הקדמה:

• פקטורי השעתוק גורמים לכך שהחלבונים שכל תא מבטא יהיו שונים (באמצעות הרנא).
• לא כל מולקולות הרנא עוברות תרגום לחלבונים, והן יכולות לשמש לפעולות אחרות (לדוגמא tRNA).
• רמות הביטוי של גן יכולות להשתנות בין תאים לפי צורך.
• הקונצנזוס הוא שיותר רנא משמע יותר שעתוק ומכך יותר חלבונים, אך זהו לא תמיד המקרה:
  • אם יש פחות רנא אבל הוא יציב, הוא יכול להוביל ליותר חלבונים.
  • אם חלבון הוא יציב ולא עובר פירוק אז יהיה יותר ממנו.

מבנה הרנ"א:

• קצר יותר מדנ"א ומשתמש בגדיל בודד.
• משתמש בקידוד הדומה לדנא (ACTG), אך מחליף את T ב-U.
• בעל כיווניות של 5' ל - 3'.
• צורתו החד גדילית נותנת לו את היכולת להתקפל על עצמו וליצור לולאות (צורות אלו נקראות מבנים שניוניים).
• דוגמא למבני שניוני:
  • 

שעתוק רנ"א:

• ישנם חלקים בתהליך שדומים לשכפול דנ"א:

  • פתיחה של חלק קטן ממבנה הדנ"א (על ידי רנ"א פולימרז).
  • אחד מגדילי הדנ"א משמש כתבנית ונקרא מכיוון חמש לשלוש.
  • שרשרת הרנ"א משתחררת מהדנ"א ומתאפשר חיבור מחדש של שני הגדילים.

• רנ"א פולימרז:

  • 

  • הוא אנזים שפותח את הדו-גדיל וגם מזרז יצירת קשרים כימים שמחברים את הנוקלאוטידים ויוצרים את הרנ"א.

  • אינו זקוק ל- primer כדי להתחיל את הפעולה.

  • פותח את הדו-גדיל בנקודת ההתחלה (נקודת הפולימריזציה).

  • פירוק הקשרים מהדו-גדיל נותן לו את האנרגיה לנוע.

  • קצב הפולימריזציה הוא כ-50 נוקלאוטידים בשניה.

  • הבדלים בין רנ"א פולימרז ו-דנ"א פולימרז:

    • רנ"א פולימרז עשוי מריבונוקלאוטידים בעוד שדנ"א פולימרז עשוי מדאוקסירבונוקלאוטידים.
    • הרנ"א פולימרז לא זקוק לפריימר בעוד שהדנ"א פולימרז כן.
    • לשניהם יש מנגנון תיקון טעויות, אך כמות הטעויות של הרנ"א פולימרז גבוהה בהרבה.
    • למרות ששניהם מבצעים פעולה דומה, המבנה שלהם שונה מאוד.

  • איך רנא פולימרז יודע מתי להתחיל ולהפסיק שעתוק (בפרוקריוטים):

    • שלב האתחול (initiation):
      • כדי שיתחיל לעבור הוא צריך לחבור לסיגמא פקטור, וביחד הם יוצרים מבנה (holoenzyme).
      • יצירת המבנה מאפשרת את תחילת העבודה על ידי מציאה והיקשרות ל- promoter בדנ"א (רצף שלא יהפוך לחלבון אבל מסמן לקומפלקס מאיפה להתחיל). הסיגמא פקטור אחראי על למצוא את הפרומוטר.
      • לאחר המציאה מתחיל תהליך פרימת הקשר (unwinding).
      • שלב האתחול נגמר כאשר הסיגמא פקטור מתנתק מהמבנה, זאת מכיוון שהוא נקשר את הפרומוטר ומונע התארכות.
    • שלב ההתארכות (elongation):
      • השלב המרכזי, אשר לוקח את משך הזמן הארוך ביותר.
      • ישנם אנזימים אשר נחוצים עבור התהליך:
        • אנזים topoisomerase:
          • משחרר את המתח שנוצר מ supercoiling בזמן פתיחת הדנ"א.
        • אנזים Gyrase:
          • משתמש ב - ATP כדי להחדיר supercoil שלילי, כדי לשמור את הדנ"א במתח קבוע ולהקל על פתיחתו.
    • שלב הסיום (termination):
      • התארכות רצף הרנ"א ממשיכה עד להגעה לרצף סיום.
      • בעת הגעה לרצף הסיום הרנ"א מתקפל לצורת סיכה (hairpin), מנתקת מהפולימרז ובכך הוא גם מתנתק מהדנ"א.

  • מבנה ה - promoter בפרוקריוטים:

    • כדי שהסיגמא פקטור יזהה איפה להתחיל, הוא מחפש שני רצפים ספציפיים בדנ"א: רצף הנמצא 10 בסיסים לפני תחילת הגן, ורצף הנמצא כ35 בסיסים לפני תחילת הגן.
    • רצפי קונצנזוס:
      • הפרומוטורים אינם זהים בין סוגי פרוקריוטים, אך נוכל לראות שיש להם מכנה משותף
      • ברובם, הרצף הנמצא כ-10 בסיסים לפני תחילת הגן יהיה מורכב מ-T ו-A ויקרא גם ה TATA BOX.
      • בשכיחות גבוהה, הרצף הנמצא כ-35 בסיסים לפני תחילת הגן יהיה מורכב מ T-T-G.

  • רנ"א פולימרז באאוקריוטים:

    • באאוקריוטים ישנם שלושה סוגים של רנ"א פולימרז:

      • רנ"א פולימרז 1:
        • בונה את הריבוזומים
        • מקודד את היחידות הגדולות של ה rRNA
      • רנ"א פולימרז 2:
        • סוג הפולימרז העיקרי.
        • משעתק את כל הגנים שהופכים לחלבונים.
        • מייצר sRNA שמשתתף בתהליך החיתוך (splicing).
      • רנ"א פולימרז 3:
        • מייצר את ה- tRNA.

    • הבדלים בין רנ"א פולימרז פרוקריוטי ורנ"א פולימרז 2:

      • 
      • האזורים הירוקים:
        • קיימים גם באאוקריוטים וגם בפרוקריוטים, מהווים את הליבה של הפעילות.
      • האזורים האפורים:
        • תוספות אשר קיימות רק באאקריוטים.
      • הנקודה האדומה:
        • יון של מגנזיום Mg אשר נמצא באתר הפעיל ובלעדיו הפולימרז אינו יכול לבצע את התגובה הכימית של חיבור הנוקלאוטידים.
      • הנקודות הכחולות:
        • יונים של אבץ Zn, אשר תורמים ליציבות המבנית.
      • הבדלים נוספים:
        • גורמי שעתוק:
          • פולימרז פרוקריוטי זקוק רק לסיגמא פקטור כדי להתחיל לעבוד, אך באאוקריוטים הוא זקוק לקבוצה גדולה של פקטורי שעתוק הנקראים גם Genneral TFs.
        • צורת האריזה:
          • באאוקריוטים הכרומטין יכול לארוז את הדנ"א בצורה הדוקה מדי ובכך לא לאפשר לרנ"א פולימרז לפרום אותו ולבצע שעתוק.

  • פקטורי השעתוק בפרוקריוטים:

    • פקטורי שעתוק כלליים (General TFs):
      • עוזרים למקם את הרנ"א פולימרז 2 ולמשוך אותו על גדיל הדנ"א.
      • חלבון ה TBP :
        • ראשי תיבות של TATA binding protein
        • הראשון שמתחבר לאזור ה- TATA
      • פקטורי TF2:
        • פקטורים נוספים ממשפחת TF2 מגיעים ומייצרים את המבנה אליו מתחבר הפולימרז
      • פקטור TF2H:
        • מזרחן את הזנב של הפולימרז - CTD ובכך משנה את הצורה של האנזים וגורם לו להשתחרר מכל פקטורי השעתוק ומאפשר לו לעבור לשלב ההתארכות.
    • פקטורי שעתוק ספציפיים (Non general):
      • נקשרים רק לגנים מסוימים.
      • מתחלקים לאקטיבטורים ורפרסורים.
      • האקטיבטורים - משתמשים באנזימים שמשנים את ההיסטונים כדי לשחרר את הדנ"א.
      • שולטים בביטוי של גנים קריטיים ולכן מוטציה בהם עלולה להוביל למחלות.

• שעתוק בתא חי (in vitro) ובמבחנה (in vivo):

  • בתא חי:
    • הדנ"א ארוז בצורה אדוקה (כרומטין) ולכן צריך אקטיבטורים ופקטורים ספציפיים שיגידו לפולימרז מאיפה להתחיל לפתוח את האריזה.
  • במבחנה:
    • משתמשים בדנ"א לא ארוז ולכן אין צורך בפקטורי שעתוק ספציפיים.
    • המרכיבים הדרושים לשעתוק:
    1. בופר (buffer)
    2. רנ"א פולימרז 2 ומספר פקטורי שעתוק כלליים
    3. מגנזיום (רלוונטי לאתר הפעיל)
    4. נוקלאוטידים (ATP, CTP, UTP, GTP)
    5. תבנית דנ"א - פלסמיד (דנ"א מעגלי קטן) המכיל את הגן שרוצים לשעתק ואת סיגנלי ההתחלה.
    6. תמיסה מימית

ה - mRNA:

• בעוד שחלק קטן מהגנים מקודדים למולקולות רנ"א תפקודיות (tRNA, rRNA, snRNA), רוב הגנים מקודדים ל - mRNA.
• סוגי mRNA ועיבודו:
  • בפרוקריוטים:
    • הרנ"א לא צריך לעבור תהליכים כדי להפוך ל mRNA.
    • מולקולת mRNA אחת יכולה לקודד מספר חלבונים שונים.
    • התרגום יכול להתחיל לפני סיום השעתוק מכיוון שאין גרעין שמפריד בין הדנ"א לריבוזומים.
  • באאוקריוטים:

    • מולקולת mRNA יכולה לקודד חלבון אחד.

    • הרנ"א צריך לעבור 3 תהליכי עיבוד כדי להפוך ל mRNA.

    • אזור הזנב של רנ"א פולימרז 2 (ה -CTD, שהוא גם האזור שמבדיל אותו מפולימרז 1 ו -3), עובר זרחון ומשמש כאתר עגינה לאניזימים אשר מבצעים את תהליכי העיבוד.

    • תהליכי העיבוד:

      1. תהליך ה- capping (בקצה 5'):

         • הוספת גואנין ממותל בקישור הפוך (5' ל- 5').
         • עוזר להבדיל בין ה- mRNA לסוגי רנ"א אחרים.
         • מגן על ה- mRNA מפירוק ומסייע ביצוא מהגרעין ובתחילת התרגום.

      2. תהליך ה - splicing:

         • 

         • הוצאת האינטרונים וחיבור האקסונים.

         • תהליך ה splicing מתרחש בשלושה שלבים:

           1. אדנין A בתוך האינטרון תוקף את אתר הsplicing ב-5' ושובר את הקשר. כך נוצרת לולאה הנקראת ה - lariat.
           2. קצה ה- OH החופשי של האקסון הראשון מתחבר לתחילת האקסון השני.
           3. האינטרון שהשתחרר כ lariat מתפרק לנוקלאוטידים שעוברים מחזור.

         • הספלייסוזום:

           • אחראי על ביצוע החיתוך.
           • מורכב מ - snRNP שהם בעצם שילוב של חלבונים עם נוקלאוטידים קצרים הנקראים snRNA.
           • ה - snRNA:
             • ישנם 5 סוגים שונים: U1, U2, U4, U5, U6.
             • הם אלו שמזהים את הרצפים ברנ"א יש לחתוך ומתחילים את ההליך הכימי באמצעות זיווג בסיסים.

         • ה - Alternative splicing:

           • חוסר הדיוק בחיתוכים מאפשר ליצור חלבונים שונים מאותו גן על ידי בחירה אילו אקסונים לחבר.
           • כ - 95% מהגנים האאוקריוטים נחתכים ביותר מדרך אחת.
           • חשוב כדי לייצר שינויים מועילים אך גם יכול לגרום למחלות.
           • סוגי המוטציות בגיוון ה splicing:
             • דילוג על אקסון שלם.
             • שימוש באתר splicing חדש.
             • הכנסת אקסון חדש.

      3. תהליך ה - polyadenylation (בקצה 3'):

         • הוספת זנב של כ - 200 נוקלאוטידים מסוג אדנין A על ידי האנזים PAP.

    • ה - snoRNA:

      • יחידות רנ"א קטנות שנמצאות בגרעינון.
      • מסמנות איפה לבצע חיתוכים ומודיפיקציות ב - rRNA הראשוני כדי שיהפוך ל - rRNA בוגר.