תשובות מפורטות לשאלות החזרה בביולוגיה של התא

1. יחסי הקידוד (תבנית ← תוצר):

• שכפול (replication): A) DNA → DNA הסבר: בתהליך השכפול, מולקולת DNA משמשת כתבנית ליצירת עותק זהה של עצמה. האנזים DNA פולימראז מקטלז את התהליך, וכל גדיל מקורי משמש כתבנית ליצירת גדיל משלים חדש.

• תעתוק (transcription): B) DNA → RNA הסבר: בתהליך התעתוק, אחד מגדילי ה-DNA (הגדיל התבניתי) משמש כתבנית ליצירת מולקולת RNA משלימה. האנזים RNA פולימראז מקטלז תהליך זה.

• תרגום (translation): F) RNA → protein הסבר: במהלך התרגום, רצף הנוקלאוטידים ב-mRNA מפוענח ע”י הריבוזום לרצף חומצות אמינו בחלבון. כל שלשה של נוקלאוטידים (קודון) מקודדת לחומצת אמינו ספציפית.

2. רצפי DNA ו-RNA:

נתון גדיל אחד (single strand) של DNA: 5'-CCTGATTTTCTAACGG-3'

• הגדיל המשלים ב-DNA: 3'-GGACTAAAAGATTGCC-5' הסבר: לפי כללי זיווג הבסיסים של Watson-Crick, A מתקשר ל-T, ו-G מתקשר ל-C. בנוסף, חשוב לשים לב לכיווניות - כל גדיל רץ בכיוון הפוך למשנהו (antiparallel).

• גדיל RNA משלים: 3'-GGACUAAAAGAUUGCC-5' הסבר: ב-RNA, הבסיס אורציל (U) מחליף את התימין (T) שנמצא ב-DNA. שאר כללי הזיווג נשמרים (A-U, G-C).

3. מבנה מולקולרי של DNA:

• הבסיס בצד ימין למעלה: תימין (Thymine) הסבר: ניתן לזהות זאת לפי מבנהו המולקולרי ועל פי העובדה שהוא מזווג עם אדנין (Adenine).

• הבסיס בצד שמאל למטה: גואנין (Guanine) הסבר: ניתן לזהות זאת לפי מבנהו המולקולרי וקשרי המימן השלושה שהוא יוצר עם ציטוזין.

• רצף הנוקלאוטידים בגדיל הימני: A-T-G-C הסבר: הרצף נקרא מכיוון $5’$ ל-$3’$, מלמעלה למטה בגדיל הימני.

• מספר קשרי המימן: $2 \times 2 + 2 \times 3 = 10$ קשרים הסבר: יש 2 זוגות A-T, כל זוג מוחזק ע”י 2 קשרי מימן ($2 \times 2 = 4$). יש 2 זוגות G-C, כל זוג מוחזק ע”י 3 קשרי מימן ($2 \times 3 = 6$). סה”כ: $4 + 6 = 10$ קשרי מימן.

• מספר קשרים פוספודיאסטרים: 6 קשרים הסבר: בכל גדיל יש $(n-1)$ קשרים פוספודיאסטרים, כאשר $n$ הוא מספר הנוקלאוטידים. בתמונה מוצגים 4 נוקלאוטידים בכל גדיל, לכן יש $2 \times (4-1) = 6$ קשרים פוספודיאסטרים.

• הקשר החזק יותר: קשר פוספודיאסטרי הסבר: קשר פוספודיאסטרי הוא קשר קוולנטי חזק (אנרגיית קשר של כ-$\sim 400$ kJ/mol), לעומת קשרי מימן שהם קשרים חלשים יחסית (אנרגיית קשר של כ-$\sim 20$ kJ/mol).

4. חומצת גרעין להעברת מידע:

• חומצת הגרעין: mRNA (RNA שליח) הסבר: ה-mRNA מועתק מה-DNA בגרעין ונע לציטופלסמה דרך נקבי הגרעין, שם הוא משמש כתבנית לסינתזת חלבונים בריבוזומים.

• אבני הבניין:

  • אדנין (A)
  • גואנין (G)
  • ציטוזין (C)
  • אורציל (U) - מחליף את התימין שנמצא ב-DNA

5. הבדל בין נוקלאוטידים של DNA ו-RNA:

התשובה הנכונה: ד. H במקום OH בעמדה 2 בסוכר.

הסבר מורחב: הסוכר ב-DNA הוא 2’-דאוקסיריבוז, שבו בעמדה 2’ יש אטום מימן (H). לעומת זאת, הסוכר ב-RNA הוא ריבוז, שבו בעמדה 2’ יש קבוצת הידרוקסיל (OH). הבדל מבני זה משפיע על יציבות המולקולה - ה-OH ב-RNA הופך אותו לפחות יציב מ-DNA, אך מעניק לו יכולת קטליטית.

6. הבדל נוסף בין DNA ו-RNA:

תשובה: ב-RNA מופיע הבסיס אורציל (U) במקום תימין (T) שמופיע ב-DNA.

הסבר מורחב: ההבדל נובע מסיבות אבולוציוניות. אורציל יכול להיווצר מציטוזין בתהליך דה-אמינציה ספונטני. בדנ”א, השימוש בתימין (שהוא 5-מתיל-אורציל) מאפשר למערכות תיקון ה-DNA לזהות ולתקן מוטציות. ב-RNA, שהוא מולקולה זמנית יותר, אין צורך באותה רמת שימור, ולכן משתמשים באורציל שהוא אנרגטית יעיל יותר לסינתזה.

7. נכון/לא נכון:

א. כל הגנים בגנום האדם מכילים מידע ליצירה של חלבונים

לא נכון

הסבר מורחב: כ-98% מהגנום האנושי אינו מקודד לחלבונים. ישנם גנים רבים המקודדים ל-RNA פונקציונלי שאינו מתורגם לחלבון, כגון:

• RNA ריבוזומלי (rRNA) - מרכיב מבני של הריבוזום
• RNA מוביל (tRNA) - מתווך בין הקודון לחומצת האמינו
• miRNA וsiRNA - מעורבים בבקרת ביטוי גנים
• lncRNA (RNA ארוך לא מקודד) - בעל תפקידים רגולטוריים מגוונים

ב. ישנם גנים המכילים מידע ליצירת מולקולות RNA שלא עוברות תרגום לחלבון

נכון

הסבר מורחב: כפי שצוין לעיל, כ-98% מהגנום האנושי מכיל גנים לא מקודדים. RNA לא מקודד (ncRNA) הוא קבוצה מגוונת של מולקולות עם תפקידים מבניים, קטליטיים ורגולטוריים. דוגמאות מרכזיות כוללות rRNA, tRNA, snRNA (מעורב בשחבור), וגם RNAים רגולטוריים כמו miRNA, siRNA, piRNA, ו-lncRNA.

ג. גן המקודד לחלבון יכתיב תמיד רצף חומצות אמינו מסוים בחלבון בודד

לא נכון

הסבר מורחב: מגן בודד יכולים להיווצר מספר תוצרי חלבון שונים באמצעות מנגנונים כגון:

1. שחבור אלטרנטיבי (Alternative splicing) - אקסונים שונים יכולים להישמר או להישמט ביצירת ה-mRNA הסופי
2. אתרי התחלת תעתוק שונים - יכולים להוביל ליצירת תעתיקים שונים
3. עריכת RNA (RNA editing) - שינוי בסיסים ב-RNA לאחר התעתוק
4. שימוש באתרי סיום תרגום אלטרנטיביים - יוצר חלבונים באורכים שונים
5. שינויים לאחר תרגום (Post-translational modifications) - משנים את המבנה והפעילות של החלבון

ד. גן של החיידק E. coli וגן של אדם הם בעלי אותו הרכב מולקולרי ובכל אחד מהם מספר הנוקלאוטידים מטיפוס A זהה למספר הנוקלאוטידים מטיפוס T

לא נכון

הסבר מורחב: למרות שחוק צ’רגאף ($A = T$ ו-$G = C$) תקף בשני היצורים, המבנה והארגון של הגנים שונה מהותית:

1. גנים של אאוקריוטים (כמו אדם) מכילים אינטרונים ואקסונים, בעוד גנים של פרוקריוטים (כמו E. coli) חסרים אינטרונים.
2. גנים אנושיים מוקפים באזורי בקרה מורכבים ונרחבים יותר.
3. ההרכב הבסיסי של הגנום (תכולת ה-GC) שונה בין אורגניזמים - גנום האדם מכיל כ-41% GC בעוד שב-E. coli יש כ-51% GC.
4. גנים אנושיים עוברים תהליכי בקרה אפיגנטיים (כגון מתילציה) שלא קיימים בחיידקים.

אמנם ב-DNA דו-גדילי תמיד $A = T$ ו-$G = C$ בגלל כללי הזיווג, אך ההרכב המולקולרי, המבנה והארגון הגנומי שונים משמעותית בין המינים.