14

‫מבוא לביולוגיה של התא‬ ‫המרצה‪ :‬פרופ' אורנה אלרואי שטיין‬

‫‪07/04/2005‬‬ ‫הרצאה מס' ‪14‬‬

‫עמוד ‪ 1‬מתוך ‪3‬‬

‫הרצאה ‪ :14‬מיוזה‬ ‫תזכורת‪ :‬מיטוזה – חלוקת התא ליצירה של שני תאי בת זהים לחלוטין מבחינה גנטית לתא האם וגם ביניהם‪.‬‬ ‫רבייה מינית התפתחה לא לצורך התרבות כי ניתן להתרבות בצורות לא מיניות‪ .‬חיידקים מתרבים במיטוזה‪ ,‬תולעים‬ ‫וחסרי חוליות אחרים יכולים להתרבות באוטוטומיה או הנצה‪ .‬רבייה מינית מטרתה להגדיל את המבנה הגנטי‪ .‬בכל‬ ‫מחזור של רפליקציה של ‪ DNA‬יש מוטציות‪ .‬אומנם אלו מוטציות מועטות‪ ,‬כי קיימים מנגנוני הגהה ותיקון‪ .‬מוטציות כאלו‬ ‫הן המניעות את תהליך האבולוציה‪ .‬מנגנון הרבייה המינית הוא מנגנון נוסף שמניע את האבולוציה‪ .‬שני פרטים יוצרים‬ ‫יצור בעל מטען גנטי שהוא שילוב של תכונות ההורים‪.‬‬ ‫הגנום יכול להיות האפלואידי או דיפלואידי‪ .‬גנום דיפלואידי הוא גנום המכיל ‪ 2‬סטים של כרומוזומים‪ ,‬אחד מהאב‪ ,‬ואחד‬ ‫מהאם‪ .‬גנום האפלואידי מכיל סט כרומוזומים אחד‪ .‬גנומים האפלואידים חשובים לתהליך הרבייה המינית‪ .‬כאשר‬ ‫מאחדים שני תאים‪ ,‬ורוצים לקבל תא דיפלואידי‪ ,‬צריך שהתאים המתאחדים יהיו האפלואידים‪ ,‬וביחד הם יתנו תא‬ ‫דיפלואידי‪.‬‬ ‫מיוזה – חלוקת הפחתה – הפחתת מס' הכרומוזומים ממס' דיפלואידי למספר האפלואידי‪.‬‬ ‫בתאים המתרבים ברבייה מינית‪ ,‬בנוסף לתאי הגוף הרגילים שלהם )התאים הסומטים(‪ ,‬יש תאים נוספים שהם תאים‬ ‫האפלואידים‪ .‬אלו נקראים ‪ germ-cells‬או תאי מין‪ .‬תא הפלואידי נקבי נקרא ביצית‪ ,‬ותא האפלוידי זכרי נקרא זרע‪ .‬שני‬ ‫התאים ההאפלואידים האלו יכולים להתאחד בתהליך הפריה ‪ ,fertilization‬ומתקבל תא דיפלואידי בשם זיגוטה )‪.(zigota‬‬ ‫הזיגוטה הוא מעין תא סומטי‪ .‬הזיגוטה עוברת הרבה מאוד מיטוזות‪ ,‬ליצירת עובר שלם‪ .‬בעובר הזה יהיו הרבה תאים‬ ‫סומטים‪ ,‬ותאי מין‪ ,‬שיווצרו בתהליך של מיוזה‪.‬‬ ‫תהליך המיזה מתבצע בשחלות )בנקבה( או באשכים )בזכר(‪ ,‬מכיוון שמיוזה מטרתה ליצור תאי מין הפלואידים‪..‬‬ ‫אין מיוזה בשום מקום אחר בגוף‪.‬‬ ‫הגדרת מושגים‪:‬‬ ‫פנוטיפ – הביטוי של תכונה כלפי חוץ כתוצאה של ביטוי גנים‪.‬‬ ‫הפנוטיפ הנורמלי נקרא ‪ ,Wild type‬והפנוטיפ הלא תקין נקרא ‪.mutant‬‬ ‫גנוטיפ – רצף הנוקלאוטידים בגנים שמקודד לתכונה‪.‬‬ ‫לוקוס = אתר – מיקום מדויק של גן בכרומוזום‪.‬‬ ‫אלל – אלטרנטיבה של גן‪ .‬רצף נוקלאוטידים מסוים בגן‪ .‬האלל התקין מסומן באות גדולה )‪ .(A‬אלל לא תקין מסומן‬ ‫באות קטנה )‪.(a‬‬ ‫לכל פרט יש מספר דיפלואידי של כרומוזומים‪ .‬אם הפרט קיבל את אותו האלל משני ההורים‪ ,‬הוא ייקרא הומוזיגוט‪.‬‬ ‫הומוזיגוט ‪ AA‬יראה נורמלי‪ ,‬מבחינה פנוטיפית‪ .‬הומוזיגוט ‪ aa‬יהיה מוטנט מבחינה פנוטיפית‪ .‬פרט שקיבל שני אללים‬ ‫שונים ייקרה הטרוזיגוט ‪ .Aa‬האלל הדומיננטי הוא זה שיתבטא בפנוטיפ‪ .‬הרצסיבי לא יתבטא‪ ,‬אלא אם כן הופיע‬ ‫כהומוזיגוט‪.‬‬ ‫לגן מסוים יכולים להיות אלל אחד‪ ,‬שניים וגם יותר‪ .‬בכל יצור יש עד שני אללים‪.‬‬ ‫ברמת החלבון יתכנו סוגים שונים של מוטציות‪:‬‬ ‫בלתי נראות )‪ :(Silent mutation‬מכיוון שהן באינטרון או שהן נמצאות באקסון‪ ,‬אך הן לא משנות את החומצה האמינית‪.‬‬ ‫מוטציות בהן מתחלפת חומצה אמינית‪ ,‬אך פעילות החלבון ומבנהו לא משתנים בעקבות זאת‪ .‬מבחינה פנוטיפית זוהי‬ ‫‪ ,Silent mutation‬אך לא כן מבחינת הגנוטיפ‪.‬‬ ‫יש מוטציות שמשפיעות על מבנה החלבון‪:‬‬ ‫‪ - Loss of function mutation .1‬השינוי גורם לכך שהאזור הפעיל בחלבון מאבד את יכולת הפעולה‪ ,‬או שחלק מהחלבון‬ ‫נקטע‪ ,‬מכיוון שהמוטציה גרמה להכנסת קודון ‪ STOP‬באמצע החלבון‪ .‬אלו מוטציות שגורמות לחבון לא לתפקד‪ ,‬ולכן‬ ‫נקראות ‪ .loss of function mutation‬אם יש אלל אחד שגורם לאיבוד הפעילות‪ ,‬אך האלל השני מקודד לחלבון התקין‪,‬‬ ‫האלל התקין יחפה על האלל הפגום‪ .‬במקרה כזה אומרים שזו מוטציה רצסיבית‪.‬‬ ‫‪ – Gain of function .2‬מוטציה שגורמת לשינוי הפעולה של האתר הקטליטי בחלבון‪ .‬אלל למוטציה כזו הוא דומיננטי‪.‬‬ ‫מוטציה רצסיבית‪.‬‬ ‫גמטות = תאי מין‬ ‫יש שני סוגי תאי מין‪ :‬ביצית וזרע‪.‬‬ ‫הביציות הן גדולות ונייחות‪ .‬הזרעים הם קטנים מאוד וניידים‪.‬‬ ‫הפרייה‪ :‬תא זרע הפוגש בתא ביצית‪ ,‬ומכניס את הגרעין שלו‪ ,‬את המטען הגנטי שלו‪ ,‬לתוך הביצית‪.‬‬ ‫מטרת תא הזרע היא העברת המטען הגנטי‪ .‬התאמות המבנה לתפקיד‪:‬‬ ‫תא קטן‪ ,‬רובו הוא הגרעין‪ ,‬מכיל מכיל מעט מאוד ציטופלסמה‪.‬‬ ‫‬‫בעל שוטון‪ ,‬שמאפשר לו תנועה על מנת שיוכל להגיע לביצית‪.‬‬ ‫‬‫מיטוכונדריה רבים בבסיס השוטון שמספקות אנרגיה לצורך התנועה‪.‬‬ ‫‬‫בביצית‪:‬‬ ‫‬‫‪-‬‬

‫תא סומטי טיפוסי‬ ‫בהרבה מתא ביצית‪.‬‬

‫קטן‬

‫גרעין המכיל את המטען הגנטי‪.‬‬ ‫ציטופלסמה מאוד עשירה בחומרי מזון שמשמשים את העובר בתחילת דרכו‪.‬‬

‫סיכום‪ :‬גבריאל מירקוס‬

‫מבוא לביולוגיה של התא‬ ‫המרצה‪ :‬פרופ' אורנה אלרואי שטיין‬

‫‪07/04/2005‬‬ ‫הרצאה מס' ‪14‬‬

‫עמוד ‪ 2‬מתוך ‪3‬‬

‫בתהליך ההפרייה תא הזרע מחדיר את המטען הגנטי לביצית‪ ,‬ומרגע איחוד המטענים הגנטים מתקבל תא דיפלואידי‪,‬‬ ‫הוא הזיגוטה‪ .‬הזיגוטה נחשב תא סומטי‪ ,‬שממנו יתפתח עובר שלם‪ .‬חלק מהתאים שמתפתחים מהזיגוטה במיטוזה‪,‬‬ ‫עוברים חלוקה מיוטית ליצירת תאי המין‪ .‬אלו בתורם יתאחדו עם תא מין של המין השני‪ ,‬ויתנו זיגוטה חדשה‪.‬‬ ‫כאמון מיוזה הוא תהליך המתבצע רק לצורך יצירה של תאי מין‪ ,‬והיא מתרחשת אך ורק בשחלות ובאשכים‪.‬‬ ‫הגדלת המגוון הגנטי‪:‬‬ ‫רבייה מינית מגדילה כאמור את המגוון הגנטי‪ .‬איך זה מתבצע? ניקח לדוגמה תא בעל שלושה‬ ‫כרומוזומים‪ .‬שני הכרומוזומים בזוג נקראים כרומוזומים הומולוגים‪ .‬כרומוזומים הומולוגים הם כמעט‬ ‫זהים‪ ,‬אך הם לא זהים לחלוטין‪ .‬כרומוזומים הומולוגים לא בהכרח מכילים את אותם האללים‪ ,‬ומזה‬ ‫נובע השוני ביניהם‪ .‬לאחר מיוזה ניתן לקבל ‪ 8‬גמטות שונות‪ ,‬ובאופן כללי‪ ,‬מ‪ 2n-‬כרומוזומים ניתן‬ ‫לקבל ‪ 2n‬גמטות שונות מפרט מסוים‪.‬‬ ‫באדם ‪ n=23‬כרומוזומים‪ .223=8.4x106 .‬המספר הזעצם הזה‪ ,‬נותן מגוון גנטי רב‪ ,‬אך במציאות‬ ‫רואים מספר גבוה יותר של אפשרויות‪ .‬למעשה‪ ,‬מספר האפשרויות לגמטות שונות הוא אינסופי‪,‬‬ ‫מכיוון שלפני החלוקה הכרומוזומים ההומולוגים עושים החלפות מידע ביניהם‪.‬‬ ‫התופעה הזו נקראת רקומבינציה הומולוגית‪ ,‬שחלוף גנטי או ‪ .crossing over‬לכל כרומוזום‬ ‫הומולוגי בתאים סומטיים שני כרומטידות‪ .‬הכרומוזומים ההומולוגים יוצרים קשר בין כרומטידות לא‬ ‫אחיות‪ .‬שני כרומוזומים הומולוגים הנצמדים בזמן המיוזה לצורך החלפת חומר גנטי נקראים‬ ‫‪ .bivalent‬מיוזה ומיטוזה מתרחשות תמיד לאחר שלב הרפליקציה‪,‬‬ ‫ולכן יש בכל כרומוזום שתי כרומטידות‪ .‬נקודת המגע שנוצרת לצורך‬ ‫השחלוף הגנטי נקראת ‪ .chiasma‬בדרך כלל יש יותר מכיאסמה‬ ‫אחת‪ .chiasmata 2-3 ,‬ה‪ chiasma-‬יכולה להיות בין כל שתי‬ ‫כרומטידות לא אחיות‪ .‬כתוצאה משחלוף האללים מוזזים לאותו‬ ‫הלוקוס בכרומטידה אחרת‪ .‬הכרומטידות החדשות יפרדו על פי‬ ‫מיקום הצנטרומרים‪ .‬כל שני צנטורמרים הומולוגים קשורים זה לזה‪,‬‬ ‫וכך נקבע אילו כרומטידות יצוותו‪.‬‬ ‫יש כיאסמות גם בין כרומוזומי ‪ X‬ו‪ ,Y-‬למרות שאין ביניהם דמיון‪ ,‬הם‬ ‫אפילו שונים בגודלם‪ .‬יש דמיון במקטע מסוים בין הכרומוזומים‬ ‫האלה‪ ,‬וכך הם מזהים זה את זה‪.‬‬ ‫כיצד מפרידים כרומוזומים הומולוגים )=ביצוע ההפחתה(?‬ ‫דרושים מספר שלבים‪:‬‬ ‫זיהוי הכרומוזומים‪.‬‬ ‫‬‫הצמדת כרומוזומים הומולוגים )לצורך סידור ושחלוף(‪.‬‬ ‫‬‫סידור הכרומוזומים על מישור החלוקה‪.‬‬ ‫‬‫משיכת הכרומוזומים‪ ,‬אחד לכל תא בת‪.‬‬ ‫‪-‬‬

‫השלב המקדים למיוזה‪ :‬אינטרפאזה‬ ‫שלב המיוזה מתחיל לאחר הרפליקציה של ה‪ ,DNA-‬כך שלכל כרומוזום יש כרומוזום הומולוגי‪ ,‬בעל מספר דיפלואידי של‬ ‫כרומוזומים‪ ,‬אחרי שכפול‪.‬‬

‫הפרופאזה הראשונה של המיוזה –‬ ‫‪ :Leptotene‬הצמדת הכרומטידות האחיות‬ ‫מטרתה – להתכונן להרפדה בין כרומוזומים הומולוגים‪ .‬בשלב ראשון‬ ‫חלבונים נצמדים לאורך הכרומוזומים‪ ,‬על מנת למנוע רקומבינציה‬ ‫בתוך כרומטידות אחיות‪ .‬ההצמדה מעט שונה ממה שמתרחש‬ ‫במיטוזה‪ .‬הסידור בהצמדה זו מאפשר רקומבינציות רק בין כרומטידות‬ ‫לא אחיות‪ .‬הכרומוזומים נדחסים‪ ,‬ולכן הגרעינון נעלם‪.‬‬ ‫‪ :Zygotene‬זיהוי של הכרומוזומים ההומולוגיים אחד את השני‬ ‫הזיהוי מתבצע על ידי ‪ .base pairing‬רוב הכרומוזומים ההומולוגיים זהה בשניהם‪ .‬הזיהוי מתבצע בנקודות מסויימות‪,‬‬ ‫ולאחר מכן‪ ,‬כמו ריצ'‪-‬רצ'‪ ,‬חלבונים בשם ‪ synaptonemal complex‬מצמידים את הכרומוזומים ההומולוגים אחד לשני‬ ‫לאורכם‪.‬‬ ‫‪ :Pachytene‬הצמדה מוחלטת בין הכרומוזומים ההומולוגים‬ ‫זהו השלב הארוך יותר‪ ,‬בו מתחיל השחלוף‪ .‬זהו בעצם הביולנט‪ .‬שני כרומוזומים הומולוגיים צמודים זה לזה‪ ,‬כך שהם‬ ‫נראים כיחידה אחת‪ .‬ברגע שנוצרו ‪ ,chiasmata‬הכרומוזומים ההומולוגים קשורים ביניהם דרך ה‪ ,DNA-‬ולכן עוברים לשלב‬ ‫הבא‪:‬‬ ‫‪ :Diplotene‬פירוק חלבוני ‪synaptonemal complex‬‬ ‫הפירוק מתבצע מכיוון שאין צורך בחלבוני ה‪ .synaptonemal complex-‬רואים שני כרומוזומים הומולוגים‪ .‬שני הכרומוזומים‬ ‫ההומולוגים עדיים צמודים ב‪ .chiasma-‬השחלוף טרם הסתיים‪ .‬כרומטידות אחיות צמודות עדיין מאוד‪.‬‬ ‫‪ :Diakinesis‬הפרדת הכרומטידות האחיות‬ ‫החלבונים שהצמידו את שתי האחיות מתפרקים‪ 4 ,‬כרומטידות נפרדות‪ ,‬אך עדיין יש קשרים באמצעות ה‪.chiasmata-‬‬ ‫בשלב הפרופאזה הראשונה הקינטוכורים נבנים‪ ,‬כך שהם יהיו מסודרים על כרומטידות אחיות לאותו כיוון‪ ,‬מכיוון‬ ‫שהמשימה היא לא להפריד בין כרומטידות אחיות‪ ,‬אלא בין כרומוזומים הומולוגים‪.‬‬

‫סיכום‪ :‬גבריאל מירקוס‬

‫מבוא לביולוגיה של התא‬ ‫המרצה‪ :‬פרופ' אורנה אלרואי שטיין‬

‫עמוד ‪ 3‬מתוך ‪3‬‬

‫‪07/04/2005‬‬ ‫הרצאה מס' ‪14‬‬

‫בסוף הפרופאזה הראשונה‪:‬‬ ‫הכרומטידות קשורות זו לזו באמצעות ה‪ chiasmata-‬ובאמצעות הצנטרומרים‪.‬‬ ‫לקראת הסיום – ממברנת הגרעין מתפרקת‪.‬‬ ‫חשוב להדגיש‪ ,‬יש הבדל באורך השלבים בפרופאזה הראשונה בין זכר לנקבה‪ .‬בנקבה‪ ,‬הביציות מוכנות כביציות עוד‬ ‫בעובר‪ .‬הביציות האלה נמצאות בתוך הפרופאזה הראשונה ונתקעות שם‪ .‬הן נתקעות במשך כל שנות חיי הנקבה בשלב‬ ‫הפכיטן‪ .‬בשלב מסוים בבגרות‪ ,‬מתקבל אות בביצית להמשיך בפרופאזה‪ ,‬ועד סוף המיוזה‪ .‬לעומת זאת‪ ,‬תא זרע נוצרים‬ ‫כל הזמן באשך‪ .‬השלבים הם מהירים מאוד‪ .‬הבדל נוסף הוא שתא זרע מתמיין מורפולוגית רק בסוף המיוזה‪ .‬הביצית‬ ‫נמצאת כביצית גדולה וממויינת מראש‪.‬‬

‫החלוקה המיוטית השנייה‪:‬‬ ‫מתחילה מיד לאחר הראשונה‪ ,‬מפרידה בין הכרומטידות ויוצרת ‪ 4‬תאים‪ .‬תוצר החלוקה הראשונה יש שני תאים עם שתי‬ ‫כרומוזום בעל שתי כרומטידות‪ .‬ממברנת הגרעין נבנית‪ ,‬ה‪ DNA-‬עובר דה‪-‬קונדנסציה לזמן קצר לצורך שיעתוקים שדרוש‬ ‫לעשות‪ .‬כעת אין רפליקציה נוספת‪ .‬התא נכנס שוב לפרופאזה‪ .‬הכרומוזומים נדחסים ונבנים קינטוכורים חדשים‪,‬‬ ‫שבנויים לכיוונים מנוגדים‪ ,‬כך שניתן יהיה להפריד בין כרומטידות אחיות‪ .‬ממברנת הגרעין מתפרקת‪ ,‬ומתבצעת מיטוזה‬ ‫רגילה‪ ,‬כפי שנלמד בהרצאה הקודמת‪.‬‬ ‫ההבדלים בין החלוקה המיוטית הראשונה לבין החלוקה המיטוטית השנייה‪:‬‬ ‫החלוקה המיוטית הראשונה‬ ‫הפרדה בין כרומוזומים הומולוגים‬ ‫דרוש סיגנל להפרדת הכיאזמטה‪.‬‬ ‫הקינטוכורים על כרומטידות אחיות פונים לאותו כיוון‬ ‫כרומוזומים הומולוגים צמודים זה לצד זה על מישור‬ ‫החלוקה‪.‬‬

‫החלוקה המיטוטית השנייה‬ ‫הפרדה בין כרומטידות אחיות‬ ‫דרוש סיגנל לפירוק הקוהזין והחלבון המחבר בין‬ ‫הקינטוכורים‪.‬‬ ‫הקינטוכורים על כרומטידות אחיות פונים לכיוונים שונים‬ ‫כרומוזומים הומולוגים נמצאים על מישור החלוקה‪ ,‬אך לא זה‬ ‫לצד זה‪.‬‬

‫תוצר המיטוזה‪ :‬שני תאים דיפלואידים סומטיים המתקבלים על ידי חלוקה של תא‪ ,‬לאחר שכפול ה‪.DNA-‬‬ ‫תוצר המיוזה‪ :‬ארבעה תאי מין האפלואידיים ‪ ,‬המתקבלים על ידי חלוקת כפולה של תא‪ ,‬לאחר שכפול ה‪.DNA-‬‬ ‫‪:Non-disjunction‬‬ ‫בעיה בה הפרדת הכרומוזומים בשלב הראשון של החלוקה המיוטית נכשלת‪ .‬זה יכול גם לקרות במיטוזה‪ ,‬אבל אז אין‬ ‫בעיה‪ ,‬כי רק תא אחד נפגם‪ .‬כאשר זה קורה בתאי מין כל העובר יסבול מבעיה גנטית‪ .‬כתוצאה מהתופעה הזו נוצר תא‬ ‫בעל טריזומיה‪ .‬עם הגיל יש הצטברות של נזקים שיכולה לגרום לתופעה שלילית זו‪ .‬מעל גיל ‪ 40‬בנשים הסיכון גדול‪,‬‬ ‫וכמו כן יש נטייה גנטית מוקדמת לתופעה‪.‬‬ ‫סכימה מסכמת לתהליך המיוזה לעומת תהליך המיטוזה‪:‬‬

‫סיכום‪ :‬גבריאל מירקוס‬