פורסם ב 06/05/2023
עודכן ב 16/07/2023
חלבונים הם אחד מאבות המזון שלנו אבל האם ידעתם שלחלבונים יש מבנה והם עובדים כמו מכונות? קיים מדע שלם בו רואים את החלבון כפי שאדריכל מסתכל על ביניין או מהנדס מתכנן את החללית הבאה.
אז קודם כל נתחיל ב-מהו פולימר, פולי=הרבה ומר=יחידה, כשיש לנו מולקולה שמחוברת למולקולה דומה\זהה וזה חוזר על עצמו המון פעמים אנו מדברים על פולימר. לדוגמא, ניילון הוא פולימר, DNA הוא פולימר וחלבונים הם גם פולימרים.
החלבונים הם פולימרים של חומצות אמינו.
כשכל חומצות האמינו בנויות בצורה דומה כפי שרואים בתמונה, כאשר ה-R שונה בין חומצה אחת לשניה.
השוני הזה מקנה לכל חומצה אמינית תכונות שונות מחברותיה וגם מבנה תלת מימדי. לכן, לחלבונים יש מבנה תלת מימדי ובגלל מבנה זה ניתן להתיחס אליהם כמו שמתיחסים למכונות או מבנים שונים. כשמסתכלים על מבנה של חלבון קל לראות את המכניקה שלו, יש חלבונים שיוצרים צינורות ומשמשים לביניין השלד של התא, זה לא שונה מפיגומים של ביניין. חלבון שאני מאוד אוהב – GFP נראה כמו קופסא או מנורת פלורוסנט ובאמת החלבון מאיר (ראו תמונה).
חלבון אחר – ATPase הוא מפעל ליצור ATP החלבון אוסף פוספט ו-AMP מסתובב ופולט ATP. כשבוחנים את המבנה שלו רואים תעלה ומעין בורג שבאמת מסתובב.
הקישורים יביאו אתכם למאגר מידע של מבני חלבונים ולתוכנה לצפות בהם:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/index.shtml
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/index.shtml
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/5VOY
החלבון GFP
בתמונה יש מבנה של קולטן לטעם מתוק, ניתן לראות שיש כאן שני חלבונים גדולים (רצפטורים) שעובדים יחד בכדי לזהות את מולקולת הגלוקוז, או כל ממתיק מלאכותי. למעשה, אם ניצור חלבונים שיקשרו את שני הרצפטורים יחד למשך זמן רב, נקבל תחושת טעם מתוק חזקה יותר ולאורך זמן רב יותר. שני סטארטאפים בארץ עובדים על עיקרון זה, דומטוק ואמאיי.
בשנת 2020 פורסם אלגוריטם שמפענח מבני חלבונים במהירות רבה וזאת על סמך רצף החלבון בלבד. חשוב לציין כי אלגורטם זה עובד כאשר רצף החלבון ומבנהו דומה לרצפי חלבונים בעלי מבנה ידוע שנמצאים במאגרי המידע. אולם כיצד הגיעו לכל אותם מבני חלבונים ומה עושים עם חלבון חדש בעל מבנה שאינו דומה לשום דבר ידוע?
יש דרכים רבות לפענח מבנה חלבון, אתאר כאן את הדרך שלדעתי היא המדויקת והיפה ביותר - קריסטלוגרפיה.
קריסטלוגרפיה של חלבונים היא בדיוק כפי שזה נשמע – הופכים את החלבון לגביש, תמיסת מלח, ריכוז חלבון גבוהה ופתאום מופיעים גבישים, כמו אבני חן זעירות. לוקחים קריסטל כזה ושמים מול תותח אלקטרונים (יש גם ברז חנקן נוזלי שדואג שהגביש שלנו לא יתאדה) ואז מתחילה ההפגזה. קרן אלקטרונים עוברת דרך הגביש כאשר מזיזים אותו לאט לאט בכדי "לצלם" את כל חלקיו. האלקטרונים פוגעים במסך ומתקבלות מליוני נקודות זעירות. חלק זעיר מהנקודות חוזר בכל הצילומים וכך אפשר לתרגם את הנקודות האלה לפונקציה, משוואה של גרף תלת מימדי.
הגרף הזה מייצג קבוצות אלקטרונים שעמדו בדרכה של קרן האלקטרונים הגדולה ולכן גרמו להסט בקרן. כאשר מפענח המבנה ניגש לנתח את המידע שנאסף ועובד ע"י המחשב, הוא רואה תא תלת מימדי עם "ענני" אלקטרונים, עננים אלה מייצגים את האטומים שבונים את החלבון ועכשיו מה שנשאר לעשות הוא להלביש ולהתאים את רצף החלבון לתוך ענני האלקטרונים.
כיום עיקר העבודה בביולוגיה מבנית היא עבודת מחשב להשוואת רצפי\מבנה חלבון ותכנון של מוטציות שישפרו את פעילות החלבון, יש מעט מאוד קריסטלוגרפיה. ואם זאת, מראה הופעת הגבישים, צורתם ולבסוף המבט אל תוך האטומים עצמם הוא אחד הדברים המופלאים שיצא לי לחוות.
הוא יותר בטוח, יותר עמיד ואין לו מתחרים מבחינת ביצועים. מבצע מיוחד לזמן מוגבל
