חלבונים ואנזימים

חלבונים ואנזימים

בואו ונתחיל מהחלבונים.

לחלבונים יש המון תפקידים שונים בתאים שלנו ועכשיעו אנחנו נבין אותם:

קודם כל , יש את:

• החלבונים שתפקידם לבנות את התא ואת שלד התא.
• החלבונים שאחראים על ההגנה- אלו הם הנוגדנים במערכת החיסון.
• חלבונים שהם הורמונים
• חלבונים שהם אנזימים (חכו יבוא על זה הסבר)

לכל חלבון יש רק תפקיד אחד , אז מחלקים את כל התפקידים של החלבונים לשניים:

1. חלבונים תפקודיים - אלו שמשתתפים בתהליכים שונים בתא כמו למשל האנזימים.
2. חלבונים מבניים - אלו הם חלבונים שבונים דברים בתוך התא כמו למשל את שלד התא.

אבל ממה בכלל עשויים החלבונים?

אבני היסוד של חלבונים הן חומצות אמיניות . בכל העולם יש סה"כ 20 חומצות אמיניות שנבדלות זו מזו רק בשייר שלהן (אני לא יודעת איך לצייר במחשב את המבנה של חומצת האמינו סורי). בגלל שיש בכל העולם רק 20 קבוצות שייר שונות, יש רק 20 חומצות אמיניות שונות . כל החלבונים שקיימים בעולם (ויש הרבה, הרבה מאוד) הם בעצם סידורים שונים של אותן 20 חומצות אמיניות.

לכל חומצה אמינית , יש קצה קרבוקסילי וקצה אמיני , קשר בין שתי חומצות אמיניות נוצר בקישור של קצה קרבוקסילי לקצה אמיני וקוראים לקשר הזה קשר פפטידי.

ועל כן , פפטיד הוא שרשרת קצרה של חומצות אמינו.

אם אמרנו שיש 20 חומצות אמינו, ומלא מלא מלא חלבונים , במה שונים החלבונים זה מזה?

• סוגי חומצות האמינו שמרכיבות אותם - אני מדברת כאן על היחסים בין החומצות השונות , הכמויות וכו'
• מספר החומצות האמיניות שבונות את השרשרת - יכול להיות חלבון מ200 חומצות אמיניות ויכול גם להיות חלבון מ2000.
• סדר החומצות האמיניות לאורך השרשרת - כל שינוי בסדר של החומצות האמיניות מביא לשינוי בחלבון שנוצר.

כל חלבון וחלבון שונה מחלבונים אחרים בצורה שלו . יש 4 מבנים שמתקיימים בחלבונים :

1. מבנה ראשוני- רצף החומצות האמיניות שמכתיבות את החלבון - הרצף של החומצות האמיניות עצמו.
2. מבנה שניוני- קטעים בשרשרת החלבון יוצרים ביניהם מבנים מרחביים:
   1. סלילי אלפא- קשרי מימן בין החומצות מפתלים חלקים מהמולקולה לסלילים.
   2. משטחי בטא- קשרי מימן בין החומצות מארגנים חלקים מהמולקולה למשטחים.
   בין החומצות האמיניות יש קשרי מימן שגורמים לזה שנוצר מבנה מרחבי בתוך המולקולה.
3. מבנה שלישוני- המבנה המרחבי של כל המולקולה עצמה. זה כמו מן להסתכל על כל המולקולה בבת אחת המבנה המרחבי הזה הוא זה שמאפשר לחלבון לבצע את התפקיד המסוים שלו. מבנה זה נוצר בגלל כוחות משיכה ודחייה בין חלקים שונים במולקולה.
   
   שלושת המבנים שאמרנו עד עכשיו , הם מבנים שמתקיים בו זמנית , בכל החלבונים הקיימים עלי אדמות.
4. מבנה רביעוני- קיים אך ורק בחלבונים שמורכבים מיותר משרשרת ליפידית אחת. זה בעצם מצב שבו כמה מולקולות של חלבון מתקשרות זו לזו ורק ככה מתפקד החלבון .

אני לא סוגרה על עצמי אם אמרתי אתזה כבר או לא אז מקסימום ייצא שחפרתי יותר מידי - כל חלבן פועל רק עם חומר שמתאים אליו במבנה. בגלל זה המבנה המרחבי של החלבונים הוא כל כך חשוב.

הכל טוב ויפה , אבל גם לחלבונים יש נקודות חולשה:

דנטורציה

הדנטורציה היא בעצם הרס המבנה המרחבי של החלבון . כמו שכבר אמרנו , ברגע שנהרס המבנה המרחבי של החלבון הוא לא מתפקד בצורה תקינה. יש כמה גורמים שיכולים לגרום לדנטורציה:

• טמפרטורה- עלייה בטמפרטורה אמנם תגביר את קצב הפעילות של החלבונים אבל גם תביא לדנטורציה.
• רמת חומציות - רמת החומציות היא אחד מהרכיבים של הדחייה והמשיכה בין חלקי החלבון .אם תשתנה רמת החומציות בסביבתו של החלבון , ישתנו המשיכה והדחייה ועל כן ישתנה המבנה המרחבי שלו .
• מלחים שונים שהתמוססו - כמלחים מתמוססים בתמיסה יש יונים , ליונים יש מטען חשמלי מפני שהמטען החשמלי של חלקים שונים בחלבון הוא אחד מהמרכיבים שקובעים את המבנה המרחבי שלו, שינוי במטען בסביבתו של החלבון עלול להביא לשינוי במבנה המרחבי של החלבון ובכך לדנטורציה.

מושג שכדאי להכיר:

בופר- זוהי תמיסה עמידה לשינויים ברמת החומציות ( עד לגבול מסוים). בתאים של כל היצורים החיים יש מערכות בופר כדי למנוע את השינוי ברמות החומציות בתוך התא. מדובר במנגנון חשוב מאוד לשמירת ההומאוסטזיס וזה מאפשר פעילות תקינה של החלבונים בתא כי בעצם נמנעים השינויים ברמת החומציות (עד כמה שניתן) וככה בעצם נמנעת דנטורציה של החלבונים.

לעיתים קרובות , התפקוד התקין של החלבון הוא דווקא בעובדה שמתאפשרים בו שינויים הפיכים במבנה המרחבי , ואז ברגע שהוא מסיים את תפקידו הוא חוזר למצבו הרגיל.

לחלבונים יש מנגנון ויסות , או במילים אחרות מנגנון פירוק חלבונים. אבל למה חשוב שבכלל יהיה אותו?

• חלבונים עלולים לשנות את המבנה המרחבי שלהם ולהפוך בעצם ללא פעילים , וחסרי תועלת. במצב כזה הפירוק שלהם לאבני הבניין יהיה יעיל יותר.
• לעיתים נוצרים חלבונים לא תקינים (בצורה טבעית) , ואז יש חשיבות לפירוקם כדי שיוכלו להיווצר חדשים ותקינים.
• כמות החלבון ומשך הפעילות שלו הם שני גורמים חיוניים ביותר לתפקודו של התא. סטייה מגורמים אלו עלולה להביא למחלות קשות (כדוגמת סרטן או דברים לא נחמדים אחרים).

אנזימים

בעיקרון את כל מה שיש לדעת על אנזימים אתם כבר יודעים .ולמה זה? פשוט כי אנזימים הם חלבונים תפקודיים . משמע כל מה שמתקיים על חלבונים מתקיים גם כאן עם כמה תוספות קטנות:

• האנזימים הם ספציפיים - לכל אנזים יש חומר ספציפי שאליו הוא יגיב . לחומר הזה יקראו סובסטרט(מצע)  של אותו האנזים והם יתאימו זה לזה במבנה המרחבי שלהם (שוב, הדוגמה של המנעול והמפתח).
• האנזימים הם קצת סנובים , יש להם טווח פעילות אופטימלי . משמע, בתנאים מאוד מסוימים , האנזימים יעבוד הכי טוב והכי מהר.התנאים האלו כוללים טמפרטורה מתאימה, רמת חומציות , רמת מליחות ועוד ועוד (אמרתי סנובים או לא אמרתי).
  שאומרים אופטימלית , הכוונה היא שכמות התוצר שנקבל ליחידת זמן היא הגבוהה ביותר .
• למרות שהאנזים יכול להיות מאוד מאוד גדול , כל הפעילות האנזימתית מתבצעת באזור מאוד קטן על פניו הקרוי אתר פעיל.
• החומר שיהיה לי בסוף התגובה האנזימתית יקרא תוצר (דיי הגיוני לא ?).

בעצם האנזימים הם האחראיים על המטבוליזם (הפירוק וההרכבה של החומרים בתוך התא) כי הם אלו שמפרדים ומרכיבים חומרים בתוך התא.

אבל איך בכלל נפגש האנזים עם הסובסטרט שלו ?

המולקולות נעות כל הזמן בתוך התא, לפעמים מהר יותר (יותר מהר ככל שתעלה הטמפרטורה). מה שקורה זה שמולקולות אנזים ומולקולות סובסטרט מתנגשות זו בזו ומתעוררת התגובה האנזימתית . כאשר כבר יש תוצר, הוא משתחרר מהאנזים (מהאתר הפעיל ) והאנזים עצמו, נותר ללא שינוי ויכול ללכת ולהגיב עם עוד ועוד סובסטרטים. שימו לב, הסובסטרט יכול להיות חומר אחד שיעבור פירוק (ואז מה שנוצר אחרי הפירוק זה התוצר) או שזה יכול להיות כמה חומרים שיתחברו (ואז התוצר זה בעצם החיבור של כולם).

כמובן , שבגלל שאנחנו מדברים על חלבון , כל מה שמשפיע על הרס החלבון , משפיע גם על האניזים ( טמפרטורה, רמת חומציות , רמת מליחות וכו ').

הדברים שמשפיעים על קצב הפעילות של האנזים הם :

• טמפרטורה- כי העלת הטמפרטורה תעלה את המהירות של החלקיקים וככה את ההסתברות להתנגשות בין אנזים לסובסטרט. אבל העלאת הטמפרטורה או ההורדה שלה עלולה לגרום לדנטורציה של האנזים ואז אנחנו בבעיה.
• ריכוז המצע(הסובסטרט)- ככל שיהיה יותר סובסטרט הסיכוי שתהיה התנגשות בין אנזים לסובסטרט היא גדולה יורת, זאת עד לגבול מסוים , בו לא יהיו יותר אנזימים פנויים לתגובה.
• ריכוז האנזים - שוב, ככל שיהיה יותר אנזים, יש יותר סיכוי להתנגשות בין אנזים לסובסטרט . אבל גם כאן , זה עד גבול מסוים בו כבר לא יהיה יותר סובסטרט ולא משנה כמה אנזים נוסיף זה לא ישפיע על קצב התגובה.
  מה שאמרתי כאן , על עד גבול מסוים , זה אומר שיש גורם מגביל . כשאני אומר שלא יהיה יותר סובסטרט אני בעצם מתכוונת שהסובסטרט מהווה גורם מגביל .

למדידת קצב פעילות האנזים יש שתי דרכים :

1. למדוד כמה תוצר נוצר לי בפרק זמן מסוים
2. למדוד כמה מצע עבר שינוי בפרק זמן מסוים

למרות שהאנזימים הם כל כך מגניבים, לפעמים הם צריכים עזרה , וכאן נכנס לתמונה קו-אנזים: זה בעצם שם כולל לכמה תרכובות שהן לא חלבוניות , והן הכרחיות לפעולתו של האנזים וכמובן שהן מזרזות את התגובה הכימית הרלוונטית . הקו אנזים , יכול להיות קשור לאנזים עצמו באופן קבוע ( אל האתר הפעיל ) או שיכול להיות שמדובר על מולקולה עצאמית שנקשרת אל האנזים בשעת הצורך. שלא כמו האנזימים , הקו אנזימים הם לא ספציפיים וקו-אנזים אחד יכול "לשתף פעולה" עם כמה אנזימים שונים. (רבים מהויטמינים הם קו-אנזימים ובגלל זה כדאי לאכול הרבה ויטמינים).

לא הכל טוב ויפה בעולם האנזימים , יש גם מעכבים (למרות שאני סתם מוציאה למעכבים שם רע, אנחנו דיי צריכים אותם):

המעכבים הם בעצם חומרים שנקשרים לאנזים וכמו שמם , מעכבים את פעילותו . הם חלק ממערכת הבקרה על ההומאוסטזיס בתא.

המעכבים בעצם נמצאים ב"תחרות" עם הסובסטרט- הם מאוד מאוד דומים לסובסטרט במבנה המרחבי שלהם וגם הם יכולים להיקשר אל האנזים באתר הפעיל ,ובכך למנוע את היקשרות הסובסטרט. הדבר הזה קורה כאשר ריכוז המעכב גדול מריכוז הסובסטרט.

מעכב תחרותי: מעכב שנמצא בתחרות עם הסובסטרט- שניהם נקשרים אל האתר הפעיל , אבל אם ייקשר המעכב הוא בעצם יימנע את הקישור של הסובסטרט אל האתר הפעיל .

מעכב לא תחרותי: זה מעכב, שבמקום להיקשר אל האתר הפעיל הוא נקשר לאזור אחר באנזים , משנה כך את המבנה המרחבי של האנזים, תוך כדי כך הוא גם משנה את המבנה המרחבי של האתר הפעיל וככה הסובסטרט בעצם לא יכול להיקשר.

לפעמים אנחנו מדברים על איזה שינוי קליל באתר הפעיל ואז העיכוב יהיה פשוט האטה של הפעילות האנזימית ולא הפסקתה לגמרי.

יש שני סוגי עיכובים - הפיך ולא הפיך. אם העיכוב הוא לא הפיך , אין מה לעשות יות רהאנזים המדובר נדפק אנחנו נצטרך להביא עוד.

אבל הנה לכם טבלה כיפית שתסכם את נושא המעכבים :

	עיכוב תחרותי	עיכוב לא תחרותי	עיכוב בלתי הפיך
התקשרות	מתקשר לאתר הפעיל באופן רופף	לא לאתר הפעיל אלא לאזור אחר באנזים	לאתר הפעיל (אך לא בהכרח) ובאופן חזק
דימיון בין המעכב לסובסטרט	קיים	לא קיים	קיים
אופן התגברות	העלאת ריכוז המצע	העלאת ריכוז האנזים	העלאת ריכוז האנזים

תחזיקו מעמד נשאר רק עוד נושא קטנצ'יק

בקרה על פעילות אנזימים:

בכל רגע נתון , בכל תא מתרחשים אלפי תהליכים אנזימתיים בתיאום . התיאום נגרם בזכות מערכת הבקרה החביבה שלנו שקובעת :

• אילו אנזימים יפעלו
• מה עוצמת פעילותם והזמן שלה- הכוונה היא כמה מאותו אנזים
• באיזה מקום בתא הם יפעלו- התא הוא מקום גדול…(הא? הבנתם?לא משנה…)

הבקרה עצמה נעשית במכה רמות:

1. ייצור האנזימים - הרי אמרנו כבר שהאנזימים הם חלבונים , ובתהליך ממש מורכב שלא לסיכום הזה החלבונים מיוצרים לפי הגנים שעל הDNA מערכת הבקרה קובעת אילו גנים יבואו לידי ביטוי ועד כמה (יעני כמה מחלבונים ייוצרו )
2. בקרה ברמת הפעילות - קובעים את עוצמת הפעילות והזמן - כמה אנזימים יפעלו ולמשך כמה זמן ומתי.

טוב חברים ,סיימנו !

בהצלחחה!!!