חלבונים (פוליפפטידים, חלבונים) הם חומרים מקרו-מולקולריים, הכוללים חומצות אלפא-אמינו המחוברות בקשר פפטיד. הרכב החלבונים באורגניזמים חיים נקבע על ידי הקוד הגנטי. ככלל, הסינתזה משתמשת בקבוצה של 20 חומצות אמינו סטנדרטיות.
סיווג חלבונים
הפרדת חלבונים מתבצעת לפי קריטריונים שונים:
- צורת מולקולה.
- קומפוזיציה.
- פונקציות.
לפי הקריטריון האחרון, חלבונים מסווגים:
- על מבני.
- מזין וחסכוני.
- תחבורה.
- קבלנים.
חלבונים מבניים
אלה כוללים אלסטין, קולגן, קרטין, פיברואין. פוליפפטידים מבניים מעורבים ביצירת קרומי התא. הם יכולים ליצור ערוצים או לבצע בהם פונקציות אחרות.
חלבונים מזינים, אחסון
הפוליפפטיד התזונתי הוא קזאין. בשל כך, האורגניזם הגדל מסופק עם סידן, זרחן וחומצות אמינו.
חלבוני השמורה הם זרעים של צמחים תרבותיים, חלבון ביצה. הם נצרכים בשלב ההתפתחות של העוברים. בגוף האדם, כמו בבעלי חיים, חלבונים אינם מאוחסנים ברזרבה. יש להשיג אותם באופן קבוע עם מזון, אחרת יש סיכוי להתפתחות ניוון.
משלוח פוליפפטידים
המוגלובין הוא דוגמה קלאסית לחלבונים כאלה. פוליפפטידים אחרים המעורבים בתנועה של הורמונים, שומנים וחומרים אחרים נמצאים גם בדם.
ממברנות התא מכילות חלבונים שיש להם את היכולת להעביר יונים, חומצות אמינו, גלוקוז ותרכובות אחרות על פני קרום התא.
חלבונים מתכווצים
תפקידי הפוליפפטידים הללו קשורים לעבודה של סיבי שריר. בנוסף, הם מספקים את התנועה של ריסים ודגלים בפרוטוזואה. חלבונים מתכווצים ממלאים את תפקיד הובלת האברונים בתוך התא. בשל נוכחותם, מובטח שינוי בצורות הסלולריות.
דוגמאות לחלבונים מתכווצים הם מיוזין ואקטין. ראוי לומר שפוליפפטידים אלה נמצאים לא רק בתאי סיבי השריר. חלבונים מתכווצים מבצעים את משימותיהם כמעט בכל רקמות בעלי החיים.
תכונות
פוליפפטיד בודד, tropomyosin, נמצא בתאים. חלבון השריר המתכווץ מיוזין הוא הפולימר שלו. זה יוצר קומפלקס עם אקטין.
חלבוני שריר מתכווצים אינם מתמוססים במים.
קצב סינתזת הפוליפפטיד
זה מוסדר על ידי בלוטת התריס והורמוני סטרואידים. חודרים לתוך התא, הם נקשרים לקולטנים ספציפיים. הקומפלקס שנוצר חודר לגרעין התא ונקשר לכרומטין. זה מגביר את קצב סינתזת הפוליפפטיד ברמת הגן.
גנים פעילים מספקים סינתזה מוגברת של RNA מסוים. הוא עוזב את הגרעין, הולך לריבוזומים ומפעיל סינתזה של חלבונים מבניים או מתכווצים חדשים, אנזימים או הורמונים. זוהי ההשפעה האנאבולית של גנים.
בינתיים, סינתזת חלבון בתאים היא תהליך איטי למדי. זה דורש עלויות אנרגיה גבוהות וחומר פלסטי. בהתאם לכך, הורמונים אינם מסוגלים לשלוט במהירות בחילוף החומרים. המשימה העיקרית שלהם היא לווסת את הצמיחה, ההתמיינות וההתפתחות של תאים בגוף.
התכווצות שרירים
זו דוגמה מצוינת לתפקוד ההתכווצות של חלבונים. במהלך המחקר, נמצא שהבסיס להתכווצות השרירים הוא שינוי בתכונות הפיזיקליות של הפוליפפטיד.
תפקוד ההתכווצות מבוצע על ידי חלבון האקטומיוזין, המקיים אינטראקציה עם חומצה טריפוספורית אדנוזין. חיבור זה מלווה בהתכווצות של מיופיברילים. ניתן לראות אינטראקציה כזו מחוץ לגוף.
לדוגמה, אם נחשפים במים (שרובים) סיבי שריר, נטולי ריגוש, לתמיסה של אדנוזין טריפוספט, יתחיל כיווץ חד שלהם, בדומה להתכווצות שרירים חיים. לניסיון זה חשיבות מעשית רבה. הוא מוכיח את זההתכווצות השרירים דורשת תגובה כימית של חלבונים מתכווצים עם חומר עשיר באנרגיה.
פעולת ויטמין E
מצד אחד, זהו נוגד החמצון התוך-תאי העיקרי. ויטמין E מגן על שומנים ותרכובות אחרות המתחמצנות בקלות מפני חמצון. במקביל, הוא פועל כנושא אלקטרוני ומשתתף בתגובות חיזור, הקשורות לאגירת אנרגיה משוחררת.
מחסור בוויטמין E גורם לאטרופיה של רקמת השריר: תכולת החלבון המתכווץ מיוזין מופחתת בחדות, והוא מוחלף בקולגן, פוליפפטיד אינרטי.
הספציפיות של מיוזין
זה נחשב לאחד מהחלבונים המתכווצים העיקריים. הוא מהווה כ-55% מהתוכן הכולל של פוליפפטידים ברקמת השריר.
חוטים (חוטים עבים) של מיופיברילים עשויים ממיוזין. המולקולה מכילה חלק פיברילארי ארוך, בעל מבנה סליל כפול, וראשים (מבנים כדוריים). מיוזין מכיל 6 יחידות משנה: 2 שרשראות כבדות ו-4 קלות הממוקמות בחלק הכדורי.
המשימה העיקרית של האזור הפיברילרי היא היכולת ליצור צרורות של חוטי מיוזין או פרוטופיברילים עבים.
על הראשים נמצאים האתר הפעיל של ATPase ומרכז קשירת האקטין. זה מבטיח הידרוליזה של ATP וקשירה לחוטי אקטין.
זנים
תתי-סוגים של אקטין ומיוזין הם:
- דיניין של דגלים וריסיםפרוטוזואה.
- ספקטרין בממברנות אריתרוציטים.
- Neurostenin של ממברנות פריסינפטיות.
פוליפפטידים חיידקיים האחראים לתנועה של חומרים שונים בשיפוע ריכוז יכולים להיות מיוחסים גם לזנים של אקטין ומיוזין. תהליך זה נקרא גם כימוטקסיס.
התפקיד של חומצה טריפוספורית אדנוזין
אם שמים חוטי אקטומיוזין בתמיסת חומצה, מוסיפים יוני אשלגן ומגנזיום, אפשר לראות שהם מתקצרים. במקרה זה, התמוטטות ה-ATP נצפה. תופעה זו מצביעה על כך שלפירוק חומצה טריפוספורית אדנוזין יש קשר מסוים עם שינוי בתכונות הפיזיקוכימיות של החלבון המתכווץ, וכתוצאה מכך, עם עבודת השרירים. תופעה זו זוהתה לראשונה על ידי Szent-Gyorgyi ו-Engelhardt.
הסינתזה והפירוק של ATP חיוניים בתהליך המרת אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית. במהלך פירוק הגליקוגן, המלווה בייצור חומצת חלב, כמו בדה-פוספורילציה של חומצות אדנוזין טרי-פוספוריות וקריאטין זרחתיות, אין צורך בהשתתפות חמצן. זה מסביר את היכולת של שריר מבודד לתפקד בתנאים אנאירוביים.
חומצה לקטית ומוצרים הנוצרים במהלך פירוק חומצות אדנוזין טרי-פוספוריות וקריאטין זרחתיות מצטברים בסיבי שריר שמתעייפים בעבודה בסביבה אנאירובית. כתוצאה מכך, עתודות החומרים מותשות, שבמהלך הפיצול שלהן משתחררת האנרגיה הדרושה. אם שריר עייף ממוקם בסביבה המכילה חמצן, הוא יעשה זאתלצרוך אותו. חלק מחומצת החלב תתחיל להתחמצן. כתוצאה מכך נוצרים מים ופחמן דו חמצני. האנרגיה המשתחררת תשמש לסינתזה מחדש של חומצות קריאטין זרחניות, אדנוזין טרי-פוספוריות וגליקוגן מתוצרי ריקבון. בשל כך, השריר ירכוש שוב את יכולת העבודה.
שריר השלד
ניתן להסביר תכונות אינדיבידואליות של פוליפפטידים רק על ידי הדוגמה של הפונקציות שלהם, כלומר תרומתם לפעילויות מורכבות. בין המבנים הבודדים שעבורם נקבע מתאם בין תפקוד חלבון ואיברים, שריר השלד ראוי לתשומת לב מיוחדת.
התא שלה מופעל על ידי דחפים עצביים (אותות מכווני ממברנה). מבחינה מולקולרית, התכווצות מבוססת על מחזוריות של גשרים צולבים באמצעות אינטראקציות תקופתיות בין אקטין, מיוזין ו-Mg-ATP. חלבונים קושרי סידן ויוני Ca פועלים כמתווכים בין אפקטורים לאותות עצביים.
תיווך מגביל את מהירות התגובה לדחפים של "הדלקה/כיבוי" ומונע התכווצויות ספונטניות. במקביל, כמה תנודות (תנודות) של סיבי שריר גלגל התנופה של חרקים מכונפים נשלטות לא על ידי יונים או תרכובות דומות בעלות מולקולריות נמוכה, אלא ישירות על ידי חלבונים מתכווצים. בשל כך, יתכנו צירים מהירים מאוד, אשר לאחר ההפעלה ממשיכים מעצמם.
תכונות גביש נוזלי של פוליפפטידים
בעת קיצור סיבי שרירתקופת הסריג שנוצר על ידי פרוטופיברילים משתנה. כאשר סריג של חוטים דקיקים נכנס למבנה של אלמנטים עבים, הסימטריה הטטראגונלית מוחלפת בזו המשושה. תופעה זו יכולה להיחשב כמעבר פולימורפי במערכת גבישים נוזליים.
תכונות של תהליכים מכנוכימיים
הם מסתכמים בהפיכת אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית. פעילות ATP-ase של ממברנות תאי מיטוכונדריה דומה לפעולה של מערכת האיוסין של שרירי השלד. מאפיינים משותפים מצוינים גם בתכונות המכנוכימיות שלהם: הם מופחתים בהשפעת ATP.
כתוצאה מכך, חלבון מתכווץ חייב להיות קיים בממברנות המיטוכונדריאליות. והוא באמת שם. הוכח שפוליפפטידים מתכווצים מעורבים במכינוכימיה של המיטוכונדריה. עם זאת, התברר גם שלפוספטידילינוזיטול (שומני הממברנה) תפקיד משמעותי בתהליכים.
Extra
מולקולת חלבון המיוזין לא רק תורמת להתכווצות שרירים שונים, אלא גם יכולה להשתתף בתהליכים תוך תאיים אחרים. זה, במיוחד, על תנועת האברונים, התקשרות חוטי האקטין לממברנות, היווצרות ותפקוד שלד הציטוס וכו'. כמעט תמיד, המולקולה מקיימת אינטראקציה כזו או אחרת עם אקטין, שהוא התכווצות המפתח השנייה. חלבון.
הוכח שמולקולות אקטומיוזין יכולות לשנות אורך בהשפעת אנרגיה כימית המשתחררת כאשר מפורקת שארית חומצה זרחתית מ-ATP. במילים אחרות, התהליך הזהגורם להתכווצות שרירים.
מערכת ה-ATP פועלת אפוא כמעין מצבר של אנרגיה כימית. לפי הצורך, הוא הופך ישירות למכני באמצעות אקטומיוזין. יחד עם זאת, אין שלב ביניים המאפיין את תהליכי האינטראקציה של יסודות אחרים - המעבר לאנרגיה תרמית.
