נוסח השאלה המלא: כמה זמן אורכים השלבים עד לסינתיזת חלבון (בממוצע), כלומר- שיעתוק, שיחבור, תרגום, הכנת החלבון לפעולה.
החלבון בתאים נוצר על ידי הריבוזום ומבוסס על תרגום הרצף המצוי במולקולת mRNA (RNA שליח) לרצף של חומצות אמיניות, על בסיס הקוד הגנטי. כפי שתיארת נכונה בשאלתך, לתרגום קודמים תהליכים נוספים אשר גם אותם יש לקחת בחשבון. יצירת ה-mRNA מתחילה בשעתוק וממשיכה בתהליכי עיבוד הכוללים את סימון קצוות המולקולה (Capping), שחבור (Splicing) ולעתים אף עריכה של הרצף (mRNA editing). לאחר מכן, נדרש שינוע של מולקולת ה-mRNA לאתר התרגום. בתאים אאוקריוטים מתבצע "ייצוא" של mRNA מהגרעין – בו מתבצע השיעתוק, אל הציטופלסמה – בה מתבצע התרגום. בנוסף, הולכות ומצטברות עדויות, לפיהן רוב מולקולות ה-mRNA משונעות לאתרים ספציפיים בתא בהם מתרחש התרגום. למשל בתאי עצב, לאחר הייצוא מהגרעין לציטופלסמה, קיימות מולקולות mRNA שמשונעות עד לקצה האקסונים לפני שתחלנה להיות מתורגמות. היתרון של מנגנון זה, הוא בכך שתוצרי תרגום אילו הם חלבונים שאמורים לפעול אך ורק בקצות האקסונים. בחיידקים, שהינם חסרי גרעין, יכול להיות צימוד בין השיעתוק לתרגום, כך שמולקולת mRNA תחל להיות מתורגמת עוד בטרם הסתיים שיעתוקה. יחד עם זאת, גם בחיידקים מצטברות עדויות לפיהן קיימת בקרה על שלב התרגום. כמו כן ייתכן שגם בחיידקים מולקולות ה-mRNA משונעות לאתרים ייעודיים בציטופלסמה בטרם תחלנה להיות מתורגמות. לסיכום, על מנת להעריך את הזמן הנחוץ ליצירת חלבון, יש להביא בחשבון את השלבים של יצירת ה-mRNA, את שינועו ואת תרגומו.
סקרתי 5 מחקרים הבודקים את מהירות השיעתוק: בחיידק אי קולי נמצא, שמהירות השיעתוק היא 8-18 נוקלאוטידים לשנייה. בהנחה שאורכו של mRNA ממוצע הוא בסביבות 1000 נוקלאוטידים, משך השיעתוק בחיידק הוא בסדר גודל של דקה עד דקות בודדות למולקולה. שיעתוק של גנים ויראלים בחיידק הוא מהיר בהרבה: למשל פאג' T7 אשר תוקף חיידקי אי קולי, נושא עימו אנזים RNA polymerase המבצע, בתוך החיידק, שיעתוק של הגנים הויראלים בקצב המהיר פי 8. בתאי יונקים, מחקרים מצאו שקצב השיעתוק מעט מהיר יותר מבחיידקים; 18-72 נוקלאוטידים לשנייה. אך יש לזכור שבתאי יונקים אורך ה-mRNA ארוך בממוצע לפחות פי עשרה מבחיידקים, בנוסף, שלבי העיבוד רבים יותר וכן דרוש ייצוא של המולקולה מהגרעין לציטופלסמה. מחקר אשר שקלל את תהליכי השיעתוק, העיבוד והייצוא מהגרעין בתאי יונקים, הראה שמשך הזמן הדרוש לשלבים אילו הוא 5-40 דקות.
סרטון המתאר את תהליך השיעתוק (תורגם על ידי צוות מכון דוידסון). הסרטון הופק במסגרת פרוייקט virtual cell של אוניברסיטת צפון דקוטה בארה"ב.
מסקירת 5 מחקרים הנוגעים למהירות התרגום, ניתן לומר שלמרות שהריבוזום מסוגל לתרגם בקצב מהיר של עד 20 חומצות אמיניות לשנייה (אשר תיאורטית מאפשר לתרגם חלבון באורך של 200 חומצות אמיניות תוך 10 שניות), הרי ששלבים מסוימים בתרגום, (במיוחד שלבי האתחול והסיום) הם איטיים יותר. כך, הזמן הדרוש לתרגום חלבון ממוצע הוא בסדר גודל של דקות.
סרטון המתאר את תהליך התרגום (תורגם על ידי צוות מכון דוידסון). הסרטון הופק במסגרת פרוייקט virtual cell של אוניברסיטת צפון דקוטה בארה"ב.
לסיכום, התשובה לשאלתך היא שהזמן המינימאלי הנחוץ לייצור חלבון, החל מתחילת השיעתוק הוא בסדר גודל של עשר דקות. יחד עם זאת, מספר זה עשוי להשתנות בהתאם למאפייני החלבון ואמצעי הבקרה השולטים על ייצורו. בתאים מסוימים, עבור חלבונים מסוימים, משך הזמן שעובר מתחילת השיעתוק ועד סיום ייצור החלבון הוא ארוך בהרבה, ואף ייתכן שבמידה וקיימת בקרה קפדנית על התרגום, תיוצרנה מולקולות mRNA, אשר לא תתורגמנה לעולם.
מאת: דניאל בן-הלוי
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
