סינתזת חלבונים היא תהליך חשוב בכל התאים האוקריוטים, מכיוון שהחלבון יוצר רכיבים מבניים של כל תא והוא חיוני לכל החיים. חלבון נקרא לעתים קרובות אבן הבניין של התאים. שלוש צורות עיקריות של רנ"א קיימות - רנ"א מסנג'ר, רנ"א מעביר ורנ"א ריבוזומלי. ה- DNA שולט בכל פעילויות התא והוא מסונתז כאשר התא זקוק ליותר חלבון. פיסות DNA קטנות מוחלפות ל- RNA בתהליך סינתזת החלבון.
האם ה- RNA עשוי מ- DNA?
כאשר תא עוקב אחר ההוראות הגנטיות שלו, הוא מעתיק חלק מה- DNA כגן כדי לשנות אותו לנוקלאוטיד RNA. RNA שונה מ- DNA בשתי דרכים שונות. הנוקלאוטידים ב- RNA עשויים מריבוז הסוכר ונקראים ריבונוקליאוטידים. ל- DNA יש deoxyribose כתכולת הסוכר שלו. לרנ"א יש בסיסים זהים לדנ"א של אדנין, גואנין וציטוזין, אך יש לו את הבסיס או את אורציל במקום התימין שנמצא ב- DNA. מבנה ה- DNA וה- RNA שונה בתכלית, מכיוון ש- DNA הוא סליל כפול גדילי ו- RNA הוא חד-גדילי. שרשראות RNA יכולות להתקפל למגוון רחב של צורות רבות באותו אופן שבו שרשרת פוליפפטיד מתקפלת ויוצרת צורתו הסופית של החלבון.
כמה סוגים עיקריים של RNA יש?
ישנם שלושה סוגים עיקריים של RNA המיוצרים כמולקולות בגרעין של תאים אנושיים ובעלי חיים. RNA נמצא גם בציטופלזמה של תא. הציטופלזמה של התא היא כל התוכן שמחוץ לגרעין המוקף על ידי קרום התא הבודד. שלושת הסוגים העיקריים של רנ"א הם רנ"א מסנג'ר, רנ"א העברה ורנ"א ריבוזומלי, או rRNA. לכל אחד משלושת סוגי ה- RNA תפקיד ברור בסינתזת חלבונים של תעתיק, פענוח ותרגום של הקוד הגנטי שמתחיל ב- DNA.
מהו תהליך סינתזת החלבון?
תעתיק הוא השלב הראשון של סינתזת החלבון בו ה- RNA של המסנג'ר ממלא תפקיד חשוב מאוד. ה- RNA של מסנג'ר אינו יציב ולא חי זמן רב בתא כדי להבטיח כי החלבונים מיוצרים רק כאשר הם נדרשים לצמיחה או לתיקון תאים. תמלול הוא כאשר המידע הגנטי בתוך ה- DNA של התא משתנה למסר בצורת RNA. חלבונים של גורמי שעתוק מרפים את גדיל ה- DNA כדי לאפשר לאנזים RNA פולימראז לתמלל גדיל בודד של DNA. ה- DNA עשוי מארבעה בסיסים של נוקליאוטידים של אדנין, גואנין, ציטוזין ותימין. הם משולבים בזוגות אדנין פלוס גואנין וציטוזין פלוס תימין. כאשר ה- RNA מתמלל את ה- DNA למולקולת RNA שליח, האדינין מזדווגים עם uracil וזוגי ציטוזין עם גואנין. בסוף תהליך השעתוק, ה- RNA של המסנגר מועבר החוצה מהגרעין אל הציטופלזמה.
הבא הוא תהליך התרגום, במהלכו העברת ה- RNA ממלאת תפקיד חשוב בסינתזת החלבון. העברת RNA היא הסוג הקטן ביותר של RNA ולרוב אורכה כ- 70 עד 90 נוקלאוטידים. זה מתרגם את המסר בתוך רצפי הנוקליאוטידים של ה- RNA המסנג'ר לרצפים של חומצות אמינו. חומצות אמינו מתקשרות יחד עם חומצות אמינו אחרות ליצירת חלבונים, הנחוצים לכל תפקודי התאים. חלבונים נוצרים ממערכת של 20 חומצות אמינו. העברת RNA היא באותה צורה כמו עלה תלתן ובו שלוש לולאות סיכת ראש. העברת RNA כוללת אתר הצמדה של חומצות אמינו בקצה אחד שלה וקטע בלולאה האמצעית הנקרא אתר האנטי-קודונים. אתר האנטי-קודונים מזהה את הקודונים ב- RNA המסנג'ר. לקודון שלושה בסיסים רצופים של נוקליאוטידים היוצרים חומצת אמינו ומסמנים את סיום תהליך התרגום. העברת RNA והריבוזומים קוראים את קודני ה- RNA של שליחים כדי לייצר שרשרת פוליפפטיד, שעוברת מספר שינויים לפני שהיא יכולה להפוך לחלבון מתפקד לחלוטין.
ל- RNA ריבוזומלי (או rRNA) יש פונקציה ספציפית. הריבוזומים עשויים מחלבונים ריבוזומליים ו- RNA ריבוזומלי. RNA ריבוזומלי מהווה כ 60 אחוז ממסת הריבוזום. בדרך כלל הם מורכבים מתת-יחידה גדולה ומתת-יחידה קטנה. יחידות המשנה מסונתזות בגרעין על ידי הגרעין. הריבוזומים הם ייחודיים באופיים, מכיוון שהם מכילים אתר קשירה ל- RNA המסנג'ר ושני אתרי קשירה להעברת RNA במקום ה- RNA בתת יחידת הריבוזומלית הגדולה. יחידת משנה ריבוזומלית קטנה מתחברת למולקולת רנ"א שליח ובמקביל להעברת רנ"א יוזם מולקולה מזהה ונקשרת לרצף קודון מסוים באותה מולקולת RNA ריבוזומלית במהלך תִרגוּם. לאחר מכן, פונקציית rRNA כוללת יחידת משנה ריבוזומלית גדולה מצטרפת למתחם החדש שנוצר ואז שתי יחידות המשנה הריבוזומליות לנסוע לאורך מולקולת ה- RNA המסנג'ר כשהם מתרגמים את הקודונים בכל שרשרת הפוליפפטיד בזמן שהם עוברים אוֹתָם. RNA ריבוזומלי יוצר את קשרי הפפטיד בין חומצות אמינו בשרשרת הפוליפפטיד. כאשר מגיעים לקודון סיום על מולקולת ה- RNA messenger, תהליך התרגום יסתיים ושרשרת הפוליפפטיד תשוחרר מ מולקולת ה- RNA ההעברה ובאותה עת הריבוזום מתפצל חזרה אל יחידות המשנה הגדולות והקטנות כפי שהיו בתחילת התרגום שלב.
כמה זמן לוקח תהליך סינתזת החלבון?
תהליך ה- DNA ל- RNA ותוצר החלבונים יכול לקרות במהירות מדהימה להפליא. ה- RNA משתחרר כמעט מיד כאשר הוא נפרד מגדיל ה- DNA. באופן זה ניתן ליצור עותקי RNA רבים מאותו הגן תוך זמן קצר. ניתן להתחיל בסינתזה של מולקולות RNA נוספות לפני השלמת ה- RNA הראשון, כך שהוא יכול לייצר RNA במהירות. כאשר מולקולות ה- RNA עוקבות זה אחר זה מקרוב, הן יכולות להזיז כל אחת כ -20 נוקלאוטידים בשנייה בבני אדם ובעלי חיים. למעלה מ -1,000 תמלולים יכולים להתרחש תוך שעה מגן יחיד.
מהו דלדול rRNA?
דלדול RNA ריבוזומלי הוא המרכיב השכיח ביותר ב- RNA, מכיוון שהוא מהווה את הרוב של מעל 80 עד 90 אחוז מסך ה- RNA בתא. דלדול RNA ריבוזומלי הוא כאשר ה- rRNA מוסר בחלקו מדגימה שלמה של RNA כדי לחקור טוב יותר את התגובה של רצף RNA כדי להתמקד בשני החלקים האחרים של דגימת RNA תַעֲתוּק.
מהם הסוגים האחרים של RNA המיוצרים בתאים?
ישנם שלושה סוגים נוספים של RNA שניתן לייצר בתאים. תפקוד RNA גרעיני קטן במגוון תהליכים של הגרעין כמו שחבור ה- RNA שלפני המסר. RNA קטן גרעיני מעבד ומשנה כימית את ה- RNA הריזומלי. סוגים אחרים של RNA שהם יחידות שאינן מקודדות משמשים לתפקוד בתהליכים סלולריים כמו טלומר סינתזה, השבתת כרומוזום ה- X והובלת חלבונים לרטיקולום האנדופלזמי לתא טוב בְּרִיאוּת.
מה הם נגיפי RNA?
לנגיף RNA גרעין של החומר הגנטי שמתקבל מה- DNA של התא. בדרך כלל יש בו קפסיד מגן של חלבון ומעטפת ליפידים להגנה רחוקה עוד יותר. נגיף RNA מתחבר לתא מארח, חודר אליו, משחזר את החומר הגנטי ויוצר את הכיסוי המגן ואז יוצא מהתא. נגיפי RNA מאחסנים את החומר הגנטי של ה- RNA ולא ה- DNA.
כל התאים הבריאים מאחסנים חומר גנטי ב- DNA. ה- RNA משמש רק כאשר DNA משוכפל ליצירת RNA ומסנתז חלבונים הדרושים לתא בריא כדי לחיות. ה- DNA הוא הרבה יותר יציב מאשר ה- RNA ולכן ה- DNA עושה מעט מאוד טעויות כאשר התאים מתחלקים, אולם ה- חוסר יציבות של ה- RNA ושכפולו יכול לעשות טעויות רבות והוא יכול אפילו לקיים אינטראקציה עם עצמו כדי להתרבות וירוס. RNA יכול לעשות עד טעות אחת מעל 10,000 נוקלאוטידים בכל פעם שהוא מועתק. זה גם הרבה פחות מסוגל לתקן טעויות גנטיות מאשר DNA. כשמערכת חיסונית לומדת לזהות נגיף, היא יוצרת נוגדנים להילחם בנגיף. נגיפים יכולים להשתנות כך שמערכת החיסון לא תוכל לזהות אותה ואז היא יכולה להתרבות. זה מאפשר לווירוסי RNA להתפשט במהירות רבה יותר מאשר לווירוסי DNA.
נגיף ששורד יכול להתרבות בתאים חדשים דרך רצף ה- RNA ולהביא לאלפי תאים שהוא משכפל המכיל את הנגיף. נגיפי RNA מתפתחים מהר יותר מכל אורגניזם חי ממשי. שיעורי מוטציה גבוהים של תאים הנגועים בנגיף RNA אינם מאיימים על הישרדות הנגיף.
ישנם שני סוגים של נגיפי RNA. הם עשויים להיות חד-גדילים או לחוש תקועים או לזווג כגדילים נגד-תחושה. נגיפי ה- RNA הנוגדים כפול גדילים צריכים לשנות תחילה ולתרגם את עצמם ל- RNA בעל חוט חד-גדילי. זה מאפשר לתא המארח להיות בצורה שהריבוזומים יכולים לקרוא. נגיף שפעת A שומר על האנזימים הדרושים קרוב לליבת חומצת הגרעין של הנגיף. כאשר הוא משתנה מאנטיסנס ל- RNA חוש, ניתן לקרוא אותו על ידי הריבוזומים בתא כדי לבנות חלבונים נגיפיים ולהעתק אותו.
ישנם נגיפי RNA המאחסנים את המידע שלהם בגדיל מובן כך שהוא יכול להיקרא ישירות על ידי הריבוזומים של התא והוא מתפקד כמו RNA שליח רגיל. במקרה זה, הריבוזומים מסנתזים את תמליל ה- RNA ויוצרים תא נגיף אנטי-דיסני כדי שיוכל השתמש בו כתבנית לסינתזת יותר RNA ויראלי יחד עם החלבונים הדרושים לתאים לחיות. אחד הנגיפים הקטלניים ביותר מסוג זה הוא הפטיטיס C.
דוגמאות רטרו-וירוס הן HIV ואיידס. הם מאחסנים את החומר הגנטי שלהם בצורה של RNA אך הם משתמשים באנזים התעתיק ההפוך כדי להפוך את ה- RNA שלהם ל- DNA בתא הנגוע. זה מאפשר ליצור עותקים רבים בתאי המארח כך שהנגיף יכול להדביק כמות גדולה של תאים במהירות.
וירוסים קורונאיים הם גם נגיפי RNA. הם מדביקים בעיקר את דרכי הנשימה העליונות והמעיים בבני אדם. SARS-CoV הוא נגיף רציני המדביק את דרכי הנשימה העליונות וכן את דרכי הנשימה התחתונות והוא כולל גם מצוקה במערכת העיכול. קורונווירוסים הם אחוז ניכר מכל הצטננות. רינווירוסים הם הגורם המוביל להצטננות. Conronaviruses יכולים להוביל לדלקת ריאות גם כן.
SARS הוא תסמונת נשימתית חריפה קשה והיא מכילה גנים של RNA המוטציה איטית מאוד. SARS מועבר על ידי טיפות נשימה באוויר מהתעטשות או שיעול כדי להדביק אחרים.
זיהומים ב- Norovirus התפרסמו בזכות הופעתם בספינות תענוגות ונקראו נגיפים דמויי Norwalk. אלה גורמים לגסטרואנטריטיס והיא מתפשטת מאדם אחד לאחר בדרך צואה-פומית. אם אדם נגוע עובד במטבח, הם יכולים לזהם את המזון על ידי שהוירוס נמצא על הידיים ולא לובש כפפות.
