חלבונים הם פולימרים ביולוגיים בעלי מבנה מורכב. יש להם משקל מולקולרי גבוה והם מורכבים מחומצות אמינו, קבוצות תותבות המיוצגות על ידי ויטמינים, תכלילים של שומנים ופחמימות. חלבונים המכילים פחמימות, ויטמינים, מתכות או שומנים נקראים מורכבים. חלבונים פשוטים מורכבים רק מחומצות אמינו המקושרות בקשרי פפטידים.
Peptides
ללא קשר לאיזה מבנה יש לחומר, המונומרים של חלבונים הם חומצות אמינו. הם יוצרים את שרשרת הפוליפפטיד הבסיסית, שממנה נוצר לאחר מכן המבנה הפיברילרי או הכדורי של החלבון. יחד עם זאת, חלבון יכול להיות מסונתז רק ברקמה חיה - בתאים צמחיים, חיידקים, פטרייתיים, בעלי חיים ואחרים.
האורגניזמים היחידים שאינם יכולים לשלב מונומרים חלבוניים הם וירוסים ופרוטוזואה. כל השאר מסוגלים ליצור חלבונים מבניים. אבל אילו חומרים הם מונומרים חלבוניים, וכיצד הם נוצרים? קראו על כך ועל ביוסינתזה של חלבונים, על פוליפפטידים ויצירת מבנה חלבוני מורכב, על חומצות אמינו ותכונותיהן.למטה.
המונומר היחיד של מולקולת חלבון הוא כל חומצת אמינו אלפא. חלבון הוא פוליפפטיד, שרשרת של חומצות אמינו מקושרות. בהתאם למספר חומצות האמינו המעורבות ביצירתו, מבודדים דיפפטידים (2 שיירים), טריפפטידים (3), אוליגופפטידים (מכיל בין 2-10 חומצות אמינו) ופוליפפטידים (חומצות אמינו רבות).
סקירת מבנה חלבון
מבנה החלבון יכול להיות ראשוני, מעט יותר מורכב - משני, מורכב אפילו יותר - שלישוני, והמורכב ביותר - רבעוני.
המבנה הראשוני הוא שרשרת פשוטה שלתוכה מחוברים מונומרים חלבוניים (חומצות אמינו) באמצעות קשר פפטיד (CO-NH). המבנה המשני הוא סליל אלפא או קפלי בטא. שלישוני הוא מבנה חלבון תלת-ממדי מסובך עוד יותר, שנוצר מהמשני עקב יצירת קשרים קוולנטיים, יוניים ומימן, כמו גם אינטראקציות הידרופוביות.
המבנה הרבעוני הוא המורכב ביותר והוא אופייני לחלבוני קולטן הממוקמים על ממברנות התא. זהו מבנה על-מולקולרי (דומיין) הנוצר כתוצאה משילוב של מספר מולקולות בעלות מבנה שלישוני, בתוספת קבוצות פחמימות, שומנים או ויטמינים. במקרה זה, כמו במקרה של מבנים ראשוניים, משניים ושלישוניים, המונומרים של חלבונים הם חומצות אמינו אלפא. הם קשורים גם בקשרי פפטיד. ההבדל היחיד הוא המורכבות של המבנה.
חומצות אמינו
המונומרים היחידיםמולקולות חלבון הן חומצות אמינו אלפא. יש רק 20 מהם, והם כמעט הבסיס לחיים. הודות להופעת הקשר הפפטיד, התאפשרה סינתזת חלבון. והחלבון עצמו לאחר מכן החל לבצע פונקציות של יצירת מבנה, קולטן, אנזימטי, תחבורה, מתווך ועוד. הודות לכך, אורגניזם חי מתפקד ומסוגל להתרבות.
חומצת האמינו האלפא עצמה היא חומצה קרבוקסילית אורגנית עם קבוצת אמינו המחוברת לאטום פחמן אלפא. האחרון ממוקם ליד קבוצת הקרבוקסיל. במקרה זה, מונומרים חלבוניים נחשבים לחומרים אורגניים שבהם אטום הפחמן הסופי נושא גם אמין וגם קבוצת קרבוקסיל.
חיבור של חומצות אמינו בפפטידים וחלבונים
חומצות אמינו מקושרות לדימרים, טרימרים ופולימרים באמצעות קשר פפטיד. הוא נוצר על ידי ביקוע של קבוצת הידרוקסיל (-OH) מאתר הקרבוקסיל של חומצת אמינו אלפא אחת ומימן (-H) מקבוצת האמינו של חומצת אלפא-אמינו אחרת. כתוצאה מהאינטראקציה, המים מתפצלים, ובקצה הקרבוקסיל נשאר אתר C=O עם אלקטרון חופשי ליד הפחמן של שארית הקרבוקסיל. בקבוצת האמינו של חומצה אחרת, ישנו שארית (NH) עם רדיקל חופשי קיים באטום החנקן. זה מאפשר לחבר שני רדיקלים ליצירת קשר (CONH). זה נקרא פפטיד.
גרסאות חומצות אמינו אלפא
ישנן 23 חומצות אלפא-אמינו ידועות. הםמופיעים בתור: גליצין, ולין, אלנין, איזולצין, לאוצין, גלוטמט, אספרטאט, אורניתין, ת'רונין, סרין, ליזין, ציסטין, ציסטאין, פנילאלנין, מתיונין, טירוזין, פרולין, טריפטופן, הידרוקסיפרולין, ארגינין, היסטידין, וגלוטין. בהתאם לשאלה האם ניתן לסנתז אותן על ידי גוף האדם, חומצות אמינו אלו מחולקות לבלתי חיוניות ולא חיוניות.
המושג של חומצות אמינו לא חיוניות וחיוניות
ניתן לסנתז חומרים ניתנים להחלפה על ידי גוף האדם, בעוד שרכיבים חיוניים חייבים להגיע רק ממזון. יחד עם זאת, גם חומצות חיוניות וגם חומצות לא חיוניות חשובות לביו-סינתזה של חלבון, מכיוון שבלעדיהן לא ניתן להשלים את הסינתזה. ללא חומצת אמינו אחת, גם אם כל האחרות קיימות, אי אפשר לבנות בדיוק את החלבון שהתא צריך כדי לבצע את תפקידיו.
טעות אחת בכל אחד משלבי הביוסינתזה - והחלבון אינו מתאים יותר, כי הוא לא יוכל להרכיב למבנה הרצוי עקב הפרה של צפיפויות אלקטרוניות ואינטראקציות בין-אטומיות. לכן, חשוב לאדם (ושאר האורגניזמים) לצרוך מזונות חלבוניים המכילים חומצות אמינו חיוניות. היעדרם במזון מוביל למספר הפרעות בחילוף החומרים של חלבון.
תהליך יצירת קשר פפטיד
המונומרים היחידים של חלבונים הם חומצות אלפא-אמינו. הם מתחברים בהדרגה לשרשרת פוליפפטידית, שהמבנה שלה מאוחסן מראש בקוד הגנטי של ה-DNA (או ה-RNA, אם נחשבת ביו-סינתזה חיידקית). חלבון הוא רצף קפדני של שאריות חומצות אמינו. זו שרשרת שהוזמנה בכמהמבנה שמבצע פונקציה מתוכנתת מראש בתא.
רצף שלבים של ביוסינתזה של חלבון
תהליך יצירת החלבון מורכב משרשרת שלבים: שכפול של קטע DNA (או RNA), סינתזה של RNA מסוג מידע, שחרורו לציטופלזמה של התא מהגרעין, חיבור עם הריבוזום ו התקשרות הדרגתית של שאריות חומצות אמינו המסופקות על ידי העברה RNA. חומר שהוא מונומר חלבוני משתתף בתגובה האנזימטית של סילוק קבוצת הידרוקסיל ופרוטון מימן, ולאחר מכן מצטרף לשרשרת הפוליפפטיד הגדלה.
לפיכך, מתקבלת שרשרת פוליפפטידית, שכבר ברטיקולום האנדופלזמי התא, מסודרת למבנה מסוים שנקבע מראש ומוסיפה לה שארית פחמימה או שומנים, במידת הצורך. זה נקרא תהליך "התבגרות" החלבון, ולאחר מכן הוא נשלח על ידי מערכת תאי התחבורה ליעדו.
פונקציות של חלבונים מסונתזים
מונומרים של חלבונים הם חומצות האמינו הנחוצות לבניית המבנה העיקרי שלהן. המבנה המשני, השלישוני והרבעוני כבר נוצר מעצמו, אם כי לפעמים הוא מצריך גם השתתפות של אנזימים וחומרים אחרים. עם זאת, הם אינם חיוניים עוד, למרות שהם חיוניים לחלבונים לביצוע תפקידם.
חומצת אמינו, שהיא מונומר חלבוני, יכולה להכיל אתרי התקשרות לפחמימות, מתכות או ויטמינים. היווצרות של מבנה שלישוני או רבעוני מאפשר למצוא מקומות נוספים לקבוצות ההחדרה. זה מאפשר לך ליצור מנגזרת חלבון הממלאת תפקיד של אנזים, קולטן, נשא של חומרים לתוך תא או מחוצה לו, אימונוגלובולין, מרכיב מבני של ממברנה או אברון תא, חלבון שריר.
חלבונים, שנוצרו מחומצות אמינו, הם הבסיס היחיד לחיים. והיום מאמינים שהחיים התעוררו רק לאחר הופעת חומצת האמינו וכתוצאה מהפילמור שלה. אחרי הכל, האינטראקציה הבין-מולקולרית של חלבונים היא תחילת החיים, כולל חיים תבוניים. כל שאר התהליכים הביוכימיים, כולל אנרגיה, נחוצים ליישום ביוסינתזה של חלבון, וכתוצאה מכך להמשך החיים.
