פילוסוף מפורסם אמר פעם: "החיים הם צורת קיום של גופי חלבון." והוא צדק לחלוטין, כי החומר האורגני הזה הוא הבסיס של רוב האורגניזמים. לחלבון מבנה רבעוני יש את המבנה המורכב ביותר ותכונות ייחודיות. המאמר שלנו יוקדש לו. נשקול גם את המבנה של מולקולות חלבון.
מהו חומר אורגני
קבוצה גדולה של חומרים אורגניים מאוחדת ברכוש משותף אחד. הם מורכבים ממספר יסודות כימיים. הם נקראים אורגניים. אלה הם מימן, חמצן, פחמן וחנקן. הם יוצרים חומרים אורגניים.
תכונה משותפת נוספת היא שכולם ביו-פולימרים. אלו הן מקרומולקולות גדולות. הם מורכבים ממספר רב של יחידות חוזרות הנקראות מונומרים. עבור פחמימות, אלו הם חד-סוכרים, עבור שומנים, גליצרול וחומצות שומן. אבל DNA ו-RNA מורכבים מנוקלאוטידים.
כימיקלמבנה חלבונים
מונומרים של חלבונים הם חומצות אמינו, שלכל אחת מהן מבנה כימי משלה. מונומר זה מבוסס על אטום פחמן, הוא יוצר ארבעה קשרים. הראשון שבהם - עם אטום מימן. והשני והשלישי, בהתאמה, נוצרים עם קבוצת אמינו וקרבוקס. הם קובעים לא רק את המבנה של מולקולות ביופולימר, אלא גם את תכונותיהן. הקבוצה האחרונה במולקולת חומצת אמינו נקראת רדיקל. זו בדיוק קבוצת האטומים שבה כל המונומרים שונים זה מזה, מה שגורם למגוון עצום של חלבונים ויצורים חיים.
מבנה של מולקולת חלבון
אחד המאפיינים של חומרים אורגניים אלה הוא שהם יכולים להתקיים ברמות שונות של ארגון. זהו המבנה הראשוני, המשני, השלישוני והרבעוני של החלבון. לכל אחד מהם תכונות ואיכויות מסוימות.
מבנה ראשי
מבנה החלבון הזה הוא הפשוט ביותר במבנה. זוהי שרשרת של חומצות אמינו המקושרות בקשרים פפטידים. הם נוצרים בין קבוצות האמינו והקרבוקסי של מולקולות שכנות.
מבנה משני
כאשר שרשרת של חומצות אמינו מתפתלת לסליל, נוצר המבנה המשני של חלבון. הקשר במולקולה כזו נקרא מימן, והאטומים שלה יוצרים את אותם יסודות בקבוצות הפונקציונליות של חומצות אמינו. בהשוואה לפפטידים, יש להם הרבה פחות חוזק, אבל הם מסוגלים להחזיק את המבנה הזה.
מבנה שלישוני
אבל המבנה הבא הוא כדור שלתוכו מסובבת ספירלה של חומצות אמינו. זה נקרא גם כדור. הוא קיים עקב הקשרים הנוצרים בין השאריות של חומצת אמינו מסוימת בלבד - ציסטאין. הם נקראים דיסולפידים. מבנה זה נתמך גם בקשרים הידרופוביים ואלקטרוסטטיים. הראשונים הם תוצאה של משיכה בין חומצות אמינו בסביבה המימית. בתנאים כאלה, השרידים ההידרופוביים שלהם כמעט "נדבקים זה לזה" ויוצרים כדור. בנוסף, לרדיקלים של חומצות אמינו יש מטענים הפוכים המושכים זה את זה. כתוצאה מכך נוצרים קשרים אלקטרוסטטיים נוספים.
חלבון בעל מבנה רבעוני
המבנה הרבעוני של חלבון הוא המורכב ביותר. זו תוצאה של מיזוג של כמה כדוריות. הם יכולים להיות שונים הן בהרכב הכימי והן בארגון המרחבי. אם חלבון בעל מבנה רבעוני נוצר רק משאריות חומצות אמינו, זה פשוט. ביופולימרים כאלה נקראים גם חלבונים. אבל אם רכיבים שאינם חלבונים מחוברים למולקולות הללו, חלבונים מופיעים. לרוב, מדובר בשילוב של חומצות אמינו עם פחמימות, שאריות חומצות גרעין וזרחתיות, שומנים, אטומי ברזל ונחושת בודדים. בטבע ידועים גם קומפלקסים של חלבונים עם חומרי צביעה טבעיים - פיגמנטים. המבנה הזה של מולקולות חלבון מורכב יותר.
הצורה המרחבית של המבנה הרבעוני של חלבון היאמגדיר את תכונותיו. מדענים מצאו כי ביו-פולימרים חוטים או פיברילים אינם מתמוססים במים. הם מבצעים פונקציות חיוניות עבור אורגניזמים חיים. לפיכך, חלבוני השריר אקטין ומיוזין מספקים תנועה, והקרטין הוא הבסיס לשיער של אדם ובעלי חיים. חלבונים כדוריים או כדוריים מהמבנה הרבעוני מסיסים מאוד במים. תפקידם בטבע שונה. חומרים כאלה מסוגלים להעביר גזים כמו המוגלובין בדם, לפרק מזון כמו פפסין, או לבצע תפקיד מגן כמו נוגדנים.
נכסי חלבון
חלבון רבעוני, במיוחד כדורי, יכול לשנות את המבנה שלו. תהליך זה מתרחש בהשפעת גורמים שונים. לרוב מדובר בטמפרטורות גבוהות, חומצות מרוכזות או מתכות כבדות.
אם מולקולת חלבון מתפרקת לשרשרת של חומצות אמינו, תכונה זו נקראת דנטורציה. תהליך זה הוא הפיך. מבנה זה מסוגל ליצור שוב כדוריות של מולקולות. תהליך הפוך זה נקרא רנטורציה. אם מולקולות חומצת האמינו מתרחקות אחת מהשנייה וקשרי פפטיד נשברים, מתרחשת השפלה. תהליך זה הוא בלתי הפיך. לא ניתן לשחזר חלבון כזה. ההרס בוצע על ידי כל אחד מאיתנו כשטיגנו ביצים.
לכן, המבנה הרבעוני של חלבון הוא סוג הקשר שנוצר במולקולה נתונה. הוא חזק מספיק, אבל בהשפעת גורמים מסוימים הוא יכול לקרוס.
