שיעור #12
אימייל של המרצה: cohency@mail.biu.ac.il
החלק הראשון מוסבר בפרקים 6,7 של הספר והחלק השני מוסבר בפרק 11 בספר.
רמה ראשונה של חלבון – היא המבנה הראשוני של החלבון. יש גם מבנה שניוני, שלישוני ורבעוני של חלבון.
חלבונים מורכבים ממבנים רבים שלעתים חוזרים על עצמם.
במבנה הראשוני הוא רצף חומצות האמינו, והוא מכיל את רוב המידע והאינפורמציה לקיפול החלבון. ישנם מודיפיקציות לאחר סינתזת השרשרת הפפטידית שיכולות להשפיע על המבנה, אך רוב המידע נמצא על המבנה הראשוני.
יש מבנים מאופיינים שחוזרים על עצמם בחלבונים.
מבנה אחד הוא אלפא-הליקס, ומבנה שני הוא משטחי-בטא.
קשרי מימן חשובים כי הם מייצבים את המבנה.
המדען פאולין, החל לעבוד בשנות ה30 על פענוח מבנים. הוא האמין שהמידע שהוא יוכל להשיג מפפטידים יוכל לעזור לו להבין איך חלבון מתקבל ומהו המבנה שלו.
לקח לו כ20 שנה עד שהצליח להגדיר כללים ועקרונות (עקרונות פאולינג, שמתחלקים ל4) שקשורים להתהוות.
אימייל של המרצה: cohency@mail.biu.ac.il
החלק הראשון מוסבר בפרקים 6,7 של הספר והחלק השני מוסבר בפרק 11 בספר.
רמה ראשונה של חלבון – היא המבנה הראשוני של החלבון. יש גם מבנה שניוני, שלישוני ורבעוני של חלבון.
חלבונים מורכבים ממבנים רבים שלעתים חוזרים על עצמם.
במבנה הראשוני הוא רצף חומצות האמינו, והוא מכיל את רוב המידע והאינפורמציה לקיפול החלבון. ישנם מודיפיקציות לאחר סינתזת השרשרת הפפטידית שיכולות להשפיע על המבנה, אך רוב המידע נמצא על המבנה הראשוני.
יש מבנים מאופיינים שחוזרים על עצמם בחלבונים.
מבנה אחד הוא אלפא-הליקס, ומבנה שני הוא משטחי-בטא.
קשרי מימן חשובים כי הם מייצבים את המבנה.
המדען פאולין, החל לעבוד בשנות ה30 על פענוח מבנים. הוא האמין שהמידע שהוא יוכל להשיג מפפטידים יוכל לעזור לו להבין איך חלבון מתקבל ומהו המבנה שלו.
לקח לו כ20 שנה עד שהצליח להגדיר כללים ועקרונות (עקרונות פאולינג, שמתחלקים ל4) שקשורים להתהוות.
המבנה של חלבונים:
1. חלבון גדול בעל מס' גדול של שיירים (100+) - הזוויות והמרחקים בקשרים הפפטידיים במולקולה גדולה כזו צריכים להיות דומים לאלו שבמולקולות קטנות. כלומר, אין שוני גדול במרחקים ובזוויות בין פפטיד קצר ובין חלבון גדול.
2. שני אטומים לא יוכלו להתקרב אחד לשני יותר מאשר הרדיוס של כוחות ונדר-ולס מתירים להם.
3. קבוצת האמיד חייבת להשאר במישור.
4. רוטציה או סיבוב בין ח. האמינו מתאפשרת רק בקשר לפחמן אלפא. (כדאי להסתכל על התמונות בפרק 6 בספר)
5. חייבים קשרים לא קוולנטים כדי ליצב את מבנה החלבון. קשר המימן הוא הנפוץ ביותר במקרה הזה.
הכללים האלו מגבילים מבחינה כימית את המבנה השניוני. אנו יכולים לחלק מבנה שניוני ל2 קבוצות עיקריות: אלפא-הליקס, או משטחי-בטא.
ישנם מבנים אחרים שמקיימים את הכללים בכל זאת. אחד הוא אלפא-3-10, שהוא מבנה דחוס מבחינת הסליל ביחס לאלפא-הליקס. יש גם מבנה אחר, פאי-הליקס שלא נצפה בטבע למרות שמבחינה כימית הוא אפשרי.
אחד הערכים לתיאור מבנה שניוני הוא n. n הוא מספר חומצות האמינו בסיבוב אחד.
במקרה של אלפא-הליקס יש 18 חומצות אמינו ב5 סיבובים.
כלומר, n לא חייב להיות מספר שלם. במקרה הזה הוא 3.6.
יש 2 ערכים נוספים:
H – הפרש הגובה בין שתי חומצות אמינו עוקבות על אותו סליל.
ה PITCH – מסמל את הגובה של סיבוב אחד שלם.
P = n x H
H של אלפא הליקס הוא 0.15 ננומטר, והP הוא 0.54 ננומטר. כלומר האורך של סיבוב אחד הוא 0.54 ננומטר.
לפי מספר האטומים שמפרידים בין חמצן (מס' 1 למימן שאיתו הוא יוצר את קשר המימן) אנו מאפיינים מבנים שניוניים.
הקשר השני הוא 3-10 : 3 = כל סיבוב של הסליל מכיל 3 ח. אמינו. 10 = המימן העשירי בשרשרת שאיתו החמצן יוצר את הקשר.
באותה שרשרת, אותו מימן הוא מספר 13, ולכן דרך נוספת לתאר את האלפא-הליקס היא: מס' ח. אמינו, 13=המספר של אטום המימן.
השרשראות קשורות בצורה לא קוולנטית בינהן ע"י קשרי מימן של אותו חמצן שיכול לפגוש את המימן שממולו, והפוך.
אנו מגדירים 2 סוגים של מבנה של משטחי-בטא:
מקביל (Parallel) ואנטי-פרלל (Anti-Parallel).
במבנה מקביל, השרשראות שיוצרות את המשטח הן בעלות כיווניות זהה.
במשטח האנטי-פרלל, השרשראות שיוצרות את המבנה "רצות" בכיוונים הפוכים.
שני פרמטרים נוספים שניגע בהם בעתיד:
*) הסיבובים של המבנים
*) מבנה Random-Coil – שרשרת פוליפפטידית שאין לה מבנה מוגדר.
ניתן לאפיין קשר פפטידי ע"י זווית:זווית המישור השמאלי= פאיי,וזווית המישור הימני = פסאיי (בדוגמא במצגת).
אי אפשר ששני הקשרים האלו יקבלו ערכים בין 0 ל 180 מעלות, מכיוון שמבחינה כימית יש מבנים אסורים (הפרעה סטרית). שני המישורים מחוברים בעזרת פחמן האלפא.
הכימאי Ramachandran ניסה לצייר מפות של קשר של הזוויות האפשריות בין 2 ח. אמינו. הוא צייר מפה מ0 עד +180 או -180, שבה בדק מהן הזוויות המותרות כדי שהמבנה הזה יהיה אפשרי עבור החלבונים. הוא הגחע למסקנה שאותם מבנים אפשריים בתחום מסויים של זוויות. יש מבנה אפשרי שמכיל את הסליל – הוא הסליל בסיבוב שמאלי.
כשמעתיקים את הנתונים על מפה, מגלים שרוב האטומים נופלים באזורים מותרים.
החומצות האמינו שיוצאות מהכלל הן בעיקר גליצין (שהיא גמישה ואין לה שייר).
ניתן להסיק, שאם פסאיי ופאיי הן באותן זוויות (אך נגדיות) הן נמצאות באותו אזור.
המפה הזו נותנת מושג לגבי המבנה השניוני של פחמן אלפא.
חלבונים
חלבונים מתחלקים ל2 חלקים:
1. חלבונים סיביים (Fibers Proteins)
2. חלבונים גלובולריים
לקבוצה 1 יש מבנה של סיבים (או חוטים). אלו חלבונים חשובים מאוד במבנה התא, הגרעין והציטופלסמה. נמצא אותם בעיקר בעור, בציפורניים, בשיער, ברקמות חיבור וגם במשי.
לעומתם, לחלבונים גלובלריים יש מבנה קומפקטי. הם חשובים מבחינה מטאבולית, אנזימטית ומעבר של מולקולות בתוך התא.
החלבונים הסיביים
חלבונים אלו קשורים ביצירת מבנים או כאשר אנו צריכים חוזק מכני. הם חשובים ברקמות חיבור או יצירת קורי עכביש, למשל. חלבון המשי הוא משטח.
מבנים של קרטין וקולגן לא נמצאים בחלבונים אחרים.
יש 4 משפחות עיקריות:
קרטיניים – אלפא-קרטין קשור לשיער והציפורניים. בטא-קרטין מופיעים בנוצות וקסקסים.
פיברואין – נמצאת במשי ובקורי עכביש.
קולגן – נמצא בעיקר בעצמות ובעור.
אלסטין – נמצא בגידים ובכלי הדם.
כל מונומר מכיל כ300 ח. אמינו, וכל ח. אמינו רביעית או שביעית היא הידרופובית. (בגלל שיש 3.6 חומצות אמינו בסיבוב). הקרטין יוצר צד אחד שהוא יותר בידרופובי לאורך כל הסליל, שמתחבר לצד ההידרופובי של הסליל השני.
קשרים דיסולפידים נמצאים יותר בציפורניים ובשיער מסולסל, לעומת שיער חלק.
בשיער, מבנה האלפא-קרטין הוא שמשפיע על סילסול השיער.
משפחת הפיברואינים:
הם יוצרים את מבנה קורי העכביש. אךו מבנים של משטחי בטא עם הרבה גליצינים -
(Glycin). הם יוצרים מבנה חזק מאוד, וגם גמיש. ישנם אזורים במשטח שמכילים הרבה ואלין או טירוזין, ששוברים את המבנה המישורי של בטא ומפשרים גמישות.
הפברואין נוצר כתוצאה של משטחי בטא אחד על השני.
משפחת הקולגן
המבנה הבסיסי של קולגן (בעצמות, גידים, עור) הוא מבנה של 3 הליקס עם סיבוב שמאלי.
בד"כ גליצין היא חומצה שלישית (נמצאת במרכז הסליל) ומקנה גמישות לסליל, והn שלו 3.3. הפרולין, לעומת זאת, מקשה על הגמישות.
הידרוקסיפרולין קשורים למחלה. הפיכה של פרולין אליו נעשית ע"י אנזים שתלוי בויטמין C. כאשר יש חוסר בויטמין C, אין מספיק הידרוקסיפרולין, ומאחר וקולגן מכיל ריכוז גבוה של הידרוקסיפרולין, חוסר בו, מחליש את המבנה של הקולגן וגורם לדימומים בחניכיים. מחלה זו נקראת Scurby.
משפחת האלסטין
בצינורות כלי דם חשובה הגמישות. אותם חלבונים מאוד גמישים וחזקים. רוב ח. האמינו הן גליצין אלנין, ואלין ולפעמים גם ליזין. האלסטין שונה מהמשפחות הקודמות, בכך שהמבנה שלו פחות מסודר – אין לו מבנה שניוני מוגדר (כמו אלפא הליקס ובטא שיטס). הליזינים הם אלו שיוצרים קשרים בין החלקים של החלבון – קשרים מיוחדים שנקראים דסמוזין, שנוצרים ע"י חיבור של 4 ליזינים שמחוברים ע"י השיירים. הוא שנותן תכונות גמישות לאלסטין.
1. חלבון גדול בעל מס' גדול של שיירים (100+) - הזוויות והמרחקים בקשרים הפפטידיים במולקולה גדולה כזו צריכים להיות דומים לאלו שבמולקולות קטנות. כלומר, אין שוני גדול במרחקים ובזוויות בין פפטיד קצר ובין חלבון גדול.
2. שני אטומים לא יוכלו להתקרב אחד לשני יותר מאשר הרדיוס של כוחות ונדר-ולס מתירים להם.
3. קבוצת האמיד חייבת להשאר במישור.
4. רוטציה או סיבוב בין ח. האמינו מתאפשרת רק בקשר לפחמן אלפא. (כדאי להסתכל על התמונות בפרק 6 בספר)
5. חייבים קשרים לא קוולנטים כדי ליצב את מבנה החלבון. קשר המימן הוא הנפוץ ביותר במקרה הזה.
הכללים האלו מגבילים מבחינה כימית את המבנה השניוני. אנו יכולים לחלק מבנה שניוני ל2 קבוצות עיקריות: אלפא-הליקס, או משטחי-בטא.
ישנם מבנים אחרים שמקיימים את הכללים בכל זאת. אחד הוא אלפא-3-10, שהוא מבנה דחוס מבחינת הסליל ביחס לאלפא-הליקס. יש גם מבנה אחר, פאי-הליקס שלא נצפה בטבע למרות שמבחינה כימית הוא אפשרי.
אחד הערכים לתיאור מבנה שניוני הוא n. n הוא מספר חומצות האמינו בסיבוב אחד.
במקרה של אלפא-הליקס יש 18 חומצות אמינו ב5 סיבובים.
כלומר, n לא חייב להיות מספר שלם. במקרה הזה הוא 3.6.
יש 2 ערכים נוספים:
H – הפרש הגובה בין שתי חומצות אמינו עוקבות על אותו סליל.
ה PITCH – מסמל את הגובה של סיבוב אחד שלם.
P = n x H
H של אלפא הליקס הוא 0.15 ננומטר, והP הוא 0.54 ננומטר. כלומר האורך של סיבוב אחד הוא 0.54 ננומטר.
לפי מספר האטומים שמפרידים בין חמצן (מס' 1 למימן שאיתו הוא יוצר את קשר המימן) אנו מאפיינים מבנים שניוניים.
הקשר השני הוא 3-10 : 3 = כל סיבוב של הסליל מכיל 3 ח. אמינו. 10 = המימן העשירי בשרשרת שאיתו החמצן יוצר את הקשר.
באותה שרשרת, אותו מימן הוא מספר 13, ולכן דרך נוספת לתאר את האלפא-הליקס היא: מס' ח. אמינו, 13=המספר של אטום המימן.
השרשראות קשורות בצורה לא קוולנטית בינהן ע"י קשרי מימן של אותו חמצן שיכול לפגוש את המימן שממולו, והפוך.
אנו מגדירים 2 סוגים של מבנה של משטחי-בטא:
מקביל (Parallel) ואנטי-פרלל (Anti-Parallel).
במבנה מקביל, השרשראות שיוצרות את המשטח הן בעלות כיווניות זהה.
במשטח האנטי-פרלל, השרשראות שיוצרות את המבנה "רצות" בכיוונים הפוכים.
שני פרמטרים נוספים שניגע בהם בעתיד:
*) הסיבובים של המבנים
*) מבנה Random-Coil – שרשרת פוליפפטידית שאין לה מבנה מוגדר.
ניתן לאפיין קשר פפטידי ע"י זווית:זווית המישור השמאלי= פאיי,וזווית המישור הימני = פסאיי (בדוגמא במצגת).
אי אפשר ששני הקשרים האלו יקבלו ערכים בין 0 ל 180 מעלות, מכיוון שמבחינה כימית יש מבנים אסורים (הפרעה סטרית). שני המישורים מחוברים בעזרת פחמן האלפא.
הכימאי Ramachandran ניסה לצייר מפות של קשר של הזוויות האפשריות בין 2 ח. אמינו. הוא צייר מפה מ0 עד +180 או -180, שבה בדק מהן הזוויות המותרות כדי שהמבנה הזה יהיה אפשרי עבור החלבונים. הוא הגחע למסקנה שאותם מבנים אפשריים בתחום מסויים של זוויות. יש מבנה אפשרי שמכיל את הסליל – הוא הסליל בסיבוב שמאלי.
כשמעתיקים את הנתונים על מפה, מגלים שרוב האטומים נופלים באזורים מותרים.
החומצות האמינו שיוצאות מהכלל הן בעיקר גליצין (שהיא גמישה ואין לה שייר).
ניתן להסיק, שאם פסאיי ופאיי הן באותן זוויות (אך נגדיות) הן נמצאות באותו אזור.
המפה הזו נותנת מושג לגבי המבנה השניוני של פחמן אלפא.
חלבונים
חלבונים מתחלקים ל2 חלקים:
1. חלבונים סיביים (Fibers Proteins)
2. חלבונים גלובולריים
לקבוצה 1 יש מבנה של סיבים (או חוטים). אלו חלבונים חשובים מאוד במבנה התא, הגרעין והציטופלסמה. נמצא אותם בעיקר בעור, בציפורניים, בשיער, ברקמות חיבור וגם במשי.
לעומתם, לחלבונים גלובלריים יש מבנה קומפקטי. הם חשובים מבחינה מטאבולית, אנזימטית ומעבר של מולקולות בתוך התא.
החלבונים הסיביים
חלבונים אלו קשורים ביצירת מבנים או כאשר אנו צריכים חוזק מכני. הם חשובים ברקמות חיבור או יצירת קורי עכביש, למשל. חלבון המשי הוא משטח.
מבנים של קרטין וקולגן לא נמצאים בחלבונים אחרים.
יש 4 משפחות עיקריות:
קרטיניים – אלפא-קרטין קשור לשיער והציפורניים. בטא-קרטין מופיעים בנוצות וקסקסים.
פיברואין – נמצאת במשי ובקורי עכביש.
קולגן – נמצא בעיקר בעצמות ובעור.
אלסטין – נמצא בגידים ובכלי הדם.
כל מונומר מכיל כ300 ח. אמינו, וכל ח. אמינו רביעית או שביעית היא הידרופובית. (בגלל שיש 3.6 חומצות אמינו בסיבוב). הקרטין יוצר צד אחד שהוא יותר בידרופובי לאורך כל הסליל, שמתחבר לצד ההידרופובי של הסליל השני.
קשרים דיסולפידים נמצאים יותר בציפורניים ובשיער מסולסל, לעומת שיער חלק.
בשיער, מבנה האלפא-קרטין הוא שמשפיע על סילסול השיער.
משפחת הפיברואינים:
הם יוצרים את מבנה קורי העכביש. אךו מבנים של משטחי בטא עם הרבה גליצינים -
(Glycin). הם יוצרים מבנה חזק מאוד, וגם גמיש. ישנם אזורים במשטח שמכילים הרבה ואלין או טירוזין, ששוברים את המבנה המישורי של בטא ומפשרים גמישות.
הפברואין נוצר כתוצאה של משטחי בטא אחד על השני.
משפחת הקולגן
המבנה הבסיסי של קולגן (בעצמות, גידים, עור) הוא מבנה של 3 הליקס עם סיבוב שמאלי.
בד"כ גליצין היא חומצה שלישית (נמצאת במרכז הסליל) ומקנה גמישות לסליל, והn שלו 3.3. הפרולין, לעומת זאת, מקשה על הגמישות.
הידרוקסיפרולין קשורים למחלה. הפיכה של פרולין אליו נעשית ע"י אנזים שתלוי בויטמין C. כאשר יש חוסר בויטמין C, אין מספיק הידרוקסיפרולין, ומאחר וקולגן מכיל ריכוז גבוה של הידרוקסיפרולין, חוסר בו, מחליש את המבנה של הקולגן וגורם לדימומים בחניכיים. מחלה זו נקראת Scurby.
משפחת האלסטין
בצינורות כלי דם חשובה הגמישות. אותם חלבונים מאוד גמישים וחזקים. רוב ח. האמינו הן גליצין אלנין, ואלין ולפעמים גם ליזין. האלסטין שונה מהמשפחות הקודמות, בכך שהמבנה שלו פחות מסודר – אין לו מבנה שניוני מוגדר (כמו אלפא הליקס ובטא שיטס). הליזינים הם אלו שיוצרים קשרים בין החלקים של החלבון – קשרים מיוחדים שנקראים דסמוזין, שנוצרים ע"י חיבור של 4 ליזינים שמחוברים ע"י השיירים. הוא שנותן תכונות גמישות לאלסטין.
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה