לפי התיאוריה של Oparin-Haldane, החיים על הפלנטה שלנו מקורם מטיפה משותפת. זו הייתה גם מולקולת חלבון. כלומר, יוצאת המסקנה שהתרכובות הכימיות הללו הן הבסיס לכל החיים הקיימים כיום. אבל מהם מבני חלבון? איזה תפקיד הם ממלאים בגוף ובחיי האנשים כיום? אילו סוגי חלבונים קיימים? בוא ננסה להבין את זה.
חלבונים: מושג כללי
מנקודת מבט של המבנה הכימי, המולקולה של החומר המדובר היא רצף של חומצות אמינו המחוברות ביניהן בקשרי פפטידים.
לכל חומצת אמינו שתי קבוצות פונקציונליות:
- carboxylic -COOH;
- קבוצת אמינו -NH2.
ביניהם נוצר קשר במולקולות שונות. לפיכך, לקשר הפפטיד יש את הצורה -CO-NH. מולקולת חלבון עשויה להכיל מאות או אלפי קבוצות כאלה, זה יהיה תלוי בחומר הספציפי. סוגי החלבונים מגוונים מאוד. ביניהם יש כאלה המכילים חומצות אמינו חיוניות לגוף, מה שאומר שיש לבלוע אותן עם האוכל. ישנם זנים המבצעים פונקציות חשובות בממברנת התא והציטופלזמה שלו. גם זרזים ביולוגיים מבודדים - אנזימים, שהם גם מולקולות חלבון. הם נמצאים בשימוש נרחב בחיי אדם, ולא רק משתתפים בתהליכים הביוכימיים של יצורים חיים.
המשקל המולקולרי של התרכובות הנבדקות יכול לנוע בין כמה עשרות למיליונים. אחרי הכל, מספר יחידות המונומר בשרשרת פוליפפטיד גדולה הוא בלתי מוגבל ותלוי בסוג החומר המסוים. ניתן לראות חלבון בצורתו הטהורה, במבנה הטבעי שלו, כאשר בוחנים ביצת תרנגולת גולמית. מסה קולואידית צהובה בהירה, שקופה, צפופה, שבתוכה נמצאת החלמון - זהו החומר הרצוי. ניתן לומר אותו דבר לגבי גבינת קוטג' דלת שומן, מוצר זה הוא גם חלבון כמעט טהור בצורתו הטבעית.
עם זאת, לא לכל התרכובות הנחשבות יש מבנה מרחבי זהה. בסך הכל, נבדלים ארבעה ארגונים של המולקולה. סוגי מבני החלבון קובעים את תכונותיו ומצביעים על מורכבות המבנה. כמו כן, ידוע שמולקולות מסובכות יותר במרחב עוברות עיבוד נרחב בבני אדם ובבעלי חיים.
סוגי מבני חלבון
יש ארבעה מהם בסך הכל. שקול מה זה כל אחד מהם.
- ראשי. מייצג את הרצף הליניארי הרגיל של חומצות אמינו המחוברות בקשרי פפטידים. אין פיתולים מרחביים, אין ספירליזציה. מספר הקישורים הכלולים בפוליפפטיד יכול להגיע לכמה אלפים. סוגי חלבונים עםמבנה דומה - גליקילאלנין, אינסולין, היסטונים, אלסטין ואחרים.
- משנית. הוא מורכב משתי שרשראות פוליפפטידיות המפותלות בצורה של ספירלה ומכוונות זו לזו על ידי סיבובים נוצרים. במקרה זה נוצרים ביניהם קשרי מימן המחזיקים אותם יחד. כך נוצרת מולקולת חלבון בודדת. סוגי החלבונים מסוג זה הם כדלקמן: ליזוזים, פפסין ואחרים.
- קונפורמציה שלישונית. זהו מבנה משני ארוז בצפיפות ומפותל בצורה קומפקטית. כאן מופיעים סוגים נוספים של אינטראקציה, בנוסף לקשרי מימן - זוהי האינטראקציה של ואן דר ואלס וכוחות המשיכה האלקטרוסטטית, מגע הידרופילי-הידרופובי. דוגמאות למבנים הם אלבומין, פיברואין, חלבון משי ואחרים.
- רבעוני. המבנה המורכב ביותר, שהוא כמה שרשראות פוליפפטידיות מעוותות לספירלה, התגלגלו לכדור והתאחדו כולם יחד לכדור. דוגמאות כמו אינסולין, פריטין, המוגלובין, קולגן ממחישות בדיוק מבנה חלבוני כזה.
אם נשקול את כל המבנים הנתונים של מולקולות בפירוט מנקודת מבט כימית, אז הניתוח ייקח הרבה זמן. ואכן, למעשה, ככל שהתצורה גבוהה יותר, המבנה שלה מורכב ומסובך יותר, כך נצפים יותר סוגי אינטראקציות במולקולה.
דנטורציה של מולקולות חלבון
אחת התכונות הכימיות החשובות ביותר של פוליפפטידים היא יכולתם להתפרק בהשפעת תנאים מסוימים או חומרים כימיים. כך,לדוגמה, סוגים שונים של דנטורציה של חלבון נפוצים. מהו התהליך הזה? זה מורכב מהרס של המבנה המקומי של החלבון. כלומר, אם בהתחלה למולקולה היה מבנה שלישוני, אז לאחר פעולתם של סוכנים מיוחדים היא תקרוס. עם זאת, רצף שאריות חומצות האמינו נותר ללא שינוי במולקולה. חלבונים דנטורציה מאבדים במהירות את התכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם.
אילו ריאגנטים יכולים להוביל לתהליך של הרס קונפורמציה? יש כמה כאלה.
- טמפרטורה. כאשר מחומם, יש הרס הדרגתי של המבנה הרבעוני, השלישוני והמשני של המולקולה. מבחינה ויזואלית, ניתן לראות זאת, למשל, בעת טיגון ביצת תרנגולת רגילה. ה"חלבון" שנוצר הוא המבנה הראשוני של פוליפפטיד אלבומין שהיה במוצר הגולמי.
- קרינה.
- פעולה עם חומרים כימיים חזקים: חומצות, אלקליות, מלחים של מתכות כבדות, ממיסים (לדוגמה, אלכוהול, אתרים, בנזן ואחרים).
תהליך זה נקרא לפעמים גם התכה מולקולרית. סוגי הדנטורציה של החלבון תלויים בגורם שתחת פעולתו זה התרחש. יתרה מכך, במקרים מסוימים מתרחש תהליך הפוך. זהו חידוש טבעי. לא כל החלבונים מסוגלים לשחזר את המבנה שלהם בחזרה, אבל חלק ניכר מהם יכול לעשות זאת. אז, כימאים מאוסטרליה ואמריקה ביצעו חידוש טבעי של ביצת תרנגולת מבושלת באמצעות ריאגנטים מסוימים ושיטת צנטריפוגה.
תהליך זה חשוב עבור אורגניזמים חיים בסינתזה של פוליפפטידשרשראות של ריבוזומים ו-rRNA בתאים.
הידרוליזה של מולקולת חלבון
לצד הדנטורציה, חלבונים מאופיינים בתכונה כימית נוספת - הידרוליזה. זהו גם הרס של הקונפורמציה המקומית, אך לא למבנה הראשוני, אלא לחלוטין לחומצות אמינו בודדות. חלק חשוב בעיכול הוא הידרוליזה של חלבון. סוגי ההידרוליזה של פוליפפטידים הם כדלקמן.
- כימיקלים. מבוסס על פעולת חומצות או אלקליות.
- ביולוגי או אנזימטי.
עם זאת, מהות התהליך נשארת ללא שינוי ואינה תלויה באילו סוגי הידרוליזה של חלבון מתרחשים. כתוצאה מכך נוצרות חומצות אמינו, המועברות לכל התאים, האיברים והרקמות. הטרנספורמציה הנוספת שלהם מורכבת בהשתתפות בסינתזה של פוליפפטידים חדשים, כבר כאלה הנחוצים לאורגניזם מסוים.
בתעשיה, תהליך ההידרוליזה של מולקולות חלבון משמש רק כדי לקבל את חומצות האמינו הנכונות.
פונקציות של חלבונים בגוף
סוגים שונים של חלבונים, פחמימות, שומנים הם מרכיבים חיוניים לתפקוד תקין של כל תא. וזה אומר את כל האורגניזם בכללותו. לכן, תפקידם נובע במידה רבה מהדרגה הגבוהה של המשמעות והנוכחות בכל מקום בתוך יצורים חיים. ניתן להבחין בין מספר פונקציות עיקריות של מולקולות פוליפפטיד.
- קטליטי. זה מתבצע על ידי אנזימים בעלי מבנה חלבוני. נדבר עליהם מאוחר יותר.
- מבנית. סוגי חלבונים ושלהםתפקודים בגוף משפיעים בעיקר על מבנה התא עצמו, על צורתו. בנוסף, פוליפפטידים המבצעים תפקיד זה יוצרים שיער, ציפורניים, קונכיות רכיכות ונוצות ציפורים. הם גם אבזור מסוים בגוף התא. הסחוס מורכב גם מסוגי חלבונים אלה. דוגמאות: טובולין, קרטין, אקטין ואחרים.
- רגולטורי. פונקציה זו באה לידי ביטוי בהשתתפותם של פוליפפטידים בתהליכים כגון: שעתוק, תרגום, מחזור תאים, שחבור, קריאת mRNA ועוד. בכולם, הם ממלאים תפקיד חשוב כבקר תנועה.
- אות. פונקציה זו מבוצעת על ידי חלבונים הממוקמים על קרום התא. הם מעבירים אותות שונים מיחידה אחת לאחרת, וזה מוביל לתקשורת בין רקמות. דוגמאות: ציטוקינים, אינסולין, גורמי גדילה ואחרים.
- הובלה. סוגים מסוימים של חלבונים ותפקידיהם שהם מבצעים הם פשוט חיוניים. זה קורה, למשל, עם חלבון המוגלובין. הוא מעביר חמצן מתא לתא בדם. עבור אדם, אין לו תחליף.
- חילוף או גיבוי. פוליפפטידים כאלה מצטברים בצמחים ובביצי בעלי חיים כמקור לתזונה ואנרגיה נוספים. דוגמה לכך היא גלובולינים.
- מוטיב. תפקיד חשוב מאוד, במיוחד עבור האורגניזמים והחיידקים הפשוטים ביותר. אחרי הכל, הם מסוגלים לנוע רק בעזרת flagella או cilia. והאברונים האלה, מטבעם, הם לא יותר מחלבונים. דוגמאות לפוליפפטידים כאלה הן כדלקמן: מיוזין, אקטין, קינזין ואחרים.
ברור כי הפונקציות של חלבונים בגוף האדם ואחריםיצורים חיים רבים וחשובים מאוד. זה שוב מאשר שחיים על הפלנטה שלנו בלתי אפשריים ללא התרכובות שאנו שוקלים.
תפקוד מגן של חלבונים
פוליפפטידים יכולים להגן מפני השפעות שונות: כימיות, פיזיקליות, ביולוגיות. לדוגמה, אם הגוף נמצא בסכנה בצורת וירוס או חיידק בעל אופי זר, אז אימונוגלובולינים (נוגדנים) נכנסים לקרב איתם, וממלאים תפקיד מגן.
אם אנחנו מדברים על השפעות פיזיות, אז פיברין ופיברינוגן, המעורבים בקרישת דם, משחקים כאן תפקיד גדול.
חלבוני מזון
סוגי חלבון תזונתיים הם כדלקמן:
- complete - אלה המכילות את כל חומצות האמינו הנחוצות לגוף;
- incomplete - אלה שבהם יש הרכב חומצות אמינו לא שלם.
עם זאת, שניהם חשובים לגוף האדם. במיוחד הקבוצה הראשונה. כל אדם, במיוחד בתקופות של התפתחות אינטנסיבית (ילדות והתבגרות) והתבגרות, חייב לשמור על רמת חלבונים קבועה בעצמו. אחרי הכל, כבר שקלנו את הפונקציות שהמולקולות המדהימות הללו מבצעות, ואנחנו יודעים שלמעשה לא תהליך אחד, אף תגובה ביוכימית אחת בתוכנו יכולים להסתדר בלי השתתפות של פוליפפטידים.
לכן אתה צריך לצרוך צריכת חלבון יומית בכל יום, הכלולים במוצרים הבאים:
- egg;
- milk;
- גבינת קוטג';
- בשר ודגים;
- שעועית;
- soy;
- שעועית;
- peanuts;
- wheat;
- oats;
- עדשים ואחרים.
אם אתה צורך 0.6 גרם של פוליפפטיד לק ג משקל ליום, אז לאדם לעולם לא יחסרו התרכובות הללו. אם במשך זמן רב הגוף אינו מקבל את החלבונים הדרושים, אז מתרחשת מחלה, אשר יש לה את השם של רעב חומצות אמינו. זה מוביל להפרעות מטבוליות חמורות וכתוצאה מכך למחלות רבות אחרות.
חלבונים בכלוב
בתוך היחידה המבנית הקטנה ביותר מכל היצורים החיים - תאים - יש גם חלבונים. יתר על כן, הם מבצעים שם כמעט את כל הפונקציות לעיל. קודם כל, נוצר שלד הציטו של התא, המורכב ממיקרוטובולים, מיקרופילמנטים. זה משמש לשמירה על הצורה, כמו גם להובלה פנימה בין אברונים. יונים ותרכובות שונות נעים לאורך מולקולות חלבון, כמו לאורך תעלות או מסילות.
תפקידם של חלבונים שקועים בממברנה וממוקמים על פני השטח שלו הוא גם חשוב. כאן הם מבצעים גם פונקציות קולטן וגם אות, לוקחים חלק בבניית הממברנה עצמה. הם עומדים על המשמר, מה שאומר שהם ממלאים תפקיד מגן. אילו סוגי חלבונים בתא ניתן לייחס לקבוצה זו? יש הרבה דוגמאות, הנה כמה.
- אקטין ומיוזין.
- Elastin.
- קרטין.
- קולגן.
- טובולין.
- המוגלובין.
- אינסולין.
- טרנסקובלמין.
- Transferrin.
- אלבום.
יש כמה מאותסוגים שונים של חלבונים שמסתובבים כל הזמן בתוך כל תא.
סוגי חלבונים בגוף
הם, כמובן, מגוון עצום. אם תנסה איכשהו לחלק את כל החלבונים הקיימים לקבוצות, תוכל לקבל משהו כמו הסיווג הזה.
- חלבונים גלובולריים. אלה הם אלה המיוצגים על ידי מבנה שלישוני, כלומר, כדור ארוז בצפיפות. דוגמאות למבנים כאלה הם הבאים: אימונוגלובולינים, חלק ניכר של אנזימים, הורמונים רבים.
- חלבונים פיברילרים. הם מסודרים בקפדנות עם הסימטריה המרחבית הנכונה. קבוצה זו כוללת חלבונים בעלי מבנה ראשוני ומשני. לדוגמה, קרטין, קולגן, טרופומיוזין, פיברינוגן.
באופן כללי, ניתן לקחת תכונות רבות כבסיס לסיווג חלבונים בגוף. אין אף אחד עדיין.
אנזימים
זרזים ביולוגיים בעלי אופי חלבוני, המאיצים באופן משמעותי את כל התהליכים הביוכימיים המתמשכים. חילוף חומרים תקין הוא פשוט בלתי אפשרי ללא התרכובות הללו. כל התהליכים של סינתזה וריקבון, הרכבה של מולקולות ושכפול שלהן, תרגום ותעתוק, ואחרים מתבצעים בהשפעת סוג מסוים של אנזים. דוגמאות למולקולות אלו הן:
- oxidoreductase;
- transferases;
- catalase;
- hydrolases;
- isomerase;
- lyases ואחרים.
היום נעשה שימוש באנזימים בחיי היומיום. אז, בייצור של כביסהאבקות משתמשות לעתים קרובות במה שנקרא אנזימים - אלו הם זרזים ביולוגיים. הם משפרים את איכות הכביסה תוך התבוננות במשטר הטמפרטורה שצוין. נקשר בקלות לחלקיקי לכלוך ומסיר אותם מעל פני הבדים.
עם זאת, בשל אופי החלבון שלהם, אנזימים אינם סובלים מים חמים מדי או קרבה לתרופות אלקליות או חומציות. אכן, במקרה זה, תהליך הדנטורציה יתרחש.
