חומר תורשתי

מתוך המכלול
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

חומר תורשתי הוא חומר בעל יכולת שכפול עצמי וקידוד המעביר מדור לדור תכונות של אורגניזמים חיים.

חומר תורשתי מצוי בכל יצור על-פני כדור-הארץ - מהנגיף הקטן ביותר, דרך חיידקים, פרוטיסטים, צמחים, פטריות, בעלי חיים, ועד לבני אדם - וקובע כמעט כל פרט הקשור במראהו, תכונותיו והתנהגותו של היצור. תורשה היא העברת עותק של החומר התורשתי מדור לדור.

החומר התורשתי מכיל מידע הדרוש לכל פעילויות הגוף. במקרה הפשוט והשכיח ביותר, המידע התורשתי מצויי בחומר תורשתי מסוג DNA, אולם יש גם מידע תורשתי שאינו מצוי בו. "גֶן" הוא שם ליחידת מידע תורשתית בסיסית. המדע החוקר את התורשה נקרא "גנטיקה".

עובדות בסיסיות

במקרה השכיח ביותר, החומר התורשתי הוא DNA. השימוש במידע התורשתי שב-DNA נעשה בשיעתוקו ל-RNA, ובייצור חלבונים על פי ה-RNA בתהליך הנקרא "תרגום". החלבונים הם קטליזטורים המסייעים לקיים את רוב הפעילויות בתא החי. חלק קטן מהפעילויות בכל תא חי מתקיים בסיוע RNA המשמש קטליזטור בלא צורך לייצר חלבונים על פי RNA. אצל חלק מהנגיפים ה-RNA הוא החומר תורשתי עצמו. במקרים נדירים מאוד יכולה תכונה תורשתית מסוימת להיות מקודדת על ידי חלבון שמשנה חלבונים אחרים ועובר מדור לדור כחלבון שלם בזמן ההתרבות (כמו מחולל מחלת קרויצפלד-יעקב).

ה-DNA וה-RNA הם פולימרים של מולקולות המכונות חומצות גרעין (מכונות גם נוקלאוטידים). הן מכונות כך משום שביצורים אוקריוטיים הן מצויות בגרעין התא. פולימר ה-DNA בנוי בצורת סליל ארוך ומלבד בקבוצה של נגיפים, סליל זה הוא כפול. כל יחידת פולימר אחת של DNA נקראת כרומוזום. בכל כרומוזום נמצאים חלק מהגנים המקודדים לתכונותיו של היצור החי באמצעות הקוד הגנטי. באדם קיימים 46 כרומוזומים (23 זוגות) בגרעין התא אשר אוצרים על-גביהם כ-25,000 גנים. המספר המדויק של הגנים עדיין לא ידוע. אחת ממטרתו של פרויקט הגנום היא גילוי מספר הגנים ותפקידיו של כל אחד מהם. לאדם, כמו לכל יצור בעל תאים בעלי גרעין, יש מעט DNA נוסף במיטוכונדריות. לצמחים יש בנוסף ל-DNA הגרעיני והמיטוכונדריאלי גם DNA בכלורופלסטים.

החומר התורשתי ביצורים שונים

נגיפים

הנגיף אינו מוגדר כיצור חי, היות שאינו מסוגל לייצר בעצמו אנרגיה הנדרשת לקיומו. יש הרואים בנגיף דומם ויש הרואים בו שלב מעבר בין דומם לבין יצור חי. לנגיף חומר תורשתי משלו, המכיל מידע הדרוש להפיכת תא חי מתא המתפקד באופן המקובל לתא שמרבה בתוכו נגיף.

ישנם שבעה סוגי נגיפים המוגדרים על פי החומר התורשתי שלהם. יש נגיפים שהחומר התורשתי שלהם הוא DNA בעל גדיל אחד שנותר כגדיל אחד בזמן פעולתו בתא, DNA בעל גדיל אחד שהופך לכפול בתא ומשתלב ב-DNA של התא, DNA בעל גדיל כפול (כמו DNA שאינו נגיפי), RNA בעל גדיל אחד שאינו משועתק לאחור ל-DNA (כמו RNA שאינו נגיפי), RNA כפול שאינו משועתק לאחור ל-DNA,‏ RNA חד גדילי המשועתק לאחור ל-DNA ומצטרף ל-DNA של התא ו-RNA כפול המשועתק לאחור ל-DNA ומצטרף ל-DNA של התא. העובדה שישנם וירוסים שהחומר התורשתי שלהם משתלב בחומר התורשתי של התא גורמת לכך שישנן מחלות שהיצור החי מקבל כמחלה מידבקת ועשוי להעביר כמחלה תורשתית, אולם מספר המחלות האלה אינו גבוה. מהעובדה שיש וירוסים שהחומר התורשתי שלהם משתלב בחומר התורשתי של התא נובע גם שיש וירוסים שמשנים את התורשה גם אם הם לא מורשים בעצמם.

חיידקים אמיתיים וחיידקים קדומים

החומר התורשתי של הבקטריות והארכיאות, יצורים חד-תאיים נטולי גרעין (פרוקריוטיים), שמור בכרומוזום אחד ארוך ומפותל של DNA דו-סלילי, הקשור לדופן התא. כרומוזום זה קרוי נוקלאואיד.

תאים בעלי גרעין

ביצורים בעלי גרעין, אוקריוטיים, הרוב המוחץ של החומר התורשתי מאוגד בסלילים ארוכים של DNA דו-גדילי הקרויים כרומוזומים המצויים בגרעין. בדרך-כלל, מסובב ה-DNA שבכל כרומוזום סביב היסטונים המורכבים מחלבונים ושומנים, המגנים עליו מפני פגיעה. לבד מחומר תורשתי, ה-DNA שבכרומוזומים מקודד גם למקטעים טפיליים כמו הALU באדם ומכיל גם מקטעים חסרי משמעות, שחלקם הם תולדה התפתחותית של גנים שחדלו לפעול (פסבדו-גן).

כמות נוספת של DNA מצויה במיטוכונדריה ובצמחים גם בכלורופלסט. ה-DNA המיטוכונדריאלי והכלורופלסטי מכיל חלק מהגנים המקודדים מידע הדרוש להפעלת המיטוכונדריה והכלורופלסט. ה-DNA הגרעיני מקודד את מרבית המידע התורשתי כולל חלק מהמידע הדרוש להפעלת המיטוכונדריה והכלורופלסט. למיטוכונדריה יש קוד גנטי מעט שונה מזה של שאר החומר התורשתי.


מבנה ה-DNA והRNA

קטע מDNA דו גדילי
המבנה התלת ממדי של מולקולת RNA קטליטית מסוג tRNA. הצבעים מסמלים חלקים בעלי פעילות כימית שונה. כתום: קצה ה-CCA; סגול: הזרוע המקבלת. אדום: זרוע D. כחול: זרוע האנטיקודון. שחור: אנטיקודון. ירוק: זרוע T.

ה-DNA החד גדילי מורכב מרצף ארוך המכיל נוקלאוטידים. ב-DNA יש ארבעה סוגי נוקלאוטידים שונים: אדנין, תימין, גואנין וציטוזין. ה-DNA הדו גדילי בנוי משני רצפים ארוכים האלה שהנוקלאוטידים מחוברים בהם זה לזה. אלא שלא כל שני גדילי DNA יכולים ליצור DNA דו גדילי. גדילים אלה חייבים להיות משלימים. במקום בו לאחד מהם יש אדנין, לשני חייב להיות תימין ובמקום בו לאחד מהם יש גואנין לשני חייב להיות ציטוזין. הסליל הכפול של ה-DNA יוצר צורת סרוך.

כשל-DNA יש רק גדיל אחד, גדיל זה מתקפל לצורת פקעת כך שהנוקלאוטידים שלו אוחזים זה בזה כפי שיכלו לאחוז בנוקלאוטידים של גדיל DNA המתאים ליצירת סליל כפול. גדילי DNA בודדים בעלי רצפים שונים יתקפלו לפקעת שיש ביניהן הבדלים צורניים.

גם הRNA מורכב מארבעה נוקלאוטידים. שלושה מהם זהים לאלה של ה-DNA. הRNA החד והדו גדילי זהה בתכונותיו הצורניות ל-DNA. ל-RNA יש אורציל במקום התימין של ה-DNA. האורוציל נוטה יותר לריאקציה כימית מאשר התימין ולכן הRNA הוא קטליזטור טוב יותר מאשר ה-DNA אך גם פחות יציב.

תורשה חלבונית

מספר התכונות התורשתיות המקודד בחלבונים זניח לעומת מספר התכונות התורשתיות המקודד בחומצות גרעין, אולם תורשה מסוג זה קיימת בכל תא חי. תכונה חשובה של חלבוני שלד התא מקודדת בחלבוני שלד התא עצמם. חלבוני שלד התא נוצרים באופן דומה למקובל בחלבונים אחרים. רוב המידע התורשתי לייצורם מצויי ב-DNA הגרעיני, משועתק ל-RNA ומתורגם לחלבון. אלא שהחלבון המיוצר כך הוא רק כמעט במבנה המוגמר שלו. עליו לבוא במגע עם חלבוני שלד תא אחרים כדי שיצירתו תושלם. דהיינו - בתא שאין בו חלבוני שלד חסר חלק מהמידע לייצור חלבוני שלד. כיצד מופיע אם כך חלבון השלד הראשון בתא חדש? הוא מגיע איליו מתא האם שלו. זאת אומרת שמגיע מידע מתא האם לתא הבת על ידי חלבון. אצל כל אדם הגיע החלבון הראשון עם מידע זה מאימו. לאימו הגיעה חלבון בעל מבנה זהה מסבתו.

ייתכן שתורשה חלבונית קיימת גם במחלות פריאונים - מחלות "חלבונים מדבקים" באדם אולם תורשה חלבונית כזו נצפתה עד היום בשמרים בלבד. קבוצת מחלות זו מכילה מחלות כמו טרשת נפוצה, מחלת קרויצפלד-יעקב (איבוד יכולת דיבור בשלבים תוך התקפים אפילפטיים), הפרה המשוגעת, קורו ויש סברה כי גם מחלת אלצהיימר. גורם המחלה הזו הוא חלבון שמקורו מיונק אחר שבמקרה בו הוא מצליח להיכנס בשלמות לתא עצב הוא גורם לחלבוני אדם הדומים לו לשנות מעט את קיפולם ולדבוק זה בזה עד ליצירת גוש שמשתק את התא. אם חלבון כזה מצליח להיכנס בשלמות לתא ביצית, המחלה הופכת לתורשתית.

ראו גם

קישורים חיצוניים

סמל המכלול גמרא 2.PNG
הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רישיון cc-by-sa 3.0