ד"ר מירי ברק המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים, טכניון פרק ב. מחומצות אמיניות לחלבונים ב.1. החלבונים בגוף האדם ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון ד"ר מירי ברק המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים, טכניון
ב.1. החלבונים בגוף האדם אנזימים משמשים כזרזים ביולוגיים ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים אנזימים משמשים כזרזים ביולוגיים ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות נוגדנים משמשים במנגנון ההגנה החיסונית של הגוף וויסות הגדילה והתמיינות של תאים ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון חלק בתמיכה מכנית של אברי הגוף הובלה ואגירה של מולקולות קטנות ויונים יצירה והעברה של גירויים עצביים כיווץ השריר, חלוקת התא ותנועת תאי הזרע
אבני הבניין של החלבונים ב.2. חומצות אמיניות: אבני הבניין של החלבונים ב.1. החלבונים בגוף האדם ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים חומצה קרבוקסילית ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות חומצה אמינית ב.5. המבנה המרחבי של החלבון
תרגיל בנושא איזומריה אופטית ב.1. החלבונים בגוף האדם תרגיל בנושא איזומריה אופטית השתמשו בחמישה כדורים מפלסטלינה בצבעים שונים וארבעה מקלוני עץ (קיסמים) כדי לבנות שני איזומרים אופטיים. דמו שהכדור האמצעי משמש מודל לאטום פחמן. השתמשו במודלים סוג כדור-מקל, מסגרת ו/או ממלא מרחב ובנו איזומרים אופטיים של החומצה האמינית אלאנין (נוסחת המבנה של מולקולת האלאנין מתוארת באיור ב5). ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון
מה שונה ומה משותף לחומצות האמיניות הבאות? מי יוצא דופן ומדוע? גליצין (Gly/G) איזולואיצין (Ile/I) ולין (Val/V) אלאנין (Ala/A) לואיצין (Leu/L)
מה שונה ומה משותף לחומצות האמיניות הבאות? מי יוצא דופן ומדוע? פנילאלאנין (Phe/F) טריפטופן (Trp/W) פרולין (Pro/P) מתיונין (Met/M)
מה שונה ומה משותף לחומצות האמיניות הבאות? מי יוצא דופן ומדוע? תראונין (Thr/T) טירוזין (Tyr/Y) סרין (Ser/S) ציסטאין (Cys/C) אספרגין (Asn/N) גלוטמין (Gln/Q)
מה שונה ומה משותף לחומצות האמיניות הבאות? מי יוצא דופן ומדוע? היסטידין (His/H) ארגינין (Arg/R) ליזין (Lys/K) חומצה גלוטמית (Glu/E) חומצה אספרטית (Asp/D)
ב.1. החלבונים בגוף האדם סתירות 1. חומצות אמיניות הן חומרים אבקתיים הנמסים במים. אם זאת, יש חומצות אמיניות המוגדרות כהידרופוביות ואחרות כהידרופיליות. 2. כל אחת מהחומצות האמיניות מתנהגת הן כחומצה והן כבסיס, תכונה הידועה כ"אמפוטריות", למרות זאת, יש חומצת אמיניות המוגדרות כחומציות ואחרות כבסיסיות. ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון
ב.3. תכונות חומצה-בסיס של חומצות אמיניות ב.1. החלבונים בגוף האדם ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים קבוע שיווי המשקל של חומצה והקשר בין pH ו-pKa , PI, משוואת הנדרסון-הסלבך טיטרציה של חומצות אמיניות הרחבה: אלקטרופורזה דו מימדית ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון
עקומת טיטרציה של החומצה האמינית אלאנין ב.1. החלבונים בגוף האדם עקומת טיטרציה של החומצה האמינית אלאנין ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות pH ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון מיליליטר NaOH 1M
מטען חשמלי של חומצות אמיניות הנקודה האיזואלקטרית Isoelectric Point: ה- pH שבו המטען החשמלי נטו מתאפס
ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות הקשר הפפטידי (אמידי) + + H2O קצה אמיני N - terminus קצה קרבוקסילי C - terminus קשר פפטידי
הקשר הפפטידי: יחידה מישורית קשיחה הקשר הפפטידי הוא כמעט מישורי כלומר האטומים C,O,N,H וה-C של החומצה האמינית הבאה נמצאים כמעט באותו מישור. קשר פפטידי דבר זה יוצר מישורים קשיחים יחסית בשרשרת הפפטידית:
הקשר הפפטידי: תופעת האל-איתור (רזוננס)
המבנה הראשוני: שרשרת פוליפפטידית Ala-Cys-Gly-His-Val-Glu-Lys-Met-Cys-Gly-Val-Pro-Asn-Asp-Val-His-… האטומים סביב הקשרים N - C ו - C - C סובבים חופשי הקשר C - N קשיח האטומים בשרשרת הפוליפפטידית יסתדרו סביב הקשר הפפטידי בקונפורמציית טרנס ולא ציס
קשרי דו-גופרית S S במידה ובחלבון יש שיירים של חומצות אמיניות מסוג ציסטאין, הקבוצות הצדדיות תיצורנה קשרי דו גופרית (קשרים קוולנטיים) שמייצבים את המבנה הראשוני של החלבונים.
ב.5. המבנה המרחבי של החלבון ב.1. החלבונים בגוף האדם ב.2. חומצות אמיניות אבני הבניין של החלבונים ב.3. תכונות חומצה- בסיס של חומצות אמיניות קשרים וכוחות בין מולקולריים: אינטראקציות הידרופוביות אינטראקציות יוניות קשרי מימן קשרי ון-דר-ולס ב.4. יצירת חלבון מחומצות אמיניות ב.5. המבנה המרחבי של החלבון
המבנה השניוני סלילי α d+ בסלילי α קשרי המימן נוצרים בין מימן הקשור לחנקן של הקשר הפפטידי וקבוצת קרבוניל של החומצה אמינית הרביעית לאחריו N – C – C – N – C – C – N – C – C – N – C – C – N – C – C - H R1 0 R2 H R3 O R4 H R5 O H H H O H H H O H
השרשרת סובבת לכיוון ימין סלילי α השרשרת סובבת לכיוון ימין הקבוצות הצדדיות פונות החוצה
סלילי α סיבוב שלם 5.4 Ao בכל סיבוב שלם 3.6חומצות אמיניות בכל סיבוב שלם 3.6חומצות אמיניות לא ימצאו חומצות אמינו עם מטען מנוגד או זהה בעמדות שיכולות לעוות את ה – a helix Proline לא ימצאו (כמעט) חומצות אמינו גדולות ( (bulky לא ימצאו חומצות אמינו Proline , Glycine Glycine Ao (angstrom) = 0.1nm
משטחי מקביל אנטי-מקביל COOH NH2
משטחי בחלבונים יופיעו שני משטחי או יותר. משטחי מורכבים מחומצות אמיניות עם קבוצה צדדית קטנה יחסית. כל משטח ירוק מסמל רצף אחד של חומצות אמיניות.
סיבובים ולולאות מקטעים ללא מבנה קבוע היוצרים חיבור בין סלילי ומשטחי
מבנה שלישוני 1. חלבונים כדוריים Globular Proteins מאורגנים ככדור וניתן לתאר אותם על ידי הרדיוס או הקוטר שלהם. 2. חלבונים סיביים Fibrous Proteins מאורגנים במרחב סביב ציר אורך דמיוני. הקוטר שלהם יחסית לאורך זניח. חלבוני המבנה (שיער, שרירים, גידים, ציפורניים) הם בדרך כלל חלבונים סיביים. חלבוני הפונקציה (כדוריות דם, אנזימים, הורמונים) הם בדרך כלל חלבונים כדוריים.
מבנה שלישוני דוגמאות לחלבונים כדוריים:
מבנה שלישוני של החלבון ריבונוקלאז Ribonuclease חתך דרך המולקולה מבט חיצוני מולקולות מים (ירוק) קבוצות צדדיות לא קוטביות (ורוד) קבוצות צדדיות קוטביות (כחול)
מבנה ראשוני: קשרי דו-גופרית מבנה השיער -keratin מבנה שלישוני: סיבי מבנה שניוני: סלילי מבנה ראשוני: קשרי דו-גופרית
מבנה רביעוני המוגלובין מספר שרשרות פוליפפטיד סמוכות זו לזו ארבע שרשרות של החלבון גלובין. כל אחת מכילה קבוצת הם חלבון גלובין קבוצת הם: תצמיד של ארבעה פירולים ויון ברזל Fe++
סיכום המבנה המרחבי של החלבון
האנרגיה הדרושה לפירוק בקשרים תרומה ליציבות המבנה של החלבון הכוחות והקשרים המייצבים את המבנה של החלבון האנרגיה הדרושה לפירוק בקשרים Kcal/mol תרומה ליציבות המבנה של החלבון אינטראקציות הידרופוביות 1-2 3-7 10 50 +++ + קשרי מימן אינטראקציות יוניות קשרי דו-גופרית
דנטורציה של חלבונים דנטורציה – שינוי מרחבי של מבנה המולקולה ואובדן תכונותיה ותפקודה כתוצאה מטיפול כימי או פיסיקלי. 1. חום – משפיע על אינטראקציות חלשות כמו קשרי מימן 2. pH קיצוני 3. שימוש בממסים כגון Urea או Guanidine hydrochloride 4. ראגנטים מחזרים לשבירת קשרי S-S. דנטורציה רנטורציה דנטורציה ורנטורציה של האנזים ריבונוקלאז ע"י חיזור קשרי דו-גופרית וחמצון מחדש
ב.5. המבנה המרחבי של החלבון הדמיה ממוחשבת: בעזרת החלבון ליזוזים מודגמים ארבע רמות המבנה של החלבון: http://www.herts.ac.uk/natsci/Bio/schools/ProtStrc/prot_str.htm אתר המדגים קיפול של חלבונים: http://www.stolaf.edu/people/giannini/flashanimat/proteins/protein%20structure.swf אתר המאפשר לסובב דגמים בנושא מבנה חלבונים: http://www.paccd.cc.ca.us/instadmn/physcidv/chem_dp/chemweb/protein/intro.htm אתר המכיל שאלות בנושא מבנה חלבונים : http://info.bio.cmu.edu/Courses/BiochemMols/ArchQuiz/ArchQMain.htm אתר המכיל מבנים תלת מימדיים של חלבונים אותם ניתן להזיז ולסובב בעזרת העכבר: http://www.bio.cmu.edu/courses/03231/ProtStruc/ProtStruc.htm