תהליך יצירת החלבונים

גופנו מורכב מתאים רבים, שלכל אחד מהם יש מקום משלו ותפקיד משלו. כדי לבצע את תפקידיו השונים נעזר התא במכונות זעירות שנקראות אנזימים או חלבונים. על מנת לייצר את החלבונים במינון ובעיתוי הנכון זקוק התא ל"חוברת הוראות הפעלה" ולשם כך קיים ה-DNA, שמרכז את המידע התורשתי של גופנו. הוא פועל כמעין תבנית לייצור החלבונים.

בסרטון שלפנינו מתואר תהליך הייצור של החלבון מרגע השעתוק, דרך תרגום ועד לקיפול שלו:

פרוייקט הגנום האנושי הוא פרויקט אדיר בהיקפו שארך כ-16 שנה (2006-1990) ובמסגרתו פוענח מבנה הגנום האנושי בדיוק של 99.9 אחוז. מאז שהושלם רשמית הפרויקט ממשיך להתקדם לחקר אזורים לא ממופים בין הגנים. חשיבותו של הפרויקט אדירה והוא תרם רבות וממשיך גם היום לתרום לחקר המנגנונים המולקולריים בגוף האדם ולהבנתם. במקביל אליו פועלים מיזמים נוספים שמטרתם לפענח את הגנומים של חיות ושל צמחים רבים בעלי חשיבות, כמו עכברים, קופים, חיטה, אורז ועוד.

תהליך ייצור החלבונים מתואר כרצף הבא: DNA←RNA←חלבון. ה-DNA הוא רצף של מולקולות בשם נוקלאוטידים מארבע סוגים, כך שקומבינציות של שלושה נוקלאוטידים מקודדות לחומצת אמינו אחת. וחומצות אמינו הן אבני היסוד של החלבונים.

שעתוק, תרגום וקיפול

ראשית ה-DNA נפתח לשני הגדילים שלו. לאחר מכן עובר אנזים בשם RNA פולימראז ומשלים את הגדיל עם נוקלאוטידים מסוג מעט שונה. אחרי שהוא מסיים את התהליך, הגדיל החדש (RNA) נפרד מה-DNA ויוצא מגרעין התא דרך מעבר מיוחד. לאחר מכן ה-DNA חוזר למצב הדו-גדילי.

אחרי שה-RNA שזה עתה נוצר מגיע לנוזל התוך תאי (ציטופלזמה), מתחבר אליו הריבוזום. הריבוזום מעגן את ה-RNA ומאפשר קישור של tRNA, שתפקידו לזהות את הרצף של ה-RNA ולהתאים חומצת אמינו לכל קבוצה של שלושה נוקלאוטידים, לפי קוד קבוע מראש. ה-tRNA הוא למעשה רצף של שלושה נוקלאוטידים שמחוברים בצדם השני לחומצת אמינו אחת. שלושת הנוקלאוטידים מזהים את השלישייה המשלימה שלהן ב-RNA ונקשרים אליה.

התרגום מתחיל בכך ששני tRNA נקשרים ל-RNA זה לצד זה, הריבוזום קושר אותם יחד ונע קדימה לאורך גבי גדיל ה-RNA כדי לקלוט tRNA חדש. כל הריבוזום מתקדם, חומצות אמינו נקשרות זו לזו עד לתום גדיל הRNA. אחרי שכל חומצות האמינו נקשרו, הריבוזום מתנתק והחלבון שנוצר זה עתה מנויד לאתר הפעילות שלו על ידי חלבונים אחרים שזה תפקידם.

יש דרכים רבות שבהן החלבון יכול להתקפל, החל בקיפול ספונטני בתוזל התוך תאי וכלה בקיפול בסיוע חלבונים נוספים ברשת האנדופלסמטית או בממברנה. הקיפול יוצר את המצב היציב ביותר של החלבון ובמצב הזה החלבון גם מבצע את תפקידו. קיפול לא נכון של החלבון עלול לשבש את פעילותו או חמור מכך – ליצור גושי חלבון שיפריעו לתא לתפקד.