כפי שאתם יודעים, חלבונים הם הבסיס למקור החיים על הפלנטה שלנו. על פי תיאוריית אופרין-הלדאן, טיפת הקואצרבאט, המורכבת ממולקולות פפטידים, היא שהפכה לבסיס להולדת יצורים חיים. זה מעל לכל ספק, כי ניתוח ההרכב הפנימי של כל נציג של ביומסה מראה כי חומרים אלה נמצאים בכל דבר: צמחים, בעלי חיים, מיקרואורגניזמים, פטריות, וירוסים. יתר על כן, הם מגוונים מאוד ומקרו-מולקולריים באופיים.
למבנים האלה יש ארבעה שמות, כולם מילים נרדפות:
- proteins;
- proteins;
- polypeptides;
- פפטידים.
מולקולות חלבון
המספר שלהם באמת בלתי ניתן לחישוב. יתר על כן, ניתן לחלק את כל מולקולות החלבון לשתי קבוצות גדולות:
- פשוט - מורכב רק מרצפי חומצות אמינו המחוברים בקשרי פפטידים;
- קומפלקס - המבנה והמבנה של החלבון מאופיינים בקבוצות פרוטוליטיות (תותבות) נוספות, המכונות גם קופקטורים.
במקביל, למולקולות מורכבות יש גם סיווג משלהן.
הדרגה של פפטידים מורכבים
- גליקופרוטאינים הם תרכובות קרובות של חלבון ופחמימה. לתוך מבנה המולקולהקבוצות תותבות של מוקופוליסכרידים שזורות זו בזו.
- ליפופרוטאין הם תרכובת מורכבת של חלבון ושומנים.
- Metalloproteins - יוני מתכת (ברזל, מנגן, נחושת ואחרים) פועלים כקבוצה תותבת.
- נוקלאופרוטאין - החיבור של חלבון וחומצות גרעין (DNA, RNA).
- Phosphoproteins - מבנה של חלבון ושארית חומצה אורתופוספורית.
- כרומופרוטאינים - דומה מאוד למטלופרוטאינים, אולם היסוד שהוא חלק מקבוצת התותבות הוא קומפלקס צבעוני שלם (אדום - המוגלובין, ירוק - כלורופיל וכן הלאה).
לכל קבוצה נחשבת יש מבנה ותכונות שונות של חלבונים. הפונקציות שהם מבצעים משתנות גם בהתאם לסוג המולקולה.
מבנה כימי של חלבונים
מנקודת מבט זו, חלבונים הם שרשרת ארוכה ומסיבית של שאריות חומצות אמינו המחוברות ביניהן על ידי קשרים ספציפיים הנקראים קשרים פפטידים. מהמבנים הצדדיים של החומצות יוצאים ענפים - רדיקלים. מבנה זה של המולקולה התגלה על ידי א. פישר בתחילת המאה ה-21.
מאוחר יותר, חלבונים, המבנה והתפקודים של חלבונים נחקרו ביתר פירוט. התברר שיש רק 20 חומצות אמינו היוצרות את מבנה הפפטיד, אך ניתן לשלב אותן במגוון דרכים. מכאן הגיוון של מבני הפוליפפטיד. בנוסף, בתהליך החיים וביצוע תפקידיהם, חלבונים מסוגלים לעבור מספר טרנספורמציות כימיות. כתוצאה מכך, הם משנים את המבנה, וחדש לחלוטיןסוג חיבור.
כדי לשבור את הקשר הפפטידי, כלומר לשבור את החלבון, את מבנה השרשראות, צריך לבחור בתנאים קשים מאוד (פעולה של טמפרטורות גבוהות, חומצות או אלקליות, זרז). זה נובע מהחוזק הגבוה של קשרים קוולנטיים במולקולה, כלומר בקבוצת הפפטידים.
זיהוי מבנה החלבון במעבדה מתבצע באמצעות ריאקציית הביורט - חשיפה של הפוליפפטיד להידרוקסיד נחושת (II) טרי שהושק. הקומפלקס של קבוצת הפפטידים ויון הנחושת נותן צבע סגול עז.
ישנם ארבעה ארגונים מבניים עיקריים, שלכל אחד מהם יש מאפיינים מבניים משלו של חלבונים.
רמות הארגון: מבנה ראשי
כפי שהוזכר לעיל, פפטיד הוא רצף של שיירי חומצות אמינו עם או בלי תכלילים, קו-אנזימים. אז השם הראשוני הוא מבנה כזה של המולקולה, שהוא טבעי, טבעי, הוא באמת חומצות אמינו המחוברות בקשרי פפטידים, ותו לא. כלומר, פוליפפטיד בעל מבנה ליניארי. יחד עם זאת, המאפיינים המבניים של חלבונים של תוכנית כזו הם ששילוב כזה של חומצות הוא מכריע לביצוע הפונקציות של מולקולת חלבון. בשל נוכחותם של תכונות אלה, ניתן לא רק לזהות את הפפטיד, אלא גם לחזות את התכונות והתפקיד של חדש לחלוטין, שטרם התגלה. דוגמאות לפפטידים בעלי מבנה ראשוני טבעי הם אינסולין, פפסין, כימוטריפסין ואחרים.
קונפורמציה משנית
המבנה והתכונות של חלבונים בקטגוריה זו משתנים במקצת. מבנה כזה יכול להיווצר בתחילה מהטבע או כאשר הוא נחשף להידרוליזה קשה ראשונית, טמפרטורה או תנאים אחרים.
למבנה הזה יש שלושה סוגים:
- סלילים חלקים, רגילים, סטריאו-רגילים הבנויים משאריות חומצות אמינו שמתפתלות סביב הציר הראשי של החיבור. הם מוחזקים יחד רק על ידי קשרי מימן המתרחשים בין החמצן של קבוצת פפטידים אחת למימן של אחרת. יתרה מכך, המבנה נחשב לנכון בשל העובדה שהסיבובים חוזרים על עצמם באופן שווה כל 4 קישורים. מבנה כזה יכול להיות שמאלי או ימני. אבל ברוב החלבונים המוכרים, האיזומר המסובב בידו שולט. קונפורמציות כאלה נקראות מבני אלפא.
- הרכב והמבנה של חלבונים מהסוג הבא שונים מהקודם בכך שקשרי מימן נוצרים לא בין שיירים העומדים זה לצד זה בצד אחד של המולקולה, אלא בין מרוחקים באופן משמעותי, ובמרחק מספיק מרחק גדול. מסיבה זו, המבנה כולו לובש צורה של מספר שרשראות פוליפפטידיות גליות ונחשלות. יש תכונה אחת שחלבון חייב להפגין. המבנה של חומצות אמינו על הענפים צריך להיות קצר ככל האפשר, כמו גליצין או אלנין, למשל. סוג זה של קונפורמציה משנית נקרא גיליונות בטא בשל יכולתם להיצמד זה לזה כדי ליצור מבנה משותף.
- ביולוגיה מתייחסת לסוג השלישי של מבנה חלבון כמושברים מורכבים, מפוזרים, לא מסודרים, שאין להם סטריאוסדירות ומסוגלים לשנות את המבנה בהשפעת תנאים חיצוניים.
לא זוהו דוגמאות לחלבונים המופיעים באופן טבעי.
השכלה תיכונית
זהו מבנה מורכב למדי שנקרא "כדורי". מה זה חלבון כזה? המבנה שלו מבוסס על המבנה המשני, אך מתווספים סוגים חדשים של אינטראקציות בין האטומים של הקבוצות, ונראה שהמולקולה כולה מתקפלת, ובכך מתמקדת בעובדה שהקבוצות ההידרופיליות מכוונות בתוך הכדור, והקבוצות ההידרופוביות. מופנים החוצה.
זה מסביר את המטען של מולקולת החלבון בתמיסות קולואידיות של מים. אילו סוגי אינטראקציות יש?
- קשרי מימן - נשארים ללא שינוי בין אותם חלקים כמו במבנה המשני.
- אינטראקציות הידרופוביות (הידרופיליות) - מתרחשות כאשר פוליפפטיד מומס במים.
- משיכה יונית - נוצרת בין קבוצות בעלות מטען הפוך של שאריות חומצות אמינו (רדיקלים).
- אינטראקציות קוולנטיות - מסוגלות להיווצר בין אתרי חומצה ספציפיים - מולקולות ציסטאין, או יותר נכון, הזנב שלהן.
לפיכך, ניתן לתאר את ההרכב והמבנה של חלבונים בעלי מבנה שלישוני כשרשראות פוליפפטידיות מקופלות לכדוריות, מחזיקות ומייצבות את המבנה שלהן עקב סוגים שונים של אינטראקציות כימיות. דוגמאות לפפטידים כאלה:phosphoglycerate kenase, tRNA, alpha-keratin, silk fibroin ואחרים.
מבנה מרובע
זו אחת הכדוריות המורכבות ביותר שיוצרים חלבונים. המבנה והתפקודים של חלבונים מסוג זה הם מאוד צדדיים וספציפיים.
מה זה המבנה הזה? מדובר בכמה (במקרים מסוימים עשרות) שרשראות פוליפפטידים גדולות וקטנות שנוצרות באופן עצמאי זו בזו. אבל אז, בשל אותן אינטראקציות ששקלנו עבור המבנה השלישוני, כל הפפטידים הללו מתפתלים ומשתלבים זה בזה. בדרך זו מתקבלות כדוריות קונפורמציות מורכבות, שיכולות להכיל אטומי מתכת, קבוצות שומנים וקבוצות פחמימות. דוגמאות לחלבונים כאלה: DNA פולימראז, מעטפת חלבון וירוס טבק, המוגלובין ואחרים.
לכל מבני הפפטידים שחשבנו עליהם יש שיטות זיהוי משלהם במעבדה, המבוססות על אפשרויות מודרניות של שימוש בכרומטוגרפיה, צנטריפוגה, מיקרוסקופיה אלקטרונית ואופטית וטכנולוגיות מחשב גבוהות.
פונקציות שבוצעו
המבנה והתפקוד של חלבונים נמצאים בקורלציה הדוק זה עם זה. כלומר, כל פפטיד ממלא תפקיד מסוים, ייחודי וספציפי. יש גם כאלה שמסוגלים לבצע מספר פעולות משמעותיות בתא חי אחד בבת אחת. עם זאת, ניתן לבטא בצורה כללית את הפונקציות העיקריות של מולקולות חלבון באורגניזמים של יצורים חיים:
- תמיכה בתנועה. אורגניזמים חד-תאיים, או אברונים או חלקםסוגי תאים מסוגלים לתנועה, כיווץ, תזוזה. זה מסופק על ידי חלבונים שהם חלק מהמבנה של המנגנון המוטורי שלהם: cilia, flagella, ממברנה ציטופלזמית. אם מדברים על תאים שאינם מסוגלים לזוז, אז חלבונים יכולים לתרום להתכווצות שלהם (מיוזין שריר).
- פונקציית הזנה או מילואים. זוהי הצטברות של מולקולות חלבון בביצים, בעוברים ובזרעים של צמחים כדי לחדש עוד יותר את חומרי המזון החסרים. בעת ביקוע, פפטידים נותנים חומצות אמינו וחומרים פעילים ביולוגית הנחוצים להתפתחות תקינה של אורגניזמים חיים.
- פונקציית אנרגיה. בנוסף לפחמימות, חלבונים יכולים גם לתת כוח לגוף. עם פירוק 1 גרם מהפפטיד, משתחררים 17.6 קילו ג'יי של אנרגיה שימושית בצורה של אדנוזין טריפוספט (ATP), המושקע בתהליכים חיוניים.
- פונקציית אות ורגולציה. הוא מורכב מיישום בקרה קפדנית על תהליכים מתמשכים והעברת אותות מתאי לרקמות, מהם לאיברים, מהאחרונים למערכות וכו'. דוגמה טיפוסית היא אינסולין, שמקבע בקפדנות את כמות הגלוקוז בדם.
- פונקציית קולטן. זה מתבצע על ידי שינוי הקונפורמציה של הפפטיד בצד אחד של הממברנה ושילוב הקצה השני במבנה מחדש. במקביל, האות והמידע הדרוש מועברים. לרוב, חלבונים כאלה מובנים בתוך הממברנות הציטופלזמיות של התאים ומפעילים בקרה קפדנית על כל החומרים העוברים דרכו. גם להודיע עלשינויים כימיים ופיזיקליים בסביבה.
- פונקציית תחבורה של פפטידים. זה מבוצע על ידי חלבוני תעלות וחלבוני נשא. תפקידם ברור - הובלת המולקולות הדרושות למקומות עם ריכוז נמוך מחלקים עם ריכוז גבוה. דוגמה טיפוסית היא הובלת חמצן ופחמן דו חמצני דרך איברים ורקמות על ידי חלבון המוגלובין. הם גם מבצעים אספקה של תרכובות עם משקל מולקולרי נמוך דרך קרום התא שבתוכו.
- פונקציה מבנית. אחד החשובים שבהם חלבון מבצע. המבנה של כל התאים, האברונים שלהם מסופק בדיוק על ידי פפטידים. הם, כמו מסגרת, קובעים את הצורה והמבנה. בנוסף, הם תומכים בו ומשנים אותו במידת הצורך. לכן, לצמיחה והתפתחות, כל האורגניזמים החיים זקוקים לחלבונים בתזונה. פפטידים אלה כוללים אלסטין, טובולין, קולגן, אקטין, קרטין ואחרים.
- פונקציה קטליטית. אנזימים עושים את זה. הם רבים ומגוונים ומאיצים את כל התגובות הכימיות והביוכימיות בגוף. ללא השתתפותם, ניתן היה לעכל תפוח רגיל בקיבה תוך יומיים בלבד, עם סבירות גבוהה להירקב. תחת הפעולה של קטלאז, פרוקסידאז ואנזימים אחרים, תהליך זה אורך שעתיים. באופן כללי, הודות לתפקיד זה של חלבונים מתבצעים אנבוליזם וקטבוליזם, כלומר חילוף חומרים פלסטי ואנרגיה.
תפקיד מגן
ישנם מספר סוגים של איומים שהחלבונים נועדו להגן מפניהם על הגוף.
ראשית, כימיהתקפה של ריאגנטים טראומטיים, גזים, מולקולות, חומרים בעלי קשת פעולה שונה. פפטידים מסוגלים להיכנס איתם לאינטראקציה כימית, להפוך אותם לצורה לא מזיקה או פשוט לנטרל אותם.
שנית, האיום הפיזי מפצעים - אם החלבון פיברינוגן לא הופך לפיברין בזמן במקום הפציעה, אז הדם לא יקרש, מה שאומר שחסימה לא תתרחש. ואז, להיפך, תזדקק לפפטיד פלסמין, המסוגל להמיס את הקריש ולהחזיר את הפטנטיות של הכלי.
שלישי, האיום על החסינות. המבנה והמשמעות של חלבונים היוצרים הגנה חיסונית חשובים ביותר. נוגדנים, אימונוגלובולינים, אינטרפרונים הם כולם מרכיבים חשובים ומשמעותיים של מערכת הלימפה והחיסון האנושית. כל חלקיק זר, מולקולה מזיקה, חלק מת של התא או המבנה כולו נתון לחקירה מיידית על ידי תרכובת הפפטידים. לכן אדם יכול באופן עצמאי, ללא עזרת תרופות, להגן על עצמו מדי יום מפני זיהומים ווירוסים פשוטים.
נכסים פיזיים
מבנה חלבון התא הוא מאוד ספציפי ותלוי בתפקוד המבוצע. אבל התכונות הפיזיקליות של כל הפפטידים דומות ומסתכמות במאפיינים הבאים.
- משקל של מולקולה הוא עד 1,000,000 דלטון.
- מערכות קולואידיות נוצרות בתמיסה מימית. שם, המבנה מקבל מטען שיכול להשתנות בהתאם לחומציות הסביבה.
- כאשר הם נחשפים לתנאים קשים (הקרנה, חומצה או אלקלי, טמפרטורה וכן הלאה), הם מסוגלים לעבור לרמות אחרות של קונפורמציות, כלומרלְפַגֵל. תהליך זה הוא בלתי הפיך ב-90% מהמקרים. עם זאת, יש גם תזוזה הפוכה - טבע מחדש.
אלה הם המאפיינים העיקריים של המאפיינים הפיזיקליים של פפטידים.
