3.7: חלבונים - סוגים ותפקודים של חלבונים

Last updated
Save as PDF

Page ID: 209976

Boundless
Boundless

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

מטרות למידה

הבדילו בין סוגי החלבונים ותפקודיהם

סוגים ותפקודים של חלבונים

חלבונים מבצעים פונקציות חיוניות בכל המערכות של גוף האדם. שרשראות ארוכות אלה של חומצות אמינו חשובות ביותר עבור:

מזרז תגובות כימיות
סינתזה ותיקון DNA
הובלת חומרים על פני התא
קבלה ושליחה של אותות כימיים
להגיב לגירויים
מתן תמיכה מבנית

חלבונים (פולימר) הם מקרומולקולות המורכבות מיחידות משנה של חומצות אמינו (המונומרים). חומצות אמינו אלו מחוברות זו לזו באופן קוולנטי ליצירת שרשראות ליניאריות ארוכות הנקראות פוליפפטידים, המתקפלות לאחר מכן לצורה תלת מימדית ספציפית. לפעמים שרשראות הפוליפפטיד המקופלות הללו מתפקדות מעצמן. פעמים אחרות הם משתלבים עם שרשראות פוליפפטיד נוספות ליצירת מבנה החלבון הסופי. לפעמים נדרשות גם קבוצות שאינן פוליפפטידיות בחלבון הסופי. לדוגמה, חלבון הדם המוגובין מורכב מארבע שרשראות פוליפפטיד, שכל אחת מהן מכילה גם מולקולת heme, שהיא מבנה טבעת ובמרכזה אטום ברזל.

לחלבונים צורות ומשקלים מולקולריים שונים, בהתאם לרצף חומצות האמינו. לדוגמה, המוגלובין הוא חלבון כדורי, כלומר הוא מתקפל למבנה דמוי כדור קומפקטי, אך קולגן, המצוי בעורנו, הוא חלבון סיבי, מה שאומר שהוא מתקפל לשרשרת ארוכה דמוית סיבים. אתה כנראה נראה דומה לבני משפחתך מכיוון שאתה חולק חלבונים דומים, אך אתה נראה שונה מזרים מכיוון שהחלבונים בעיניים, בשיער ובשאר גופך שונים.

דמות — איור\(\PageIndex{1}\): המוגלובין אנושי: מבנה ההמוגלובין האנושי. יחידות המשנה α ו- β של החלבונים הן באדום וכחול, וקבוצות ההמה המכילות ברזל בירוק. מבסיס נתוני החלבון.

מכיוון שהצורה קובעת את התפקוד, כל שינוי קל בצורת החלבון עלול לגרום לחלבון להיות לא מתפקד. שינויים קטנים ברצף חומצות האמינו של חלבון עלולים לגרום למחלות גנטיות הרסניות כמו מחלת הנטינגטון או אנמיה חרמשית.

אנזימים

אנזימים הם חלבונים המזרזים תגובות ביוכימיות, שאחרת לא היו מתרחשות. אנזימים אלה חיוניים לתהליכים כימיים כמו עיכול ומטבוליזם תאי. ללא אנזימים, רוב התהליכים הפיזיולוגיים היו מתקדמים כל כך לאט (או בכלל לא) שהחיים לא יכלו להתקיים.

מכיוון שהצורה קובעת את התפקוד, כל אנזים הוא ספציפי למצעים שלו. המצעים הם המגיבים העוברים את התגובה הכימית המזרזת על ידי האנזים. המיקום שבו מצעים נקשרים לאנזים או מתקשרים איתו ידוע כאתר הפעיל, מכיוון שזה האתר בו מתרחשת הכימיה. כאשר המצע נקשר לאתר הפעיל שלו באנזים, האנזים עשוי לסייע בפירוק, בסידור מחדש או בסינתזה שלו. על ידי הצבת המצע לצורה ולמיקרו-סביבה ספציפית באתר הפעיל, האנזים מעודד את התגובה הכימית להתרחש. ישנם שני סוגים בסיסיים של אנזימים:

אנזימים קטבוליים: אנזימים המפרקים את המצע שלהם
אנזימים אנבוליים: אנזימים הבונים מולקולות מורכבות יותר מהמצעים שלהם

אנזימים חיוניים לעיכול: תהליך פירוק מולקולות מזון גדולות יותר ליחידות משנה קטנות מספיק כדי להתפזר דרך קרום התא ולשמש את התא. אנזימים אלה כוללים עמילאז, המזרז את פחמימות העיכול בפה ובמעי הדק; פפסין, המזרז את עיכול החלבונים בקיבה; ליפאז, המזרז תגובות צריך להתחלב שומנים במעי הדק; וטריפסין, המזרז את המשך העיכול של חלבונים במעי הדק.

אנזימים חיוניים גם לביוסינתזה: תהליך יצירת מולקולות חדשות ומורכבות מתת-היחידות הקטנות יותר המסופקות לתא או נוצרות על ידי התא. אנזימים ביו-סינתטיים אלה כוללים DNA Polymerase, המזרז את הסינתזה של גדילים חדשים של החומר הגנטי לפני חלוקת התא; סינתטאז חומצות שומן, אשר סינתזה של חומצות שומן חדשות ליצירת שומנים בשומן או בממברנה; ורכיבים של הריבוזום, המזרז את היווצרותם של פוליפפטידים חדשים ממונומרים של חומצות אמינו.

הורמונים

חלק מהחלבונים מתפקדים כמולקולות איתות כימיות הנקראות הורמונים. חלבונים אלה מופרשים על ידי תאים אנדוקריניים הפועלים לשליטה או ויסות תהליכים פיזיולוגיים ספציפיים, הכוללים צמיחה, התפתחות, חילוף חומרים ורבייה. לדוגמה, אינסולין הוא הורמון חלבון המסייע לווסת את רמות הגלוקוז בדם. חלבונים אחרים פועלים כקולטנים כדי לזהות את ריכוזי הכימיקלים ולשלוח אותות להגיב. סוגים מסוימים של הורמונים, כגון אסטרוגן וטסטוסטרון, הם סטרואידים שומנים, לא חלבונים.

פונקציות חלבון אחרות

חלבונים מבצעים פונקציות חיוניות בכל המערכות של גוף האדם. במערכת הנשימה, המוגלובין (המורכב מארבע יחידות משנה של חלבון) מעביר חמצן לשימוש בחילוף החומרים התאי. חלבונים נוספים בפלסמת הדם והלימפה נושאים חומרים מזינים ומוצרי פסולת מטבולית בכל הגוף. החלבונים אקטין וטובולין יוצרים מבנים תאיים, בעוד שהקרטין מהווה את התמיכה המבנית לתאים המתים שהופכים לציפורניים ושיער. נוגדנים, הנקראים גם אימונוגלובינים, מסייעים בזיהוי והשמדת פתוגנים זרים במערכת החיסון. אקטין ומיוסין מאפשרים לשרירים להתכווץ, בעוד אלבומין מזין את ההתפתחות המוקדמת של עובר או שתיל.

נקודות מפתח

חלבונים חיוניים לתהליכים הפיזיולוגיים העיקריים של החיים ומבצעים פונקציות בכל מערכת בגוף האדם.
צורת החלבון קובעת את תפקודו.
חלבונים מורכבים מיחידות משנה של חומצות אמינו היוצרות שרשראות פוליפפטידים.
אנזימים מזרזים תגובות ביוכימיות על ידי האצת תגובות כימיות, ויכולים לפרק את המצע שלהם או לבנות מולקולות גדולות יותר מהמצע שלהם.
צורת האתר הפעיל של האנזים תואמת את צורת המצע.
הורמונים הם סוג של חלבון המשמש לאיתות ותקשורת תאים.

מונחי מפתח

חומצת אמינו: כל אחת מ-20 חומצות α-אמינו המופיעות באופן טבעי (בעלות קבוצות האמינו והחומצה הקרבוקסילית על אותו אטום פחמן), ומגוון שרשראות צד, המשתלבות, באמצעות קשרי פפטיד, ליצירת חלבונים.
פוליפפטיד: כל פולימר של חומצות אמינו (זהות או שונות) המחוברות באמצעות קשרי פפטיד.
לְזַרֵז: להאיץ תהליך.