חלבונים וחומצות אמינו
מכונות העבודה של התא
החלבון - הפועל החרוץ של הגוף
מספר מדהים
בגוף האדם יש כ-100,000 חלבונים שונים, וכולם בנויים מאותן 20 חומצות אמינו! זה כמו לכתוב 100,000 ספרים שונים עם אלפבית של 20 אותיות בלבד. הסדר של חומצות האמינו קובע את הסוג, בדיוק כמו שסדר האותיות קובע את המשמעות.
מבנה חומצה אמינית
חומצות אמינו הן אבני הבניין של חלבונים. כולן חולקות מבנה בסיסי, אבל כל אחת ייחודית בזכות 'הזנב' שלה.
כל חומצה אמינית מכילה:
קבוצה אמינית (-NH2) - מכילה חנקן. 'ראש' המולקולה.
קבוצה קרבוקסילית (-COOH) - בעלת אופי חומצי. 'הקצה השני'.
שרשרת צדדית (R) - שונה בכל חומצה אמינית. זה ה'אופי' הייחודי שלה.
ישנן 20 סוגים שונים של חומצות אמינו. ההבדל ביניהן הוא רק בקבוצה R.
מתוכן, 9 חיוניות (Essential) - הגוף לא מסוגל לייצר אותן, וחייבים לקבלן מהמזון. זו הסיבה שצריך לאכול חלבון כל יום.
טריק לזכירה: CH-NO-R - כל חומצה אמינית מכילה פחמן, מימן, חנקן, חמצן + R ייחודי.
הסדר של חומצות האמינו בשרשרת קובע את צורת החלבון ואת תפקידו. שינוי של חומצה אמינית אחת יכול להרוס את כל התפקוד.
קשר פפטידי - חיבור חומצות אמינו
שתי חומצות אמינו מתחברות בתגובת עיבוי: הקבוצה האמינית (-NH2) של אחת מתחברת לקבוצה הקרבוקסילית (-COOH) של השנייה, ומשתחררת מולקולת מים. הקשר שנוצר נקרא קשר פפטידי. חשבו על זה כמו שני חרוזי לגו שמתחברים: כשהם 'מתנקשים', טיפת דבק (מים) ניתזת החוצה.
←←
דיפפטיד = 2 חומצות אמינו | טריפפטיד = 3 | פוליפפטיד = שרשרת ארוכה | חלבון = פוליפפטיד מקופל לצורה תלת-ממדית ספציפית.
חשוב: החלבון מתפקד רק כשהוא מקופל נכון. הצורה התלת-ממדית היא הכל!
תפקודי חלבונים - כל אחד עם 'עבודה' אחרת
6 תפקודים חשובים של חלבונים
אנזימים (מזרזים)
מזרזים ביולוגיים שמאיצים תגובות. כל אנזים ספציפי לתגובה אחת (מפתח-מנעול). עמילאז מפרק עמילן, פפסין מפרק חלבון בקיבה, ליפאז מפרק שומנים. בלי אנזימים, עיכול ארוחה היה לוקח שנים!
חלבוני מבנה
בונים את 'השלד' של הגוף. קולגן (30% מכלל החלבון בגוף!) בעור, עצמות, גידים. קרטין בשיער ובציפורניים. אקטין ומיוזין בשרירים - מאפשרים תנועה.
נוגדנים (חיסון)
חלבוני חיסון שמזהים ונלחמים בפולשים. כל נוגדן ספציפי לאנטיגן מסוים - כמו שוטר שמחפש פושע ספציפי. זו הסיבה שאחרי חצבת פעם אחת, לא חולים שוב.
הורמונים
חלק מההורמונים הם חלבונים: אינסולין (שולט בסוכר בדם), הורמון גדילה, אדרנלין ('הורמון הלחימה/בריחה'). הם שליחים כימיים שמתקשרים בין איברים.
הובלה
המוגלובין - החלבון המפורסם ביותר - מוביל חמצן בדם. כל מולקולת המוגלובין נושאת 4 מולקולות O2. חלבוני קרום מעבירים חומרים לתוך ומחוץ לתא.
אנרגיה (חירום!)
4 קק"ל לגרם, כמו פחמימות. אבל הגוף מפרק חלבונים לאנרגיה רק בשעת חירום - רעב ממושך, ספורט קיצוני. זה כמו לשרוף רהיטים כדי להתחמם - אפשרי, אבל הרסני.
מודל מפתח-מנעול באנזימים
אנזימים הם חלבונים שמזרזים תגובות כימיות בגוף. הם עובדים בשיטה מאוד ספציפית - כמו מפתח שמתאים רק למנעול אחד.
לכל אנזים יש אתר פעיל - 'כיס' בצורה ייחודית שאליו מתאים רק מצע ספציפי אחד.
כמו שרק מפתח אחד פותח דלת מסוימת, כך רק מצע אחד נכנס לאנזים מסוים.
האנזים לא נצרך בתגובה - הוא חוזר ומשמש שוב ושוב, אלפי פעמים בשנייה.
דוגמאות מהעיכול שלנו:
- עמילאז: מפרק עמילן ← מלטוז (ברוק ובלבלב)
- פפסין: מפרק חלבונים (בקיבה, pH חומצי 2)
- ליפאז: מפרק שומנים (בלבלב ומעי דק)
מה קורה כשאנזים מתחמם מדי? הצורה משתנה, האתר הפעיל מתעוות, המפתח לא נכנס. דנטורציה!
כל אנזים עובד בתנאים מסוימים של טמפרטורה ו-pH. חום מעל 42 מעלות או pH קיצוני = דנטורציה = מוות תפקודי.
חלבון מהחי מול חלבון מהצומח
חלבון מהחי
מכיל את כל 9 חומצות האמינו החיוניות.
נקרא 'חלבון שלם'.
נספג ביעילות גבוהה.
לרוב מלווה בשומן רווי.
חסרון: ייצור בשר מזהם ויקר.
דוגמה: בשר, דגים, ביצים, חלב, גבינה
חלבון מהצומח
לרוב חסר חומצה אמינית חיונית אחת או יותר.
נקרא 'חלבון חלקי'.
פתרון: שילוב מקורות שונים.
עשיר בסיבים, דל בשומן.
יתרון: ידידותי לסביבה.
דוגמה: קטניות, אגוזים, סויה, טופו, קינואה
שילוב קטניות + דגנים (אורז + עדשים, חומוס + פיתה) מספק את כל חומצות האמינו החיוניות. טבעונים, שימו לב!
דנטורציה - כשחלבון מאבד את צורתו
דוגמאות לדנטורציה מהחיים
ביצה מבושלת
חימום גורם לחלבון הביצה להשתנות מנוזל שקוף למוצק לבן. השינוי בלתי הפיך. גם אם תקררו את הביצה, היא לא תחזור להיות נוזלית.
חום גוף גבוה
חום מעל 42 מעלות מסוכן כי אנזימים מתחילים לאבד את צורתם ולהפסיק לתפקד. לכן חום גבוה מסכן חיים - האנזימים 'מתים'.
לימון על חלב
שינוי pH קיצוני משנה את צורת החלבון. לימון (חומצי) על חלב גורם לקרישה - חלבון הקזאין מתפרק. ככה מכינים גבינה!
אלכוהול לחיטוי
אלכוהול גורם לדנטורציה של חלבונים. לכן משתמשים בו לחיטוי - הוא הורס את חלבוני החיידקים והם מתים.
שאלה לחשיבה
חלבונים הם פולימרים של חומצות אמינו, ועמילן הוא פולימר של גלוקוז. מדוע יש מגוון עצום של חלבונים שונים אבל רק סוג אחד של עמילן?
עמילן בנוי ממונומר אחד בלבד (גלוקוז), ולכן המבנה תמיד דומה - כמו שרשרת של חרוזים זהים. חלבונים בנויים מ-20 סוגים שונים של חומצות אמינו, וכל סדר שונה יוצר חלבון שונה. עם 20 'אותיות', מספר הצירופים האפשריים הוא 20^n (כש-n הוא אורך השרשרת). חלבון ממוצע באורך 300 חומצות אמינו, אז מספר האפשרויות הוא 20^300 - מספר שלא ניתן אפילו לכתוב.
שאלה לחשיבה
מדוע אנשים שאוכלים תזונה טבעונית צריכים לשים לב לשילובי מזון?
רוב מקורות חלבון מהצומח הם 'חלבון חלקי' - חסרים חומצה אמינית חיונית אחת או יותר. קטניות חסרות מתיונין, דגנים חסרים ליזין. כדי לקבל את כל 9 חומצות האמינו החיוניות, צריך לשלב מקורות שונים. דוגמאות מסורתיות שעבדו גם בלי שידעו את המדע: חומוס עם פיתה (מזרח תיכון), אורז עם עדשים (הודו), תירס עם שעועית (מקסיקו).
הסדר של חומצות האמינו בחלבון נקבע על ידי הגנים ב-DNA. כל גן מכיל הוראות לייצור חלבון אחד. ה-DNA הוא ה'ספר המתכונים' וכל גן הוא 'מתכון' לחלבון ספציפי.
שינוי (מוטציה) בגן אחד יכול לשנות חומצה אמינית אחת בשרשרת, ולגרום לשינוי דרמטי בתפקוד החלבון. דוגמה: אנמיה חרמשית - שינוי של חומצה אמינית אחת בהמוגלובין (גלוטמט ← ואלין) גורם לכדוריות דם בצורת חרמש במקום דיסקית. חומצה אמינית אחת מתוך 574!
בגוף האדם יש כ-100,000 חלבונים שונים, כולם נבנים מ-20 סוגי חומצות אמינו בלבד. זה כמו שכל הספרים בעולם כתובים עם אותן 22 אותיות בעברית.
לזכור למבחן - סיכום חלבונים
- חלבון = פולימר של חומצות אמינו
- 20 סוגי חומצות אמינו, 9 חיוניות (מהמזון בלבד)
- קשר פפטידי = חיבור בתגובת עיבוי + שחרור מים
- אנזים = חלבון מזרז, מודל מפתח-מנעול
- דנטורציה = שינוי צורת חלבון ע"י חום/pH ← איבוד תפקוד
- חלבון שלם (חי) מול חלקי (צומח) ← פתרון: שילוב מקורות