אבולוציה ותורשה

אנמיה חרמשית היא מחלת דם תורשתית הגורמת להמוגלובין, המצוי בתאי הדם האדומים ואשר נושא חמצן לכל תאי הגוף, להיווצר בצורה לקויה. שם המחלה נובע מצורתם האופיינית של תאי הדם האדומים – צורה חרמשית.

הידעת?
אנמיה חרמשית נפוצה יחסית באפריקה ובמזרח אסיה, בעיקר באזורים נגועי מלריה. הסיבה היא שהמבנה המעוות של תא דם אדום חולה מקשה ככל הנראה על טפיל הפלסמודיום, שמעביר את המלריה, לחדור לתאי הדם האדומים ולכן מקנה לחולה עמידות בפני המחלה הקטלנית. אם כך, האם המחלה במקומות אלה היא יתרון? האם יש מוטציות "טובות"?

זוהי מחלה גנטית הנובעת בראש ובראשונה מאלל פגום של הגן HBB. הגן הזה ממוקם על גבי כרומוזום 11.
בבני אדם בריאים הגן HBB מכיל הוראות לייצור החלבון גלובין, שהוא אחד ממרכיבי ההמוגלובין. במקרה של מוטציה, חומצת האמינו גלוטמט הנמצאת במולקולת הגלובין מוחלפת בחומצת האמינו ואלין, דבר שגורם לייצור חלבוני גלובין לקויים, ומכאן להמוגלובין שלא נושא את החמצן במידה מספקת.

אנשים עם שני עותקים של הגן חולים במחלה. אנשים הנושאים עותק אחד בלבד של גן אינם חולים במחלה, אך עשויים להעביר את הגן לילדיהם. מכיוון שבכל תא ישנם זוג כרומוזומים הומולוגיים, במקרה שבו רק אחד מהם נושא גן פגום הגוף מייצר גם המוגלובין תקין. כשבשני הכרומוזומים מצויים גנים פגומים, אזי כל התאים האדומים מכילים המוגלובין פגום ואספקת החמצן הלקויה מסכנת את חיי החולה סכנה של ממש.

שלב ראשון – יצירת רצף DNA 

• כל משתתף מקבל הדפסה של קטע מרצף הגן התקין ומרצף הגן הפגום.
• יוצרים את שני הרצפים מדובוני גומי בארבעה צבעים ומקיסמי שיניים לכדי גדיל וגדיל משלים. לדוגמה: A – אדום T – ירוק    C – כתום     G – צהוב

ניתן להיעזר במערך הפעילות בונים ואוכלים DNA

שלב שני – יצירת RNA, תיעתוק 

 תהליך התיעתוק (נקרא גם שיעתוק) ובאנגלית Transcription. בתהליך זה נוצר גדיל RNA על גבי אחד מגדילי ה­­-DNA.

ה-DNA מורכב מגדיל כפול. בתחילת התהליך נפרם הגדיל הכפול ורק אחד הגדילים משמש תבנית ליצירת ה-RNA. גדיל זה קרוי גדיל התבנית, הגדיל השני, שאינו מתועתק, קרוי הגדיל המקודד (שימו לב כי הרצף של הגדיל המקודד זהה לרצף ה-RNA, פרט לעובדה שהוא מכיל תימין במקום אורציל).

איך יודעים מיהו הגדיל התבנית?
גדיל ה-RNA מסונתז, כמקובל בכתיב הגנטי, מקצה ה-'5 ועד לקצה ה-'3. גדיל התבנית של ה-DNA מסודר בצורה הפוכה, מ-'3 ועד ל-'5.

בתרגיל זה במקביל לדימוי תהליך התיעתוק ננסה גם לגלות מי משני הגדילים שיצרנו הוא גדיל התבנית, מכיוון שרק הוא יקבע את רצף חומצות האמינו הדרושות ליצירת חלבון הגלובין התקין.

• מתעתקים את אחד הגדילים של כל אחד ממקטעי ה-DNA (תקין או פגום) לגדיל RNA. יש לשים לב שאת הנוקלאוטיד T מחליף U, לכן במקום דובון גומי ירוק יופיע U – כחול.
  
• מחלקים את שני רצפי ה-RNA לקודונים (משמאל לימין) ומסמנים את הקודון השונה.

שלב שלישי – תרגום RNA לחלבון

• מקבלים את לוח הקודונים וחומצות האמינו. מתרגמים את שני רצפי ה-RNA לרצפי חומצות אמינו.
• ניתן להשתמש במדבקות צבעוניות. לסימון חומצות האמינו השונות. היעזרו בטבלת הקיצורים בכדי לייצג אותן:
• השוו את רצף חומצות האמינו שהתקבלו מכל אחד מהגדילים שתועתק למבנה הגלובין. וקיבעו מיהו גדיל התבנית ומיהו המקודד.שאלות לסיכום ודיון
  • איך תסבירו שמוטציה נקודתית יחידה גרמה למחלה שמתבטאת באנמיה – חוסר חמצן?
  • אנמיה חרמשית היא מחלה תורשתית רצסיבית. מה פירוש הדבר?
  • האם יכול להיוולד ילד חולה לזוג הורים בריאים?
  • האם יש מוטציות "טובות"?
  • האם ניתן לאבחן אנמיה חרמשית בבדיקת מי שפיר?
  • מה הקשר בין מוטציות ואבולוציה?

   

   

  ציוד וחומרים:

  • דף ובו רצף DNA המקודד לקטע גלובין תקין וקטע גלובין פגום
  • סוכריות דובוני גומי בחמישה צבעים
  • קיסמי שיניים
  • מדבקות צבעוניות (לא חייבים)
  • לוח קודונים וחומצות אמינו