תורשה מורחב

תורשה מורחב

דור לדור... זיגוטהה"גשר" המחבר בין הדורות הוא ה

)תא שנוצר מהתלכדות של תא רבייה

נקבי ותא רבייה זכרי(.

המידע שהועבר באמצעות תאי הרבייה

של הפרט המטען התורשתיהוא

החדש, ומכלול הגורמים החיצוניים

.הסביבההפועלים על מטען זה הוא

התפתחותו של אדם, או של כל יצור חי אחר, תלויה הן בתורשה והן בסביבה.

סוג הדם היא תכונה התלויה בתורשה בלבד.

נוכחות כלורופיל בצמחים היא תכונה תורשתית שביטויה תלוי בתנאי הסביבה.

רובן המכריע של התכונות נקבעות באמצעות תורשה וסביבה גם יחד.

ה י� צ יֹול! ט תופעת הא#

הנבטים בצד ימין הונבטו ושהו בחושך ואילו הנבטים בצד שמאל הונבטו ושהו באור.

מחקרים גנטיים

מחקרים גנטיים רבים נערכו בעבר ונערכים עד היום בחיידקים וביצורים חד תאיים.

יצורים אלה נוחים למחקר, מכילים מעט חומר תורשתי ומתרבים במהירות.

: מחקרים שנערכו באצה החד תאית אצטבולריהתזכורת

והוכיחו את חשיבות הגרעין בקביעת תכונות התא.

מחקרים אלה מבוססים על ההנחה שדרך אצירת המידע התורשתי

)במולקולה דנ"א(, ואופן תפקודו )ביטוי הגנים, הקוד הגנטי(, משותפות

לכל היצורים החיים.

1928הניסוי הקלאסי של גריפית' גריפית' עסק בשני זנים של החיידק פנאומוקוקוס

)חיידקים הגורמים לדלקת ריאות(.

תאי הזן האחד היו בעלי מעטפת או דופן תא, והיו

אלימים, כלומר גרמו למחלה קשה בעכברים.

תאי הזן השני היו חסרי מעטפת ולא גרמו למחלה

בעכברים.

תכונה יש לציין שתכונת המעטפת )נוכחות או חוסר( היא

תורשתית.

של הפנוימוקוקים יוצר Rזן מושבות הנראות מחוספסות

(Rough)

של הפנוימוקוקים יוצר Sזן (Smoothמושבות הנראות חלקות )

של הפנוימוקוקים הוא בעל Sזן קופסית או מעטפת המגינה עליו

מפני מערכת החיסון של המאכסן, ולכן גורם מחלה קטלנית

של הפנוימוקוקים חסר Rזן מעטפת או קופסית, נתקף על ידי

מערכת החיסון של המאכסן ומושמד.

עכברים חולים בדלקת ריאות ומתים. בגופם

נמצאים חיידקים עם

מעטפת.

עכברים חיים. אין חיידקים

בגופם.

עכברים חיים, אין חיידקים

בגופם.

השערה: החומר )דנ"א( מתאי חיידקים מתים, יכול לשנות )טרנספורמציה( תכונות של

חיידקים חיים.

הזרקה

חיידקים עם מעטפת

מעטפתחיידקים חסרי

חיידקים עם מעטפת שהורתחו

עכברים חולים בדלקת ריאות ומתים. בגופם

נמצאים חיידקים עם

מעטפת.

חיידקים חסרי מעטפת + חיידקים עם מעטפת

שהורתחו

: הזרקת חיידקי 1טיפול זן

S: הזרקת חיידקי זן 2טיפול גורמי

מחלה לעכבר

העכבר אינו חולה.

העכבר חולה ומת.

:מסקנה

חיים Rחיידקי אינם גורמים

מחלה.

:מסקנה

חיים Sחיידקי גורמים מחלה

ומוות.

, S: הזרקת חיידקי זן 3טיפול שהומתו

בחימום לעכבר

, S: הזרקת חיידקי זן 4טיפול שהומתו

R בחימום + חיידקי זן חיים

העכבר אינו חולה

העכבר חולה ומת

:מסקנה

Sחיידקי מומתים אינם גורמים מחלה.

:מסקנה

החיים, Rחיידקי עברו שינוי

)טרנספורמציה( גורמי Sלחיידקי

מחלה.

הניסוי הקלאסי של אלפרד הרשי ומרתה צ'ייס 1952

בקטריופאג' או בקיצור פאג' הוא נגיף התוקף

חיידקים ומתרבה בתוך תאייהם.

פאג' מורכב מקופסית חלבונית שבתוכה חומר

תורשתי וכן "זנב" וסיבים חלבוניים.

הפאג' הוא טפיל מוחלט. הוא מחדיר את

החומר התורשתי שלו לתוך תא החיידק

ורותם את המערכות האנזימטיות של

החיידק + מערכת ייצור החלבונים שלו

ליצירת פאג'ים נוספים. תא החיידק נהרס

והפאג'ים החדשים מתפזרים בסביבה

ומדביקים חיידקים נוספים.

קופסית חלבונית

מכילה דנ"א

שטח פני החיידק

זנב וסיבים חלבוניי

ם

"ראש" הפאג'

עם דנ"א

"זנב" הפאג'

דנ"א מוחדר תא החיידקלתא החיידק

הקופסית הריקה

נשארת מחוץ לתא

החיידק

שימוש באיזוטופים רדיואקטיביים?מהם איזוטופים

.איזוטופים של יסוד הן צורות שונות של היסוד בטבע

היות ומדובר באותו יסוד, ההבדל בין האיזוטופים השונים הוא במספר

הנויטרונים בגרעין האטום. מספר הפרוטונים נשאר קבוע. האיזוטופים

.השונים נבדלים זה מזה במסה האטומית שלהם

איזוטופ רדיואקטיבי הוא איזוטופ שהגרעין שלו אינו יציב ונוטה להתפרק,

לשחרר חלקיקים ולהפוך ליסוד אחר )שגרעינו קל יותר(. החלקיקים

.נפלטים כקרינה רדיואקטיבית אותה ניתן לגלות במכשור מתאים

גרעין האיזוטופ

הרדיואקטיבי

אנרגיה

חלקיק

קרינה

סימון תרכובת באיזוטופ רדיואקטיביניתן "לסמן" תרכובת מסוימת באמצעות החלפת חלק מהאטומים בתרכובת

באיזוטופים הרדיואקטיביים של אותם אטומים.

לדוגמה: דנ"א הוא תרכובת שמכילה מספר גדול של אטומי זרחן. ניתן להחליף

32Pחלק מאטומי הזרחן באיזוטופ הרדיואקטיבי של זרחן

חלבון היא תרכובת עשירה באטומי גופרית. ניתן להחליף חלק מאטומי

35Sהגופרית באיזוטופ הרדיואקטיבי

הקרינה הנפלטת מדנ"א מסומן בזרחן רדיואקטיבי מאפשרת לזהות אותו. כנ"ל

לגבי חלבון מסומן בגופרית רדיואקטיבית.

. שמדביקים חיידקי אשריכיה קולי. T2הרשי וצ'ייס השתמשו בפאג'ים מסוג

: האם המידע ליצירת פאג'ים נמצא בקופסית החלבונית או שאלת המחקר

בדנ"א שבתוכה?

סומנו פעמיים: בסדרת הניסויים הראשונה, T2: פאג'ים מסוג שיטת המחקר

סומנו הפאג'ים באיזוטופ רדיואקטיבי של גופרית )המסמן חלבון אך אינו

מסמן דנ"א(. בסדרת הניסויים השניה, סומנו הפאג'ים באיזוטופ

רדיואקטיבי של זרחן )המסמן דנ"א אך אינו מסמן חלבון(.

בכל אחת מסדרת הניסויים, החוקרים הוסיפו את הפאג'ים המסומנים

לחיידקים.

לאחר ההדבקה, הפרידו

החוקרים, באמצעות

סרכוז בצנטריפוגה,

בין תאי החיידקים

עם חלקי הפאג'ים

שחדרו לתוכם, ובין

הפאג'ים וחלקי

הפאג'ים שלא חדרו

.לתא

קופסית חלבונית של הנגיף

קרום התא המאכסן

דנ"א של הפאג'

:שלב ראשון בהדבקה

דנ"א הנגיף חודר לתא. הקופסית החלבונית

נשארת בחוץ

:שלב שני בהדבקה

דנ"א הנגיף "משתלט" על מנגנוני ייצור החלבון

בתא ומכוון יצירת חלקיקי נגיף חדשים.

:שלב שלישי בהדבקה

דור חדש של נגיפים פורץ החוצה.

)הנוזל שמעל המשקע(, נמצא בתסנין

פאג'ים וחלקי פאג'ים שלא חדרו לתא והם

קלים יחסית.

)בתחתית המבחנה(, נמצא במשקע

חיידקים ובתוכם חלקי פאג'ים שחדרו

לתוכם.

תסנין

משקע

מערבבים פאג'ים מסומנים ר"א עם תאי חיידק.

הפאג'ים מדביקים את תאי .החיידקים

באמצעות ערבול, מפרידים את קופסיות הפאג'ים מן

החיידקים המכילים גם את החומר התורשתי של

.'הפאג

משקיעים את התערובת באמצעות

.צנטריפוגה

בודקים רדיואקטיביות .במשקע ובתסנין שהתקבלו

חיידק

'פאגחלבון

רדיואקטיבי

דנ"א

חלבון מסומן

דנ"א מסומן

קופסיות חלבון ריקות

הרדיואקטיביות נמצאת

בתסנין שמכיל את הקופסיות

הריקות

סרכוז ובדיקת רדיואקטיביות

סרכוז ובדיקת רדיואקטיביות

דנ"א רדיואקטיבי

הרדיואקטיביות נמצאת במשקע שמכיל את תאי

החיידק עם החומר שהוחדר על ידי

'הפאג

ארגון הדנ"א בתאים פרוקריוטים

עיקר המידע התורשתי של התא

מרוכז במולקולת דנ"א

טבעתית שאליה קשורים

מעט חלבונים.

בתאי חיידקים רבים נמצאות

בנוסף מולקולות דנ"א

טבעתיות קטנות הנקראות

פלסמידים.

תא חיידק

דנ"א טבעתי

פלסמיד

ארגון הדנ"א בתאים אאוקריוטיםבתאים אאוקריוטים הדנ"א מאורגן בגופיפים הנקראים

כרומוזומים.

סיבי הכרומטין הדקיקים בגרעין מתארגנים לכרומוזומים

רק לקראת חלוקת הגרעין. כרומוזומים אם כן, ניתן

לראות רק בתאים מתחלקים.

שני מבנים מאפשרים חלוקה תקינה של הכרומוזומים:

רא. רֹומ( ט+ נ+ האתר האחראי על היפרדות תקינה של צ(

הכרומוזום בזמן חלוקת הגרעין.

ר לֹומ( המבטיח שקצה כרומוזום אחד לא ייצמד ויידבק ט(

לקצה כרומוזום אחר.

ר לֹומ( ט(

צנטרומר

רואים דנ"א/כרומוזומים בגרעיני תאים

התא "חושף" את הכרומוזומים בשעה שהוא מתכונן להתחלק.

, יש צורך בהעתקה מיטוזהכהכנה לחלוקת התא הנקראת

של החומר הגרעיני כדי שתאי הבת החדשים יכילו את כל

"הוראות ההפעלה" החיוניות לחייהם.

למה הדבר דומה? לשכפול דפים המחולקים בשיעור זה מדי

שבוע. הדפים המשוכפלים זהים זה לזה.

כמה נתונים מספריים

היצור החי מספר הכרומוזומיםבעלי חיים סרטן נזיר 254

תרנגולת 78

כלב 78

קוף 48

נמלה 48

אדם 46

זבוב הפירות 8

יתוש 6

צמחים תפוח אדמה 48

תירס 20

אפונה 14

נתונים על מספרי הכרומוזומים של יצורים שונים

מיטוזה של תא בעל שני כרומוזומים

דנ"א מוכפל

מיטוזה

שני תאי בת

שימו לב למבנה ייחודי – הכישור, שתפקידו ל"סמן" את שני קצוות התא המקורי ולארגן

את הכרומוזומים כך שהחלוקה וההפרדה לשני תאי בת תהייה מדויקת.

מיטוזה

תאי אפידרמיס של בצל במיקרוסקופ

כך נראים תאים

מאפידרמיס של בצל

במיקרוסקופ אור. אם

צובעים אותם, ניתן

להבחין בגרעין התא

במרכזם אך הגרעין

נראה כמסה כהה ולא

.נראים פרטים נוספיםגרעיני תאים

תאים מקצה שורש מתארך של בצל

תאים מתחלקים בקצה שורש הבצל

יס'ט&מ%ה הוא אזור הנמצא המ&ר)

לאורך קצה השורש ובו

מתרחשת גדילת השורש. אזור

זה מכיל את התאים המסוגלים

להתחלק וליצור את כל

הרקמות הראשוניות של

.השורש

אזור התאים המתחלקים

ביו-אינפורמציה בתאים חיים

האינפורמציה האחראית להפעלת התאים והמועברת בתורשה

. דנ"אלתאי הבת שלהם, מקודדת בפולימר הנקרא

מאקרו-מולקולה ענקית זאת, בנויה מתת יחידות קטנות

. נוקלאוטידיםהמכונות בסיסים חנקניים או

רצף הופעתם של הנוקלאוטידים במולקולה אחראי לקביעת

.חלבוני התארצף חומצות האמינו המרכיבות את

התא מופעל ומנוהל באמצעות מכלול חלבוניו שיצירתם כאמור

מכוונת על ידי הדנ"א.

מבנה הדנ"א

המדען הבריטי פרנסיס קריק והמדען

האמריקאי ג'יימס ווטסון זכו בשנת

בפרס נובל על גילוי מבנה 1962

הסליל הכפול של הדנ"א.

המבנה הפשוט מדגים באופן מיידי איך

משתכפלת המולקולה ואיך היא

משועתקת.

המבנה המרחבי – הסליל הכפול

כמה נתונים מספריים

בדנ"א של תא אדם יש שלושה מיליארד )שלושת אלפים

מיליונים( בסיסים חנקניים, המאורגנים בעשרים ושלושה

כרומוזומים.

כל כרומוזום הוא זוג אחד ארוך מאד של מולקולות דנ"א. אילו

נמתחו כל הכרומוזומים של תא יחיד והונחו קצה אל קצה,

היו מגיעים לאורך של כשלושה מטרים.

הבסיסים החנקניים בדנ"א,

גנים 30,000מקדדים כ-

וארוזים בתוך גרעין

מיקרוסקופי של תא זערורי

שאלף כמוהו יכולים

להימצא על ראש סיכה.

אריזת הדנ"א בגרעיני התאים

נשאלת השאלה:

איך כמות עצומה כזאת של חומר נכנסת לתוך גרעיני

תאים כל כך קטנים?

ק"מ של חוטי חכה 200תארו לעצמכם שהייתם צריכים לדחוס

?לתוך כדורסל מבלי שהחוטים יסתבכו זה בזה

הדנ"א מגולגל ונכרך בשיטה שנקראת

Supercoiling.

חישבו על גומייה ארוכה שאתם חותכים

ומחזיקים בצדה האחד. כעת אתם מסובבים את

הגומייה סביב עצמה כמאה פעם.

אם תקרבו את שני הקצוות זה לזה מבלי

.Supercoilingלהתיר את הסיבובים תקבלו

צורת האריזה הזאת, מיועדת

להשיג שתי מטרות:

א. שניתן יהיה לארוז את כל

החומר בנפח קטן.

ב. שכל אזור בתוך הדנ"א

המגולגל יהיה זמין וניתן

להתרה במקרה בו צריך

נגישות אל האינפורמציה

)כלומר יש צורך בהעתקת גן

כלשהו(.

כרומטין – דנ"א מגולגל וכרוך סביב

חלבונים

היסטונים הם חלבונים

סביבם כרוך הדנ"א

המגולגל ומקופל בתאים

אאוקריוטים.

לאריזה סביב ההיסטונים יש

משמעות מבחינת הנגישות

של הדנ"א לאנזימי פתיחה

ושעתוק.

הדנ"א נמצא בגרעין התא

כאשר נדרש בתא חלבון מסוים,

נוצר על פי הדנ"א שבגרעין

התא העתק של הגן המכתיב

את יצירת אותו חלבון.

חלוקת מיוזה ראשונה

כרומוזומים הומולוגיים מסתדרים

בזוגות ומבצעים שחלוף

כרומוזומים הומולוגיים מסתדרים

לאורך מישור החלוקה

חלוקה ראשונה בכל תא זוג כרומוזומים הומולוגיים

חלוקת מיוזה שנייה )מתחילה ללא הכפלת דנ"א(

זוג כרומוזומים הומולוגיים מסתדר

לאורך מישור החלוקה

זוג כרומוזומים הומולוגיים נפרדים זה מזה, רק עותק

.אחד בכל תא בת