה


88

cGMPפרוק . פוספ וד י אסטרז cGMPלהתפרק ולהפע יל ) transducin (αt - וג ורם ל )Gt( פרוטאי ן -G -החלבון הפע יל נ קשר ל

-זה גורם ל. כך שגם ריכוז ם בציטוזול י ורד ++Ca -משמשים גם את ה +Na -מעברי ה. +Na-מקרום התא סוגר את המעברים ל

GMP י חלבו ן רגי ש לרמת הקלצי ו ם " הפעל ת הציקלז נעשת ע. ז להי ות מ ופעל ו להחזיר את המצב לקדמות וציקל- recoverin

). הוא מנוגד לקל מוד ול י ן(

Prostaglandins

הפרוסטגלנדינים הם . מצויים בקרומים של כל התאים. השם בא מהפרוסטטה שבו זו הו לראשונההן מסיסות מאד בשומנים ומקורם מחומצות שומניות לא . יות טבעות לא רוו5חומצות אורגניות בעלות כיוון שתאים אנימליים אינם , החומצה הלינולנית היא ויטאמין. linolenic acidרוויות שהבס יס שלהם

היא מצויה מאד בצמחים ונדירה יותר בבש ר . מסוגלים לעשות את הקשר הכפול וצריכים לקבלו מבחוץבתקופת היניקה שנובעת מחוסר חומצה לינולנית בחלב eczema-וקות ממסיבה זו סובלים תינ. וחלב .האם

הם מקבלים גירויים מהורמונים שונים שאותם . הפרוסטגלנדינים נוצרים ומתפרקים במהירות בקרום

אספירין . cAMP -שיוצר את ה adenylate cyclaseהם מפעילים את האנזים . מעבירים לתוך התאבדרך זו פועל כמווסת prostaglandin synthetase שמעכב את האנזים י"משמש כמעכב שלהם ע

.כאבים

נוגדנים מבוא לביולוגיה של התא

89

נוגדנים

שתפקידן לזהות ) נוגדן(תאי הדם הלבנים מכילים בקרום החיצוני שלהם מולקולות מיוחדות של חלבון ו מולקולות אלו בעלות ספציפיות גבוה ה ו הן צריכות להתאים מבחינה מרחבית לכל חלבון א. גופים זרים

נשאלת השאלה , מאחר והתא יוצר לכל אנטיגן את הנוגדן הספציפי שלו. החודר לגוף) אנטיגן(סוכר זר מקבל את האינפורמציה ומצליח DNA -איך ה? איך התא מסוגל ליצר כל כך הרבה חלבונים שונים

?להתאים את עצמו לדרישות. Light chains (L)ושתיים קלות ) Heavy chains )H ארוכות 2, שרשרות חלבוניות4 -הנוגדן בנוי מ

.והוא דומה לכל סוגי הנוגדנים ולכל בעלי החיים Yהמבנה המר חבי הכללי הוא צורת איזור שזה ה בנוגדנים מסוגים שונים והו א ותמניסויים מסתבר שגם המולקולה הארוכה וגם הק צרה מכיל

.לפי האנטיגנים השוניםמשתנה , ואילו חלק אחר הנקשר לאנטיגן. האיזור הקוש ר אותו לתאהחלק המשתנה עשוי קטעים קטעים שכל

. DNA -אחד מסונטז באיזור אחר של הלכל קטע באיזור שלו יש מספר אפשרויות

מכפלת . סינטוז דומות אך שונות במקצתהאפשרויות השונות של כל קטע מהחלבון

מילי ון אפשרויות לגבי 2.5נותן לפי החישוב י השרשרות שת. השרשרת הכבדה לבדביליון חלבונים 18 -ביחד נתנו לפי חישוב כ

כל ההבדלים הרבים האלו נובעים . שונים .DNA - גנים נפרדים ב300-בסך הכל מכ

לפי התיאוריה המקו בלת יש ביליונים של . לימפוציט ים B-נוגדנים שונים על פני ה

אנטיגן החודר לגוף נקשר לנוגדן המתאים רום בדרך הק. ביותר עבורו על הקרום

פגוציטוז ה מעביר את הקומפלקס פנימה .מתחיל ליצר את הנוגדן שאיליו נקשר האנטיגן DNA -ה. DNA -ומעביר את האינפורמציה ל

נוגדנים מבוא לביולוגיה של התא

90

ידועים היום קבוצה של חלבונים בגוף המופי עים בתאים שונים עם שינויים קטנים , בדומה לנוגדניםטעים החוזרים על עצמם מספר פעמים עם שינויים החלבונים אלה מתקבלים מגנים המכילים ק. ביניהםדוגמה לחלבון כז ה ראינו בדפים . חיבור מספר קטעים כאלה לחלבון מאפשר ו ריאציות רבות מאד. קטנים

המופיע בת אים רבים כמדיאטור בין רצפטורים קרומיים שונים לבין מערכות G-protein -הקודמים ב ש ובנוי משל G-protein -ה. השונה במקצת מהאחרים G-proteinבכל מערכת יש . פנימיות אותן מפעיל

10 -ויותר מ, β סוגים שונים של α ,5 סוגים שונים של 20 -זוהו ע ד כה יותר מ. α ,β , γ: יחידות-תת . קומבינציות שונות1000 -הרכבים שונים ביניהם מאפשרים מעל ל. γסוגים של

.ת חלבונים רבים ושונים ממספר גנים קטןמסתבר שזו אחת הדרכים בהן משתמש התא לבני

Cell wallדופן התא מבוא לביולוגיה של התא

91

Cell wallדופן התא

בזכו ת דופני התאים מצליחים . תפקידו דומה לשלד בבעלי חיים. לדופן התא תפקיד חשוב ביצוב הצמחדופני התאים הם גם המקנים לצמח את תכונותיו האלסטיות . צמחים להגיע לגובה של עשרות מטרים

לצורך החוזק . cellulose -וי בעיקרו מ פו ליסוכרידים שהעיקרי ב הם הוא התאיתדופן התא בנ. והפלסטיותבשעת . °120מפריש התא את התאית בצורה שהשכבות מונחות זו על גבי זו בזוית של , והיציב ות

הצורך משקיעים התאים חומרים נוספים אל בין הסיבים כמו ה ליגנין והסובר ין שהם חומרים שומניים . התאיםוגורמים לאטימות

בשנים האחרונות נתגלתה קבוצה נוספת של מולקולות מווסתות

-הנמצאות בדופני התאים והן ה oligosaccharins) . אוליגוסוכר היא

). שרשרת קצרה של סוכריםאוליגוסוכרים אלו אחראים על פעולות

התמיינות לתאים בוגרים , כמו גדילהגבעול , וגם התמיינות ליצירת שורש

משמשים גם כמגינים על הם . או עלה .תאי הצמח ממחלות

הפועלים ) auxin, abscisic acid, cytokinin, ethylene and gibberellin( הורמונים צימחיים 5ידועים

בכל איזור , פעולת ההורמ ונים אינה ספציפית. 'פריחה וכו, התמינות, בצמח לתפקידי וויסות בגדילהסכרידים לעומתם פועלים ישירות על התא שמדפנותיו הופק ו האוליגו. בצמח השפעתם שונה על התאים

הדופן . י אנזימים המצוי י ם בין חלבוני הדופן"האוליגוסוכרים נחתכים מחומרי הדופן ע. ופעולתם ספציפית, לפחות שניים מההורמונים. חלבונים10% - פוליסוכרים מחוברים ביניה ם עם מונוסוכרים ו90%בנויה

.י אקטיבציה של אנזימים החותכים אוליגוסכרידים מהדופן"עלים על התא עב רלין פו'האוקסין וג

6(אם ניקח בחשבון ששתי מולקולות גלוקוז , מספר הסוגי ם של אוליגוסכרידים אפשריים הוא גדול מאד 1000 - מולקולות יכולות להתחבר ביותר מ4. דרכים שונות64 -יכולות להתחבר ב) פחמנים כל אחד

.דרכים

מערכות האנרגיה בתא מבוא לביולוגיה של התא

92

כות האנרגיה בתאמער

הדבר המאפי ין בי ותר חומר חי לעומת דומם היא הי כולת של מערכת חיה להשיג בחזרה את האנרגיה . המתבזב זת על פעולות מטבוליות ועל התנגדותה לחוקי האנטרופיה

מאחר ויצורים חיים אינם יכולים להשיג את . צריכת האנרגיה היא פעו לה רציפה הנמשכת כל הזמןעליהם לאגור ולאחסן אנרגיה פוטנציאלית שיוכלו לנצלה , ושה לפעילותם באופן רצוףהאנרגיה הדרהתא מאחסן את האנרגיה בקשרים כי מיים עשירי אנרגיה ובעת הצורך יכול לשחרר מהם . בשעת הצורך

הוא יכול להתפרק . ATP -החומר הנפוץ ביותר לשמירת אנרגיה הוא ה. י הידרוליזה"את האנרגיה ע :רגיה בשתי דרכיםולשחרר אנ

ATP + H2O → ADP + Pi + 7.0 Kcal./mole (7-15Kcal./mole) ATP + H2O → AMP + PPi + 8.6 Kcal./mole

וכמו הו יתר החומרים עשירי ATP -ה

האנרגיה אינם עוברים הידרוליזה ספונטנית לשחרור האנרגיה בתא בגלל . אנרגית האקטיבציה הג בוה ה שלהם

דרוליז ה הם מתפרקים רק בהי .אנזימטית

תאים אוטוטרופים יוצרים את החומרים שלהם מאנרגיה שמקורה באור ואותה

. שהיא אנרגיה כימית ATP -הופכים לבונה הצמח סוכרים ATP -בעזרת ה

שהם מהווים את המקור לכל החומרים .האורגנים בטבע

תאים הטרוטרופיים צריכים לקבל את חלק . החומרים האורגניים מבחוץ

ומרים אלו מפורק באורגניזם מחלמרכיבים קטנים שמהם נבנים חומרים

חלקם מפורק לצורך קבלת . חדשים .אנרגיה

י התאים נעשה בשלושה "פרוק המז ון ע

:שלבים

Glycolysis מבוא לביולוגיה של התא

93

פרוק זה נעשה מחוץ . פרוק ראשוני שבו מתפרקות מולקולות גדולות לתת יחידות המורכיב ות אותן .1 .י התא" מתקבלת בצורת חום ולא ניתנת לניצול עהאנרגיה המשתחררת מתהליך זה, לתא

משלב זה מתקבל כשליש מהאנרגיה שבתא . Acetyl-CoA -פרוק משני שבו מתפרקות תת היחידות ל .2שלב זה מתחיל בציטוסול ונגמר ). NADH )Nicotinamide-adenine dinucleotide-ו ATPבצורת

.במיטוכ ונדריהשלב זה מספק כשני שלישים של . ומים CO2-ל Acetyl-CoA -הבשלב השלישי והאחרון מתפרק .3

.האנרגיה בתא והוא מתבצע כולו במיטו כונדריהבבעלי חיים ). שנחשב כמובן מחוץ לתא(, הפרוק הראשוני נעשה בבעלי חיים עלאיים במערכת העכול

חומרי הפרוק . םי קרו"נמוכים הוא נעשה בבועיו ת מזון שגם הן נחשבות מחוץ לתא כי מופרדות מהתא ע . בדרך של דיפוזיה) או לתאי המעי(חודרים לתא

Glycolysis

ש החוקרים שתארו "התהליך נקרא גם ע. Embden-Meyerhof pathway: אותו

בתהליך משתתפים מספר אנזימים שתוארו . כאנזימים נמסים אשר מומסים בציטו סול, אנזימים אלו אינם מפוזרים בצורה מקרית

הם . וריד מאד את יעילותםכי זה היה מנמצאים בקומפלכסים של מספר אנזימים

היחסים . הפועלים זה אחר זה ברצףהכמותיים ביניהם מו תאמים למהירות

, בתאי דם אדומים. פעולתו של כל אנזיםקשורים , בהם אין אברונים בציטופלסמה

אנזימי הגליקוליזה לצידו הפנימי של קרום .התא

משתתף , ATP -בגליקוליזה מ לבד ה. NADHחומר עשיר אנרגיה נוסף והוא

חומר זה הוא קואנזים שנקרא nicotinamide-adenine dinucleotide

יכול לספח שווה ,NAD+שבמצב מחומצן מימן . ערך של שני אלקטרונים ולהתחזר

אחד מתחבר למולקולה ואילו השני מוסר .H+ רק את האלקטרון ונשאר בתמיסה כיון

Glycolysis מבוא לביולוגיה של התא

94

NAD+ + 2(H) <------> NADH + H+

.המצב המחוז ר צובר בתוכו כמות גדולה של אנרגיה

:שלבי תהליך הגליקוזה הם הריאקציה דורשת ( ATPי "גלוקוז עובר פוספורילציה ע .1

.) Mg++נוכחות יוני -6-פוספט עובר איזו מריזציה לפ רוקטוז -6 -גלוקוז .2

).שיווי משקל ספונטני(פוספט 3. ATP 1,6-וספו רילציה ויוצר פרוקטוז נוסף עושה פ-

).Mg++כ נחוץ "ג(דיפוספט 3האחד דיהידרוכסיאצטון פוספט והשני : דיפוספ ט נחתך לשני חצאים-1,6-פרוקטוז .4

-3 -מאחר וה. בין שני חומרים אלו קיימת איזומרי זציה לפי קבוע שיוו י משקל. פוספוגליצראלדהיד- הדיהידרוכסיאצטון פוספט עוב ר אליו בהתאם לשיווי כל, פוספוגליצראלדהיד מסולק בהמשך התהליך

.המשקל-1,3תוך יצירת NAD+חיזור הקו פקטור .5

.דיפוספוגליצרט ATPהדיפוספוגליצ רט משחרר פוספט אחד תוך יצירת .6

לכן , מכיוון שמכל גלוקוז קיבלנו שתי מולקולות כאלה( ).ATP 2נקבל

שהופך פוספוג ליצרט -2 -פוספוגליצרט הופך ל-3 .7 .פירווט-לפוספואנול

2שוב (ATPדפוספורילציה יוצרת פירווט תוך יצירת .8 Acetyl-CoAהפירווט הופך O2בנוכחות ). מולקולות

.ובחוסר חמצן לחומצה לקטיתהתוצר הסופי של הגליקוזה הוא הפירו וט שכאמור ממשיך

NADHומוריד פחמן נוסף תוך שחרור אנרגיה ליצירת .Acetyl-CoAוהופך

גם החומצות השומניות מתפרקות בעזרת , בדומה לגלוקוזCoA) קואנזיםA .( הקואנזיםA מתחבר עליהן ומוריד

גם . Acetyl-CoAזוגות זוגות של פחמנים תוך יצירת חומצות האמינו הולכו ת בדרך זו ובע זרת אנזים

transaminase מחליפות את הקבוצה האמינית באציליתבדרך זו . Acetyl-CoA - להופכו ת CoAואז בעזרת

Mitochondria-מיטוכונדריה מבוא לביולוגיה של התא

95

.CoA-נפגשים תוצרי הפרוק של שלושת מרכיבי המז ון בסו ף השלב השני של הפרוק באצטיל

גם בגליקוליזה וגם בחומצות שומניות וחומצות (ATPהשלב הראשון בתהליכים אלו צורך אנרגיה בצורת NADH, )ליקוזהבג (ATPלעומת זאת מהשלבים הבאים מתקבלת חזרה אנרגיה בצורת ). אמינו

סך הכל מאזן האנרגיה בתהליכים אלו ). בחומצות שומניות ואמינו (FADH2-ו) בשלושת התהליכים( .כמובן חיו בי לטובת התא

בשרירים בתנאי עבודה . CoA-להמשך פרוקו לאצטיל O2 הפירווט צריך -התוצר הסופי בגילקוליזה בגלל סיבה זו עו בר . ש במהירות מס פקתאין העורקים מספיקים לספק את כל החמצן הדרו, מאומצת

. ריכוז גבוה של חומצה לקטית גורם לעיפות של השרירים. הפירווט לחומצה לקטית ומצטבר בשרירים .במצב מנוחה מתפרקת החומצה הלקטית בעזרת חמצן

הפירוו ט נכנס למיטוכונדריה ושם . אחד NADHתוך יצירת CoA-בנוכחות חמצן מתפרק הפירווט לאצטיל .בצע התהליך האחרון של הפרוקמת

) 2 אבל צורכים 4מקבלים (2ATPהרווח הנקי בגליקוזה הוא ". נשימה אנאירובית"הגליקוזה נקראת גם

יש בתא מערכות אלטרנטיביות אנאירוביות שמ ספקות אנרגיה כמו מעגל , למקרה הצורך. NADH-2-וין ותוך כדי כך מספק כמות קטנה של מעגל זה מספק לתא את הפנטוזות של חומצות הגרע. הפנטוזות .אנרגיה

Mitochondria-מיטוכונדריה

-ב Kollikerי "המיטוכ ונדריה נתגלתה ע. המיטוכ ונדריה היא האברון שמספק את מרבית האנרגיה לתא .Bendaי "השם ניתן ע. 1888 -הוא גם בידד אותה ב. בשריר ים משורטטים1850

Michaelis הציע 1912 -ב. י ריאקציות חימצון חיזור"וכונ דריה משנה צבעים ע הראה שהמיט1898 -ב Kingsbury 1940 -רק ב. אבל לא שמו לב לדבריו, שהמיטוכ ונדריה אחראית למערכות החימצון בתא

.במיקרו סקופ אלקטרוני שאכן זה כך -Porter&Paladeבשיטה ביוכי מית ו Claudeהוכיחו . צורה זו יכולה להשתנות בתאים שונים, 0.5-1µ אליפטי שקוטרוהמיטוכ ונדריה לרוב בעלת צורת כדור

ברוב . מנפח התא20% - לתא ומהו וה כ 1000-2000בתאי כבד מספרן של המיטוכונדריות מגיע לכדי .שאחראים לתנועתה ולפיזור ה בתא) חוטי כישור(התאים היא נראית קשורה למיקרוטובולות קרום המיטוכ ונדריה . גן היטב שקשור באופן ישיר לפעילותההמיטוכ ונדריה בנויה מק רום כפול ומאור

חלבונים אלו קשורים יחד בעזרת חלבונים ). אנזימים(ריכוז גבוה של חלבונים , מכיל פרט לפוספוליפידים 90%הצליח למצות Fleischer. פ הקרום ויוצרים יחד רשת חלבונית צפופה"אחרים הספוחים ע

והראה שקרום ה מיטוכונדריה איננו מתפרק לאחר הוצאת השומנים י אצטון "מהשומנים של הקרום ע .בגלל הרשת החלבונית


96

. י כך הוא יוצר קיפולים כלפי המרכז"הקרום הפנימי של המיטוכונדריה ארוך הרבה יותר מהחיצוני וע. שני הקרומים יו צרים במיטוכונדריה שני אזורים נפרדים אחד מהשני. cristaeקיפולים אלו נקראים

והאזור שבין שני הקרומים נקרא matrix spaceהאזור שפנימה לשני הקרומים נקרא intermembrane space .

. אלו פונים כלפי המטריקס, 85Aעל המימברנה הפנימית נראים גבעולים קטנים ועליהם כדורים בקוטר ). תמונה'ר( מהקרומים בתא 30% -בתאים מסוימים הקרום הפנימי של המיטוכונדריה מ הווה כ

Mitochondrial matrix

בין אנזימים אלו האנזימים . האיזור הפני מי במיטוכונד ריה מכיל ריכוז גבוה של אנזימים מסוגים שונים. חימצון חומצות שומניות ואנזימי מעגל החומצה הציטרית, Acetyl-CoA-הנחוצים לחימצון הפיר ווט ל

, ריבוז ומים מי טוכונדריאלים, המיטוכונדריאלי DNA-המטריקס מכיל גם מספר העתקים זהים של הtRNA ואנזימים הנחוצים להתבטאות המערכת הגנטית .

בו הם עוברים חימצון , תוצרי הפרוק של שומנים וחומצות אמינו וכן הפירווט מהגליקוזה מגיעים למטריכס .Acetyl-CoA-והופכים ל

NAD+ NADH

Pyruvate + CoA-SH → Acetyl-CoA

O2 CO2

:בכל מעגל מתקבלים CO2-ממשיך במטריכס למעגל קרבס שמפרקו ל CoA-האצטילFADH2, GTP , 3NADH, תמונה' ר(שיכולים לשמש בהמשך לקבלת אנרגיה.(

קיבלו (Martinus -ו Szent-Gyorgi י שני חוקרים "מעגל קרבס או מעגל החומצה הציטרי ת נתגלה עהם לא הצליחו להשלים את המלאכה ומי שסיימה . שזיהו את רוב שלבי התהליך) 1937 -פרס נובל ב ).1953(מהמלך ומאוחר יותר גם בפרס נובל Sirשזכה על כך לתואר Sir Hans Krebsהיה האנגלי


97

כמות הגליקוגן הנאגר בגוף . מקור האנרגיה למעגל קרבס בבעלי חיים הוא בעיקרו מחומצות שומניותכמות האנרגיה . השומנים מספיקים לבערך כחודש. ש י ליום אחד של תצרוכת אנרגיהמספיק בקו

אילו היה . מהכמו ת שמתקבלת מגרם גליקוגן3המתקבלת מחימצון גרם אחד של שומן היא יותר מפי לאחר אכילה . ג למשקלו" ק25 -היה צריך להוסיף עוד כ, צריך הגוף לאגור את האנרגיה בצורת גליקוגן

. בבוקר כשהקיבה ריקה כמעט כל האנרגיה באה מפרוק שומנים. גיה הבאה לגוף היא מסוכריםרוב האנרבתאי שומן ) שדיים, אזור כתפיים, באזור הקרביים בבטן(השומנים נאגרים ברקמות מיוחדות בגוף

.ומהם משתחררים למחזור הדם adipose tissueמיוחדים

שמתקבלת ATP -אם נשווה את כמות ה ( palmitate לחומצה שומנית כמו מגלוקוז

נראה שמחימצון סופי של , )פחמנים16בעוד ATP מולקולות 36גלוקוז מקבלים

משקלם (ATP 129שמפלמיטת מקבלים ).המולקולרי שווה

יעילות הריאקציה מגיעה לנצולת של מעל במכונות 10-20%לעומת , אנרגיה50%אילו התא היה עובד ביעילות של . יעילותכמות המזון הנצרכת היתה , כות מכניותמער

עודף האנרגיה משתחרר . גדולה פי כמהביעילות נמוכה על התא היה . בצורת חום

כמובן . להפטר מכמויות עצומות של חום .שזה היה י וצר בעיות גדולות לתא

התאים אוספים את הגלוקוז והשו מנים . ממחזור הד ם בהתאם לצרכים שלהם

ה הפירווי ט מהציטוסול נאספות החומצ. י המיטוכונדריות"והחומצות השומניות עבמטריכס של CoA-ריכוז גבו ה של אצטיל

המיטוכ ונדריה גורם להפעלת מעגל קרבס שרירי הלב אוגרים שומנים . ולחימצונם

בעצמם וממקמים את טיפות השומנים ליד .אזור המיטוכו נדריות

. את עודף הסוכרים הופך הגוף לשומנים

.גוף מסוגל להפוך שומנים לסוכריםאין ה, מאידך


98

Inner mitochondrial membrane

. cardiolipin 10% -המימ ברנה הפנימית של המיטוכונדריה מכילה בין הפוס פוליפידים שלה כהקרדיוליפין הוא שומן ש איננו מאפשר מעבר יונים דרך הקרום כך שמתקבל קרום בעל כושר בידוד

.גבוה :ין בשלוש קבוצות חלבוניםבחלק החלבוני ניתן להבח

.Oxidative respiratory chain -אנזימי שרשרת הנשימה . 1 .בתוך המטריקס ATPשיוצר ) ATPsynthetaseאו (ATPaseקומפלקס אנזימתי של . 23 .transport proteins כ את תנועת המטבוליטים פנימה "וכ, שמו וסתים את תנועת היונים דרך הקרום

.והחוצה

Respiratory chain -נשימה שרשרת ה וכ מו כן חומרים FADH2 -וה NADH -ה

עשירי אנרגיה אחרים יכולים למסור את האלקטרונים שלהם למערכת האנזימטית של שרשרת הנשימה

שרשרת זו . הממוקמת ב קרום הפנימי מכילה שורת ציטוכרומים המסוגלים לקלוט אלקטרונים ותוך העברתם

ם יורדים מציטוכרום לציטוכרום הבשלבים בהם הירידה . באנרגיה

מנוצל ההפרש להוצאת , באנרגיה גדולהיון מימ ן מ המטריקס אל בין שני

ה ציטוכרומים בנויים מטבע ת . הקרומים .ואליה קשורים חלבונים Phorphyrin ringפורפירינית

. ח שמלי הגבוהשקועים הציטוכרומים בקרום הפני מי בעל כושר הבידוד ה, כדי לא לאבד אנרגיה בדרךאך לאלקטרון אין בעיות מסיסות ולכן הוא עובר , אילו היה המעבר בעזרת יונים היתה בעיה של מסיסות(

כימי גבוה ב ין הצד -הוצאת יוני המימן מ המט ריקס גורמת לפוטנציאל אלקטרו). בקלות מצד לצד בקרוםהנמצאים channel proteinsכתוצאה מכך יש כניסה חזרה של מימן דרך . הפנימי של הקרום לחיצוני

היושבים על ה גבעולים בצד הפנימי ATPase-אלו הם אנזימי ה Channel proteins. בקרום הפני מי-מבחינה כימית ו Paul D. Boyerי " ע50 -מערכת זו תוארה לראשונה בשנות ה. ADP-מ ATPויוצרים

John E. Walker 1997ת שניהם קיבלו עליו פרס נובל בשנ, מבחינה מרחבית.


99

במקום זה פועל בכיוון ההפוך לכיוון ATPase-ההסיבה לכך היא . ATPפעולתו הרגילה שהיא פרוק

שמסולק כל הזמ ן ATP-הגבו ה לעומת ה Pi-ריכוז ה pH-כ משפיע ה"כ. אל מחוץ למיטוכונדריה

אנזים אינו משפיע (במיטוכ ונדריה על כיוון ה פעולה ).על כיוון הריאקציה אלא על מהירותה

בסוף שרשרת הנשימה יורד האלקטרון לרמתו דבר זה . ניטרלי H-והופכ ו ל H+הנמוכה ומת חבר ליון

קורה במטרי קס ומוריד עוד יותר את ריכוז יוני ה מימן בעזרת שני אלקטרונים כאלה וחצי מולקולת . בתוכוחלק זה בשרשרת הנשימה . מתקבלים מים, חמצן

).תמונה' ר(דורש את החמצן

על membrane potential-ב פנים עולה וגורם ל pH -מהמטריק ס וה H+בתהליך זה מסולקים יוני הקרום החיצוני של המיטוכונדריה נותן ליונים . (כאשר צידו החיצוני חיובי והפנימ י שלילי, הקרום הפנימי

.) כמו בצי טוסול-7 -קרוב ל pH -מים י הי ה ה לכן בין שני הקרו, מעבר חופשי כמו כל קרו ם אחר בתאה בדלי . ניתן למדוד הבדלים אלו בוולטים. ATPase -הבדלי פוטנציאל אלו הכרחיים לכוון פ עולת ה

, בע רךV1.2 וחמצן הם NADHהבדלי הפוטנציאלים בין . Vm160 -הפוטנציאלים בין שני הצד דים הם כ -כך שההספק הנוצר הוא כ, A100ה הוא בערך הזרם דרך קרום המיטוכו נדריה באדם במצב מנוח

120W . ברור לגמרי שבתנאים כאלה הכרחי בידוד מוחלט של המערכת מסביבה מימית וארגון גבוה ש למערכת הנשימה האיירו בית מגיעה ליעילות ניצול . המרכיב ים כדי שהמעבר מאחד לשני יהיה קצר ומהי ר

.80% -אנרגיה של מעל ל ,) מבחוץ200ריכוז פי (Ca++ה מרכזת המיטוכונדריה כמויות גדולות של יוני לצורך ביצוע פעולותי

=HPO4 ובמקומן הי א פולטת כמויות גדולות של . וחמצן+H. , בגלל ריכוזו הגבו ה במטריקס לעומת החוץ permeaseשנוצר במטריקס יוצא החוצה דרך ATP -ה

. כוון מ פל הריכוז ים ולכן איננה צורכת אנרגיהתנועה זו פו עלת ב. antiportבדרך של ADPבמקומו נכנס תנועה זו היא בניגוד למפ ל . ATP -ליצירת ה Piלעומת זאת במקביל יש צורך להכניס למטריקס

פנימה עם מפל הריכוזים עבור הכנסת כל H+שבו נכנס יון symportי מערכת "הריכו זים והי א מנוהלת עוהחומצות השומניות למטריקס לצורך מעגל pyruvate-מוכנסים ה symportבדרך דומה של . פוספט

.קרבס בכח כניסת מימן בכוון מפל הריכו זים

2e-+2H+ H2O ½O2


100

. מסיבה זו על הציטוסול להפטר ממנו במהי רות. משמש סיגנל לתא לפעילותו Ca++ריכוז גבוה של יוני גם לצורך זה היא משתמשת. ומרכזת אותם Ca++ כאמור המיט וכונדריה עוז רת בסילוק יוני ה

לכן , H+ -תלויה במפל ריכוזי ם של יוני ה ATPליצירת ATPase-מאחר ופעולת ה. H+באנטיפורט עם יוני .ATPלתא יכול לגרום להורדת רמת יוני המימן במטריק ס ולשיתוק היצירה של Ca++ריכוז גבו ה של

Intermembrane space

שמגיע מהמטריק ס לפוספורילציה ATP -בין שני קרומ י המיטו כונדריה ישנם אנזימים שמנצלים חלק מה-ה. המקום משמש לתווך בין הציטוס ול לבין המטריק ס. RNA -ו DNAשל נוקלאוטידים הנחוצים ליצירת

ADP שמתקבל בפוספורי לציה חוזר מיד למטריקס.

Outer membrane

עד (ות די גדולות הקרום החיצוני מכיל הרבה חלבונים וביניהם גם חלבון ענק שמאפשר מעבר של מולקולMW=10,000 נוסף להם הוא . חלבוני המעבר מהווים את המרכיב העי קרי שבו). באופן כמעט חופשי

מכיל אנזימים המפרקים את השומנים לחומצה שומנית וגליצרול ומכינים אותם להמשך הפרו ק .במטריקס


101

המערכת הגנטית של המיטוכונדריה

. טבעתי קשור לקרום הפנימי DNA מספר פרגמנטים של כאמור המטריקס של המיטוכונדריה מכיל RNA-זה קטן מכדי שיוכל לסנטז את כל ה DNA. כפול DNAבמיטוכ ונדריה של יונקים רק זוג אחד של

. זוגות נוקלאוטידים16,569הו א מכיל . זה DNAבאדם כבר מיפו את כל הגנים על . הנחוץ למיטוכונדריהמשקלו המולקולרי . חלבונים שונים13 - וtRNAמולקולות rRNA, 22 מולקולות 2: אלו אחראים לבנית

.התאי DNA - של ה5-10 - מיליון והוא מהוו ה פחות מ11 -הוא כרוב חלבוני המיטוכונדריה המסונטזים על ידו הם חלבוני הקרום ה פנימי ומשמ שים כחלקים מקומפלכסים

כסים אלו מסונטז בציטוסול ומועבר פנימ ה היחידות של קומפל-יתר תת. אנזימטיים גדולים שבקרום . חלבונים נוספים מסנטז התא עבור המיטוכונדריה90 -כ. למיטוכונדריה

י "לרוב סינטזה זו נעשית בו זמנית ומופעלת ע. משתי השרשרות mRNAבמיט וכונדריה מסנטז DNA-הpromoter מ שותף)polycistronic .(ה- RNA הוא ו אילו זה שעל שסונטז על אחת מהן נשאר כמו ש

אחד יכולים RNAשל introns.( introns(ונחתכים ממנו החלקים הלא נחוצים processingהשני עובר .של אחר ולהפך exonsלהיות

המיטוכונדריאלי אינם זהים לקודון האוניברסאלי הקיים הן בפרוקריוטים והן mRNA-חלק מהקודונים בהוא mRNA-כונדריה הסימון להתחלת הסינטזה על הכמו בחידקים גם במיטו. ביוקריוט ים

N-formylmethionine.

השוואת הקודונים

Codon Mammalian mitochondria Yeast mitochondria Universal

UGA Tryptophan Tryptophan Stop codon

AUA Methionine Methionine Isoleucine

CUA Leucine Threonine Leucine

AGA Stop codon Argenine Argenine

AGG Stop codon Argenine Argenine

מבחינה זו . קודונים לעצירה ושני קודונים למטיונין4כפי שרואים מהטבלה יש במיטוכ ונדריה של יונקים כפי . שבמיטוכונדריה גורמים גם הם לבעיה קשה tRNA- ה22. שונה המיטוכ ונדריה גם מהחידקים

tRNAאין כניסת . שונים לצורך הקודים השונים tRNA 32ס נחוצים לפחות שאמרנו בתחילת הקורלשני הנוקלאוטידים tRNA -ידי ספציפיו ת של ה-חושבים שהפתרון הוא על. למיטוכונדריה מהציטוסול

גודל . היה צריך להגדיל מאוד את מספר הטעויות וזה לא נמצא, אם דבר זה נכון. הראשונים בלבד .DNA -כן אין היסטונים על ה-כמו. כמו בחי דקים70Sונדריה הריבו זומ ים במיטוכ


102

לעומת זאת . אינם מעכבים סינטזה במיטוכ ונדריה, cycloheximideמעכבי סינטז ת חלבונים בתא כמו מעכבים tetracyclineאו erythromycinאו chloramphenicolמעכבי סינטז ת חלבונים בחידקים כמו

שמוש באנטיביוטיקו ת אלו גורמות בעיות למח עצם כי שם התאים מסיבה זו. (גם במיטוכונדריהגם בתאי האפיטל של המעי הם מקטינות את פעולת . מתחלקים והמיטוכונדריה לא יכולה להתחלק

בשמוש ממושך יכולים לגרום . ידי כך גורמות לחוסר ספיגה טובה ו לחוסר תאבון-המיטוכ ונדריות ועל .)בהן התאים מתחלקיםלהפרעות גדולות במיוחד לרקמות

ברוב התאים שאינם מתחלקים . ידי חלוקת המיטוכ ונדריה-יצירת מיטוכונדריות חדשות אפשרית רק עלהסינטזה בהתאם למהירות , בתאים מתחלקים. ימים5 -מתחלפים כמחצית המיטוכונדריות תוך כ

ן עקיף תלויה החלוקה אך באופ, לא נמצא קשר ישיר בין חלוקת התא לחלוקת המיטוכונדריה. החלוקהיש מיטוכונדריות שיכולות לעשות . חלוקת המיטוכונדריה נעשית באינטרפזה. באספקת חלבונים מבחוץ

.לעומת אחרות שלא התחלקו כלל, מספר חלוקות באינטרפזה אחתבהפרית ה בי צה עובר רק . תורשת המיטוכונדריה שו נה בבעלי חיי ם וצמחים עלאיים מהתורשה הרגילה

מסיבה זו התורש ה המיטו כונדריאלית היא . מתא הזרע או מגרגיר האבקה ולא המיטוכו נדריההגרעין ). בא תמיד מתא האם (maternally inherited -תורשה אמהית

דוגמאות לתורשה מיטוכונדריאלית ניתן למצוא בצבעי עלים בצמחים מסויימים וכן במחלה .Mitochondrial encephalomyopathyנוירומוסקולרי ת באדם

בצמחים מסוימים היא מכינה גם את . את השומנים הנחוצים לבנית הקרומים מכינה המיטוכונדריה לבד .היא גם מסנטזת את הגליקוליפידים שנחוצים לפעילותה. השומנים לתא

הדמיון בין מיטוכונדריה לחידקים .בשניהם טבעתי וקשור לקרום DNA-ה. 1 .כמו בחידקיםS 70דל הריבוזום במיטוכונדריה של הנמוכים גו. 2 .N-formyl-methionineהוא mRNA-הסיגנל לתחילת הסינטזה על ה. 3 .אין היסטונים על הכרומוזום. 4 .מועתקות DNA-שתי שרשרות ה. 5 .polycistronic -מפעיל מספר גנים בבת אחת promoter -ה. 6 .tailולרוב גם לא capאין mRNA -על ה. 7 .processingעובר mRNA-לא כל ה .8 .אותם מעכבי סינטזה פועלים על שניהם .9

.חלוקתה איננה קשורה עם התא והיא בדרך של השנצה במרכז כמו בחיד קים.10

.לעומת כל אלו יש שוני בין המיטוכ ונדריה והחידק בקודים לעצירת סינטזת חלבונים

Chloroplast מבוא לביולוגיה של התא

103

בתאים היוקריוטים בתחילת הווצרותם מסיבות אלו חושבים שהמיטוכונדריה מקורו בחידק שהתבייתבמשך הזמן עברו חלק מהגנים שלו לתא וכיום נוצרה תלות ). לכן קיים גם בצמחים וגם בבעלי חיים(

.מוחלטת בין המיטוכ ונדריה לתאאלו מסוגלים להשתמש בגליקוליזה לכל , בשמרים ישנם זנים המסוגלים להתקיים ללא מיטוכונדריה

. הם מהווים אוביקט חשוב למחקרים על המיטוכונדריה. למעגל קרבסצרכיהם ואינם זקוקים

Chloroplast

שצמחים ירוקים עושים את הפעולה ההפו כה של Joseph Priestley שנה גילה 200 -כבר לפני כ הראשון שהציע היפוטז ה המס בירה בצורה . לגבי תהליך הפוטוסינטז ה היו תאוריות שונות. נשימת חיותמ י . CO2לדעתו תפקיד החמצן לפרק מולקולות מים ולא , )Van Niel) 1949תהליך היה סבירה את ה

-קיבל פרס נובל על הפוטוסינטז ה ב (Melvin Calvinשתאר את שלבי הפוטוסינ טזה לראשונה היה 1961.(

מבנה הכלורופלסט

הכלורופלסט דומה בהרבה דבר ים . הוא עטוף בקרום כפו ל. למיטוכונדריה יצו ני בעל חדירות גבוהה ואי לו הקרום הח

. הפנימי הקרו ב אליו הרבה פחות עבירבין . בקרום הפני מי הרב ה חלבוני מעבר

שני הקרומים אזור צר intermembrane space.

הקרום הפנימי סוגר על אזור מרכזי גדול הסטרומה אנאלוגית ". stroma"הנקרא

למטריקס במיטוכונדריה ומכילה הרבה .אנזימיםשאינו , הסטרומה קרום שלישיבתוך

שיוצר מבנה של , מקביל למיטוכונדריההנפח . דיסקים המסודרים אחד על השני

מחובר , lumen-הפנימי של דיסקים אלולדסקיות אלו קוראים . ידי שלוחות של שרוולים הבנויים מהקרום-למספר דיסקים אחרים על

thylakoids ולקבוצת טילקואידים ביחדgranum .מחבר את הטילקואידים ביחד קוראים לחלל הthylakoid space) תמונה' ר.(


104

אינם בקרום -והמערכת הקולטת את האור ATPsynthetase -ה, הציטוכרומי ם-בניגוד למיטוכונדריה

.thylakoid membrane -אלא ב, הפנימי של הכלורופלסט . כמו למיטוכונ דריה גם לכלורופלסט מערכת גנטית משלו

. כפול וטבעתי קשורים באזורים שונים לקרום הפנימי DNA מולקולות . ובצמחים ירודים לפעמים ענקיים, הכלורופלסטי ם הרבה יותר גדולים מהמי טוכונדריה

:את הראקציות השונות בכלורופלסט ניתן לחלק לשתי קבוצות .Light reactionsאלו הקשורות באור . 1

.Dark reactionsאלו שאינם קשורים לאור .2

Light Reactions

ליצירת H2Oעם CO2 -האנרגיה הנחוצה לקשירת מולקולות הידי -אנרגיה זו מתורגמת על. מקורה באנרגיה האור, מולקולות סוכר

הכלורופלסטי דות בצמח לאנרגיה כימית המנוצלת בהמשך לסינתזת המולקולה הקולטת והופכת את האנרגיה מסוג אחד לשני היא . הסוכר, כמו בהמוגלובין(מולקולות אלה בנויות מטבעת פורפירינית . ופילהכלור

ואליו קשורה שרשרת ) Mgאלא Feאלא שהמתכת במרכזה היא לא . חלבונית הידרופובית

המרכזות את , antenna complex מולקולות 400 -מולקולות הכלורופיל קשורות יחד בקומפלקס של ככל . reaction centerמולקולת כלורופיל הנמצאת במרכז האנרגיה הנקלטת מהאור ומעבירות אותה ל

הקומפלקס בנוי בקרום הטילקואיד המבודד כך שהאנרגיה מועברת דרך מולקולות הכלורופיל עד למרכז carotenoidsבנוסף לכלורופיל נמצאים בקומפלקס גם מולקולות . הריאקציה ללא איבוד אנרגיה

.)תמונה' ר(לאורכי גל מתאימים , מים לכלורופילשתפקידם לשנות את אורכי הגל הלא מתאי


105

שבו נוצרים Noncyclic Photophosphorylationהתהליך המ תבצע בצמחים עלאיים נקרא NADPH + 2ATP תמונה' ר(כחומרים עשירי אנרגיה.(

אשר כתוצאה מפגיעת chlorophyll-b (P680)המולקולה ה ראשונה הקולטת את הפוטונים היא .chlorophyll-b+י כך "רת אלקטרון ברמה אנרגטית גבוהה ו הופכת עהפוטו ן משחר

:מקבל חזרה את האלקטרון ממולקולת מים המתפרקת b+ הכלורופיל

chlorophyll-b+ H2O ↔ H+ + OH- → H+ + OH

↓ 4OH → 2H2O + O2

ן נחוץ שיתוף פעולה בין מולקולות כלורופיל פוטונים נחוצים להוצאת כל אלקטרון ממולקולת מים ולכ2

הפרוטונים משתחררים מפרוק המים . רבות הקולטות את הפוטונים ומעבירו ת אותם למרכז הריאקציה .בצד הפנימי של קרום הטילקואיד

האלקטרון המעורער בעל האנרגיה י מולקולת "הגבוה ה נתפס ע

Plastoquinone . הפלסטוקואינוןדרך מערכת משחרר את האלקטרון

ציטוכרומים בקרום הטילקואיד ומעבירו בסו פה של הדרך באנרגיה

אך עדיין יותר גבוהה מאשר (נמוכה למולקולת ) בתחילת הערעור

chlorophyll a (P700) מולקולתי פוטון "מעורערת ע aהכלורופיל

מעלה את האלקטרון לרמה , נוסףאנרגטית גבוהה שמספיק ה כדי לחזר

Ferredoxin .2רדוכסין משחרר הפ אלקטרונים ברמה גבו ה ה כדי לחזר

. NADPH-ל NADP+מולקולת גורמת להכנסת aמעבר האלקטרון מאנרגיה גבוהה לאנרגיה נמוכה בין הפלסטו קואינון לכלורופיל

י "י הציטוכרומים וע"הגרדיאנט שנוצר מהאלקטרונים שהוכנסו ע. דרך קרום הטילקואיד) 2-3(פרוטונים . אלקטרונים מעורערים4לכל ATPמולקולות 1-2שמש ליצירת פרוק המים מ

פרוטוני ם 4 פרוטונים מבחוץ ומתווספים אליהם 3לסיכום בשביל כל זוג אלקטרונים מעורערים מוכנסים

PQ פרוטו נים מבחוץ 2עוברים את הקרום ומחזרים בע זרת P680-האלקטרונים שהשתחררו מ. מבפניםהאלקטרונים ממשיכים . fם מבפנים והאלקטרונים מועברים לציטוכרום הפרוטונים משתחררי, PQH-ל


106

עם בליעת פוטונים נוספים נגמרת הדרך דרך . P700ולמרכז פוטוסינטטי ) PC(לפלסטוציאנין Ferredoxin )Fd (ו- +NADP שהופךNADPH .סינטזת ה-ATP היא השלב היחיד הדורש גרדיאנט ).תמונה' ר (O2מים ומשתחרר בתהליך זה מתפרקים . של פרוטונים

בתהליך . Cyclic Photophosphorylation יש תהליך פשוט יותר הנקרא בחידקים ובפרוקריוטים

תלוי (או קופקטורים דומים vitamin Kי "האלקטרון הנפלט על ידו נקלט ע. a רק כלורופילזה משתתף החיצוני של התאים ומחזירים אותו ואלו מעבירים אותו דרך ציטוכרומים שבקרום) בסוג הפרוקריוט

שממנו aבאנרגיה נמוכה לכלורופיל תוך ). cyclicבגלל זה הוא (השתחרר

ירידתו של האלקטרון באנרגיה . ATPנוצרת מולקולת , בציטוכרומ ים ואין פרוק מים אין שחרור חמצןבתהליך זה

).תמונה' ר(קיים גם ) cyclic -ל(תהליך דומה

( של חוסר מים בצמח ביוקריוט ים בתנאיםC4 .( במקרה זה רק כלורופילa פועל ולא

-תהליך זה נפוץ בצמחי מדבר ודגניים והוא מתקיים במקביל לתהליך ה. ATPרק NADPHנוצר noncyclic ובא רק להשלימו ולחסוך במים.

Dark Reactions

אנרגיה שנוצרה בריאקצית תוך שימוש ב CO2י קשירת "בריאקצית החושך נוצרים גלוקוז או שומנים ע .כמקורות לאנרגיה) FADHבחידקים (NADPH-ו ATPנחוצים CO2 -לצורך הקשירה של ה. האור

נקשר למולקולה עשירת אנרגיה שהיא CO2 -ה. אינה דורשת אנרגיהעצמה CO2 -קשירת ה הקיצוניים פחמנים שעל שני הפחמנים5מולקולה זו היא סוכר של ribulose-1,5-bisphosphate -ה


107

של stroma -הריבולוז ביפוספט נמצא ב. שלה משני הקצוות קשורות שתי מולקולות פוספט ribulose-bisphosphateהנקרא )MW=500,000(יחד איתו נמצא אנזים ענק . הכלורופלסטי םcarboxylase שהוא הק ושר את ה- CO2 מחלבוני הכלורופלסטי ם 50% -אנזים זה מהוו ה כ . לריבולוז

חושבים שחלבון זה ה וא החלבון הנפו ץ , חר והכלורופלסטים נפוצים מאוד בטבע בצמחים הירוקיםומאהסיבה לכמו ת הגדולה של . ביותר בטבע

אנזים זה בכלורופלסטים היא פעילותו 3הוא קושר רק . האיטית של האנזים

אנזימים אחרים (לשניה CO2מולקולות ).עושים יותר מאלף ריאקציות לשניה

6יוצרת מולקולה של CO2-ת הקשירפחמנים שמתפרקת מיד לשתי מולקולות

-3-ה. phosphoglycerate-3של י "פוספוגליצרט עובר פוספורילציה ע

ATP י "וחיזור עNADPH glyceraldehyde-3-phosphate-ל

שומנים וחומצות , שממשיך ליצירת גלוקוזמשתי מולקולות גלוקוז נוצר . אמיניות

ועבר ברוב הצמחים סוכרוז והוא מבצינורות הפלואם לתאים השונים ושם

).תמונה' ר(הופך לעמילן לעלים בהם התהליך הוא כמתואר

. NADPH -וגם ה ATP -כפי שראינו לצורך תהליכים אלו נחוצים גם הC3-leaves. קוראים , למעלהנעשה בעזרת כבר הזכרנו קודם שבצמחים מדבריים ודגניים שסובלים מחוסר מים רוב התהליך

צמחים אלו סוגרים את הפיוניות ולכן חסר להם גם ריכ ו ז . כדי לחסוך במים ATP ונוצר רק a-כלורופילמסיבות אלו קיימת בצמחים האלה ריאקצית חושך . בצמח O2 -לעומת זאת עולה ריכוז ה . CO2גבוה של

. לרגילהבמקבילשונה

והריבו לוז CO2במקום O2ביספוספט -יבולוז מתחבר לר, בריאקצית החושך בדגניים וצמחי המדבר phosphoglycerate-3 פחמנים והיא 3אחת המולקולות בעלת . מתחמצן ומתפרק לשתי מולקולות

שתי מולקולות גליקולט בעלות . glycolate פחמנים 2המולקולה השניה בעלת . כמו בתהליך הקודםקת ויוצרת שוב מולקולה בעלת שלוש פחמנים וזו מתפר4שתי פחמנים מתחברות למולקולה בעלת

3 מולקולות בעלות 3, בצורה זו מתקב לות משתי מולקולות ריבולוז ושני חמצנים. CO2 -פחמנים ותהליך זה בניגוד לפוטוסינטזה . C4-leavesבגלל סיבה זו נקראים עלים אלו . אחת CO2 -פחמנים ו

.CO2הרגילה צורך חמצן ופולט


108

.אך הוא נדיר מאד, C5יך הנקרא בצמחים בודדים יש גם תהל

בבליעת האדום . 6500Aאורך גל האור הנבלע בכלורופיל והנחוץ לפוטוסינטזה הוא בתחום האדום .10-14secזמן הבליעה של פוטון הוא . מהאור הלבן נשאר הירוק ולכן יש לכלורופיל צבע ירוק בהארה

זמן . להחזיק את האנרגיה לזמן יו תר ארוךלכן נחוץ מתווך שמסוגל. והוא מהיר מ די לריאקציה כימית. שהוא ארוך יותר משנחוץ לריאקציה כימית.10-9-10-8secהערעור של אלקטרון מהכלורופיל נמשך

..10-12secהזמן הנחוץ לריאקציה כימי ת הוא בסדר גודל של

חישוב אנרגטי של יצירת סוכר

:נחוצים CO2 מוולקולות 6לקשירת 18 ATP 12 NADPH ADP + Pi → ATP ∆F' = +8,900 cal.(7-15 Kcal.) NADP+ → NADPH ∆F' = +52,600 cal 18 x 8,900 = 160,200 cal. 12×52,600 = 631,200 cal.

791,400 cal :לבין סוכר הוא H2O-ו CO2ההפרש בין

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 ∆F' = +685,000 cal. 685,000/791,400 = 86.5%

בריאקצית האור הנצולת יותר נמוכה ומשתחררת יותר אנרגיה . ולת זו מתיחסת רק לתהליך הסופיניצ .בצורת חום

תורשה של כלורופלסטים

טבעתי וריבוז ומים DNAגם לכלורופלסט . גם לכלורופלסט מערכת גנטית משלו, בדומה למיטו כונדריהסטים הרבה יותר גדול ובעל גודל אחיד בכל בכלורופל DNA-ה, בניגוד למיטוכונדריה . בדומה לחידקיםחלוקת הכלורופלסט . גם הוא קשור לקרום הפנימי של הכלורופלסט בתוך הסטרומה. עולם הצמחים

הוא מתחלק בדיוק , לעומת זאת בתאים בהם יש כלורופלסט אחד בלבד. אינה קשורה לחלוקת התאדברים אלה מצביעים על כך שחלוקת . לפני הציטוקינזה ומישור חלוקתו זהה למישור חלוקת התא

.הכלורופלסט בתאים אלו נמצאת תחת בקרה של הגרעין או התאהכלורופלסט מסוגל לסנתז את כל . הדמיון בין ה כלורופלסט לחידקים יותר גדול מאשר במיטוכונדריה

ניתן לחבר ולהשתמש. של חידקים tRNA -החלבונים שהוא זקוק להם ומסוגל להשתמש לשם כך גם ב

Plastids מבוא לביולוגיה של התא

109

לסינתזת החלבונים בכלורופלסט בחלק הקטן של הריבוז ום הכלו רופלסטי עם החלק הגדול מהריבו זום סימן . מסוגל במבחנה ליצר את החלבונים, של כלורופלסט mRNA -תמצית חידקים עם ה. החידקי

.N-formyl-methionine -בכלורופלסט כמו בחידקים הוא ה mRNA-להתחלת התרגום על הכי ה ציטופלסמה , כמו במ יטוכ ונדריה, (maternal)בכלורופלסטידות היא תורשה אמהית גם התורשה

.מתא האבקה איננו נכנס לתא הביצה .הכלורופלסטי ם מסנטזים בעצמם את השומנים הנחוצים לבנית הקרומים של עצמם

Plastids

:אורגנלות אלו הואהמשותף ל. הכלורופלסטי ם בתא שייכים לקבוצת האורגנלות הקרויות פלסטידות .כולן עטופות בקרום כפול .1 .לכולן מערכת גנטית עצמאית .2 .כולן אופיניות לתא הצמחי .3

שהן אור גנלות קטנות המצויות בר קמות המריס טמתיות של proplastids -הפלסטידות מתפתחות מתפתח התא הפרופלסטידות יכולות להתפתח לפלסטידות השונות בהתאם לרקמות אליהן מ. הצמחים

.שהם המקור לכלורופלסטים etioplasts -בעלים ובגבעולים עשבוניים הן מתפתחות ל. המריסטמתי

Leucoplasts מצויות בעיקר . נראות כפרופלסטידו ת גדולות. הן פלסטידות בעלות התמיינות נמוכהשעת הצורך חושבים שביכולתן להתמיין ב. ברקמות הפנימיות של הצמח שלא חשוף לאור ובאפידרמיס

ברקמות . ושומנים ומשמשות לאגירת חומרי תשמורת) מגלוקוז(הן מסנתזות עמילן . לכלורופלסטים .amyloplastsפלסטידות אלו בעלות נפח גדול ונקראות , אגירה בצמח

Chromoplasts עשירות בפיגמנט . בצמחיםאדום-כתום-צהובאחראיות לצבעיםcarotenoid שחשוב

.בפוטוסינתזה הלויקו וכלורופלסטידות . הפלסטידות מכל הסוגים בצמח מסוגלוות לייצר עמילן וכולן אוגרות שומניםכל

.אוגרות גם חלבונים

Vacuole מבוא לביולוגיה של התא

110

Vacuole

יש מספר אברונים השונים בתאי שתי , למרות הדמיון הגדול בכל המערכות בין תאי בעלי חיים וצמחיםהחללית היא אחת . יים שונה של צמחים ובעלי חייםוהכרחי כתוצאה מצורת ח-שוני זה נובע. ממלכות אלו

. על אף שניתן למצוא כדוגמתה גם בתאים אנימליים, האורגנלות האופיניות לתאים הצמחיים. כ מספר רב של חלליות קטנות שהולכות ומתחברות ויוצרות חללית גדולה אחת"בתאים צעירים יש בד

. מנפח התא90% -ם בהם החללית תופסת כלעומתם תאי, יש רקמות שבהן התאים חסרי חלליותהחללית . ER-הטונופלסט נוצר כנראה מחלקים של ה. tonoplastהחללית עטופה בקרום ב ו דד הנקרא

.'חומצות אמיניות וכו, סוכרים, מלחים, מכילה נוזלים : לחללית תפקידים חשובים בתא הצמחי

. ת התא לקלוט ולפלוט חומריםשטח הפנים של התא ביחס לנפחו משמש גורם חשוב ביכול .1האפשרויות לשינוי בצורת התא מוגבלות מאד בתא הצמחי בגלל הדופן שלא מאפשרת שינויים

י לחיצת הציטופלסמה לדופן והקטנת "החללית מאפשרת הגדלת שטח הפנים לעומת נפח ע. גדולים . עוביה

, ת ריכוזי ם גבוהים של מלחיםבתוך החללי. לקרום החללית חדירות בררנית בעלת תכונות מיוחדות .2לחץ אוסמוטי זה מגדיל את כושר היניקה של . סוכרים וחומ רי תשמורת שיוצרים לחץ אוסמוטי גבוה

.התא למיםמשמשת החללית לעיתים קרובות כמקום אחסון של חומרי , מאחר ואין לצמח מערכת הפרשה .3

. ההפרשה .לחומרי התשמורת ולרזרבות המים של התאהחללית משמשת לעיתים קרובות גם כמקום אחסון .4 calcium(ולעיתים גם גבישי מלחים ( עלי כותרת(בתאים מסוימים מרכזת החללית חומרי צבע .5

oxalate.(

Cytoskeleton -שלד התא מבוא לביולוגיה של התא

111

Cytoskeleton -שלד התא

לרכז או לפזר את , להזי ז, הם מסוגלים לשנות צורה. תאים יוקאריוטים נבדלים אחד מהשני במבנהפ כ ל נפח התא "י רשת חלבונית הפרושה ע"פעולות אלו מתבצעות ע. בהתאם לצורךהאורגנלות

רשת חלבונית זו נקראת שלד התא והיא אחראית לארגון הגבוה של . ומחברת בין כל מרכיבי ה . הציטופלסמה

: השלד בנוי בעיקרו משלשה מרכיבים

1. Actin microfilaments- חוטי אקטין בעלי קוטר של nm7. 2. Microtubules- חוטי כישור בעלי קוטר של mn24 . 3. Intermediate filaments ) או בקיצורIF (בעלי קוטר של mn11.

מאחר וחלבו ן . האקטין והמי קרוטובולות בנויים כפולימרים של חלבון גלובולרישינוי אורכם של חלבונים אלו , גלובולרי איננו בעל יכולת להתכווץ או להתארך

שני סוגי פולימרים אלו בעלי ארגון . י חיבור וחיסור תת יחידות בפולימר"נעשה ע .הם אחראים על רוב סוגי התנועה בתאים. פנימי גבוה מ אד

קשו ר 41,800חוטי האקטין בנויים מחלבו ן גלובולרי קטן בעל משקל מולקולרי של ים גורמ ATP-ריכוז מלחים גבוה או הי דרוליזה של ה. ATP-ו Ca++עם יוני

קיימות שתי תאוריות לגב י . לפולימריזציה של האקטין ויצירת פולימר ספירלי :המבנה של פולימר זה

מתחברות לחוט כפול כאשר שני ) גלובולר (אקטין-Gתת היחידות הנקראות .1 זוגות 13.5בכל סיבוב שלם של החוט . הליכס-aהחוטים מסתלסלים בצורת

. אקטין-Gמולקולות אקטין ואלו מסתדרות לחוט בעל סליל ימני כמו -F הן דימרים בצורת מקלות קטנים תת היחידות .2

. בקודם ).תמונה' ר(לשתי התאוריות יש סמוכין בניסויים

. myofibrils-בתאי שריר מסודרים חוטי האקטין בעבה , בתוך המיופ ב רילות ניתן לראות פילמנט נוסף

ה הוא פילמנט ז. המלווה אותם לסרוגין, הרבה יותר -ובנוי מ) 500,000(המיוז ין חלבון גדול . myosin-ה 200,000(שתי תת יחידות גדולות . תת יחידות6

כל 20,000זוג אחד (ושני זוגות קטנים ) כל אחת


112

הליכס ארוך -αשתי היחידות הגדולות יוצרות זנב בעל מבנה סיבי של ). כל אחד16,000אחד וזוג אחד קבוצה גדולה של ). אחת מכל סוג(ד של הפיצול יושבות שתי יחידות קטנות ועליו ראש מפוצל כשעל כל צ

).תמונה' ר(סיבי מיו זין י וצרות סיב עבה המצוי ליד כל סיב דק של אקטין במיאופיברילה

התאוריה המסבירה את צורת ההתכווצ ות וה רפיה של

X-ray, המי ופ יברילה מ בוססת על מ יק רוסקופ אלקטרו ני

הידרול יזה , ל פי תא ור יה זו . של הפעולהואנל יזה קינטית

הקשורה לראש מולק ול ת המי וז י ן ATP-של מולק ולת ה

-ה . גורמת להתקרבות ראש המיוז י ן לאקטי ן ש ליד ו

ADP+Pi משתחררים מהמי וז י ן וכת וצאה מכך חל שינ ו י

מרחבי במבנה הראש והוא מתחבר לחוט האקטין ו מזיז

קטין ה יא הזזת המי וז י ן לא ורך הא . לאורכ ו את המ י וז י ן

ATPמ יד לאחר מכן מתח בר . פעו לת התכו וצ ו ת השריר

חדש לקצה המיוז י ן וזה גורם להנתקות ו מהאקטין וחזרת ו

).הרפית השריר(למקומ ו הקודם

יוצא כי פעו לת ההתכווצות וההרפי ה אינם אלא תוצאה , תוצאה של שינוי באורך הסיבים

של תנועת חלבונים אלו אחד לעומת השני לי ביותר כי במערכת פועלים תאור זה כל(

).חלבונים חשובים נוספים שלא פורטו כאן. מולקולות האקטין נמצאות בכל סוגי התאים

לרוב פעולתם קשורה עם חלבונים נוספים כמו ב עזרת חלבונים אלו אחראים . המיו זין

לפעולות , מולקולות האקטין לצורת התאלתנועת התא ולקשרים הבין , התכווצות והרפיה

. בתאי אפיטל desmosomesיים באמצעות תאסיבי האקטין אחראים לפעולת הפגוציטוזה

הם אחראים . ולתנועה האמבואידלית בתאיםפעולתם קשורה . גם ליצירת אזורי גל וסול בתא

שבהעדרו האקטין יוצר קשר יציב Ca++ -ליון העם החלבונים המלווים אותו ומאבד את

ה את מחליש Ca++ -נוכחות ה. גמישותו .הקשרים ומאפשרת תנועת סיבים אחד לעומת השני


113

לצורך שמירת גרדיאנט היונים ושמירה על ATPשרירים במצב מנוחה זקוקים ליצירה קבועה של . 200-20לעלות פי ATP -בשעת פעולה בשרירים המשורטטים יכולה תצרוכת ה. פוטנציאל הקרום

שניות 0.5איננה מספיקה ליותר מאשר , יונקי םהמצו יה כרזרב ה בשרירי ATP -בתנאים אלו כמות ה ). התכווצויות10 -מתאים בערך ל(

:ATPנית ן להבחי ן ב י ן שני ס וגי שריר ים משורטטים ביח ס לאספקת

בעזרת פרוק א יר ובי ש ל ATP -אל ו י וצר ים את ה. בעלי פע יל ות א יטית י ותר ) בשר אדום(שריר ים מש ורטטים אדומ ים .1

).הפיגמנט האדום(י ות הרבות שבת וכם וחמ צן המשתחרר מהמי וגלוב י ן הרב המצוי בהם י המ י טוכונדר " סוכר ים ע

באמצעות גליקו ל יזה ATP -אלו י וצר י ם את רוב ה. בעלי פעי ל ות מהירה מאד, )בשר בהיר(שריר ים משורט טים לבנים .2

תהליכ ים א יטי י ם מדי בכד י הם, ההידר ול יזה של גל יק וגן לס וכר ים ב ודדים ו הגליקול יזה, בפעיל ו ת מתמשכת. אנאירוב ית

לכ ן התרכובת ). לכל גלוק וז ATP מ ולק ול ות 3-2(לספק את כל האנרגיה הנחוצה וכמ ות האנרגיה שהן מספקות ק טנה מדי

creatinי האנזי ם "הפ וספט של הקראטי ן מ ו עבר ע. creatin phosphateהעיקרית לאספ קת אנרגיה בתאים אל ו היא

kinase ל- ADP ו י וצרATP . וה ידר ול יזה של קראטין פ וספט משחררתמאחרcal/mole K103 ב7.3 לע ומת - ATP , לכ ן

.הריאקצי ה היא ספונטנית ADP -כאשר עולה ר יכ ו ז ה

Creatine-Pi + ADP creatine kinase

→ creatine + ATP

תי אנזים זה י וצר מש. adenylate kinaseבשרירים אלו הו א אנזים הנקרא ATP -מקור נוסף ל

.AMPואחת של ATPמולקולה אחת של , ADPמולקולות

2ADP adenilate kinase

→ AMP + ATP

Microtubules

שני אברונים אלו בעלי דמיון רב מבחינה . אברוני התנועה של בעלי חיים נמוכים הם הריסים והשוטונים. ו האדם יש רקמות עם תאים ריסנייםגם ביצורים גבוהים כמ. ניתן לראות בשוטון ריס גדול. אנטומית

ממערכת הנשימה ) כמו אבק(מערכת הנשימה מכילה ת אי אפיטל ריסני שתפקידם סילוק גופים זרים גם החצוצרה של צינור מוביל הבי צים ריסנית ובעזרת הריסים נאספים תאי הביצה . למערכת העיכול

.מחלל הבטן לצינור אלקטרוני רואים דמיון רב אפילו כאשר מקור השוטון מחידק בחתכי רוחב של ריס ושוטון במיקרוס קופ

צינוריות . בגלל הסידור ההקפי של צינוריות בחתך הריס או השוטון9+2מבנה זה נקרא . והריס מאדם .אלו הן מיקרוטובולות


114

המיקרוטו בולו ת בנויות משני חלבונים דומים מאד הנקראים α ו-β גלובולריים בעלי הטובולינים הם חלבונים . טובולי נים

500 -הם בנויים מכ. דלתון50,000 -משקל מולקולרי של כ .חומצות אמיניות

מתחברים במהירות Ca++טובולינים בהע דר β -וה α -ה -לדימרים והדימרים מתחברים יחד למבנה צינורי הבנוי מ

מבנה צינורי . שורות של דימרים מסודרים בצורת טבעת13מיקרוטו בולות קיימו ת בכל ה. זה נקרא מיקרוטוב ולה

).תמונה 'ר(התאים החיים הפרוקאריוטים והיוקארי וטים

תפקיד המיקרוטובולות בתאתנועת האורגנלות בתא ובדרך זו אחראיות לארגונו .1

.הפנימי של התא . תנועת הכרומוזומ ים במיטו זה ומיאו זה .2 .ליצירת הדופן החדש בתאים צמחיים לאחר החלוקה .3 .ריסים ושוטוניםתנועת .4 .יצירת דנדריטים של תאי עצב .5

: נית ן לחלק את התנועה שהמיקרוטוב ול ות אחר אי ות על יה לשני סוגים

תנו עה זו א יננה מלו וה בהתכוו צות . תנועה גלית של ריס ים וש וטונ ים .1

אלא התכווצ ות צד אחד , או התארכות של הריס או השוטו ן

.והתארכות השני

תנועה זו דורשת התקצרות . ומ וז ומ ים בתאתנועת א ורגנלו ת וכר .2

. והתארכות המי קרוטובו ל ות

המיקרוט ובול ות מלו ו ת במספר רב של חלבונים נ וספ ים הקשורים

וק ו מפלכס חלבוני , Ca, ATPase++ הקלמודול י ן ש קושר י וני , actomyosineא קטין ו מ י וז י ן א ו : הע יקרי ים בי ן אל ו. לפע ולתם

.MAP (microtubule associated proteins)המכיל חלבונ ים שונ ים ונקרא

נמצא שהשינוי באורך . המיקרוטו בולו ת בנויות מחלבון גלובולרי שאיננו מסוגל להתכווץ או להתמתחבקצה אחד קשורה המיקרוט ובולה לאברון . המיקרוטו בולו ת נובע מהוספת או הורדת דימרים בקצוות

היר ות הבניה למהירות הפרוק גורם לשינוי ההפרש בין מ. האחראי לבניתה ובקצה ה שני היא מתפרקת . מעכבים את יצירת הדימר והמיקרוט ובולה Vinblastine-ו Colchicine. האורך ולכוון תנועת האורגנלה

הצנטריולה מהווה מקום סינתזה . centrioleבתאים אנימליים בונות המיקרוטוב ולו ת גוף מיוחד הנקרא

MAPחושבים כי חלבוני . MTOCאו בקיצור , Microtubule organizing centerלמיקרוטובולו ת .וקלמודולין אחראים לסינתזה ולפרוק


115

המיקרוטו בולו ת המניעות את הכרומו זומ ים במיטו זה נ וצרות

י גופיף ה נקרא "עkinetochore . הקינטוכור

נמצא משני צידי הכרומוזו מים באזור הצנטרומר ובנוי משלש . למלות של חלבונים

ת שאינן קשורות המיקרוטו בולו -לכרומוזומ ים נוצרות מה

MTOC שהוא אזור עשירהמיק רוטובולות . בטובולי ן

הבונות את הריסים והשו טונים נוצרות מגופיף הנמצא בבסיסם מתחת לפני הקרום וה נקרא

basal body. בריסים ושוטו נים נמצא מבנה של

זוגו ת של 9 שפרו שו 2+9מיקרוטוב ולו ת בהקף הרי ס ושנים

מאלו שבהקף אחת . במרכז 13מיקרוטוב ולה שלמה בעלת

שורות של דימרים ועליה נשענת 11-10מיקרוטוב ולה המכילה

). פרוטופילמנטים(שורות למיקרוטובול ה השלמה קוראים

A ולשניהB .מה-A לכיווןהמיקרוטו בול ה הבאה פונו ת שתי

dynein -שלוחות קצרות שזוהו כלכיוון זוג A-מה ). ATPaseאו (

יקרוטו בולו ת במרכז מחברות המ ).תמונה' ר(חלבוני אקטומיאוזי ן

התנועה הגלית של השוטון תוצאה של תנועת המיקרוטו בולו ת הצדדיים לעומת

ותוך Bלעומת Aהתכ ווצות והתארכות המיקרוט ובולות בצדדים נעשת תוך תנועת מיקרוטובולה . המרכזי


116

חושבים שתנועת הנוזל סביב . תנועות לשניה 40-10לרוב , תנועת הריסים מהירה מאד. ATPפרוק י כך נוצרים "ע. א חליפות ולא יחד"ז, )metachronal(הריסים גורמת להם לעבוד בצורה מטהכרונית

.גלים גלים של תנועהGoldstein הוריד קטע קרום עם ריס ים מהריסנ יתTetrahymena י ח ית וך בעזרת קרנים והראה שהריסים ממש יכ ים "ע

מאידך כאשר החיה נתקלת , א שפעולת הריס ים הי א עצמאית ולא בפיקוח החיה"ז. ATPמן שיש להם אספקת לעבוד כל ז

. בגוף אחר היא משנה את כו ו ן ת נועתה בצורה רצונ ית

-יחד עם הר יסים ו ה Parameciumהוריד ו קטע מ קרום התא ש ל סנדלית ) G. Antipa(בעבודה מענינ ת אחרת

basal bodies למרבה הפלא . תנו עת הריס ים בקטע זה היתה הפוכה ליתר האיז ור ים. רה בצורה הפוכהוהשתיל ו א ות ו חז

נשאר DNA-פ ש ה"אע , של סנדלי ות שנתקבלו מסנדלי ת זו ) ד ורו ת100 -נבדקו מעל ל (התכונה עברה לדור ות הבאים

מאי ים כמ ו המיטוכ ונדרי ה יש חוקר ים החושבים שהם עצ. ני ת ן ל הסיק מניס ו י ים אלו כ י הר יסים בעלי עצמא ות ר בה. כמקודם

. ולה וכ יח ת אור יה זו DNA-עד הי ו ם טרם הצליח ו לבודד את ה. משלהם RNA -ו DNAוהכלור ו פלסט ו י ש להם

. פ הקרום"במיקרוסקופ אלקטרוני ניתן להבחין סביב בסיסי הריסים בטפיחות מסודרות במעגלים עכניסת היונים גורמת להפעלת , Ca++ ני טפיחות אלו מכילות מולקולות קלמודולין האחראיות לכניסת יו

.הריס או השוטון

Centrioles

כ "בד. 4000A - ואו רכו כA1500-הצנטריולות מופיעות בת אים אנימליים בצורת צילינדר חלול שקוטרו כשתי הצנטריולות יחד נקראות . אחת לשניה°90ניתן להבחין בשתי צנטריולות ביחד במבנה של

centrosome .נטרוזום בתא ליד קרום מקום הצ .הגרעין

. הצנטריולות מכפילות את עצמן לפני המיטוזהבתחילת המיטוזה הן נ פרדות ועוברות לקטבים הנגדיים של התא ומשם הן מכוונות את תנועת

מסיבה זו חשב ו (הכרומו זומ ים ואת חלוקת התא שהן מהוות את מרכז הסימטריה של התא ונתנו

ים צמחיים ובתאים בתא). להן את השם צנטרוזום . אנימלים מסוימים לא הצליחו לזהות צנטרוזומים

הצנטרוזום הוא האברון העי קרי לסינתזת הצנטריולה בנויה מתשע . המיקרוטו בולו ת בתא

שלשות של מיקרוטוב ולו ת מסודרות סביב המרכ ז מבנה זה זהה למבנה . הריק בזוית אלכסונית

נקרא גם (basal body-המיקרוטו בולו ת בkinetosome (האחראי לבנית הריסים והשוטונים .


117

basal bodies -ניתן לראות שלפני המיטוז ה נעלמים השוטונים ונשארים רק ה Chlamidomonas-בלאחר המיטוז ה חוזרים למקומם ויוצרים את . שנודדים למרכז התא ליד הגרעין ויוצרי ם את חוטי הכישור

.השוטונים, בניסוי שהעבירו צנטריולה מכלמידומו נס לתא ביצה של צפרדע, ת לתאהצנטרוזום איננו מראה ספציפיו

.קיבלו פעילות של הצנטריולה בכוון חלוקת התא basal body -בניגוד ל. כמו המיקרוטובו לות וסביבן חומר אמורפי צפוף MAPs -הצנטריולות מלוות ב

נטריולה הן יוצ אות מהקצה מהצ, שהמיקרוטו בו לות היוצאות ממנו הן המשך המיקרוטובולות שבתוכו .הנגדי ששם נמצא החומר האמורפי הצ פוף

Intermediate filaments

Intermediate filaments) או בקיצורIFs ( קיבלו את שמם מכך שקוטרםµ11-7 שהוא בין קוטרם של הם . דהם בנוים מחלבונים שונים בהתאם לסוג התא והתפקי. חוטי האקטין לבין זו של המיקרוטו בולו ת

בקשרים הבין תאיים , טונופיברילות, צמר, מהוו ים את החלבונים הסטרוקטורלים העיקריים בשערות. בקשר בין האורגנלות השונות בתא ובחומר הבין תאי, בשרירים המשורטטים Zבאזור , בדסמוזומ ים

ם יכולים ה. ניתן למצוא אותם בכמויו ת גדולות בתאים בעלי תנועה אמבואידלית כמו הפיבר ובלסטי ם .למלא תפקידים שונים בתאים שונים

IF ממקורות שונים כמוdesmin, vimentin זהות במרכי ב 70% -או נוירופילמנטים מראים מעל ל

הליכס לכ ל -αלרוב עשויים משלושה חלבונים חוטיים בעלי מבנה . אינם מסיסים במים IFs -ה. החלבוני .השונים הוא באזור ההליכלי IF -הזהות בין ה. ליאורכם פרט לשתי הקצוות בהן אין מבנה הליכ

הופ ך IF -ה ureaבנוכחות . מתפרק ונבנה מחדש כל הזמן IF -אין ה, בניגוד למיקרוטובולות ולאקטין IF. מסתדר חזרה לפולימר IF -ה, אם מוציאים את האוריה מהתמיסה. מסיס ומתפרק לתת יחידותיולא משפיעים על , י כולחיצין"בים סינתזת מיקרוטובולות עכאשר מעכ. לרוב קשור עם מיקרוטובולות

משמעות הדבר שהמיקרוטוב ולו ת אחראיות . מתרכז בצורת פקעות באזור הגרעין IF -אבל ה. IF -ה .IF -לארגונו המרחבי של ה


118

ארגון הציטופלסמה

:המים בתא נמצאים בשתי צורות .במצב חופשי כממיס בו מפ וזרים כל המומסים שבתא .א .בהידרנטים כמעטפת ליונים ובעיקר לחלבונים .ב

הריכו ז הגבו ה של חלבונים בתא גורם לכך שחלק מהתא נמצא

ל הוא מצב פיזיקלי 'ג. לי'גבמצב י כך " עקולואידליתהנוצר בתמיסה

שכל מולקולות הקולואיד נקשרות תמיסה (יחד למבנה שריג

קולואידלית היא תמיסה בה חלקיקי , 1-1000nmל של המומס בעלי גוד

. ל יש שריג רצוף של הפזה המפו זרת'במלים אחרות במבנה הג). תמיסת חלבון היא תמיסה קולואידלית .נמצאים במצב חופשי בין רווחי השריג) המים(חלקיקי הפזה המפזרת

, בטמפרטורה, המעב ר ממצב למצב תלוי בריכו ז י הקולואיד. ל וסול'לי הוא מצב הפ י ך בין מצב ג'המצב הגי כך לשלוט על יצירת "התא יכול להזיז חלבונים ויונים מאזור לאזור וע. ובריכוז י היונים בתמיסה pH -בל צריך 'אין הג, ל'כיוון שמ ולקולות המים והיונים נשארים במצב חופשי בג. ל וסול באזורים שונים'ג

רת על מהירות אבל הוא משפיע בצורה ניכ, להשפיע על מהירות הדיפוזי ה של מומסים קטנים בתא .הדיפוז יה של חלבונים

י "הריכו ז הגבו ה של החלבונים גורם לכך שחלבוני מערכות שונות הפועלות כשרשרת מתקשרות יחד עבתנאי מיהול גבוהים י ותר היו ניתקי ם קשרים אלו . קשרים חלשים ונשארות כקומפלכסים מחוברים

.והקומפלכס היה מתפרק

שבו יש E. coli -בחידק ה pyruvate dehydrogenase complex-יר את שרשרת הכדוגמה לקומפל כס כזה ניתן ל הזכ

dihydrolipoylוהפל ו ופ רוטאי ן pyruvate dehydrogenase ,dihydrolipoyl transacetylase: שלשה אנזימ י ם

dehydrogenase . יבי הודו ת ל התאמה מרחבית בי ן מרכ . פעמ ים בת וך הקומ פלכס24כל אחד מאנזימ ים אל ו מופ י ע

י ותר , כ וח ות א לו בריכ וז י חלב ו ן גבוהים ובצמ יגו ת גבוהה. נ וצרים כ וח ות מש י כה חלשים המחברים את המ ול קול ות, הקומפלכס

השארו תם של האנזימים יחד חשובה מאד ליע יל ו ת . חזקים מכוח ות הדחיה בין החלבונים הנובע י ם מחוקי האנטרופ יה

.המערכת


119

Porter & Tucker בבדקו חתכים של תאים- High-voltage electron microscopy . מיקרוסקופ זהוהודות לכך הוא ) במיקרוס קופ אלקטרוני רגילV100,000 במ קום (V1,000,000 עובד עם מתח של

הם גילו כי כל הציטופלסמה מרושתת ברשת ). מרגיל10פי ( מיקרון 10-20מסוגל לצלם חתכים בעובי הם קראו בתחילה intermediate filaments-זה הדומ ה ללרשת . 10nm -חלבונית בעלת קוטר של כ

Ground substance ולאחר מכןmicrotrabeculae.

לדעת פורטר ה ם . המיקרוטרבק ולות מחברות את כל האורגנלות בתא כולל מיקרוטובולות וריבוזו מים. מאד הטרוגניהרכבן של המיקרוטרבקולות. אחראים לתנועת מולקולות בתא ולתאום בין כל המרכיבים

דבר המחזק את התאוריה שהם מ הווים מע בירי ם של , סוגי חלבונים שונים40 -זיהו בהם י ו תר מ. הן מתקשרות גם לצנטריולות ולכן יש החושבים שהן אחראיות לפעילותן. חלבונים ממקום למקום בתא

ה ע ל נמצאו במיקרוסקופ האלקטרוני בעל המתח הגבו, כל הריבוזו מים הנראים בציטוסול ).תמונה' ר(המיקרוטרבק ולות

והכנה ובכ ולם קיבלו אישור למציאות ) פיקסציה(פורטר וטרקר חזרו על הבדיקה במספ ר שיטות קיבוע בכל זאת יש עדיין חוקרים רבים שאינם מקבלים את התוצאות . המיקרוטרבק ולות

& Heuser זו גם החוקרים בין הטוע נים טענה. וטוענים שכל הענין הוא ארטיפקט הנובע משיטת ההכ נה

Kirschner י שיטת הכנה שונה תוך הקפאת התאים ל"שניסו להפריך את התוצאות ע- Co269- תוך בכל זאת . דבר זה מונע יצירת ארטיפקטים בזמן ההקפא ה האיטית, שניות ואז חתכו אותם לפרוסות-מילי

.הם יכלו רק לאשר את נכונות הממצאים ולא להפריכם


120

:ת השלד התאי כךניתן לסכם א1. Microfilaments בנויים מ-actin י "שהו א חלבון גלובולרי ומלווים לרוב עmyosin שברובו חלבון

לקשרים פלסמטיים בין , לשלוחות הפלסמטיות שלו, הם אחראים לצורתו החיצונית של התא. סיבי .תאים דרך הפלסמהדסמטה ולפגוציטוז ה

2. Microtubules בנויים מ-α ו-β-אחראים לתנועת האורגנלות . בולי נים שהם חלבונים גלובולרייםטולבנית הדופן החדש בין תאים צמחיים לאחר החלוקה ולתנועת , לתנועת הכרומוזומי ם במיטוזה, בתא

.הריסים והשו טונים3. Intermediate fibers בונים בעיקר תאים מיוחדים כשערות וצמר . בנויים מחלבונים סיביים שונים

.רשים כחומר בין תאי ברקמות אנימליותאו מופ4. Microtrabecular latix טובולינים, עשוי ממספר רב של חלבונים שונים ביניהם גם אקטין ומי וזי ן ,

MAP ו-TAU .תפקידם כנראה קשר בין מרכיבי התא השונים והעברת מולקולות ממקום למקום בתא .המיקרוטרבקול ר לטיקס . נוצרים נמצאים עליוהריבו זומ ים בציטופלסמה קשורים אליו והחלבונים ה

.הושמטו מה פ רסומים האחרונים

Cell Junctions מבוא לביולוגיה של התא

121

Cell Junctions

קשרים בין תאים באורגניזם הרב תאי הם בעלי חשיבות גדולה מאד במיוחד בהתפתחות בשלב העובר י .הקשרים נוצרים בנקודות רבות במגע בין התאים ובמגע בין התא לחומר הבין תאי . ובתאי האפי טל

:מבחינים בין שלשה סוגי קשרים בין תאים. באזור הקשר הקרום והציטופלסמה מאד מאורגנים1. Occluding junction :קשר בין תאי אפיטל שלא מאפשר אפילו למולקולות קטנות לעבור .

.tight junctionsכ "נקרא בד2. Anchoring junction : לחומר הב י ן קושר ביחד תאים בצורה מכנית או קושר את התאים

).דסמוזו מים, ספיחה של תאים, קשור לחוטי אקטין. (תאי3. Communicating junction :שייכים אליו. (מאפשר מעבר מולקולות או סיגנלים מתא לתא:

gap junctions ,פלסמודסמטה בצמחים, סינפסות(.

Tight junctions : על אף ההבדלים בין תאים מסננים משותף לכולם היות, אפיטל שונים

-ל. סלקטיביים למעבר אל הרקמה שמתחתיהםT.J. תפקיד חשוב בסלקטיביות זו .

באפיטל המעי הצד הפונה לחלל המעי : לדוגמאלעומת . קולט חומרים מהמעי מבחוץ פנימה לתא

זאת הצד הפונה פנימה לרקמת החיבור מעביר את אותם החומרים מתוך התא , שמתחתיו

זה מחייב . ת הדםהחוצה כדי להעבירו לצינורותפקיד . מעברים הפו כים בשני אזורי קרום התא

, שבאזור סביב לחלקו החיצוני של התא.T.J -הבין האזור החיצוני carrier proteinsלמנוע תנועת

כ הם מונעים את מעבר "כ. והפנימי של התאיםלחזור באזור , המולקולות שהועברו מ המ עי פנימה

. מפל הריכוזיםבהתאם ל, הבין תאי לתוך המעי ++Ca -י הורדת רמת ה"אם נהרוס קשרים אלו ע

.נקבל מעבר של חומרים חזרה למעי, החוץ תאימבחינת תכונה זו שונים תאי האפיטל . קשרים אלו מונעים גם מעבר אלקטרוליטים בין תאי האפיטל

שר בין תאי האפיטל יו תר מא104מעבר יונים קטנים בין תאי האפיטל במעי הוא פי . באברים שונים בגוף .בשלפוחית השתן

הצד . כשורות צפופות של חלבוני מעבר שעוברים דרך שני הקרומים .T.J -מבחינת מבנה נראה ה .החיצוני של הקרומים באזו ר זה נראה מחובר


122

Anchoring junction) :או , י הציטוסקלטון שעובר מתא לתא"קשר בין שני תאים ע) קשר עגינה

אפיטל העור , שריר הלב: מצויים בעיקר ברקמות הנתונות ללחצים מכניים כמו. תאימתקשר לחומר הבין .או צאוור הרחם

:קשרי עגינה מצויים בשתי צורות

1. Adherens junctions. 2. Desmosomes אוHemidesmosomes.

קשרי עגינה אלו בנויים מחלבון תוך תאי של שלד התא שהו וחלבון , ט פילמנטאו סיבי אקטין או אינטרמדיא

טרנסמימברנלי שהוא גליקופרוטאין שיוצר את הקשר עם ) שלישי(חלבון נוסף . התא האחר או עם החומר הבין תאי

.מקשר בין סיבי האקטין וה גליקופרוטאין פ הקרום כנקודות "בתאים רבים קשרים אלו מפוזרים ע

בתאי אפיטל הם יוצרים לרוב חגורות של קשרים . בודדותבאזור . ++Ca קשרים אלו תלויים בנוכחות יוני .T.J -מתחת ל

החגורה ניתן לראות חבילות של סיבי אקטין מסודרות .במקביל מתחת לקרום

דסמוזומים מ חברים בין אינטרמדיאט פילמנטים של תאים בתאי . בצורה זו יוצרים רצף חלבוני בין תאים שונים. שונים

, desminבשריר הלב , keratin לרוב .I.F-אפיטל ה .vimentinובקורטקס של המח הוא

את חשיב ות הדסמוז ומ ים נת ן ל ראות במחלת

בו הגוף י וצר נ וגדנים נגד , Pemphigusהעור

חלק מהגליקופר וטאינ ים של הדסמוז ומ ים של

כת וצאה מכך בורח נ וזל מהגוף ו י וצר . עצמו

. נפיח ו י ות מלא ות נוזל ים מתחת ל עור

המידסמוז ומי ם קושרים את הצד תחתון של התא למבנה הסיבי של ה

.החומר הבין תאי


123

Gap junction :נמצא . הנפוץ בין הקשריםמופיע בין ה קרומים . כמעט בכל סוגי התאים

. 3nmשל שני תאים סמוכים בצורת רווח של קשרים אלו מאפשרים מעבר יונים אנאורגניים קטנים ומולקולות מסיסות קטנות בין תא

את התאים יחד י כך הם קושרים"ע. לתא .מטבולית ואלקטרית

בנסיונות אלקטרופיזיקלי י ם בזוגות של תאי נמצא שפולס חשמלי עובר , עצב בסרטן

פולס . .G.J -חופשי מעצב לעצב דרך ה, י יונים"חשמלי מועבר במערכת העצבים ע

-לכן היונים הם שעוברים חופשית דרך הG.J.1000שמולקולות בגודל של , חד ובדיקתו בשניי הזרקת חומר פלורוסצנטי לתא א"כ נמצא ע" כ-

. בקשרים 1.5nmשל channelsזה מראה על נוכחות . .G.J - דלתון עוברות חופשית דרך ה1500, חומצות אמינו, סוכרים: משמעות הדבר שתאים שכנים משתפים ביניהם מולקולות קטנות כמו

, חלבונים: ם ביניהם מולקולות גדולות כמוהם לא משתפי. ויטאמינים ויונים אנאורגניים, נוקלאוטידים בכך שבכל אותן הרקמות .G.J-בדרך עקיפה ניתן להוכיח את תפקיד ה. חומצות גרעין ופוליסכרידי ם

בכל הרקמות . .G.Jניתן למצוא גם , שבהן ניתן למצוא מעבר פולס חשמלי או מעבר חומרים מתא לתא .גורם להפסקת המעבר, י אנטיבודי "ע .G.J -ניטרול ה. אין מעבר כזה, .G.Jבהן אין

G.J. חלבונים אלו יוצרים מבנה הנקרא . בנוי מחלבוני קרום העוברים מצ ד לצדconnexon . השם באבנוי מחלבון .G.J -ה. יכולים להיות מאות קונקסורים .G.Jבכל . מכך שבין ש ני הקרומים נשאר רווח

חלבונים כאלה יוצרים 6. חומצות אמינו280 - דלתון עם כ30,000בודד בעל משקל מולקולרי של .הליכס אחד פונה למרכז וביחד יוצרים חלל הידרופילי-αמכל אחד מששת החלבונים . קונקסון

זה מסביר מדוע ת אים . על אף שיש הבדל מסוי ים בינ יהם, בתאים שונ ים .G.J -נוגדנים נגד חלבו ן זה פועל ים על כל סוגי ה

. בתרבית .G.Jש ונ י ם י וצר ים בינ יהם שונ ים מרקמ ות ו בעלי ח י ים

החיבו ר , בשריר הלב ובשריר החלק של המעי:לדוגמא. תפקיד חשוב מאד בפעיל ות הרקמה .G.J -ברקמות מסו י ימ ות יש ל

מאפשר מעבר מהי ר של הפו לס .G.J -בתאי עצב ה. מאפשר סינכר ונ יזציה של עבודת השריר.G.J -האלקטרי דרך ה

מאפשר מעבר הי ונים עבודה , בתא י אפיטל ר יסני . ל ה בלי השהיה כמו שק ורה בסינפס ותהחשמלי של פ וטנציאל הפע ו

להפעי ל , דרך קשרים אל ו מאפשר לסיגנלים האקסטרהצלולר י י ם המפעיל ים או תם cAMPמעבר . מתהכרונית של הריס ים

.קבוצות של תאי ם

. ומתח יל י ם להתמי י ן .G.J -ים קשור ים י חד בכל התא, )בעכבר( תאים 8במצב של . חשיבות מ יחדת לתאים אל ו באמברי וגנזיס

המעבר מאפשר לתאים מת מי ינ ים בעל י . קבוצות תא ים ש מתמ י ינו ת נפרדו ת מהתאים של קבוצות אחר ות ו מנתקות את הקשר

בצורה זו נ וצר גרד יאנט של השראה בינם לבי ן הפריפר י ה של הרקמה . להעבי רו לתא ים השכנים, ריכ וז גבוהה של משר ן

. המתמי ינת


124

פעולה . ++Ca -או כאשר עולה ריכוז ה , בצי טוסול יורד pH -קטן ב מהירות כאשר ה .G.J -עבר דרך ההמ, אך במקרה של מות לתאים, וקלציום pHי "לא ברורה הסיבה לרגולציה של המעבר ע. זו רברזיבלית

ים אלו שני דבר. ++Caבתא יורד והקרום הופך חדיר ונכנסים יוני pH -במקרה זה ה . הדבר חשוב מאד .בין התא המת לסביבתו ומונעי ם נזק מתאים אחרים .G.J -גורמים לניתוק ה

פועל על תאי הכבד וגורם לעלית , י פרוק גליקוגן"הגורם לשחרור גלוקוז מהכבד ע, glucagonההורמ ון .G.J -שגורם לפוספורילציה של חלבון ה, שגורם לאקטיבציה של האנזים פרוטאין קינז, cAMP -רמת ה

מתא לתא ומגדיל את התגובה cAMPכתוצאה מכך מאפשר מעבר . גדיל את מהירות המעב ר דרכוומ .י הפעלת תאים נוספים"להורמון ע

מחזור חיים של תא מבוא לביולוגיה של התא

125

מחזור חיים של תא

תאים המפסיקים להתחלק מזדקנים . מתחלקים וגדלים שוב עד לחלוקה הבאה, תאים חיים גדליםבאורגניזם רב תאי לא כל התאים . בקצב אחידבחד תאים כל התאים מתחלקים פחות או יותר. ומתים

תאי (יש רקמות שתאיהן מפסיקים להתחלק כבר במצב העוברי ; אם נקח כדוגמה את האדם. מתחלקיםישנן , לעומתן. מספר התאים ברקמות אלו יכול רק לקטון במשך החיים בגלל תמותה. )תאי שריר, עצב

. )תאי אפיטל של הרקמות הפנימיות והחיצוניות(ים רקמות שתאיהן מתחלקים בקצב מהיר לאורך כל החי. שעות למחזור חיים אחד100 - ל 8רוב התאים בגוף נמצאים בין שתי קצוו ת אלו ומתחלקים בקצב שבין

.חלק ניכר מרקמות הגוף נמצאות תחת בקרה פנימית הקובעת את קצב חלוקת תאיהן

יש רזרבה , לרקמות שתאיהן מתחלקים. קיםרק תאים חסרי התמינות או בעלי התמינות נמוכה מתחלתאים . בכל חלוקה רק אחד משני התאים שנוצרו עובר התמיינות והשני נשאר צעיר. של תאים צעירים

סרטנים נוצרים מתאים צעירים שמסיבה כלשהי ככל . אבדו את היכולת להגיב על מערכת הבקרה

כן תגדל מהירות , שדרגת התמינותם נמוכה יותר .חלוקתם

. ת מחזור חיי התא ניתן לתאר בצורה מעגליתאבגלל מספר תופעות שמקומם וזמנם במעגל

ניתן לחלק את המעגל בצורה ברורה , קבועיםשתי התופעות הבולטות . למספר אזורים מוגדרים

המחלקות את המעגל לארבע תקופות הן המיטוזה ).תמונה' ר (DNA -והכפלת ה

מהווה , שעות20 -במחזור חיי ם שאורכו כ

התקופה שבין . המיטו זה תקופה של כשעה אחתהאינטרפזה . שתי מיטוזו ת נקראת אינטרפזה

DNA -י הכפלת ה"מתחלקת לשלש תקופות עהשלב שמתחילת . שנעשית באמצע האינטרפזה( G1נקרא DNA -האינטרפזה ועד להכפלת ה

gap phase 1(, שלב הכפלת ה- DNA נקרא .G2ועד למיטוזה הבאה נקרא שלב DNA -לת הואילו השלב שלאחר הכפ Sשלב

1G :1-בG לאחר שבמיטוז ה . התא מסנתז את החלבונים והחומרים שהוא זקוק להם לפעילותו השוטפתתאים שעוברים התמינות . על התאים שנוצרו להשלים את החסר, התחלקו מרכיבי התא בין שני התאים

נמצאים תחת בקרה ומחכים לסיגנל מיוחד כדי תאים ה. G1ומפסיקים להתחלק יוצאים מהמעגל בשלב ).G0(בהמתנה G1 נשארים בסוף שלב , להתחלק

חלוקת התא מבוא לביולוגיה של התא

126

תאים אלו נמצאים בהמתנה . במח העצמות אחראים ליצירת כל סוגי תאי הדם stem cells-לדוגמה ה, כאשר הם מתחלקים. עד שמקבלים הוראה להתחלק וליצור סוג מסויים של תאי דם, G1בסוף שלב לפני שהתא עובר . והשני יעבור התמינות stem cellד משני התאים החדשים שנוצרו ישאר תמיד אח

.הצנטריולות מכפילות את עצמן, Sלשלב S : בשלבS סינתזת החלבונים בתא נפסקת ורק סינתזת ההיסטוני ם . הכרומו זומ ים מכפילים את עצמם

ים שקיימי ם לכל אחד מסוגי גנים זה40 -סינתזת ההיסטונים נעשית בבת אחת על כ. מתבצעתכמות ההיסטונים . מתחבר עם היסטון שנוצר במקבילDNAמיד עם הווצרות קטע חדש של . ההיסטונים

נכנסים רק אותם התאים שממשיכים Sלשלב . DNA -המסונתזים היא בדיוק הכמות הנחו צה ל . למיטוזה

ההכפ לה . replication unitמתחילה במקומות קבועים על השרשרת הנקראים DNA -הכפלת ה

50 -מהירות ההכפלה היא כ. נמשכת מנקודה זו לשני הכוונים וע ל שתי השרשרות בבת אחתתהליך זה , מיליון נוקלאוטידים150 -מאחר ואורך כרומוזום ממוצע באדם הוא כ. נוקלאוטידים בשניהלפי כך ברור שחייבי ם . שעות8 -בתא רגיל באדם הוא כ Sה זמן "ס. שעות800 -היה צריך להארך כ

על כל כרומוזום יש . DNA -פ שרשרת ה"להיות מספר רב של יחידות רפליקציה שפועלות בו זמנית עיחידות . אלף זוגות נוקלאוטידים300-30 יחידות רפליקציה שהמרחק ההתחלתי ביניהם הוא 20-80

תאים בהם קיימת ב(הרפליקציה נמצאות על קרום הגרעין וקשורות בחוטי הכישור לצנטריולה מנגנון מיוחד שטרם . DNA -נפסקת הכפלת ה, במקומות המפ גש בין יחידות הרפליקציה. )צנטריולה

דבר זה חשוב כיוון שלא כל היחידות מתחילות לעבוד . DNAזוה ה מבטיח שלא תהיה הכפלה כפולה של .בו זמנית

בו , S -רומוזום זמ ן משלו בתוך הלכל כ. S -לא כל הכרומוזומ ים מתחילים להכפיל את עצמם בתחילת הבאדם כרומוזו מי ה מין , לדוגמה. הסדר אופיני לכל יצור וזה ה בכל התאים שבו. הוא מתחיל את ההכפלה

.האחרונים שמתחילים את ההכפלה 2G: לאחר שלב S ,בשלב זה התא יוצר בעיקר חלבונים הנחוצים . חוזר התא לסינתזת החלבונים

.למיטוזה ולחלוקת התא

חלוקת התא

:שלב המיטוז ה בתאים יוקאריוטים מורכב למעשה משני שלבים נפרדים שברוב התאים קורים ברציפות .Karyokinesisחלוקת הגרעין . 1 .Cytokinesisחלוקת התא . 2


127

המערכת המיטוטית צריכה להבטיח שהכרומו זומי ם שהכפילו את עצמם יתחלקו בצורה שווה בין שני . הציטוקינזה תהיה מדויקת וכל תא בת יקבל חלק שווה מהאורגנלות התאיותכ חשוב שגם"כ. התאים

.10-5נמצא שמספר הטעויות הוא , בעקוב אחרי התהליך בתאי שמרים

על מנת להקל על הגדרת התהליכים לפי סדר . המיטו זה תה ליך מורכב ב ו קורים הרב ה דברים בתא :דים שלבים נפר5 -נוהגים לחלק את המיטוז ה ל, הופעתם

Prophase הכרומטין המ פוז ר באינטרפזה עובר דחיס ה . לפרופזה לא ניתן להבחנה חדה G2 -המעבר מ

כ ל . תחילת הדחיסה נחשבת לתחילת המיטו זה. לכרומוזומ ים בעלי מבנה דחוס ומוגדר במשך המיטו זהלא עובר אזור זה כנראה . centromere כרומטידות הקשורות יחד באזור הקרוי 2כרומוז ום מכיל שבו DNA -ולכן ה Sהכפלה בשלב

מסיבה זו הכרומטידו ת . עדיין בודדתוך . במקום זה נשארות מחוברות

דחיסת הכרומו זומ ים נעלמים . הגרעינונים

בתחילת הפרופז ה מתפרקות המיקרוטו בולו ת שיוצרות את שלד התא ונוצר ריכוז ג בוה של מול קולות טובולי ן

התא כתוצאה מכך גדלה צמיגות. בתאריכוזם הגבוה של . במידה רב ה

מולקולות הטובולין גורם להם להתחבר המרכז של חוטי . רוב הטובולי ן מלווה מולקולות חלבון נוספות. mitotic spindleיחד לחוטי הכישור

וסביב ו mitotic center-כל זוג צנטריולה הופך ל. הכישור ברוב התאים האנימלים הן הצנטריולות .בצורה רדיאלית asterנים נוצרת טבעת קר

אלו מתארכים ודוחפים את שני . בין שני האסטרים polar microtubulesבהמשך הפר ופזה נוצרות . כך נוצרים חוטי הכישור ה ביפולריים. הצנטרוזומים לשני הקצוות הנגדיים של קרום הגרעין

יכולים vinblastineאו Colchicine. הצנטריולות וחוטי הכישור ממלאים תפקיד חשוב בשלבי המיטוז ה

חוסר מיקרוטובולות איננו . טובולינים β-ו αי מניעת הווצרות הדימר בין "למנוע הווצרות מיקרוטובולות עהכרמוז ומים יתעבו ויסתדרו על קו : עד לשלב המטהפזה הכל יתנהל כרגיל. מעכב את התחלת המיטוזה

מנים ממלא קרום התא תפקיד חשוב בתהליכים לפי כל הסי. במטהפזה יעצר התהליך. המשוו ה של התא .אלו


128

Prometaphase

קרום הגרעין מתפרק . מתחילה עם העלמות קרום הגרעין) late prophaseנקראת גם (הפרומטה פז ה לבועיות קטנות שלא ניתנות להבחנה בגלל זהותן עם הרטיקולום

ניתן להוכיח . האנדופלסמתי החלקשבועיות אלו נשארות סביב

. רומו זומ ים לאורך כל המיטוזההכדיסקיות קטנות של קרומים נוצרים משני צידי הכרומוז ו מים באזור

דיסקיות אלו נקראות . הצנטרומריםkinetochores . לקינטוכור מתחברות

קבוצות מיו חדות של מיקרוטוב ולו ת קינטוכור לכוו ן מיקרוטובולות אלו יוצאות בכוונים נגדיים מה. kinetochore microtubulesהנקראות

י כך גורמו ת להרעדת הכרומו זומ ים "המיקרוטוב ו לות הנוצרות דוחפות את הקינטוכורים וע. הצנטרוזומים כח הדחיפה של המיקרוטובולות הולך וקטן ככל שהמרחק מהקצה . ולדחיקתם לקו המשווה של התא

מ שקל יתיצבו הקינטוכורים במצב שווי , מכיוון שהכח של המיקרוטובולות הנגדיות שווה. לקינטוכור גדל .במרכז התא

Metaphase

המטפז ה מתחילה כאשר הצנטרומרים כל . יגיעו לקו המשוו ה של התא

כרומטידה נצבת למיקרוטובולות הקינטוכוריות ופונה לצד הנגדי של

דחיסת הכרומוזו מים נמשכת . חברתה . גם בשלב המטפזה

מחמשת שלבי המיטו ז ה המטפ זה ניתן להבחין ב ו לא. הארוכה בי ו תר

.בפעילות מיו חדת בתא


129

Anaphase:

לאחר המתנה מסויי מת בה לא ניתן לפי סיגנל , להבחין בשום פעילות בתא

נפרדים שני , מיוחד שטרם זוהה. הקינטוכורים של הכרומטידות הזהות

לפי התאוריה שהצנטרומרים לא קדם , S-מכפילים את עצמם בשלב ה

מרים לחלוקה הכפלת אזור הצנטרוהכרמוזומ י ם . בסוף שלב המטהפז ה

מתחילים לנוע לכוון הקטבים הנגדיים . בעזרת המיקרוטובולות הקינטוכוריות

מיקרוטוב ולו ת אלו ממשיכות להתארך הקצה שבו נבנות מיקרוטובולות אלו הוא הקצה . ודוחפות את הקטבים ומר חיקות אותן אחת מהשניה

או -קצה (צה שבו הן מתפרקות הוא הקצה הקשור לצנטריולה ואילו הק) Aאו + קצה (הקשור לקינטוכור D.(

תנ ועת הכרומ וז ומ י ם במיטוזה . 1µm/1minמהיר ות תנ וע ת ם של הכרומ וז ו מים באנאפזה דומה למה יר ות הסינתזה שלהם

גם אך כל שיט ה משאירה, לכל שיטה יש סימ וכ י ן בניסו י ים. קימ ות שלש שי טות להסביר את צורת התנוע ה. צורכת אנרגיה

: סימנ י שאלה פת וח ים

בצור ת ATPaseנוכח ות . לפ י ה המיקרוטוב ול ו ת מחל יק ות ז ו על גבי ז ו כמ ו ב ריס ים וש וטונ ים: sliding -שיטת הגלישה .1

dynein מחזקת תאור יה ז ו .

זת פר וק המיקר וטוב ול ות בקצה הדיסטלי ג ורמת לק יצ ורם ו להז, לפ י ש י טה זו: depolymerization -שיטת בניה ופר וק .2

מז רזים את , ח יז ו ק לשיטה זו בני סו י עם ח ומר ים הגורמים לדפ ול י מריזצ יה של המ יקר וטוב ול ות. הכרומוז ומ ים לכ י ו ו ן הקצו ות

.תנועתם לקצ ו ות

בשי טה זו הכרומ וז ו מים נע ים לא ור ך המיקר וטובו ל ו ת : contractile-proteins -שיטת הזזה בעזרת חלבונים מ תכו וצ ים .3

בדרך ד ו מה להזזת האורגנלות . מ י וז י ן במי ופ יב ריל ות - המז י זים א ותם בדומ ה למערכת האקטין בעזרת חלבונים מתכ ו וצ ים

. נ וכחו ת חל בונים אל ו ל יד המיקר וטוב ול ות מ סיעת לתא ור יה זו. י המיקר וטוב ו לות "ע

.האנפזה נמשכת מספר דקות בלבד


130

Telophase

. הטלופזה מ תחילה כאשר הכרומוזו מי ם מגיעים לקצוותהפולריות , ו ת הקינטוכוריות נעלמותהמיקרוטו בול

קרום הגרעי ן , ממשיכות להתארך ולהרחיק את הקצוותהכרומטין הדחוס מתחיל להפתח ומופיע , מתארגן מחדש

לבסוף מתפרקים גם החוטים הפולריים . הגרעינוןומתרכבים המיקרוטו בולו ת המחברות את האורגנלות

. בתאפזה דחיסת הכרומוזו מים מתחילה בתחילת הפרו

.רק בטלופזה מתרחש תהליך הפוך, ונמשכת עד סוף האנפזה

Cytokinesis

הציטוקינזה איננה קשורה בהכרח יש תאים בהם היא . לחלוקת הגרעין

יש גם . נעשית הרבה לאחר המיטוזהבהם ) צינוציטים(תאים רב גרעיניים דבר זה מצוי הן . אין חלוקת תא כלל

.בצמחים והן בבעלי חייםהציטקינזה , נימליים רגיליםבתאים א

. מתחילה לרוב עוד בשלב האנהפזהעם התרחקות הקטבים המיטוטיים

מתארך התא ונוצר שנץ , אחד מהשניבמקום השנץ . במרכזו שהול ך ומעמיק

ניתן להבחין בחגורה של חוטי אקטין כתוצאה מהתפרקות . שיוצרים טבעת

החוטים קטנה הטבעת ולבסוף סוגרת טוב ולו ת הפולריות על שארית המיקרו

נוצר גוף . שלא הספיקו להתפרק שיכול להשאר midbodyהנקרא

זמן מסויים בין שני התאים עד .שמתפרק והקרום נסגר


131

שאריות המיקרוטו בולו ת הפולריות , בתאים צמחייםבאזור קו ה משווה י וצרו ת מבנה צילינדרי הנקרא

phragmoplast . הפרגמופלסט נוצר במרכז קוי משני צידי 'מערכות גולג. בין שני התאיםהמשוו ה

הפרגמופלסט מפרישות כמויות גדולות של שלפוחיות מלאות חומרי דופן ה שוקעות על

חומרי השלפוחיות יוצרים את הדופן . הפרגמופלסטהראשוני והקרום העוטף את השלפוחיות הופ ך

המיקרוטובו לות מכוונות את תנועת . לקרום התא בדרך זו נוצרת הלוחית .הבועי ות לפרגמופלסט

על . pectin-ומ hemicelluloseהראשונה משקיעת הלוחית הראשונה שוקעים פוליסכרידים

גדילת . מהשלפוחיות ויוצרים את הדופן הראשוני .הדיסק גורמת להתחברותו עם הדפנות הצדדיים

תהליך הציטוקינזה צריך להבטיח חלוקה שווה לכל מרכיבי מערכת , תא שלא יקבל ריבוזומ ים . התא מלבד הכרומו זומ ים

איננו מסוגל , כלורופלסט או אברון אחר, מיטוכו נדריה, י'גולגתאים בהם יש רק כלורופלסט אחד או מערכת . ליצר אותו

ניתן לראות בהם חלוקת האורגנלות לפני חלוקת , י אחת'גולגלעומת . האורגנלה מתחלקת וכל תא בת מקבל אחת. התא

נראה שחלוקתם , ה אורגנלות גדולזאת בתאים בהם מספר חושבים כי מספרם הרב של . בין שני התאים מקרית

. האורגנלות מבטיח שכל תא בת יקבל חלק מהאורגנלות .כאמור כל זה תאוריה בלבד

Masui & Smith גילו חו מר בתאי ביצה של צפרדע שגורם לתאים אל ו

Maturation Promoting(הם נתנו לח ו מר את השם . לעבור מ יא וזה

Factor (MPF . חוקר ים אחרים גיל ו כ י ח ו מר זה נמצא פעיל בכל התאים

החומר בודד וא ופ י י ן . חסרי ח ול י ו ת ו י ונק ים, העוברים מ יט וז ה כולל שמר ים

ואז נתגלתה אחדות ו בכל ע ו לם החי אפ יל ו בקבוצות שנפרדו -1988רק ב

. לפני י ו תר ממ יל י ירד שנ ים

Hartwell )1989( מרי ם שלא הי ו מס ו גלים להשלים גילה במוט נטים של ש

הוא נתן להם את . קבוצת גנים האחראית לפעו לות אל ו , את מעגל המיטו זה

cdc2החשוב בי ן גנים אל ו ה וא . cell division cycle (cdc) genes: השם

זוהה כאנזים cdc2. בגלל שפעילות ו נחוצה לכניסת התאים למי טוזה


132

serine-threonine protein kinase) המעביר פ וספט מ אנזים- ATP בצורת ו הבלתי . לחלבו ן וגורם לאקטיבציה של החלבון

).M=34,000, פעי לה היא מז ור חנת

Tim Hunt שחלבו ן מסו י ים נע ל ם מתאי ביצת קיפ וד הים בסו ף כל מיטוזה ו מסונתז מחדש , 80 -גילה בתחילת שנות ה

אי ן cyclin -מלבד ה. cyclin ,M=47,000 -אופי י ן כ חלבו ן זה . בתחילת כל אינ טרפזה והולך ו מצטבר עד לסוף המיטוזה

.סינטזת חלבונים בביצה עד למצב הגסטרולה

: מורכב משני חלבונים MPF -בשמרים נמצא כי הcdc2 ,ו- cyclin .רמת ה- cdc2 קבועה לכל אורך

יורדת cyclin -לעמת זאת רמת ה, מחזור חיי התא-בסוף כל מי טוזה וגורמת לאינאקטיבציה של ה

cdc2 . יצירת הקומפלקס שלMPF מ- cdc2 ו-cyclin עדיין איננה נותנתMPF חלבון נוסף . פעיל

זוהה כהכרחי לאקטיבציה של cdc25שנקרא cdc2גורם לדפוספ ור ילצ יה של cdc25 -ה(הקומפלקס

-גם ה cyclin -בדומה ל). י כך לאקטי בציה שלו" ועcdc25 מצטבר תוך כדי האינטרפזה והוא משמש

הקובע מתי המיטו ז ה " rate-limiting factor" -כ .מתחילה

:אם נסכם את המערכת בשמרים באופן כללי ביותרלא פעיל כי הוא MPF -בתחילת האינטרפזה ה .1

.cyclinואין cdc2 -מכיל רק את הכל הזמן ולכן מתקבל cyclin Aהתא מסנתז .2

PRE-MPF שהוא עדיין לא פעיל ולא מסוגלילציה של חלבונים או לעודד לבצע פוספור

.מיטוז ה3. PRE-MPF הופך ל- MPF י "פעיל עcdc25

בפוספור י לציה של חלבונ ים וב יניהם תהפעיל ות מתבטא(

.Sומעודד את כניסת התא לשלב ) גם אנזימי פר וקבמקביל לאקטיבציה של מערכת השעתוק של .4

יש גם אקטיבציה של אנזימי הפרוק , DNA -הולבסוף גם cdc25 -הציקלין והוהם מפרקים את

.את עצמםוגורמים לכניסת cdc25 -ו cyclin Bכתוצאה מהעלמות אנזימי הפרוק מתחילה שוב הצטברות של .5

.מצד שני cyclin (cyclin-degrading enzymes)התא למיטוזה מצד אחד ופעילות אנזימי פרוק של


133

:אחראי לפעולות הבאות בתא cdc2 -ה .H1י פעי לותו על היסטון "וזומים עדחיסת הרומ .1 .י אקטיבציה של חלבוני הצנטרוזו ם לארגון המיקרוטובולות"ראורגניזציה של השלד התאי ע .2מעודד תגובת שרשרת של , בקרום הגרעין lamin-י פוספורילציה ישירה של ה"פרוק קרום הגרעין ע .3

ורמת למולקולות הלמין להתנתק אחת פוספורילציה ג. מולקולות הגורמות להעברת פוספטים ללמיןפעיל מפקח גם על תהליכי החלוקה של הגרעין MPF. מהשניה ובד רך זו לקרום הגרעין להתפרק

.והרכבת חוטי הכישור .שינוי צורת התא .4

cdc2 -ה cyclinללא . יורדת מתחת לרמה מינימלית מסוימת cyclin -המיטו זה נגמרת כאשר רמת הי " י עכ וב פעיל ו ת ו כקינז או ע" ע cdc2אחראי לאי נאקטיבציה של MPF) p13suc1 - כמובן ה מאבד את פעילותו וכך

הפוספטזו ת שבתא מתגברות ומורידות את , מאב ד את פעילותו MPF -כאשר ה). עדוד הפ וספור י לציה של והורדת הפוספט גורמת למולקולות להתחבר , במקרה של הלמין. יצר MPF -הפוספטים מ החלבונים שה

הפוספטזו ת גורמות גם . וליצור חזרה את קרום הגרעיןיחד ביניהם גם את , הפעיל MPF -לאינאקטיבציה של האנזימים שה

.cyclin -האנזים המפרק את הנטרול המפרק גורם , נמשכת כל הזמן cyclin -מאחר וסינתזת ה .5

.לעלית רמתו מחדש ולתחילת אינטרפזה חדשה

Meiosis

van Beneden (1883) ילה בתא ביצה לא מופרה של גParascaris שמספר הכרומו זומ ים הוא מחצית ממספר

דבר דומה גילה . )n=1באסקריס(הכרומו זומ ים בתא ביצה מופרה .גם בתא הזרע של הפראסקריס

Weismann and Flemming )1887( וכןStrasburger )1888(,

. פרי ההציעו שמוכרחת להיות חלוקת הפחתה בתאי המין לפני הה meiosisהשם . אחרת מספר הכרומוז ומי ם היה גדל מדור לדור

diploidהמספר השלם של הכרומוזו מים נקרא . 1905 -ניתן בתהליך המיוזה זהה בצמחים ובעלי . haploidומחצית הכרומוזו מים

.בכולם הוא כולל שתי חלוקות תאים. חיים יוקאריוטיםו זה כמו הת אים מתנהגים התאים העוברים מי G2 -עד שלב ה

הכרומטידו ת מכפילות את עצמן Sא שבשלב "ז. העוברים מיטוזהתאים דיפלואידיים מכילים . וכל כרומוזום מכיל זוג כרומטידות זהות

סט אחד מקורו מתא הביצה וסט אחד . סט כפול של כרומוז ומים


134

עמים לא הומולוגי הכרומוז ום הי חיד שלפ. לכל כרומוזום יש את ההומולוג שלו בסט השני. מתא הזרע . שונים המיטו זה וה מ יוזה זו מזו, שלפני המיוז ה G2מסוף שלב . הוא כרומוז ום המין

אם נסתכל . בתחילת הפרופזה הראשונה נצמדים שני הכרומוזו מים ההומולו גיים אחד לשני לכל אורכם

nומטידות בתא מספר הכר. כרומוזו מי ם כמו בתא הפלואידי n -נוכל להבחין בו רק ב, על התא במצב זה

. בדיוק כמו בתא שלפני מיטוז ה4באנפזה הראשונה מתחלקים הכרומוזומ ים לשנים וכל תא בת מקבל כרומוזום אחד מכל סוג שמקורו יכול

חלוקת הכרומוזומים מקרית ולכן שתי תכונות הנמצאות על שני . להיות מתא הביצה או מ תא הזרע. יכולות להתקבל ביחד, הביצה והשני מתא הזרעכרומוז ומים נפרדים ושונים שהאחד מקורו מתא

n2בפרופזה של המיטוזה היו ( כרומטידות כל אחד 2הכרומו זומ ים הנעים לקטבים כפולים ומכילים 2nכך נשמר בכל תא בת המספר . כרומוז ומים ו באנפזה מכל כרומוז ום הלכה כרומטיד ה אחת לכל קוטב

).שמהם סט אחד מהביצה ואחד מתא הזרעבתחילת המיו זה השניה יש . DNA -ולכן אין הכפלת ה Sרפזה שאחרי המיוזה הראשונה אין שלב באינט

. תאים הפלואידים4בסוף החלוקה השניה מתקבלים . כרומטידות 2nכרומוזו מים עם nשוב רק באשה . שלב זה יכול להמ שך ימים או שנים. השלב הארוך ביותר במי וזה ה וא הפ רופזה הרא שונה

. הביצה נמצאים במצב פרופזה של המיוזה הראשונה מהמצב העוברי ועד סמוך לפני הביוץתאי, לדוגמה .זמן זה יכ ול להמשך יותר מחמישים שנה

:שלבי המיוז ה כפי שידועים לנו כיום הם

: בגלל אורכה ומורכבותה מתחלקת לחמישה חלקים:הפרופזה הראשונה .א

1. Leptotene: הכרומו זומ ים מתחילים לעבור לאורך כל . דחיסה ומתחילים להראות במיקרוסקופ

שתי .lateral elementכרומוז ום נוצר ציר חלבוני הכרומטידות ההומ ולוגיות צמודות עד כדי כך שלא

כל כרומוזום נקשר בשני . ניתן להבחין שהן שתים .)תמונה' ר(הקצוות בשתי נקודות על קרום הגרעין

2. Zygotene:ז ומים בשלב זה שני הכרומו

ההומ ולוגיים נצמדים אחד לשני באזור הציר בין שני הכרומוזומ ים נוצר קומפלכס . החלבוני

.synaptonemal complexחלבוני הנקרא הסינפטונמל קומפלכס מכיל את שני החלבונים הצדדיים של הכרומוז ו מים עם אלמנט מרכזי


135

אבל , ) A100(ים נשאר די גדול המרחק בין שני הכרומוז ו מ, בגלל הקומפלכס. הנראה במיקרוסקופאחד את ) שמקורם מתאים שונים(לא ידוע איך מזהים הכרומוז ומים ה הומולוגים . ההצמדות חזקה

בהצמדות חייבים . יש תאוריות שונות המנסות להתמודד עם השאלה בהצלחה לא גדולה. השניכלל בקצוות המחוברות חיבור הכרומוזו מים מתחיל בדרך . גנים זהים להיות בדיוק אחד מול השני

.שתי הקצוות של שני ההומולוג ים מובאים יחד והם נסגרים כמו רוכסן. לקרום

3. Pachytene: בשלב זה יכול התא להשאר במשך הכרומוזו מים צמודים ובאזורים שונים . ימים

בסינפטונמל קומפלכס מופיעות בליטות חלבוניות במקומו ת . recombination nodulesהנקראות

לו נחתכים הכרומוז ומי ם ההומולוגיי ם וכל חלק אהתהליך נקרא . מתחבר לכרומוזום הנגדי

crossover. החלפת חלקים נעשית בכל מקוםאין . רק בין אחת משתי הכרומ טידות שבכל כרומוז ום הומ ולוגי עם הכרומטידה שבה ומולוג השני

ובר בין שתי הכ רומטידות האחיות קרוסינג אובר בין הכרו מטי דות באותו כרומוזום ואי ן קרוסינג א .בבת אחת

4. Diplotene: הקומפלכס הסינפטונמלי מתפרק

ומאפשר לשני הכרומו זומ י ם ההומולוגי ם להתרחק הם נשארים . במידה מסוי ימת אחד מהשני

מחוברים ב מקומות בה ם היו החלפות חלקים ביונית ( chiasmaמקומות אלו נקראים . ביניהםchi=x .(מות הן המקומות בהן נעשה א שהכיאז"ז

-ב. שלב זה יכול להמשך שנים. הקרוסינג אוברoocytes בהם הביצה מסנתזת , של בעלי השליה

הכרומו זומ ים בדיפלוטן . הסינתזה של חומרי התשמורת נעשית בשלב זה, חומרי תשמורת רביםניתן להבח י ן האואוציטים פעילים מאד בסינתזה ו .RNAיכולים להפתח באזורים שונים ולסנתז

אזורים אלו . באזורים שב הם הכרומו זו ם מכפיל את עצמו מספר פעמים רב לצורך סינתזה מוגברת .בגלל צורתם lampbrush chromosomesנקראו בשם


136

5. Diakinesis:סינתזת ה - RNA נפסקת ,הכרומו זומ ים נפרדים מקרום הגרעין ועוברים שוב

י ניתן להבחין בכל כרומוז ום בשת. דחיסהכרומטידות המחוברות בצנטרומר והכרומו זומ ים . ההומ ולוגיים מחוברים ביניהם בכיאזמו ת

.הצנטרוזומים נעים לקטבים הנגדים נעלם קרום הגרעין :פרומטפזה ראשונה .ב

.והכרומ וזו מים נעים לקו המשווה לא עם( על קו המשווה של התא עם הכיאזמות הכרומוזו מים מס תדרים :מטפזה ראשונה .ג

.שני הכרומוזומ ים ההומ ו לוגים פונים לכיוונים הנגדים). הצנטרומרים כמו במיטו זה כל כרומוזום . הכרומוזו מים ההומולו גים נפרדים ואחד מכל הומולוג נמשך לכל קצה:אנפזה ראשונה .ד

).n2 באנפזה של המיטוז ה (כרומוזו מים nאבל לכל כוון נעים רק , כרומטידות2מכיל . נוצר מחדש קרום הגרעין סביב הכ רומוזו מים:אשונהטלופזה ר .ה

המיוזה הש ניה . אחריו מתחילה מיד המיוז ה השניה . Sלאחר הטלופזה יש אינטרפזה קצרה ללא שלב .כרומוזו מים בתא nדומה בכל למיטוזה פרט לכך שיש רק

מיטוזה מיאוזה

כרומטידות' מס כרומוסומים' מס כרומטידות' מס כרומוזומים' מס

4n n 4n 2n פרופזהI

4n 2n 4n 4n אנהפזהI

2n N 2n 2n סוף ציטוקינזהI

2n n פרופזהII

2n 2n אנהפזהII

n n סוף ציטוקינזהII

ושונים ) בהרכבם הגינטי( תאים הפלואידים השונים אחד מהשני בכרומ וזו מי ם 4בסיום המ יוז ה מתקבלים

מאחר וכל ההחלפות . ה כרו מוזו מים מהא ב והאם והן מ הקרוסינג אוברשוני זה נובע ה ן מערבוב. מהמקור זוגות 23(באדם , לדוגמה. מספר האפשרויות השונות היכולות להתקבל רבות מאד, האלו מקריות אפשרויו ת 223ללא קרוסינג אובר ניתן לקבל מערבוב הכרומו זומי ם שמקורם מהאב והאם ) כרומוז ומים


137

הרי שכמעט ולא , אם נוסיף לכך את ההשפעה של הקרוסינג אובר. שרויות מיליון אפ8 -שהן כ, שונות . תאי זרע או תאי ביצה זהים ולכ ן כל הצאצאים יהיו שונים2יתכנו

spermatogoniaבתאי זרע תאי האם הם . יש הבדל מסויים בין מ י וזה בתאי ב יצה ותאי זרעתאי .spermatozoa 4 -ה לשמתחלקים במיוז spermatocytesי מיטוזה לשני "שמתחלקים ע

אלו עוברים מיוזה שבה , oocytes -י מיטוזה הופכים ל"שע oogoniaהביצה נוצרים מתא אם בחלוקה . בחלוקה ראשונה מתקבלים תא גדול מאד ותא קטן. בציטוקינזה התאים אינם מתחלקים שווה

בסיום . גדול קטן ותא הגדול מתחלק שוב לתא , השניה התא הקטן מתחלק לשני תאים קטנים ושווי םהקטנים יוצרים את הגופיפים , רק התא הגדול הופך לתא ביצה. תאים קטנים ואחד גדול3מקבלים . הפולרים

:לסיכום ניתן לומר שהמיו זה נותנת שני דברים חשובים ).n (מחצית מספר הכרומוזומיםתאים עם .1 ).גוד למיטוזהבני(תאים שונים מבחינה גנטית זה מזה ושונים מהמקור .2


138

:ניתן להבחין בשלשה סוגי מיוז ה בעולם הצומח והחי1. Zygotic meiosis : מחזור חייםn .מיד עם קבלת הזיגוט ה יש מיוז ה. 2. Sporic meiosis: חילוף דורות פחות או יותר שווה ביןn ל-n2. 3. Gametic meiosis : מחזור חייםn2 ומצב n קצר מאד.

מיוזה ז יגוטית בעלת יתרונות לצמחים או בעלי . תרונות וחסרונות בתנאים מסוימיםלכל סוג מיוזה יש ימחזור חיים הפלואידי נותן אפשרות לכל . חיים בעלי מחזור חיים קצר וסביבה בעלת שינויים קיצונים

מספר הפרטים , מאידך. מוטציה להתבטא וכך מאפשרת אבולוציה מהירה ו אדפטציה לתנאים משתניםמחזור . למחזור חיים דיפלואידי יתרונות לגבי צמחים או בעלי חיים בעלי מחזור חיים ארוך. דו להפגומים ג

במקרה ז ה תהיה עדי פות כאשר גנים . החיים הארו ך אינו מאפשר אדפטציה מהיר ה לשינויי הסב יב ה .פגומים לא יבואו לידי בטוי ומספר הפרט ים יגדל

מתא לרקמה מבוא לביולוגיה של התא

139

מתא לרקמה

מערכת ההתמיינות של תאיםהזיגוטה צריכה ליצור את כל סוגי . ש מקורה מתא הביצה ותא הזרע, הזיגוטה-בר מתחי ל מתא בודד העו

מכיוו ן שכל התהליך נוגד את חוקי . י מורפוגינזה"י התמיינות ואת צורת האורגניזם ע"התאים ע). emboitment(שהעובר צריך להיות שלם בצורתו כבר בביצה ) Bonnet(חשבו בעבר , האנטרופיה

שעקב אחרי התפתחות עובר בביצת תרנגולת וראה את שלבי Wolffראשון שהפריח תאוריה זו היה הוהבחין שהפרימורדי ות בצמח יכולות . כן בדק פרימורדיות של עלים ופרחים. התפתחות האברים באפרוח

ה תהליך האפיגנז. Epigenesisהוא קרא להתפתחות העובר . לגבעול או לפרח, להתפתח לשני כווניםבינם לבין עצמם , היא תהליך בריאה שמתקדם כתוצאה של יחסי גומלין בין אלמנטים שונים בגוף קיים

לפי תאוריה זו יש . "Variable gene activity"התאוריה המקובלת היו ם היא תאורית . ובינם לסביבה .אלא שיש אזורי פעילות שונים בגנים, אינפורמציה ז הה בכל התאים

. בלבדפנוטיפ ושונים בגנוטיפ התפתחו מתא בודד לכן הם יהיו זה ים מב חינת המאחר וכל התאים

אבל , התאים השונים מאורגנים באורגניזם הרב תאי ברמת ארגון גבוהה מאד שמקורו בגנים של התאיםנעים , מתמיינים, מתחלקים, תאים גדלים. הוא נוצר ממספר קטן של סיגנלים המנהלים את התהליך

. ההתמיינות היא תוצאה של חסימת גנים מסויימים ופתיחת אחרים במקומם. ומתיםומשנים צורה בפרק זה נעסוק . או מציגים על קרום התא מולקולות המשפיעות על התאים השכנים, התאים מפרישים

.בתהליכים אלו ובהשפעתם על יצירת האורגניזם הרב תאי

: שלביםאת התפתחות העובר של בעלי החוליות אפשר לחלק לשלשהחלוקת התאים ויצירת הבלסטולה , הפרית הבי צה .1

הגסטרולציה ויצירת צינור העצבים וצינור , )אקטודרם( .המעי

.לב ויתר האברים, עינים, יצירת גפיים .2 .האברים שנוצרו מתפתחים לגודלם וצורתם הסופית .3

. שלבים אלו אינם נבדלים בצורה חדה ויש ביניהם חפיפה

-א הזרע מתפתחים מתאי מין ראשוניים תא הביצה ותprimordial germ cells . תאי הזרע מתפתחים בכל

תאי הביצה ביונקים נמצאים כבר במיאוז ה . שלבי האורגניזם .הראשונה בזמן הלידה


140

במשך כל חיי תאי הביצה הם אוגרים ומגיעים )מהכבד(חלבונים שמקבלים מבחוץ

ים קיים גם בדו חי(דרך זרם הדם לביצה תפקיד נוסף של הביצה בזמן . )וחרקים

, rRNA.שרובו RNAההמתנה הו א סינטזת יש בביצת חרקים . mRNAאבל גם הרבה

(א גרעינונים "ז rRNAכאלף מוקדי סינטזת gene amplification( .בביצת צפרדע יש כ-

חישבו ומצאו שאילו היה , גרעינונים1400, למספר הגרעינונים בתא ביצה כמו בתא רגי

RNA - ימים לסינטוז כל ה105היו נחוצים ביונקים ). מולקולות בערך1012ֹ(הנחוץ

nurse(סביב כל תא ביצה ישנם תאי הזנה cells (שיש להם קשר פלסמטי לתא הביצה .

אחריו , layer vitelline -הביצה עטופה בקרום חיצוני ה. אינפורמטיבי לביצה RNAדרך קשר זה עובר .cortical granulesמתחת לקרום השני יש שכבה של . קרום הביצהכ"ל ואח'שכבת ג

:תא הזרע בצפרדע

נפתחת הבועית האפיק לית וקרום האקרוזום מתלכד עם קרום , כאשר תא זרע מגיע לקרום הויטלינריהאקרוזום מכיל אנזימים שמסוגלים להמיס את השכבה הגלית . הביצה ויוצר איתה בועיו ת קטנות

הגרנולות הקורטיקליות שבביצה מתאחדות עם קרום הביצה ותוכנם יוצא . דירת גרעין הזרעומאפשרים ח .לי ויוצר קריש חזק ובלתי חדיר בין שני הקרומים שלא נותן לתא זרע נוסף לחדור'לאזור הג

:ניקח כדוגמא את ביצת הצפרדע

י חלמון "נפחה תפוס עמרבית . לית'גודלו של ביצת הצפרדע כמילימטר אחד והיא עטופה במעטפת ג החלמון מתרכז בעיקר בצד התחתון . שהוא מורכב בעיקר משומ נים וחלבונים

הפרית הביצה גורמת לאורינטציה ). animal poleבניגוד לקצה השני הנקרא (vegetal poleהנקרא אחר מיד ל. האזור התת מימברנלי בביצה עשיר מאד בסיבי אקטי ן. בביצה ו יציר ת צד דורסלי וונטרלי

מתחילה רטט חזק של הקרום ותזוזת האזו ר , שנעשת תמיד בגבול שבין ה אזור הכהה לבהיר, ההפרי החצי הסהר האפור היא תוצאה של . gray crescent -הכהה לצד הנגדי תוך יצירת חצי סהר אפור


141

מקום חדירת הזרע קובע את הצד . תזוזת הממב רנה האנימלית אחורה לעומת הציטופלסמה האנימליתחושבים שזה קשור בצנטרוזום שתא הזרע . הדורסלי- הוונטרלי של החיה וכן את הצד הנגדי -האחורי

.וונטרלית-עצירת הרטט גורמת לקבלת מעי אמצעי וחוסר סימטריה דורסו. מעביר לביצה מבלי לשנות , blastomeresמתחילה חלוקה מיטותית של הביצה לבלסטומרים , לאחר רטט של כשעה

. האת נפח

מסי ב ה זו החלוקות . העובר חייב להגיע ב מהירות המ י רבית לשלב בו יו כל לקלוט מזון, לצורך ההשרדות

. הזמן בין מי טוזה למיטו ז ה בחלוקות הראשונות הוא כחצי שעה. הראשונות של תאי העובר מהירות מאדהחלבונים , RNA -כל סינטזות ה. Sרק שלב G2 -ו G1אין באינטרפז ה שלב , במהירות כז את גדולה

. הרבה יותר מהיר S-גם שלב ה. הוכנו מראש בהכנת הביצה, והקרומים ה נחוצים לחלוקות אלוה מרחק (הרבה יותר גדול מאשר בתאים אחרים DNA -פ ה"בבלסטומרים מספר נקודות הרפליקציה ע

קלאוטידים במקום עשרות או מאות אלפי נו, בין נקודות הרפליקציה הו א כמה אלפי נוקלאוטידים בלבד .)בתאים אחרים

החלוקה השלישית אופקית . תאים שווים בקו האנכ י4 -שתי החלוקות הראשונות מחלקות את הביצה ל

12 -כל התאים מתחלקים יחד ב. תאים קטנים יותר בצד האנימלי וגדולים יותר בצד הווגטטיבי4ונותנת , ) תאים2048( חלוקות 12 -לאחר כ. גודל התאים בחלק העליון וה תחתון שונה. החלוקות הראשונות

DNA) mid-blastula -מתחילה העתקת ה. התהליך הופ ך בבת אחת איטי מאד והחלוקה נפסקתtransition .(י "תאי העובר קשורים יחד עgap junction שדרכם יכולים לעבור יונים ומולקולות קטנות

המוקדמים באזור הקרוב לפני העובר קשר זה מאפשר מעבר סיגנלים בין תאי העובר בשלבי ם. אחרותהמצמיד את הבלסטומרים חזק ומפריד בין פני התאים לשכבה tight junctionsהקשר בין ה תאים הוא

.הפנימית

יצירת החלל תוצאה של . blastocoel -פנים העובר גדל ונוצר חלל ה, חלוקות16בשלב של בערך בשלב ז ה . וצאה מכך יש גם שאיבת מים לאזור זהי משאבת הנתרן וכת"דחיפת נתרן לחלל המרכזי ע


142

התאים העוטפים את הבלסטולה מתארגנים בצפיפות ומתמ יינים לתאי . Blastulaהעובר נקרא epithel.

הגסטרולציה הופכת . מתחיל שלב הגסטרולציה, כאשר נשלם שלב הבלסטולה והתמיינו ת תאי האפיטל

.כול במרכזו ועם סימטריה ביל טרליתעם צינור ע, את הכדור החד שכבתי לרב שכבתיי קבוצת תאים סביב הקוטב הווגטטיב י של הבלסטולה במקום שנמצא חצי "הגסטרולציה מתחילה ע

תאים אלו של הסהר האפור מתארכים ושלחים שלוחה פלסמטית לחלל הבלסטולה לכיוו ן . הסהר האפורבגלל . לתאים בקוטב האנימליהשלוחה הפלסמטית מתחברת דרך חלל הבלסטולה . הקוטב האנימלי

תאי הבקבוק מושכ ים אחריהם את התאים מסביבם . bottle cellsהתאים נקראו , התארכותם וצורתםתאי האפיטל ששקעו פנימ ה . וגורמים לשקיעת הקוטב הווגטטיב י ולהצמדתו מבפנים לקוטב האנימלי

וג טטיבי משת חררים ממנו תוך שקיעת הקוטב ה ו. יוצרים את האנדודרם ואלו שבחוץ את האקטודרםהעתקת תאי האפיט ל . תאים לחלל הבלסטולה ויו צרים בין הא פיטל החיצוני לאפיטל הפנימי את המזו דרם

. יצור גסטרולציה במקום אליו הועברו, שיוצרים את תאי הבקבוק ממקומם למקום אחר על הבלסטולה .וק ולא תהיה גסטרולציהימנע מהם מלההפך לתאי בקב, הסרת הפיגמנט האפור מקרום תאים אלו

צינור העיכול נותן . יפתח פתח הפה של העובר, במקום חיבור ם של תאי הבקבוק ליד הקוטב האנימלי מזו ואנדודרם , האינטראקציה בין התאים של שכבת האקטו. לגוף אורינטציה בכיוו ן הקדמי והאחורי

.מכוונת את המשך ההתמיי נות

Curtis הסהרון הא פור נוצר תמיד בצד הנגדי לכניסת תא . גסטרולציהטוען שיש קשר בין הסהר ון לאם מורידים את . אם מורידים מיד את הסהרון מ קבלים בלסטולה בלבד שנעצר לפני הגסטרולציה. הזרע

אם משתילים סהרון נוסף על הביצה . אז כבר אין לזה השפע ה, ) חלוקות3( תאים 8הסהרון ב מצב של לעומת . תאים נקבל רק ראשן אחד8לאחר . מקבלים שני עוברים, תאים 8לפני השלב של , מול הראשון

. תאים הסהרון עדיין פ עיל אם נשתול אותו בביצה אחרת8זאת גם לאחר


143

Weismann & Rovx) הראו שכאשר ממיתים תא אחד משני ) את תורת הדטרמיננטים1888 -פרסמו בשאם Drieschלעומתם הוכיח . אשןמקבלים חצי ר, תאי ביצת הצפרדע לאחר החלוקה הראשונה

.מפרידים את שני התאים מקבלים שני ראשנים שלמים

בביצת קיפוד הים מתחת לאזור השחור ישנו אזור הפיגמנט האדום , בחלוקת הביצה. בעל פיגמנט אדום

.כ למעי"נכנס תמיד לתאי המקרו ואחי סירכוז להחדיר את הפיגמנט לתאים אחרים "ניתן ע

אך לא , היו אברים אחרים בעלי פיגמנטואז בעובר י .ישפיע על התפתחות העובר

Urochordata Ascidian -לעומת זאת במעל , יש פיגמנט צהוב הי וצר סהרון צהוב

הסהרון יש ציטופלסמה אפורה שקופה :ומעליו אזור אפור כהה

, מהאזור הצה וב מתפתחים שרירי הזנבמהצהוב הב היר נוצר הריפוד המזודר מלי

אם . מהאפור השקוף האנדודרם, מהאפור הכה ה נוצר האקטודרם ומהבהי ר המיתר והעצבים, הצלוםשלנוצרות רקמות נורמליות מבחינת התאים אך מעורבבים , מסרכזים את הביצה ומער בבים את הפיגמנטים

.)Konklin(מבחינת מיקומם בעובר הוא עבד על בעל . ים בציטופלסמהחקר את השפעת הגרעין על מיקום החלבונ Yatsuחוקר סיני בשם

גם בבעל חי זה הורדת חלק מהציטופלסמה בשלב התא הבודד גורם . Cerebratulusחיים שנקרא חוסר זה קורה רק כאשר הורדת חלק מהציטופלסמה נעשתה אחרי הפרית הביצ ה . לחוסר חלקים בעובר

.יתקבל עובר שלם, י ההפרי האם מורידים חלק מהציטופלסמה לפנ. germinal vesicules -ופתיחת הבתאי Xenopusחי -מצא שבדו Gurdon. השפעת הציטופלסמה על הגרעין ניכרת גם בתאים בוגרים

אם . rRNAואילו בתא הביצה שלו רוב הסינטזה הו א של , mRNAהוא RNA -המעי רוב סינטזת העין של המעי יתחיל לסנטז הגר, לוקחים גרעין של תא מעי ומשטילים אותו בתא ביצה במקום הגרעין שלו

.rRNAבעיקר אם מקרינים בביצת הצפרדע את . מקור הגונדות מאזורים שונים, מקור תאי הביצה מהאנדודרם

אם . מקבלים בצפרדע גונדות עקרות ללא תאי מין, .u.v-הציטופלסמה הבהירה שבקוטב הווגט טיבי ב .בלים תאי מין נורמלייםמק, מזריקים אחרי ההקרנה ציטופלסמה בה ירה מתא ביצה אחרת

שמים אותו בתמיסה פיז יולוגי ת . נתן לפרק את העובר של צפרדע בשלבים המוקדמ ים של התפתחותואם עושים את הפעולה . התאים מאבדים את הקשר ביניהם ונפרדים. ++Mg -ו ++Caשלא מכילת

לאקטודרם הבלסטומרים ממשיכים להתמיין כל אחד בכוונו עד, בשלבים המוקדמים של העובר


144

אם לוקחים תאים מהקוטב האנימלי ושמים בשכנות לתאים מהאזור . לא יתקבל מזודרם. ואנדודרם .חלק מהתאים של האנימליים יתמיינו למזודרם, הווגטטיב י

י "כל התהליך מנוהל ע, ניתן לסכם ניסויים אלו ולקבוע כי בשלבים הראשונים של יצירת העובר מהזיגוט ה

דבר זה מובן מאליו גם מהעובדה שאין . אין לגרעין השפעה על ניהול התהליך. התאהציטופלסמה וקרום .וחלבונים בשלבי יצירת הבלסטולה RNAסינתזת

כל הבלסטומרים . וצד קדמי ואחורי, הגסטרולציה גורמת לחוסר סימטריה בע ובר ויוצרת צד עליון ותחתון

גורמים לתאי הדורסלייםמרים הווגטליים הבלסטו, הווגטליים יכ ולים להשרות התמיינות למזודרםהאורגניזר משפיע . Spemann’s organizer -המזודרם שמ עליהם לקבל עליהם תפקיד של מארגנים

מאוחר יותר ישפיעו תאי מזודר ם . י סיגנלים על תאי המזודרם האחרים לעבור התמיינות בכוונים שונים"עיוצא שבשלב המוקדם . שיך ולהתמיין בכ וונים שו ניםאלו על תאי האקטודרם והאנדודרם שבסביבתם להמ

מ הבלסטומרים : של ההתמיינות פועלים לפחות שלושה סיגנלים שונים על התמיינות תאי העוברקרוב לוודאי שריכוז מולקולות . מהבלסטומרים הווגטליים הו ו נטרליים ומהאורגניזר, הווגטליים הד ורסליים

המרחק וז ה גורם לקומבינציות שונות של מולקולות איתות על האיתות שהם מפרישים הולך ויורד ע ם מולקולת איתות כזאת שגורמת להתמיינות . כתוצאה מכך שונים תאי המטרה ב התמיינותם. תאי המטרה

.morphogenשונה בהתאם לריכוזה נקראת שהתא ההנחה היא . ניתן לראות בעובר שתאים שכנים יכולים להגיב בצורה שונה על אותם סיגנלים

כאשר , לדוגמה. רגיש מאד לריכוז מולקולות האתות ושינוי קטן מאד בריכוזם יכול לגרום לשוני בתגובההם , activinתאים מהקוטב האנימלי של ביצת צפרדע נחשפים לריכוז נמוך של מולקולת האתות

אם הריכוז . שרירהם יתמיינו לתאי , אם ריכוז האקטיבין יהי ה קצת יותר גבוה. יתמיינו לתאי אפידרמיסי האורגניזר לא "רמת האקטיבין הנורמלית המופרשת ע. הם יתמיינו למיתר, יהיה עוד קצת יותר גבוה

.ידועה

יש חשיבות לדרגת ההתמיינות בו הם , מאחר והתאים בעובר נמצאים בתהליך מתמיד של התמיינותל גסטרולה צעירה בצפרדע אם ניקח תאי אפיטל מהקוטב ה אנימלי ש, לדוגמה. מקבלים את האתות


145

אם ניתן לרקמה . הם יתפתחו לרקמה המזכ ירה צינור עצבים, ונשתול אותם מעל לעין של עובר מתקדםהתאים יתמיינו , לפני שנשתיל אותה באותו מקום in vitroשלקחנו מהגסטרולה לעמוד מספר שעות

.לת ההתמיינות לכל כוון שהואהם יאבדו את יכו, יהיה יותר ארוך in vitroאם זמן הה מתנה . לעדשה

התפתחות העובר בסביב ה מוגנת . התפתחות העובר ביונקים שונה בהרבה פרטים מהמערכות האחרות. בביצת היונקים אין חלמון גדול. ומזינה חוסך ממנו את הצורך בהתפתחות מהירה ב שלבים הראשונים

חלוקתה לאחר ההפרי ה . ע ממוצעת מב יצת צפרד2000שקטן פי , 80µ -גודל תא ביצה של עכבר הוא כ תאים בעובר 2העתקת הגנים מתחילה כבר בשלב של . נעשת בקצב בו מתחלקים תאים בעובר הבוגר, ). מיד אחרי החלוקה הראשונה(

ההבדלים העיקריים הם בשלבים , השלבים המאוחרים של העובר דומים מאד ליתר החוליתנים(שק העובר : כבר בשלביו הראשונים שני אברים חשובי םהעובר הצעי ר של היונקים יוצר. המוקדמים

amniotic sac( ושליה )placenta( .אברים אלו מגינים עליו וקושרים אותו לאם לצורכי חילוף חומרים .אבל נפלטים מהעובר ולא משתתפים בבנית אבריו ולכן נקראים , אברים אלו נוצרים מהזי גוטה

extraembryonic.

בי ן . morulaלגוש של תאים הנקרא zona pellucida - מתחיל להתפתח בתוך ההעובר של היונקיםוסגרים tight junctionsהבלסטומרים נצמדים חזק עם ) תאים16 - ל8בין (החלוקה השלישית לרביעית

באחד מקוטבי הבלסטולה . בהמשך היא יוצרת בלסטוציסט עם חלל מרכזי מלא נוזלים. על החלק הפנימיהעובר מתקבל מתאי . tophectodermהתעבות זו נקראת . ת של תאי המעטפתנוצר התעבו

י מגע עם דופן "השכבה העליונה של הטופאקטודרם יוצר ע. הטופאקטודרם שמתחת לשכבה העליו נההתאים הפנימיים מתחילים להתמיין לעובר ותוך כדי כך חלק מתאים אלו נפרד ויוצר . הרחם את השליה

. שק החלמון-נוסף אבר אקסטרהאמבריונלי לפני שתא מתמיין לתפקיד . כל תא בעובר של יונק מסוגל ליצור עובר שלם, תאים8עד לשלב של

עמדתו של תא לעומת תאים . positional values -הוא הופך ספציפי לאזור בו הוא נתון , מסויים-ה. י בס יגנלים שהתא משגרשינויים אלו באים לידי ביטו. אחרים בעובר גורמת לשינויים ביוכי מיי ם בתא

positional values מודגמים יפה בשור ת ניסויים שלRawels: אם . הרגלים והכנפים מתחילים להתפתח בו זמנית בצורת בליטות בצי די הגוף, בעובר של אפרוח

מקבלים , לוקחים פיסת מזודרם מתחת לאקטודרם של הכנף ושותלים אותו מתחת לאקטודרם של הרגל .השראה זו ניתן לקבל רק ביום מסויי ם בעובר). עם נוצות במקום קשקשים(דרם של כנף מעליו אקטו


146

אם מסובבים א ת . מקבלים נוצות הפונות בכוון ה הפוך 180º -אם מסובבים פיסת אקטודרם על הכנף ברק לאחר . הכוון י הי ה רגיל, י ה אנדודרם ליצירת נוצה"האקטודרם בשלב מוקדם בטרם הושרה ע

.יתן לקבלו הפוךההשראה נז אם "לע. ולא לפי האפידרמיס) מזודרם(הוא תמיד מתפתח לפי הדרמיס , במקרים של השתלות עוראו כף רגל , )שערות(לשון או כיס מרה ושותלים מעליו אפידרמיס מה זרוע , לוקחים אנדודרם של ושט

.אנדודרםמקבלים אקטודרם לפי מקום השתל ולא לפי השראת ה, )חלק(או אוזן , )קרטין(

אם . בתחילת התפתחות הרגל והכנף בקצה העליון של הגידול יש רכס אקטודרמלי קצת יותר עבה

הראשונים יוצרים . רואים שהם מסתמנים לפי דרגת התפתחותם, מסמנים את תאי המזודרם שתחתיו


147

כס השתלת ר. הורדת המרכז מפסי קה את התפתחות האבר. כ את המרכז והקצה"את החלק העליון ואחא שאם נקח מזודרם פרוקסימלי של כנף ונשתול אותו "ז. נוסף על ידו גורמת להתפתחות אבר נוסף

נקבל השראה אקטודרמלית על המזודרם והוא יהפ ך , מתחת לאקטודרם הרכס הדיסטלי של הרגל. יםהנוצות יהיו דיסטליים ולא פרוקסימלי. אך של כנף ולכן ישרה התפתחות של נוצות על הרגל,לדיסטלי

העברת מזודרם מהגף . י מזודרם מהרגל ולא מזודרם סומטי"השראה זו אפשרית רק באזור הרכס ורק עהעברת הרס למקום אחר לא . ישרה הופעת הופעת אקטודרם עם רכס ויצירת גף, לכל אזור אחר בגוף

.ישרה יצירת גף

.ישרה יצירת שני כנפיים, העברת מזודרם מהחלק האחורי של הרכס לקידמיתפקיד תאים אלו ליצור את הפרקים ). מתוכנתים למות(בשתי קצוות הרכס יש תאים אפופטוטיים

מקבלים נוון הרכס ומשני צידיו יתפתחו שני , אם נעביר תאים אלו מתחת לתאי הרכס. והחללים בגפיים ).דו צדדי(הגף הקדמי מהשנים יהיה הפ וך וה אחורי סימטרי . רכסים חדשים

:Rawelי "שנמצאו עימי ההשראה כפי

אך איננו מעכב נוצות כך שמתקבלים קשקשים עם נוצות על , 13אנדודרם מכף רגל משרה מיום .1 .האקטודרם

. ומעכב קשקשים כך שמקבלים רק נוצות5גף משרה מיום .2 .ולא לפני ואחרי ימים אלו ½7-8אקטודרם מהגף מגיב רק בימים .3משם ואילך . מסוגל לפתח נוצות נורמליות עם משרה מתאים 12אקטודרם של הרגל רק עד יום .4

.הנוצות לא נורמליות .אנדודרם ממקור ודורבן מעכבים יצירת נוצות .5ועל אקטודרם מרגל גם אחרי יום ½8משרה מקור על אקטודרם מגף גם אחרי יום , אנדודרם ממקור .6

12.

cell sikum (1)

Documents