חלבונים

על צמחונים וחלבונים

איך נוצרים חלבונים? ביולוגיה מולקולרית: שיעתוק וביטוי גנים שכפול ה-DNA תרגום הקוד הגנטי מוטציות

מצעד הכוכבים: המוגלובין, חלבוני האבולה AKA כוחות הרשע

חלבונים הם קבוצה של מולקולות אורגניות הממלאות תפקידים מגוונים בתאים של יצורים חיים.

מקור: מכון דוידסון למדע

ידועים כ- 100,000 חלבונים שונים, ביניהם יש חלבונים המשמשים ל:

1. חלבוני מבנה - למשל חלבוני שלד התא

2. אנזימים - המאפשרים את פעולות החיים (מטבוליזם): הם מפרקים (מזרזים תהליכים קטבוליים) ומרכיבים (מזרזים תהליכים אנבוליים). לדוגמה האנזימים המשתתפים בתהליך הנשימה התאית או האנזימים המשתתפים בתהליך הפוטוסינתזה.

3. הורמונים כמו הורמון הגדילה, אינסולין ו-ADH הם חלבונים קטנים, פפטידים

4. נוגדנים בפלסמה הם חלבונים

5. חלבוני איתות (signaling) המעורבים בתקשורת שבין תאים ובין חלקים בתוך התא.

6. נשאים, תעלות ומשאבות (transporters, channels, pumps) - המעבירים חומרים מחוץ לתא אל תוך התא או להיפך, דרך הממברנה

7. חלבונים נוספים המבצעים תפקידים ייחודיים בתאים ממויינים (מומחים ומותאמים לתפקוד מסויים). לדוגמה, חלבוני כיווץ שריר - מיוזין, חלבון בתאי דם אדומים המעביר חמצן - המוגלובין

עוד על תפקוד של חלבונים בקישור (באנגלית).

פוסטר עם סוגי החלבונים השונים - מבנה ותפקוד, מקור: Protein Data Bank, PDB

ממה חלבונים עשויים? ככל החומרים האורגניים גם חלבונים מורכבים מפחמן (C), מימן (H) וחמצן (O) בחלבונים יש בנוסף גם חנקן (N) ולפעמים גם גפרית (S). יחידות הבניין של חלבון הן חומצות אמיניות המחוברות זו לזו בשרשרת כמו בתמונה 1.

ממה חומצות אמיניות עשויות? לכל אחת מעשרים החומצות האמיניות השונות יש חלק של חומצת קרבוקסיל (COOH) וחלק של אמין (NH₂) – כלומר הן מורכבות מחומצה ומאמין - לכן קוראים להן חומצות אמיניות או חומצות אמינו. בין שני החלקים נמצא פחמן מקשר C, כמו בתמונה:

סינתזת חלבונים. סינתזת חלבונים מתרחש בריבוזום, גופיף בגודל של כ- 35 ננומטר הנמצא מחוץ לגרעין התא בציטופלסמה או ברשת האנדופלסמית. החלבון שיוצא מהריבוזום הוא עדיין שרשרת לינארית של חומצות אאמיניות הקשורות זו לזו. מבנה לינארי זה נקרא המבנה הראשוני של חלבונים. זה אינו מבנהו הסופי של החלבון - לחלבונים שונים יש מבנים שונים מאד זה מזה. המבנה של החלבונים נגזר מהמבנה הראשוני שלהם - מרצף חומצות האמינו שלהם. נמצא כי חלבונים מתקפלים למבנה בעל האנרגיה הנמוכה ביותר, אולם יש אפשרויות רבות למבנים כאלו - וזו השאלה הגדולה של חוקרי מבנה חלבונים - מה מבנהו של החלבון שהם חוקרים.

ישנם חלבונים המסייעים לחלבונים אחרים היוצאים מהריבוזום להתקפל - זו קבוצה של חלבונים שנקראת heat shock proteins. הם נקראים כך משום שהתגלו כחלבונים שריכוזם בתא עולה כשחל נזק. אופן הקיפול הראשון המתרחש הוא למבנה שניוני: חומצות אמיניות קרובות מתקרבות זו לזו ויוצרות קשרי מימן זו עם זו (אלו הם קשרים חלשים יחסית בין אטומים שיש עליהם מטען חשמלי או שהם מקוטבים). המבנה השניוני של חלבונים יוצר מבנים מעניינים כמו סלילים (alpha helix), ו"דפים מקופלים" (beta sheets). המבנים השניוניים מסתדרים זה מול זה במבנה השלישוני של חלבונים - חומצות אמיניות רחוקות יותר מתקרבות ונצמדות בקשרים קוולנטים - כמו קשרי גופרית S-S. ארגנו בעצמכם מולקולות חלבון ופתרו תוך כדי משחק בעיות מדעיות אמיתיות ב-foldit.

מקור האיורים: Access excellence graphics gallery

חלק מהחלבונים מעורבים במבנה רביעוני - מבנה שבו נצמדים מספר חלבונים זה לזה. הנה לדוגמה החלבון המוגלובין שנושא חמצן בתאי הדם האדומים מתארגן במבנה שניוני, לאחר מכן במבנה שלישוני ולבסוף לצורך הפעילות שלו מתארגן החלבון בעזרת מולקולות מסייעות במבנה רביעוני - ארבע מולקולות של חלבון נצמדות יחד באופן ייחודי ליצור המוגלובין.

מבנה רביעוני של חלבון הנמצא בממברנה ומכניס יוני אשלגן אל התא - "תעלת אשלגן" - מבט מהצד ומלמעלה (מקור התמונה בקישור).