תהליכים המתווכים על ידי ממבראנות –ביוכימיה מורחב

:החלק של דפנה אטלס

הממבראנה חשובה. ממבראנת התא –בהעברת סיגנל חיצוני אל תוך התא צריך להתגבר על בעיה גדולה

אילו לא היו ). BBB –במוח זה עוד יותר מודגש (מאוד לתא ושומרת עליו מכניסה של חומרים שונים

בתוך . שכבה-הממבראנות מורכבות מפוספוליפידים בתצורת דו. לא היה ניתן לקיים חייםממבראנות

חלבוני . signal transduction-הממבראנה מושקעים חלבונים ממברנאליים והם אלו המאפשרים את ה

החלבונים אינם יכולים , מצד שני. כלומר מצד לצד, הממבראנה יכולים לזוז באופן לאטרלי בממבראנת התא

צד חיצוני לתא לא יהפוך לצד פנימי (כלומר החלבון אינו יכול להתהפך בתוך הממבראנה , tumblingלעבור

אם מסתכלים באופן כללי על . החלבון גם יכול להסתובב סביב ציר האורך שלו בממבראנה). לתא

transduction בכלל אפשר לחלק אותו ל:

האינסולין נוסע . סולין מופרש מבלוטה אל זרם הדםהאינ –) אדרנלין, אינסולין(הולכה אנדוקרינית .1

האפיניות של ההורמון לקולטן חייבת להיות . מגיע לרצפטור שמתאים לו ומפעיל אותו, בזרם הדם

).הוא נמהל בנוזל הדם(גבוהה היות וריכוזו נמוך מאוד בדם

הוא , מרחק מאוד קצרהיסטמין שמשתחרר יכול לנוע –) פרוסטגלנדין, היסטמין(הולכה פרהקרינית .2

.אינו יכול להגיע לאזורים מרוחקים ממקור ההפרשהתא שמשחרר פקטור גדילה הינו בעל רצפטור לאותו פקטור ובכך הוא בעצם –הולכה אוטוקרינית .3

.מפעיל את עצמואפיניות . פ מנגנון הפעולה של סינפסה"עי נוירוטרנסמיטורים "העברה ע –העברה סינפטית .4

.קטן –בין התא המשחרר לתא הקולט ור לרצפטור הינה נמוכה היות והמרחקים הנוירוטרנסמיט

לא כל . ג הממבראנה"הקורס יהיה מבוסס על המכניסטיקה של ההכרה של הליגנד את הרצפטור שלו ע

.לדוגמא הרצפטורים לסטרואידים נמצאים בתוך התא, הרצפטורים נמצאים על הממבראנה

רצפטורי הממבראנה . גס לרצפטורים ממברנאליים ורצפטורים ציטוזוליים ניתן לחלק באופן את הרצפטורים

, )G Protein Coupled Receptor( G protein-רצפטורים מצומדים ל): בחלוקה גסה(כוללים

לא (ועוד Dויטמין , הרצפטורים הציטוזוליים כוללים סטרואידים. רצפטורים/רצפטורים ואנזים/תעלות

).הפוקוס של הקורס

כ בצורה של הליקס בתוך "הם בד) כמו רצפטורים(אנו מסתכלים על חלבונים המעוגנים בממבראנה כאשר

עובי . ממברנאליים-ממברנאליים וחוץ-החלבונים הללו בעלי חלקים טרנס. התווך השומני של הממבראנה

החלבון עובר . רננומט 3.5ננומטר ואילו התווך ללא קבוצות הפוספאט הינו 4הממבראנה הפוספוליפידית הינו

כך שהחלבון עובר loopingחלבונים כאלו יכולים גם לעשות . דרך הממבראנה תוך יצירת הליקס הידרופובי

.כל פעם באמצעות הליקס, דרך הממבראנה מספר פעמים

יוצרים ) על מנת להסיק אם הוא ממברנאלי או לא, ובעצם(על מנת לבדוק אם ישנו איזור הידרופובי לחלבון

hydropathy plot אשר מראה לנו את השקעת האנרגיה שאני צריכים להשקיע על מנת להוציא הליקס

פיקים בגרף כזה מצביעים על איזור טרנסממברנאלי ומספר הפיקים מצביע . באורך מסוים מתווך שומני למימי

.על מספר החזרות תוך הממבראנה

החלקים . בתוך התא/בתוך הממבראנה אלא מחוץ חלבונים ממברנאליים מכילים חלקים אשר אינם נמצאים

אזורי האינטראקציה כוללים את . ממברנאליות-הללו מהווים אזורי אינטראקציה עם הסביבות החוץ

ואת הלופים בין החזרות של ההליקסים בתוך ) בחוץ N-בפנים ו Cבדרך כלל (הטרמינלים של החלבון

.נו גליקוזליציה על גבי החלבוןהי, מחוץ לתא, אתר אינטראקציה חשוב. הממבראנה

GPCR – קצה . אם לא הגדולה ביותר, אחת מהקבוצות הממברנאליות הגדולות ביותרN טרמינלי חיצוני ,

את . מהווה דרך להעביר סיגנלים Gהצימוד לחלבון . דומיינים חוצי ממבראנה 7. טרמינלי פנימי Cקצה

הינם חלבונים Orphan GPCR. ף של חלבונים שוניםפ הומולוגיית הרצ"המשפחה הגדולה הזו ניתן לחלק ע

-מעריכים שישנם כ. אך לא ידוע מה תפקידם) GPCRכלומר הם באמת (פעמים 7שחוצים את הממבראנה

800 GPCR160, קושרים ליגנדים טבעיים לא ידועים 210- כ. הינם לחוש הריח 460, ים בגנום האנושי

מטרות GPCRנובע עקב היות חלבוני GPCR-ות פרמצבטיות בהעניין של חבר. orphan-נוספים מוכרים כ

, בנוסף. GPCRכמחצית מכלל תרופות הדורשות מרשם עושות אינטראקציה עם , טובות מאוד לתרופות

GPCRמוטציה ב, לדוגמא. ים בעלי מוטציה הינם מקורות למחלות-rhodopsin גורמת למחלהretinitis ,

. מחלה אשר מובילה לעיוורון

:GPCRמשפחות של -תת

. ציסטאנים שמורים, שמור DRYמוטיב , משפחה הגדולה ביותר: A ,rhodopsin-likeמשפחה •

.משפחה זו יכולה לקשור ליגנדים הן מחוץ לממבראנה והן בתוך הממבראנה

מספר ציסטאנים שמורים, הגדול ביותר Nקצה : B ,secretine-likeמשפחה •

Cמשפחה •

PAR – protease activated receptor ,י חיתוך של "הפעלה של חלבון בתוך התא ע. מנגנון הפעלה עצמית

. החיתוך גורם להפעלה של הרצפטור. Thrombinי "החלבון בצד החיצוני לתא ע

אגוניסט ואנטגוניסט -אינברס, מסתכלים על מודל אגוניסט? איך ליגנד מאקטב את הרצפטור בצורה סלקטיבית

ליגנד –אנטגוניסט , ליגנד שמפעיל את הרצפטור –אגוניסט . של תרופותשלושה פנוטיפים עיקריים –

. שמעכב את הרצפטור

כאשר . פעיל ולא פעיל –פעמים ניתן לתאר בגדול בשני מצבים 7את החלבונים שחוצים את הממבראנה

במקרה של אגוניסט חלקי . מגיעים לפעילות מלאה של המערכת –על הרצפטור full agonistמעפילים

)partial agonist( , אם נשים את שניהם בתמיסה . נקבל רק חלק מהפעילות המלאה –לא משנה מה הריכוז

הרצפטור נמצא , גם ללא ליגנד. תהיה ביניהם תחרות והאגוניסט החלקי יפעל כמעכב -עם הרצפטורים

ישנה פעילות באזלית הנובעת משיווי המשקל בין המצב הפעיל למצב הלא . ונפורמציה פעילהלפעמים בק

partial inverse agonist-ו inverse agonistישנם גם –כמו שדיברנו על אגוניסטים קודם . פעיל

נת לדבר יש הרבה משמעויות מבחי. שעובדות בצורה דומה לאגוניסטים אך מעדיפות את התצורה הלא פעילה

.פיתוח תרופות

נסתכל על המנגנון של הפעלה –י אדרנלין "המופעל ע, dopamineכאשר מדברים על רצפטורים מסוג

פעמים את הממבראנה 7רצפטור זה עובר . סלקטיבית וקביעה אם ליגנד מסוים יהיה אגוניסט או אנטגוניסט

. ובעל מספר רצפים מאוד שמורים

החלפתה תוריד , מאוד שמורה 113חומצה אספרטית בעמדה , פרין לדוגמאנסתכל על אתר הקישור לנוירואפינ

חומצה אמינית זו עוברת אינטראקציה יונית עם קבוצת אמין טעונה . אפיניות לקישור ליגנד באופן משמעותי

על הליגנד הזה ישנן גם קבוצות הידרוקסיל אשר עוברות אינטראקציות עם ). נוירואפינפרין(חיובית בליגנד

ישנו גם קבוצת הידרוקסיל על הפחמן הראשון ליד הטבעת הארומטית שעוברת . TM5-רי סרין בשיי

הנקשר , הורדת קבוצה זו תיתן לנו דופאמין. אינטראקציה עם הרצפטור אך ורק בתצורה כיראלית אחת

.לרצפטור אחד בכלל

ו חשוב כיוון שמושרה המולקולות המהוות ליגנדים נוגעות במספר אתרים ברצפטור וסדר ההיקשרות הינ

האפקט שאנו רוצים צריך , אנטגוניסט/ בחיפוש אחר אגוניסט . שינוי קונפורמטיבי ברצפטור עם כל קישור

.מכאן נובע שיש חשיבות לסדר הקישור לרצפטור. להיות בריכוזים נמוכים ובספציפיות גבוהה

FRET – fluorescence resonance energy transfer ,י "בין כרומופורים שונים ע העברת אורכי גל

הפעלת חלבון אחד יכולה לשחרר אורך גל שיפעיל חלבון שכן וכך . עירור ראשוני של חלבון פלואורסנטי

שיטה זו משמשת לראות את . ניתן למדוד את מיקומם היחסיים של השיירים המסומנים לאורך הרצפטור

האור , חלבונים כרומופוריים יהיו קרובים יותרככל ששני . השפעת קישור הליגנד על קונפורמציית הרצפטור

.הבוקע מהחלבון השני בטור ההפעלה יהיה חזק יותר

ברצפטור . צריך לעקוב אחרי שינוי קונפורמציה ברצפטור בעת הפעלתו? איך רצפטור עובר אקטיבציה

ת שייר זה מסמנים א). בצד הציטוזולי(אותה סימנו 256ישנו ציסטאין בעמדה , )נוירואפינפרין(שדובר קודם

–י נוירואפינפרין ראו כי ישנו קישור בשני שלבים "בהפעלת הקולטן ע. rhodamineבסמן פלואורסנטי כמו

רואים שיש קישור ) הכיראלי( βהחסר הידרוקסיל dopamineכאשר מפעילים . פאזה מהירה ופאזה איטית

וד לנוירואפינפרין אשר משרה קונפורמציה בניג, ליגנד זה משרה קונפורמציה מונופאזית –בצעד אחד מהיר

אשר נקשר –אשר נקשר בשלב אחד איטי וקטקול , salbutamol –ליגנד נוסף בו ניתן להשתמש . פאזית-די

ומראות קצבי קישור ) או באופן הדרגתי(כל הליגנדים האלה שונים בקבוצות פונקציונאליות בודדות . מהר

. שונים לרצפטורים

, cAMPופן פלואורסנטי לנבא את דרגת הקישור של ליגנדים שונים ובעזרת בדיקת ריכוזי אנחנו יכולים בא

רצפטור הנוירואפינפרין רגיש . לבדוק את רמת הפעילות שלו בפועל –שהוא תוצר של פעילות הרצפטור

–ס אם מעבירים את ההידרוקסיל מתצורת מינוס לפלו –כמו שצוין קודם –לצורה סטריאואיזומריות שונות

כאשר הליגנד נקשר . לא מתקבלת פעילות של הרצפטור

ישנו שינוי קונפורמציה של הרצפטור עד להתאמה , לרצפטור

עובדה זו משנה את המנגנון הפשוט של . טובה ככל הניתן לליגנד

two step model למנגנון multistep agonist binding.

יה החלק החשוב בהפעלת הרצפטור הינו שינוי הקונפורמצ

ניתן לראות מדרגיות . 6-ו 5, 3 –באזורים הטרנסממברנאליים

בהתאם לקבוצות פונקציונאליות על , בקישור של ליגנדים שונים

ככל שיש יותר שלבים . עד להגעה להתאמה טובה ביותר, הליגנד

האגוניסט יותר , ככל שיש יותר שלבים. התהליך יותר איטי –

. נים של הפעלת הרצפטורחזק וגם ניתן לראות כי יש שלבים שו

מנגנון זה הינו . ionic lockהמערכת הזו עובדת לפי מנגנון

, ionic lock-קבוצה נוספת החשובה ל). TM3-ו TM6-ב(אינטראקציה של יונים בין הליגנד לרצפטור

.βקבוצת הידרוקסיל

ומר פלואורוסנטי על ח" מלבישים"על מנת לעשות זאת ? איך מכמתים את פעילות הרצפטור לפי סוג הליגנד

, בעת ההפעלה). במקום אלנין, 135עמדה ( TM3-מיקום שייר טריפטופאן ב, ציסטאין באזור הקישור ובנוסף

quenchingטריפטופאן עושה . הוא יפסיק–החומר הפלורוסנטי יזרח ואם הוא מתקרב לטריפטופאן

עם הפעלת . וי בפלורוסנציהבמצב הפעיל ישנו שינוי במבני ההליקסים ורואים שינ. לפלורוסנציה

ככל שהרצפטור עובר שינוי . quenching-נוירואפינפרין נראה ירידה ברמת האור הנפלט עקב תהליך ה

לפי עקומת שינוי . תהיה ירידה יותר דרסטית ברמת האור הנפלט –קונפורמציה יותר מרחיק לכת

) שני הידרוקסילים+ בנזן (קטקולית נצפה כי הטבעת ה. ניתן לראות את מדרגיות הקישור –הפלורוסנציה

.פחות משמעותית בשינוי הקונפורמציה

:catecholaminesמסלול סינתזת

dopa-ו tyrosine hydroxylaseי "לדופאמין בשני שלבים ע) טירוזין(הופכים חומצה אמינית decarboxylase. זהו המסלול ליצירת שלושת . את הדופאמין ניתן להפוך לנוירואפינפרין ומשם לאפינפרין

אפינפרין מפעיל קסקדת פעילות . צורונים אלה מעורבים בתהליכים רבים במוח ומחוצה לו. המולקולות הללו

.'י הפעלת רצפטור אדרנרגי עד להפעלת מערכת של אדנילאט ציקלאז והלאה לפוספורילאז וכו"ע

נארז , טירוזין נכנס לתא עצב שם הוא עובר את התהליך מעבר לדופאמין – dopaminergicנוירונים

במחלת . תאי עצב אלה נמצאים במקום מסוים במוח. בוסיקולות ומשתחרר כנוירוטרנסמיטר בסינפסה

דופאמין מתן . החוסר בדופאמין הוא זה שגורם לפרקינסון –הפרקינסון ישנו מוות הדרגתי של תאים אלה

. הוא לא יכול לעבור מהדם אל המוח –אם הוא נמצא בדם , BBB-כתרופה אינו יעיל כי הוא לא עובר את ה

מולקולה זו אינה טעונה ולכן יכולה לעבור את . תוצר ביניים בבניית הדופאמין, L-dopaלתת –רעיון חלופי

ם מוח של חולה פרקינסון ומוח כאשר משווי. ובמוח עוברת את המשך התהליך ליצירת דופאמין BBB-ה

אזורים אלה לא נמצאים במוח של . תוצרי חמצון של דופאמין –בריא רואים שיש אזורים שחורים במוח בריא

.חולה פרקינסון

Second messenger – ליגנד נקשר לרצפטור ומפעיל מערכת תוך תאית המפעילה סיגנל שניוני בתוך התא

השליח –הסיגנל התוך תאי , ההורמון הוא השליח הראשוני. beta-A2Rכמו במקרה של רצפטור –עצמו

קיים חלבון ביניים בין . בתא GTPאשר מהווה שליח שניוני תלויה בנוכחות cAMPיצירת . השניוני

והוא חולייה מקשרת של הסיגנל בין שני GTPהקושר ) כמו לדוגמא אדנילאט ציקלאז(רצפטור לאפקטור

מדובר בשתי ישויות שונות –בתוך התא שרצפטור יכול להפעיל גם אם בא מתא אחר ישנו אמצעי. החלבונים

.קיים גורם בלתי תלוי המעביר את האינפורמציה. הרצפטור והאפקטור נפרדים –

GS – G-proteinמשפחת : cAMPסוג אחד שמעלה את רמת – G proteinסוגים של 4ישנם stimulatory .ונים אחרים אך ביעילות נמוכה יחסיתאדרנלין יכול להפעיל מנגנ.

גילו זאת עקב טיפולים חוזרים . G-הינו תת יחידת של חלבון ה cAMPמעביר הסיגנל של מערכת יצירת

הפיקו מהם ממבראנות , ולאדרנלין בריכוזים גבוהים cAMP-גידלו כך שיקבלו עמידות ל –בתאים סרטניים

.cAMPלה עליה של ריכוז התקב – Gשל חלבון αולאחר הוספת תת יחידה

ישנם מספר סוגים שונים של תתי יחדות , בנוסף. הן לא נפרדות –אשר מגיעות במקשה אחת γ-ו βתת יחידת

α .כל חלבוני ה-G חלבוני . משתמשים בתתי היחידות הללוG שונים מתווכים בין סיגנלים שונים לתהליכים

.Gסוגי משפחות חלבוני 4- יש כ. שונים בתא

י עיגון קוולנטי לחומצות "ים אלא גם עTM-ורים השונים לא מעוגנים בממברנה רק על ידי שבעת ההרצפט

ישנם . post translational modification י"החומצה השומנית מתווספת ע. שומן שיושבות בממבראנה

:מספר סוגי קשרים בין חלבונים לחומצות שומן מעוגנות ממבראנה

. קשר פלמיטואילציה, )לשייר ציסטאין בזנב הקרבוקסילי של הרצפטור(קשר תיאואסטרי .א

יותר מקשר , יציב(י קשר פפטידי "קשורה לחומצת שומן בממברנה ע Gשל חלבון αתת היחידה .ב

. קשר מיריסטואילציה, )אסטרי

בלתי , אודיציב מ –קשר תיאואתרי (בקשר פרניזילציה γקשורה דרך יחידה β -γתת היחידה .ג

. תת יחידה זו תמיד תהיה קשורה לממברנה). מתפרק

קישור החומצה השומנית עוזרת לנייד את . שמות הקשרים נובעים מסוג חומצת השומן אליה התבצע הקשר

. חלבון זה אינו פעיל בציטוזול –הקישור הזה הוא הגורם לפעילות החלבון , בנוסף. החלבון לעיגון בממבראנה

.י אנזימים"השומן מתבצעת עהכנסת חומצות

נוראפניפרין ודופאמין , אדרנרגים במוח הם רצפטורים הנקשרים לליגנדים אפינפרין α 2-הרצפטורים ה

כאשר . β-ו α: מצא שהרצפטורים האדרנרגים מתחלקים לשני סוגים Ahlquist). האמינים הביוגניים(

βקישור של אותו ליגנד לרצפטור . הדם מתרחש כיווץ של כלי –על כלי דם αאפינפרין מכיר רצפטור

הרגולציה מתבצעת על ידי ריכוזי הליגנד ובאפיניות של אותו ליגנד . יגרום להתרחבות כלי הדם –אדרנרגי

).כך נבחרת ההשפעה על כלי הדם(לרצפטור ספציפי

וגורמים לירידה הרצפטורים מוכנסים אל פנים התא " מופעלים יותר מדי"כאשר רצפטורים –סנסיטציה -דה

.ברגישות אל אותו ליגנד

. אשר כל אחת מתחלקת אף היא לתת קבוצות) 2- ו 1(אדרנרגים מתחלקים לשתי תת משפחות αרצפטורים

כאשר ברבים מהם , כמעט בכל תא יש רצפטורים אדרנרגים. 3עד 1, קיימים בשלושה סוגים βרצפטורי

. קיימת אפיניות דומה לאותו רצפטורח ולבני אדם "לבע. β- ו αקיימות שתי המשפחות

. GPCRכל הרצפטורים הינם ). A ,B ,C(מחולקים לשלוש קבוצות ) 2ממשפחה (אדרנרגים αרצפטורים

פעילות רצפטור זה הינה להוריד את רמת השחרור של . סינפטית-רצפטורים אלה נמצאים על ממבראנה פרה

מורפין נקשר ). כמו מורפין(ריד את הפעילות של הגוף הפעולה של רצפטורים אלה היא להו. נוירוטרנסמיטר

. cAMPגורם לירידה ביצירה של ) או לקיחת סמים(הטיפול באופייטים ). opiates(לרצפטורים אופוייטים

תרופות שונות הן בעלות . נוירונאלית-פעילות נוירונאלית ופעילות לא) C-ו A ,B(אדרנרגים α2לרצפטורי

סלקטיביות גבוהה יותר תגרום לכך שיהיו פחות תופעות ). ומהווים אנטגוניסטים( α2ו α1סלקטיביות שונה ל

.להשתמש בכמות גדולה יותר מהתרופה –לוואי ובהתאם

מצב : אקטיבציה של רצפטור הנמצא על הממבראנה של מנגנון בתוך התא גורמת למעבר בין שני המצבים

כשהורמון נקשר לרצפטור שלו . GDP-אינו פעיל והינו קשור ל Gחלבון , במצב הראשוני. לא פעיל/ פעיל

– GEFי "השחלוף נעשה ע. GTP-ב GDPי שחלוף של "ההפעלה נעשית ע. G-ישנה הפעלה של חלבון ה

מאוכלס G-כאשר חלבון ה. GEF-הרצפטור משמש בתור ה. אפקטור שעוזר לשחלוף של שני הנוקליאוטידים

סגירת הסיגנאל . GTPaseישנה פעילות αבתת יחידה , עצמו Gלבון בח. הוא נהיה פעיל GTPעל ידי

, GTPase-חלבונים שגורמים לאקטיבציה של פעילות ה – GDP .GAP-ב GTPמתרחשת עקב החלפת

התקפה : G-הריאקציה של האקטיבציה של חלבון ה. מבקרים את פעילות ההידרוליזה של הנוקליאוטיד

" תוצר"וה GTP-כאשר מצב היסוד הינו קישור ל. GTP-ספודיאסטרי בנוקליאופילית של מים על הקשר הפו

ישנו מצב מעבר המתאר את תקיפת המים את הקשר בין ) שיציב יותר( GDP-הינו חלבון קשור ל

: GTPכאשר הכינו אנאלוגים של . הפוספאטים

• GMP-PNP : חנקן בין הפוספאטיםβ ו-γ במקום חמצן.

• GMP-CH2P :פחמן בין הפוספאטים.

• GTP עם אטום גופרית במקום אטום חמצן בפוספאטγ.

.יגרמו לפעילות בלתי נפסקת –אנלוגים אלה אינם יכולים לעבור הידרוליזה

:מהלך העבודה של הפעלת המתג. עובד כמתג מולקולארי Gחלבון

טור של ישנו פק. Gחלבוני 10ישנה הפעלה של , רצפטור אדרנרגי β-י הורמון אחד את ה"במהלך הפעלה ע

זה חשוב כי האדרנלין משתחרר בריכוז מאוד נמוך וההפעלה של הרצפטורים תהיה נמוכה כי גם יש . עשר

, עובר הידרוליזה GTP-ברגע שה. Gהורמון אחד יפעיל עשרה קומפלקסים של חלבוני . מעט רצפטורים

. לא עבר הידרוליזה GTPכל עוד cAMPהקומפלקס של אדניליל ציקלאז ממשיך לייצר . התהליך נסגר

פעילות . G-בחלבון ה GTP-פעילות הציקלאז תלויה ביציבות הראשונית של הקומפלקס ובהידרוליזה של ה

Gמופעלים פר הורמון וכל חלבון Gעשר חלבוני –הינה איטית וישנו פקטור אמפליפיקציה GTPase-ה –פקטור האמפליפיקציה ). זהעובר הידרולי GTP-עד שה(cAMP מולקולות 100-גורם ליצירה של כ

1000 .

אקטיבציה של הרצפטור גורמת . G-על הרצפטור הוא זה שעובר אינטראקציה עם חלבון ה DRYהאתר

.G-לשינוי מרחבי בו ולהפעלה של חלבון ה

:טוקסינים שונים אשר משפיעים על רצפטורים אדרנרגיים

� Cholera toxin – עושה קטליזה של רצפטור מסוגGs .ר מעביADP-ribose מ-NAD לארגינין

). לא יכול לעבור הידרוליזה(גורם לו לעבוד בלי הפסקה , למעשה. GTPase-באתר הקטליטי של ה

החלפת הניקוטינאמיד –הריאקציה שהוא עושה . הטוקסין נקשר לממבראנה ונכנס אל תוך התא

אקטיבציה –טית ישנה מודיפיקציה קוולנ. Gs-ל ADP-riboseוהעברת השייר NADבעצמו על

במעיים גורמת ליציאת cAMPרמה גבוה זו של . cAMPנוצרת רמה גבוהה מאוד של , בלתי פוסקת

לטוקסין יש זמן . החזרת נוזלים –הטיפול . במים של עצמו" טובע"החולה –מים ומלחים מהתאים

וקע את מערכת הטוקסין ת, בקיצור. חדש ייווצר והפעילות של הטוקסין ידעך Gחלבון . חיים מסוים

מתגברים על המחלה רק עם , התהליך אינו הפיך. כלל cAMP-הטוקסין אינו פועל על ה. G-חלבון ה

.יצירת חלבונים חדשים

� Pertussis toxin – מונעת פעילות . במחלת השעלת ישנה גם מודיפיקציה קוולנטיתGi י "ע

.סקתפעילות בלתי פו –גם כאן . GTP-ל GDPאינהיביציה של ההחלפה של

:G-סיכום פעילות של מערכת חלבון ה

). כי רק אחד מהם מעוגן בממבראנה(קשורים בקשר מאוד חזק γ-ו β: מבנה החלבון מבחינה קריסטלוגרפית

βתת יחידה . GDPאו GTPי "ע G-ניתן לראות אכלוס של חלבון ה. helix loop helixרואים מבנה של

-WD(היא בעלת צורת פרופלור repeats( הטבע . להבים 7בעל

יצר מבנה זה על מנת ליצירת

ממשק גדול לאינטראקציה עם

-כל להב מורכב מ. חלבונים רביםsheets β . אינטראקציות תת

בין שני חלקים של תת γיחידה

coiledהיא בתצורת βיחידה coil מה שגורם ליציבות רבה של

Coiled. החיבור בין החלבונים

coil שתי –חומצות אמינו 7סיבוב של –בעל מוטיב שחוזר על עצמו . נים ועשיר באלניניםהינו נטול פרולי

–חומצות אמינו הידרופוביות של חלבון אחד ממוקמות בדיוק מול חומצות אמינו הידרופוביות של חלבון שני

.ריהחומצות האמינו הנוספות הינן הידרופיליות ונמצאות בפריפ. מה שגורם לאינטראקציה מאוד חזקה

β רצפטורים גורמים ליצירת שלcAMP ה. י אדרנלין"ע-cAMP מפעילותpacemaker channels שזהו

ligand gated chanel .בנוסף. פולריזציה- החיבור גורם לפתיחת תעלות נתרן וגורם לדה ,cAMP מפעיל

. ה של סידןיש כניסה יותר חזק –מה שמפעיל אותן , אשר עושה פוספורילציה של תעלת סידן PKAאת

יכול להפעיל תעלות באופן ישיר או cAMPרואים כי . PKAי "ישנה גם הפעלה של תעלות אשלגן ע, בנוסף

.PKAבאופן עקיף על ידי קינאזה כגון

-מ cAMPציקלאז מייצר . י הפעלת אדניליל ציקלאז"ע cAMPרצפטורים שונים ורבים גורמים ליצירת

ATP .ישנה גם דהגרדציה של ה. 3לפחמן 5פחמן נוצר קשר בין הפוספאט הקשור ל-cAMP חזרה ל-AMP

אשר דומה מאוד Theophyllineחומר שמעכב את פוספודיאסטראז הינו . phosphodiesteraseי החלבון "ע

הרגישות לקפאין תלויה בכמות . בתאים cAMPקפאין עובד בכך שמונע מירידת ריכוז . במבנה שלו לקפאין

מנגנון הפעולה אינו שונה בין אנשים שקפה משפיע עליהם לכאלו שקפה אינו , שקיימת בתאים cAMP-ה

. משפיע עליהם

:אדניליל ציקלאז

.איזופורמים 9קיימים •

אשר חודר לתא ( forskolinי "וע) calmodulinבמיוחד כשקשור אל (סידן , Gαsי "מופעל ע •

פורסקולין משמש גם ככלי ). ישירות ומפעיל את האדניליל ציקלאז ללא התערבות הרצפטור

פורסקולין מעלה את . כך ניקו את אדניליל ציקלאז. י כרומוטוגרפיית אפיניות"ע –בהפרדת חלבונים

. קצב הלב עקב פעילותו

Gαiי "מעוכב ע •

בעל . הקצה האמיני והקרבוקסילי נמצאים בציטוזול. וצי ממבראנהי שני דומיינים ח"אדנליל ציקלאז מעוגן ע

. לאנזים יש מספר אתרי קישור לאפקטורים שונים. C1a & C1bשתי יחידות קטליטיות

. PKAי אקטיבציה של "גורמים להמשך הופעת הסיגנאל ע cAMPרוב הסיגנאלים שגורמים ליצירת

ישנן cAMPברגע שנוצר . ות של אדניליל ציקלאזמולקול 1000מולקולה אחת של אדרנלין מפעילה

). מתוקף היותו אנזים(והיותו אנזים גם תורם לאמפליפיקציה PKAהם מפעילים את . אמפליפיקציות נוספות

י כך שהקינאזה מורכבת "ע PKAמפעיל cAMP. היא הקריטית בכל התהליך PKA-חשיבות ההפעלה של ה

משתחררות , נקשר ליחידות הרגולטוריות cAMPכאשר . קטליטיות משתי יחידות רגולטוריות ושתי יחידות

. נקשרות לכל תת יחידה רגולטורית cAMPשתי מולקולות של ". ויוצאות לעבוד"היחידות הקטליטיות

יחידות קטליטיות אלה גורמות . הקישור גורם להינתקות היחידות הרגולטוריות מהיחידות הקטליטיות

לכל הקינאזות יש אתר . לכל קינאזה יש אתרי הכרה שונים. פוספורילציהי "ע PKAלאפקטים הרבים של

להדליק את (י פוספורילציה "עובד במסלול של הפעלת מערכת ע PKA. קונצנזוס ומוטיבים מאוד ספציפיים

. את האנזים" מכבה"פוספורילציה , glycogen synthaseבמקרה של . י פוספאטאזה"כיבוי ע –ומנגד ) המתג

גם יכול PKA. אשר מפרק גליקוגן phosphorylase kinaseנת שפעילותו לא תתנגש בפעילות זאת על מ

CREB )cAMP responsiveי פוספורילציה של "הפעלת השעתוק מתרחשת ע. להפעיל שעתוק של גנים

element binding protein ( לאחר פיספור ה. הפוספורילציה מתרחשת בגרעין, 23בסרין-CREB ישנו

וקצרי טווח ) הפעלת גנים(יכול להשפיע על תהליכים ארוכי טווח PKA-ה, כמו שרואים. של גניםשעתוק

).הפעלת אנזימים(

הקישור הזה גורם . calmodulin-הדבר מחייב קישור ל. סידן יכול להפעיל ולכבות את אדניליל ציקלאז

ישנם מספר מודלים לקישור . וןהסידן חייב להיקשר לחלב. להפעלה ישירה של אדניליל ציקלאז ללא מתווך

. helix-loop-helixמורכב מיחידת . אתר קישור סידן בחלבונים רגישים לסידן רבים – EF hand. זה

הסידן נקשר בקואורדינציה לשישה אתרים בחלבון כאשר נותר אתר נוסף . הקישור לדומיין זה הינו חזק מאוד

. ים קונפורמטיביים עם קישור לסידן ולאחר מכן לחלבוןהקלמודולין עובר מספר שינוי. עבור קישור של מים

–כאשר הקלמודולין נקשר לחלבון שהוא מפעיל . כ"יונים סה 4 –חלבון זה קושר שני יוני סידן בשני צידיו

.הוא עוטף אותו

של מולקולות detection(ריח , )של אור detection(ראיה –הינם בעלי תפקיד במערכות החישה Gחלבוני

גילוי גלי לחץ (שמיעה , )של תרכובות אורגניות ויונים על ידי הלשון detection(טעם , )קטנות באוויר

הסיגנאל . י רקמות הגוף שלנו ועובר עיבוד"מערכות החישה עוברות כסיגנאל חיצוני הנקלט ע. ומגע) באוויר

העיבוד והאינטרפרטציה של המידע –עיבוד דורש Gתהליך המעבר דרך חלבון . Gהמתקבל מגיע דרך חלבון

כל מערכת חישה מכילה מערכת נוירונאלית ספציפית והיא זו שנותנת לנו את היכולת להגיב . מתבצעים במוח

.לסביבה בצורה מיטבית

:ראייהה

רצפטורים אלה . פוטורצפטורים רגישים לאור בטווח של אורכי גל. מולקולות בעין מסוגלות לגלות אור

. cones מיליון 3-וכ rodsמיליון 100כאשר ישנם ). קנים ומדוכים( rods and cones: ם בשתי צורותמגיעי

ועובר דרך מעבר retina-אור מגיע ונופל על ה. להבדלה בין צבעים –השני , לראייה באור חלש –הראשון

תאי . ני הרצפטוריםעודף של אור נבלע באפיתליה שלפ. של קרומים מסוימים לפני הגעה למדוכים ולקנים

אנו מתרכזים . תאים אלה מגיעים דרך שרשרת סינפסות אל המוח. הם תאים ביפולאריים cone-וה rodה

מכיל את כל מרכיבי התא הרגילים , הינו בעל מבנה מאורך rod-תא ה. באינפורמציה של האור בתאים הללו

אתר –סקים אשר תפקידם לקלוט אור מכיל גם אתר מאורך המכיל כאלף די, )'מיטוכונדריה וכו, גרעין(

photoreception . הדיסקים האלה הינם שקים עטופי ממבראנה אשר מכילים מולקולות הנקראותvisual pigments )המולקולה הפוטורצפטורית בשקים אלה הינה ). שהן בעלות צבעrhodopsin . ספקטרום הראיה

.300-850nm –שלנו

פעמים 7אשר חוצה ) חלבון(הרודופסין הינה מולקולה . שר קושר ליגנדא 7TM –הרצפטורים שאנו מכירים

-cis-11מכילה מולקולה קטנה הנקראת –ובעלת מאפיין נוסף ) Gולכן עובדת עם חלבון (את הממבראנה retinal . עם פגיעה של פוטון ). במספר 6(מולקולה זו מכילה שרשרת של קשרים כפולים מצומדים

באזור החוצה (הרטינאל הינו כרומופור ויושב בתוך הרודופסין . all transברת למצב היא עו, במולקולה זו

. יש פעילות מסוימת, כלומר גם כשיש מעט אור, פעיל או לא פעיל –בראיה אין מצבי ביניים ). ממבראנה

inverse-רטינאל עובד כ-לאופסין ישנה פעילות בזאלית והציס. אופסין –המולקולה החלבונית ללא רטינאל agonist הופך ל –ישנה פוטואיזומריזציה , רטינאל- ציס-11עם נפילה של פוטון על ה. במולקולה זו-all-

trans-retinal ,הציס רטינאל דומה מאוד לויטמין . הצורה המופעלת של הכרומופורA .ציס רטינאל 11-ה

קשר (עם הרטינאל Schiff baseליזין יוצר ). ליזין שמור גנטית( 296י קישור לליזין "נמצא בתוך האופסין ע

על מנת . מתרחשת גם פרוטונציה ונוצר מטען חיובי בתוך האזור הטרנסממבראנלי). יחסית חזק, לא קוולנטי

הינו המצב הפעיל protonated-המצב ה. אמינית שלילית ישנו ייצוב על ידי חומצה, לייצב את המטען החיובי

תנועה זו . הליזין ימצא את עצמו באתר שונה על הרטינאל, עם הפיכה לטרנס. ויכול לבלוע יותר אורכי גל

. היא התנועה שעושה את ההעברה מפוטון לסיגנאל כימי, התנועה הזו. הינה תנועה של חמישה אנגסטרם

שינוי הקונפורמציה . איתו" לעבוד"שזה משהו שאנו יודעים , י קונפורמציה בחלבוןהפכנו אנרגיית אור לשינו

עם . הרטינאל נמצא קרוב יותר לחלק החיצוני בתוך ממבראנת הפלסמה. הינו לב ליבו של תהליך הראייה

, )שניתן לבודד(ישנם מספר רב של שלבי ביניים all-trans-רטנאל ועד הגעה ל-ציס- 11-נפילת אור על ה

מה –סילוק הרטינאל מהאופסין –השלב האחרון . two step model-מדובר בתהליך מורכב יותר מ

. שמשאיר אותו לבדו

רודופסין מאוקטב אחד . הוא זה העושה את המעבר מאור לראייה. transducin –של הראיה G-חלבון ה

. transducinמולקולות של 500מפעיל

- חלבון ה. G-מה שגורם להפעלת חלבון ה, GTP-ב GDPשל , יטת פוטוןלאחר קל, הרודופסין גורם להחלפת

G מפעיל אתphosphodiesterase . אנזים זה הופךcGMP ל-GMP . ישנו גם פוספודיאזטראז שמפרק

cAMP ,ה. אך אלו חלבונים שונים-cGMP כל זמן שיש . מפעיל תעלה שמכניסה לתא סידן ונתרןcGMP ,

עם הירידה . cGMP-יורד ריכוז ה –ברגע שנכנס פוטון לתא . ללו למערכתהתעלות תכנסנה את היונים ה

מה שגורם –של פוספודיאסטראז γנקשרת ליחידות G-של חלבון ה α-יחידת ה. התעלות נסגרות, בריכוז

, αהפוזפודיאסטראז מורכב מיחידות . GMP-ל cGMP-לשינוי קונפורמציה שגורם להפעלת פעילות הפיכת ה

β ת ושתי יחידוγ )בקנים ובמדוכים –כל המערכת הזו נמצאת באחד מהדיסקטים שצוינו קודם ). רגולטריות.

-ל cGMPהפיכת � GTP-ב GDPהחלפת �רודופסין מאוקטב �רודופסין : מהלך הפעילות כסכימה

GMP � סגירת תעלות היונים.

יש לפוספודיאסטראז , בנוסף. האפקטור של הראייה –ההפיכה של הפוספודיאסטראז הלא פעיל לפעיל

מעבר (י האפקטור "ע GTP-ישנו חיזוק של פעילות פירק ה. GTPaseחלבון מפעיל – GAPפעילות של

מדי יהיה פעיל G-לא רוצים שחלבון ה –הסיבה ). שהינה איטית מאוד, Gלמערכת הרגילה של חלבוני

. בראייה

רק כאשר יש . זרמים אלה הם אינהיביטוריים –" זרמי חושך"בחושך יש כל הזמן זרמים של סידן ההנקראים

.הגורמים להפסקת שחרור נוירוטרנסמיטורים אינהיביטוריים וניתן לראות, אור נפסקים זרמים אלה

אנזים . מחלבוני הדיסקית והוא מהווה אחוז גדול מאוד, הרודפסין נמצא על גבי ממבראנת הדיסקית

בראיה אנו דורשים שהמעברים בין הפעלה לאי הפעלה יהיו . GAPהפוספודיאסטראז הוא בעל פעילות של

יחד עם כל GTPase-פעילות ה. לוקח לו הרבה מאוד זמן, בדיסקיות מאוד נמוכה GTPase-פעילות ה. חדים

). transducin-נובע מ Gt )t-בקומפלקס עם ה הפוספודיאסטראז נמצא. המרכיבים האחרים הינה קצרה מאוד

ומוודא שסיום הסיגנאל GAP-האפקטור פועל גם כ. GTPase-מיד מופעלת פעילות ה Gt-מרגע הפעלת ה

סגירת התעלות מונעת כניסת . גורם לסגירה של תעלות בתא העצב GMP-שמתפרק ל cGMP-ה. יהיה מהיר

מופסקים זרמי חושך –רפולריזציה ושחרור הוסיקולות מופסק סגירה זו מובילה להיפ. נתרן וסידן לתוך התא

ישנו . 1-5mV-הקרנת אור שנקלט על ציס רטינל גורמת לירידה במתח הממבראנה ב. ומתרחשת הפעלה

התעלות הקיימות על . תעלות מסוג זה 400פוטון אחד בודד מסוגל לסגור . עיכוב של שחרור הנוירוטרנסמיטר

מסוגל rods-פולריזציה של תאי ה- השינוי הקטן בהיפר. מנפילה של פוטון אחד נסגרות כתוצאה rodsתאי

מדובר במערכת אמפליפיקציה בגלל כמות התעלות הגדולה ויכולתו של פוטון בודד . לגרום לראיית הסיגנאל

מפריד cGMP .P-loop-התעלות מכילות אזור תוך ממברנאלי הקושר את ה. לסגור כמות גדולה של תעלות

, התעלה פועלת בצורה אלוסטרית). p-loop = pore(ומעביר את יוני הנתרן והסידן 6-ו 5גמנט את ס

. מאוד גבוהה cGMPולכן הרגישות של התעלה לרמות , קיים מצב של אופרטיביות. הרגישות היא יותר גבוה

יש כל הזמן . סילוק אשלגן וסידן מתבצע בעזרת משאבות, כאשר הממברנות בדהפולריזציה, בזמן החושך

. פעילות המשאבות ממשיכה לעבוד. במצב של אור אין כניסה של נתרן וסידן. שחרור של נוירוטרנסמיטורים

היא במצב rods-בחושך מוחלט ממברנאת תאי ה. הולך ויורד בנוכחות אור rods-ריכוז הסידן בתוך תאי ה

, היא סינפסה אינהיביטורית bipolar cells-לבין תאי ה rods-הסינפסה בין תאי ה. של פולריזציה

יש היפר , באור. והאינפורמציה לא עוברת בגלל שחרור נוירוטרנסמיטורים בחושך והפעלת האינהיביציה

האור מבצע אקטיבציה של תהליך . פולריזציה ונמנע שחרור נוירוטרנסמיטורים בסינפסה האינהיבטורית

. המבטל תהליך אינהיביטורי

Rods ה. א חזקחשובים לראיה באור ל-rods ב. לא מסוגלים להבחין בצבעים-cones יש הבחנה בין צבעים .

.בפוספודיאסטראז ופעילותו מופסקת GTPי הידרוליזה של "גם במקרה זה התהליך מופסק ע

קיים אנזים שנקרא . הירידה בריכוז הסידן חשובה מאוד. בריכוז הסידן בתא 10כשיש אור יש ירידה של פי

Guanylate cyclase שהופךGTP ל-cGMP . כל הזמן בתוך התא יש יצירה שלcGMP . אנזים זה מאבד

כשיש אור . כי ריכוז הסידן גבוה cGMPכאשר יש חושך לא צריך לייצר . את פעילותו בריכוז גבוה של סידן

ו אין שינוי ברמת האנזים אלא פעילות. היצירה מתאפשרת בגלל ריכוז נמוך של סידן, cGMPיש צורך ליצר

. הוא ברמה של סטורציה cGMP-במצב של חושך רמת ה. משתנה בהתאם לריכוז הסידן

בכל אחד מהם יש מולקולה אחרת של , conesקיימים שלושה תאי . cones-לטובת ראיית צבע קיימים תאי ה

opsin .ו הרגישות של הרודופסין לחלקי ספקטרום שונים תלוי באינטראקציות של הציס רטינל עם החלבון ב

ברצפטור משנים את המקסימום של אורך opsin- הרצפטורים הם אותו דבר אבל שינויים קטנים ב. הוא נמצא

. הסביבה של הציס רטינל היא בעלת חומצות שונות ולכן הבליעה הינה באורכי גל שונים. הגל הנבלע

opsinיותר סוגים של ראו כי בתרנגולת יש. השונים ביצורים שונים opsin-ההתפתחות האבולוציונית של ה

. היות וראיית הצבע שלהם הינה מאוד חדה. לעופות יש יתרון מבחינת ראיית צבע. ביחס לאדם

Rods Cones

Outer segment is rod shaped Outer segment is cone shaped

109 cells per eye, distributed throughout the retina, so used for peripheral vision.

106 cells per eye, found mainly in the fovea, so can only detect images in centre of retina.

Good sensitivity Poor sensitivity

Only 1 type � monochromatic vision 3 types (R, G & B) � colour vision

Many rods connected to one bipolar cell ◊ poor acuity = poor resolution

Each cone is connected to one bipolar cell ◊ good acuity = good resolution

שני גנים . וצמודים מאודהגנים של האדום והירוק הם מאוד דומים . מהגברים הם בעלי עיוורון צבעים 5%

או חיבור וכך לא ניתן להבדיל בין deletion-רקומבינציה יכולה לגרום ל. צמודים יכולים לעבור רקומבינציה

.Xהגנים נמצאים על כרומוזום –הסיבה לכך שזה קורה אצל גברים יותר . אדום וירוק

בכל תהליך שבו יש סיגנאל שעובר צריך להתחשב בטרמינציה של . כעת נדבר על טרמינציית הסיגנאל

המנגנונים הללו עובדים ברמה של הרצפטורים והם יכולים לנבוע גם . סנסיטציה- צריך לדבר על דה. התהליך

, ת של רצפטוראחרי הפעלה ממושכ. י פוספורילציה של הרצפטור"טרמינציה מתבצעת ע. מתהליך אנזימתי

י ניתוק מהליגנד בתוך "חזרה לממבראנה ע –מהאנדוזום יכולים לקרות שני תהליכים . הוא מוכנס לאנדוזום

פירוק –השני , והוא זמני sequesteringהתהליך נקרא , בתהליך הראשון. י ליזוזום"האנדוזום או פירוק ע

: סנסיתיזציה יכולה להתחלק לשניים-הדה. הדרך היחידה להעלות פעילות היא לסנתז רצפטור חדש, הרצפטור

.הטרולוגית והומולוגית

שינוי קונפורמציה ( Gרצפטור שעבר פוספורילציה אינו יכול להביא להפעלת חלבון , בהטרולוגית •

אליהם הם G-של הרצפטור מחלבוני ה uncouplingשעושים האנזימים ). ביטול יכולת לאקטב �

לאחר שעובר G-הרצפטור אינו מסוגל לתקשר עם חלבוני ה. PKC-ו PKAקשורים הם

אדרנרגי βלא ספציפי ל(סנסיטיזציה של רצפטורים מסוגים אחרים -מתבצעת גם דה. פוספורילציה

).לדוגמא

הוא מבצע פוספורילציה רק עבור , GRK-β-arrestin systemהאנזים המופעל נקרא , בהומולוגית •

נקשר לרצפטור לאחר arrestinמבצע פוספורילציה ואילו GRK. הרצפטור אליו הוא מתאים

נמצא כל הזמן בציטוזול וכאשר יש arrestin-ה. פוספורילציה וגורם לאינאקטיבציה מהירה יותר

הוא מונע פיזית את ). ציהטקנסלוק(הפעלה של הרצפטור הוא עובר מהציטוזול לרצפטור

התהליך הזה קורה לאחר שהרצפטור עובר פוספורילציה . G-אינטראקציות הרצפטור עם חלבון ה

. GRK (G protein coupled receptor kinase)י "ע

:סנסיטיזציה הומולוגית לעומת הטרולוגית-דה. סינסיטיזציה הינה תהליך חשוב מאוד-דה

. cAMP dependant PKAי "לציה על הזנב הפנימי שלו עעובר פוספורי 7TM: הטרולוגית •

-ונקבל דה PKAי "לרצפטורים אחרים גם יש אתרי פוספורילציה ע. הרצפטור נכנס למצב לא פעיל

.סנסיטזציה רחבת היקף- דה. סנסיטזציה שלהם גם כן

. ילרצפטור בטא אדרנרגי הקשור לאדרנלין נחשף הזנב הציטוזולי והרצפטור לא פע: הומולוגית •

, במקרה הזה. המפספר אותו PRK-ל) יש אתרי קונצנזוס(במצב זה רצפטורים אלה חשופים

נקרא PRK-ה, עבור רצפטורים מסוג זה. PRKי "וגם ע PKAי "הרצפטור הזה מפוספור גם ע

βARK .י "ישנו פיספור ספציפי של הזנב ע, במקרה של רודופסיןrhodopsin kinase . זהו פיספור

.רודופסיןספציפי של

ישנו מנגנון . י חוסר באור"ע"

ישנו גיוס של חלבון ציטוזולי הנקרא

כל זאת על מנת לוודא ). וגמאיחידות בטא

arrestin .כל , בשלבים יותר מאוחרים

בכל התהליכים הללו יש אינטרנליזציה של הרצפטור אל תוך

:יש הפנייה לשני מסלולים

צנזוס קונצריך להסתכל המצגת על מנת לקבל תמונה טובה יותר של אתרי ה

משתתף בתהליך שבו מערבים שני

Gq מפעילה אפקטור חדש–

IP3 ו-DAG .( אוטו , 1923בשנת

וא לא הבין מדוע הפעימה המוגברת של הלב עקב מתן אדרנלין דעכה עם

שני האמבטים מחוברים מבחינת

הוא ראה שהלב השני דעך בפעילותו עם דעיכת הפעילות בלב

י חומר "רצפטור זה מופעל ע.

אצטיל כולין הינה . אצטיל כולין זה השתחרר מהלב הראשון והגיע ללב השני

" כיבוי"י פוטון ו"הראייה תתבצע ע" הדלקת"אנחנו זקוקים לכך ש

ישנו גיוס של חלבון ציטוזולי הנקרא rhodopsin kinaseי "כאשר יש פוספורילציה ע

יחידות בטא ( G-החלבון הזה מנתק פיזית את הרצפטור מחלבון ה

arrestin-וגם גיוס ה rhodopsin kinaseי "פיספור עarrestin בכל התהליכים הללו יש אינטרנליזציה של הרצפטור אל תוך . מתרחק מהרצפטור

יש הפנייה לשני מסלוליםמהאנדוזום המכיל את הרצפטור

.פירוק בליזוזום

arrestin וחיבור הרצפטור חזרה לממבראנת הפלסמה.

צריך להסתכל המצגת על מנת לקבל תמונה טובה יותר של אתרי ה. כל זה תלוי ברמת הסיגנאל

.לא להסתפק בתמונה המצורפת

cAMP ו הואיל-Gi מעכב רמה שלcAMP .ה-Gq משתתף בתהליך שבו מערבים שני

Gqהפעלת ). DAG(גליצרול -אציל- ודי IP3: נשאים שניונים חדשיםIP3(אפקטור זה מייצר את שני הנשאים השניוניים הללו

וא לא הבין מדוע הפעימה המוגברת של הלב עקב מתן אדרנלין דעכה עם ה. לוי עבד על התכווצות של הלב

שני האמבטים מחוברים מבחינת . הוא חיבר אמבט המכיל לב צפרדע אל אמבט נוסף המכיל לב צפרדע

הוא ראה שהלב השני דעך בפעילותו עם דעיכת הפעילות בלב , כאשר נותנים אדרנלין ללב אחד

. כיום יודעים שהוא הפעיל את הרצפטור המוסקריני.

אצטיל כולין זה השתחרר מהלב הראשון והגיע ללב השני. אצטיל כולין

.המוסקרינים והניקוטינים: מולקולה הנקשרת לשני סוגים של רצפטורים

אנחנו זקוקים לכך ש, בראייה

כאשר יש פוספורילציה ע –בקרה נוסף

arrestin .החלבון הזה מנתק פיזית את הרצפטור מחלבון ה

–שהראייה לא תפעל

arrestin-הקומפלקס של המהאנדוזום המכיל את הרצפטור . האורגנלות הפנימיות

פירוק בליזוזום .א

arrestin-נפילת ה .ב

כל זה תלוי ברמת הסיגנאל

לא להסתפק בתמונה המצורפת –ומנגנונים נוספים

cAMPמעלה רמה של Gs-הנשאים שניונים חדשים

phospholipase C . אפקטור זה מייצר את שני הנשאים השניוניים הללו

לוי עבד על התכווצות של הלב

הוא חיבר אמבט המכיל לב צפרדע אל אמבט נוסף המכיל לב צפרדע. הזמן

כאשר נותנים אדרנלין ללב אחד. הנוזלים

. דרנליןשהופעל עליו א

אצטיל כולין –למעשה , הואגוס

מולקולה הנקשרת לשני סוגים של רצפטורים

–והרצפטור הניקוטיני ) GPCRהוא (פעמים את הממבראנה 7רצפטור שעובר –הרצפטור המוסקריני

השמות של ). י שתי מולקולות אצטיל כולין"המופעלת ע(בעצם תעלה שמעבירה יוני נתרן ואשלגן

הרצפטורים המוסקרינים . הרצפטורים נובעים מרעלנים המסוגלים להיקשר רק לרצפטורים שלהם ספציפית

מסוגל להפעיל בצורה ישירה תעלת אשלגן Gq. י אצטיל כולין"מופעלים ע Gqחלבוני . Gqמפעילים חלבוני

. מהירות –היתרון בקישור זה . הוא נקשר לתעלה Gq-מיד עם הפעלת ה). פועל בצורה ישירה על תעלה(

שבעת ההליקסים של הרצפטור יוצרים . הפעלת רצפטור דרך נשא שניוני – Gq-מסלול פעולה אחר של ה

שדומה לקישור הקטקולי רב השלבים (כולל הקשר יוני , אינטראקציות עם אצטיל כולין עם קישורו לרצפטור

).עליו דיברנו קודם

:הרצפטורים המוסקרינים מפעילים שלושה מסלולים

הפעלה ישירה של תעלות אשלגן .1

cAMPובכך לשלוט על רמת Gs-ו Giנוני הפעלת מנג .2

Gqהפעלת נשאים שניוניים דרך .3

תעלת – GARKאת Gי חלבון "מפעיל ע M2רצפטור זוגי מסוג . הרצפטורים מתחלקים לזוגיים ולאי זוגיים

adenylyl cyclaseהפעלת –סוג אחר של הפעלה ). מפעילה אותה αתת יחידה ( Gאשלגן תלוית חלבון

. הן גורמות לירידה בפעילות –ברגע שתעלות אלו נפתחות . pacemaker channelsעלה של אשר גורם להפ

phosphlipase Cזה מפעיל בצורה סלקטיבית את Gחלבון . Gqהרצפטור המוסקריני מפעיל את , בנוסף

נקשר IP3. נכנס לציטוזול IP3נשאר בממבראנה ואילו IP3 .DAG- ו DAGונותן לנו PIP2אשר מפרק

וגורמות ER-אלה פותחים תעלות סידן ב). kDaגודל עד מיליון –חלבונים גדולים ( ER-צפטורים על הלר

.לשחרור סידן אל הציטוזול

M4- ו M2רצפטור . ולעלייה של סידן בציטוזול IP3והם גורמים לשחרור M3-ו M1- אצטיל כולין נקשר ל

) M1לדוגמא (וקחים את הרצפטור לאצטיל כולין אנו ל –על מנת להבדיל בין שני הרצפטורים . Giמפעילים

זרמים אלה תלויים . אצטיל כולין יקשר לממבראנה וניתן יהיה לצפות בזרם. ושמים אותו על גבי ממבראנה

M3אם נעשה זאת עם ). chelators, י חומר שיוצר קומפלקסים עם סידן"מזהים סידן ע(בסידן תוך תאי

אבל אם נשים M2נראה זרם לא ספציפי הנובע מהפעלת M4או M2אם נכניס . נקבל את אותו הדבר

EGTA )רואים –י יצירת כימרות בין הרצפטורים הללו "ע. לא נראה פעילות שלו) אותו חומר מזהה סידן

. G-עם חלבון ה" מתעסקת"איזו תעלה

signalingכות י אצטיל כולין ויודעים לתקשר עם כמה מער"רצפטורים המופעל ע –רצפטורים מוסקרינים

cAMPועיכוב יצירת Gi/Go-קישור ל, הרצפטורים הינם בעלי השפעה ישירה על תעלות אשלגן. בתוך התא

.Gqי אקטיבצית "ויצירת שני שליחים שניוניים הנוצרים ע

האנזים מנצל ). לא אינטגראלי, קשור(גורמת להפעלת אנזים הנמצא על גבי ממבראנת הפלסמה Gqהפעלת

בתהליך האנזימתי ישנו פירוק . phospholipase Cאנזים זה הינו , את הפוספוליפידים שנמצאים בממבראנה

שון מפעיל הרא, שני אלה הם שליחים שניוניים המפעילים תהליכים בתא. IP3- ו DAG-של פוספוליפידים ל

-הפוספוליפידים מרכיבים את הדו. הממבראנלי ואילו השני אחראי על ויסות כמות סידן בציטוזול PKCאת

הפוספוליפיד שעליו פועל האנזים ). ראשים הידרופיליים עם זנבות הידרופוביים(שכבה של ממבראנת התא

ואתר הקישור השלישי ) נית או אולאיתחומצה ארכידו(הינו מהסוג של שני זנבות הידרופוביים Cפוספוליפאז

אתאנולאמין , אפשרי גם לכולין, במקרה שלנו אינוזיטול(של הגליצרול קשור לפוספאט שקשור לאלכוהול

אינוזיטול . פוספאט מסוגל להתמיר את אתרי הקישור עליו בקבוצות פונקציונאליות שונות 3גליצרול ). וסרין

פלמיטית : חומצות שומן נפוצות בפוספוגליצרידים אנושיים. רוקסילקבוצות היד 6הוא אלכוהול טבעתי בעל

האנזים פועל כך שהוא מפרק את הקשר בין הפוספאט לגליצרול . ועוד) פחמנים 18(אולאית , )פחמנים 16(

אשר , הינו למעשה הגליצרול ושני השיירים השומניים DAG-ה). פוספורילציה של האינוזיטול-לאחר דה(

ולאחר 5ועמדה 4י שני אנזימים שונים בעמדה "נוצר עקב שתי פוספורילציות ע IP3- ה. נהנשארים בממברא

-ה). PIPעם שני פוספאטים בלבד נקרא (שלב הביניים . מהגליצרול, עם שלושת הפוספאטים, מכן חיתוכו

lipid cycle תה הינו התהליך שנועד למחזר חזרה את הפוספוליפיד וזאת בניגוד לתהליך שתואר זה ע–

inositol phosphate cycle .IP3 י הורדה הדרגתית של שלושת הפוספאטים "ממוחזר חזרה לאינוזיטול ע

הוא אנזים בעל שלושה Cפוספוליפאז . עד שהוא בעצם יכול להוות חזרה אבן בניין של פוספוליפידים

Pleckstrinאו PH –חלבון אזורים ייחודים ב. כאשר לכל צורה יש תכונות ייחודיות, γ- ו β ,δ –איזופורמים domain אשר קושר ראשי ליפידים)PIP2 .(C2 domains – אתרים המקשרים סידן)חומצות 120עד 100

אשר מכילות יוני סידן ונועדו ) טעונות שלילית(באזורים אלה ישנם כיסים של חומצות אספרטיות , )אמינו

י "מפורק עPIP2 - ה). G )G protein interaction domainאזור קישור לחלבון , בנוסף. לקשור אותם

- ו DAGתוצריו הינו . הנמצא בממבראנה ומשתמש בסובסטראט אשר נמצא בתוך הממבראנה Cפוספוליפאז

IP3 .ה -IP3 מגיע לרצפטור גדול על ה-ER ) מיליון 2 –משקלkDa .(עם קישור ה -IP3 התעלה נפתחת

DAG-אשר נקשר ל, PKC-הסידן נקשר ל. אל הציטוזול ER-וסידן יוצא מה) הרצפטור הוא גם תעלה(

או למעשה ספציפית , כאשר התא מרגיש שיש מעט מידי סידן בתא. י הפוספוליפאז ומופעל על ידיו"שנוצר ע

, סידן היא מתכת חשובה מאוד. נפתחות תעלות על ממבראנת הפלסמה אשר נותנות לסידן להיכנס לתא, ER-ב

–מחוץ לתא (מולר 10-7-ריכוזו בתא כ –בריכוזים גבוהים הוא רעיל לתא , זאתעם . בעל תפקידים מגוונים

. לכן קיים צורך חיוני לווסת את כניסתו לתא. מוות של תאים –עודף של סידן גורם לאפופטוזיס ). מולר 10-3

אשר (המיטוכונדריה , )ATPaseשואב באמצעות משאבת (מהווה מאגר ER-ה? איך התא מתמודד עם סידן

ישנה משאבת , על גבי ממבראנת התא, בנוסף. סידן" תופסי"וגופיפים ) מהווה מאגר סידן גדול אף היא

ATPase סידן מהתא" זורקת"אשר .Ryanodine receptor pathway – סידן נכנס לתא דרך תעלת

DHPR ,מה שגורם ליציאת סידן מה-ER ,י משאבות"כ הורדת ריכוז הסידן ע"כל זאת תו.

PKC – פעל על ידי מוTPA ) חומר דמויDAG (ל. קרצינוגני-אשר מהווה חומר קו-PKC יש מספר רב של

. pseudo-substrateהנמצא בתוך הציטוזול ישנו אתר הנקרא PKCלאותו ). וכן הלאה α ,β(איזופורמים

phorbol-ול DAG-נקשר ל C1אתר ). C3, C4(אתר קטליטי –דומיין ובנוסף C2בחלבון זה יש גם ester .ה-pseudo substrate הינו רצף של חומצות אמינו אשר יושבות באתר הפעיל ומחזיקות את האנזים

הוא , מרגע זה). שינוי קונפורמציה(יוצא מהאתר הפעיל pseudo substrate-ה, עם ההפעלה. בלתי פעיל

. סובסטראט מתאים לאתר הקטליטי- מבנה הפסיאודו. יכול להיקשר לממבראנה

Olfaction – הריח:

, רצפטורים של ריח 350- לבני אדם כ. תהליך זה הוא התהליך בו אנו מריחים מולקולות שנמצאות באוויר

סוכר . מולקולה אורגנית קטנה נכנסת ומגיעה למוח שם היא מתורגמת לריח. 1000-בעוד לעכברים יש כ

המכילה כמיליון (מגיעה לרקמת אפיתל מולקולת ריח נכנסות לאף ו. לדוגמא אינו נדיף ולכן אין לא ריח

היכן שמתבצע ( olfactory cortex-ומשם ל olfactory bulb-תאים אלה נקשרים ל). נוירוני חישה

מיליון נוירוני חישה 10עד 6. התרחקות מריח רע לדוגמא –המידע מתורגם לפעולה מכאנית ). התרגום

כל ? או יותר ריחות 10,000- הזו יכולה להבחין ב איך המערכת. ciliaעל גבי , יוצרים את מערכת החישה

ישנו . חלק רגישים לריחות מסוימים ואילו אחרים לא –נוירון חישה רגיש לריחנים שונים באופן ספציפי

גילו את רצפטור . Gוחשבו שמעורב חלבון cAMP-ראו שהמערכת רגישה ל. תהליך זיהוי מאוד ספציפי

בעלי אזורים וריאביליים רבים מאוד ואזורים שמורים מעוטים ) אנהפעמים את הממבר 7אשר חוצה (הריח

ארד אקסל ביצעו ניסוי עם רצפטורי ריח של עכברוש וגילו שקיבלו עבור אותו מקטע 'לינדה בק וריצ. יחסית

DNA 4-ל 1בין , גנים 1000-יותר מ(התגלה כי ישנה משפחה של המון רצפטורים . הרבה מאוד רצפטורים

-בבני אדם יש כ. זוהי משפחת הגנים הגדולה ביותר בגנום. אשר אחראית על יצירת חוש הריח) אחוז מהגנום

).והרבה פסיאודוגנים(גנים 300

אשר ייחודיים G(olfaction)מיוחדים הנקראים Gהריחן מהווה ליגנד לרצפטורים אשר מפעילים חלבוני

שמפעיל תעלת נתרן וסידן cAMPאשר מייצר מפעיל את האנזים אדנילאט ציקלאז G-חלבון ה. לחוש הריח

)cAMP gated ion channel .(י "הרצפטור עובר דסנסיטיזציה ע. לכל נוירון יש רצפטור ריחן ספציפי

פולריזציה ובהתאם -נוצרת דה –הסידן שנכנס לתא גורם לכלוריד לצאת החוצה מהתא . קינאזות ספציפיות

ים מפעילים רצפטורים שונים בעוצמות שונות וכל ריחן מפעיל ריחנים שונ. תגובה חזקה יותר של הנוירון

י מנגנון "הסיגנאל של הריח עצמו עובר למוח ע). בעוד כל רצפטור מגיב למספר ריחנים(מספר רצפטורים

-ה). nasal cavity-עדיין ב(או יותר נכון באתר ספציפי בו glomerulus- ב cilia-של ריכוז האותות מה

glomeruli אל ה) לאחר עיבודו(בירים את הסיגנאל הללו מע-olfactory cortex . האינפורמציה הזו

.אל המוח תוך כדי ריכוז נוסף של המידע olfactory bulb-ממשיכה הלאה מה

אשר תוצאתו היא קבלת מפה של רשת –חוש הריח הינו סיכומו של עשרות שנים של חקר ביוכימי

מערכת זו מתבססת על ריכוז של מידע . ת מידע על ריחות שוניםנוירונאלית אשר מתחברת בתוך עצמה לקבל

ברגע . מהקולטנים הרבים המקבלים את המידע על הריח ומעבירים אותו הלאה לאזורים ספציפיים במוח

.קיבלו את העובדה שמדובר ברשת נוירונאלית –שנפתר הצד המולקולארי של הבעיה

:הטעם

לטעם חשיבות ). טעמנים( tastantsחוש הטעם הוא היכולת שלנו להגיב למולקולות מסיסות אשר נקראות

הטעם עובד בכמה ). משהו טוקסי לדוגמא= מר (אלא גם למטרת הישרדות , לא רק מבחינת אוכל, רבה בחיים

אומאמי . חמוץ ואומאמי, מר, מתוק, מלוח: בניגוד לריחנים אנו מרגישים חמישה טעמים עיקריים. מנגנונים

תהליך שאינו –) Chinese restaurant syndrome(אשר לו יש השפעות של הגברת ערנות , MSG-מגיע מ

מפעיל מערכות בתא ובנוסף מהווה נוירוטרנסמיטר MSG- ה). MSG – Monosodium Glutamate(בריא

טעמנים מגיעים על הלשון ). וק ומלוחמת(אנו יכולים לטעום טעמים שאיננו יכולים להריח . אקסיטטורי במוח

. taste buds-ל

:מידע על פי סוג טעם/ הטעמים עוזרים לנו לקבל החלטות

מקור אנרגיה, הגברת תאבון –מתוק •

הכנסת מינרלים –מלוח •

הכנסת חלבונים –אומאמי •

טעם דוחה –מר •

.אשלגן מה שמרגישים זה תגובה של השומן עם תעלות, לשומן אין באמת טעם –שומן •

Synesthesia – המוח מקשר בין הטעמים לצלילים, קשר בין שמיעה לטעם.

:taste buds-אנשים מחולקים לפי כמות ה

• Supertasters – פי מאה יותרtaste buds מאשר לממוצע.

• Mid tasters – רגילים"אנשים."

• Non-tasters – אנשים ללא חוש טעם.

טעמנים . taste bud-תאים אלה מרכיבים את ה, TRC-המורכבת מ של הטעם הינו מערכת transduction-ה

- תוך שימוש בדה, מעביר את המידע למוח בדומה לריח bud-ה. bud-על ה cilia-שבאים נקשרים ל

כולם מעבירים את כול –לכל אורך הלשון מעבירים את המידע באופן שוויוני taste buds-ה. פולריזציה

primary taste-המידע על הטעם עובר למוח לאזור ה. buds-המורכבת מ papillaעל הלשון יש . הטעמיםcortex .ישנן שתי תיאוריות למעבר הטעם למוח:

. לטעם ספציפי" צבוע"יש סוגי תאים שכל אחד מהם budבכל – Labeled line model .א

.כמו שהיא למוח, האינפורמציה עוברת באופן ייחודי

.כל תא קולט את כל הטעמים, כל הטעמים עוברים ביחד אל המוח – Across fiber models .ב

אך " צבוע"כל תא מעביר באופן עצמאי את הטעם אליו הוא –) acrossנחשב גם (תיאוריה מאחדת �

).בניגוד ללכת באופן עצמאי(המידע מצטלב בדרך למוח

ישנו שחלוף גדול של , היות ויש בפנים תאי גזע ממקור אפיתליאלי bud-ימים מתחדשים התאים ב 10כל

טרמינאלי Nלקולטנים ישנו זנב . GPCRמשפחות של טעמים שהם טעמים המועברים על ידי 3ישנן . התאים

–ואם רוצים אומאמי 3-ו 1מפעילים את רצפטור –אם אנחנו רוצים מתוק . מאוד ארוך והוא הקולטן לטעמן

רצפטורים אשר אינם יודעים 30הרצפטורים המרים הינם משפחה של ). דימרים( 3-ו 2רצפטור מפעילים את

) MSG(זיהוי של מלח החומצה הגלוטמית ). הטעם המר מהווה אות לסכנה(להבדיל בין טעמים מרים שונים

יל שמפע( βמסוג Cרצפטורים אלו מפעילים תעלות ופוספוליפאז . T1R3-ו T1R1מתבצע על ידי דימר

PKC .(הפוספוליפאז הוא זה שגורם לפעולה שתפתח את תעלות ה-TRP .

אשר מורכב משלושת תתי Gחלבון – G )gusdusin-מופעל חלבון ה, עם קליטת הטעמן על הרצפטור

התוצאה הינה פתיחת . DAG-ואת ה IP3-מפעיל את ה Cאשר דרך פוספוליפאז ) α ,β ,γ: היחידות המוכרות

. ATPהתא משחרר , ברגע שזה קורא. פולריזציה-רות לנתרן להיכנס והתא עובר דהאשר נות TRPתעלות

gusdusin- ה. בהמשך מתשחרר סרוטונין למוח. פולריזציה- עובר לתא אחר שגורם גם שם לדה ATP-ה

טעם מר , טעם אומאמי, המנגנון הינו דומה עבור ריח. מהווה נוירוטרנסמיטר ATP-ה. Gqעובד כמו חלבוני

. גם עבור הטעם המתוק וכנראה

טעמנים מתוקים 17-אשר מסוגל לזהות כ(קישור לקולטן הטרודימרי –הטעם המתוק עובד בדרך דומה

הרצפטור הוא . T1R3-ו T1R2: הרצפטורים למתוק. ופוספוליפאז TRPומשם הפעלת תעלות ) שונים

וע לנו יותר מדי על מערכות לא יד. פעמים את הממבראנה שמתפקדים יחד 7למעשה שני חלבונים שחוצים

.ליגנדים שונים מאוד במבנה שלהם מפעילים את הרצפטורים למתוק, ההכרה של הטעמנים המתוקים

הרצפטורים למלוח וחמוץ הינם . לא יודעים להבדיל ביניהם תמיד, רצפטורים לטעם המר 100- ישנם כ

מדובר , TRP-של חומרי הטעם לחריף זה למעשה לא טעם אלא תוצאה של קישור . למעשה תעלות יונים

.למעשה בכאב

חיות לא יכלו להבדיל בין , לרצפטורים למתוק knockoutאם עשינו –איך יודעים שמה שאמרנו זה נכון

צריך ריכוז גבוה , אם הורדנו רק אחד. תלוי אם הורדנו מונומר אחד או שניים –טעמים מתוקים או יותר נכון

. ל עם אומאמי"כנ. לא מרגישים מתוק –אם מורידים את שניהם . טעםמאוד של מתוק על מנת להרגיש ב

. בבעלי החיים הטורפים ישנה מוטציה כך שאינם יכולים להרגיש את הטעם המתוק

ברגע . אומאמי ומר, מאבדים את היכולת להרגיש מתוק M5נסוג TRPלתעלות knockoutכאשר עושים

, אם עושים נוקאאוט לפוספוליפאז. מאבדים את היכולת להרגיש בטעם, שעושים נוקאאוט לתעלה הזו

.אין יכולת לטעום –מתקבלת אותה התוצאה

G אם ניקח חלבון? מה יקרה אם ניקח רצפטור שקולט טעם מתוק ונשים אותו בתוך תא קולט לטעם מרלקחו רצפטור אופיאטי ושמו אותו , על מנת לענות על השאלה הזו? ונשים אותו בתוך הרצפטור לטעם מר

הם , )ממשפחת האופיאודים(חיות שעברו טיפול כזה נטו לאכול חומר מסוים אשר נטול טעם . בתאים מתוקים

את הרצפטור המר וביטאו כאשר לקחו , בנוסף. החיות זיהו את החומר בתור משהו מתוק. נמשכו לחומר הזה

הוא מצא חן בעיני החיות –ראו שככל שהטעמן המר עלה בריכוז . אותו בתאים מתוקים ונתנו לחיות משהו מר

ביטוי –ל להיפך "אותו כנ. אלא מהתא, האינפורמציה שעוברת למוח היא לא אינפורמציה מהרצפטור. יותר

המידע שמגיע למוח הינו . מר עם הגדלת הריכוזשל רצפטורים מרים בתאים מרים גרם לדחייה מהחומר ה

–הסיבה לכך היא עקב העובדה שכל סוגי התאים משתמשים באותו מנגנון . תלוי בסוגי התאים ולא ברצפטור

. TRPפוספוליפאז ותעלות

. labeled line model-נראה כי המודל הנכון הינו ה, buds-אוריות שתיארנו קודם לפעילות היאם נחזור לת

.ודל הגורס כי התאים צבועים מראש לטעמים ספציפייםהמ

תעלות מעורבות גם בהעברת סיגנאלים בתאים אקסיטבליים וגם . בהעברת סיגנאל סינפטית מעורבות תעלות

–אם מופר מאזן היונים בתא יש לנו בעיה בתא . היום נדון בתעלות תלויות מתח. בתאים לא אקסיטבילים

היות ותעלות תלויות , מימד הזמן חשוב בפתיחת תעלות. זהו סיגנאל למוות תאי, ןלדוגמא אם יש יותר מדי סיד

. מתח נפתחות לזמן מוגבל

–צריך מתווך על מנת שהיונים יוכלו להיכנס לתא . יונים אינם מסוגלים להיכנס סתם כך אל תוך התא

, נים של צורה מרחביתמולקולות במערכי העברה אלה צריכות לעמוד במספר קריטריו. מערכות טרנספורט

ישנו דמיון מבני בין החלבונים (זוהי משפחת גנים גדולה , גנים של תעלות יונים 143-יש כ. ספציפיות ועוד

:סוגי התעלות הקיימים). השונים

.כמו תעלות שנפתחות עם חיבור לליגנד כלשהו כגון אצטיל כולין או גלוטמאט – Ligand gated .א

.תחות עם שינוי בפוטנציאל הממבראנהתעלות הנפ – Voltage gated .ב

.טמפרטורה ועוד, מגע –תעלות הנפתחות עם הפעלת כוח מכני – Mechanical force gated .ג

תעלות אלו מורכבות מפפטידים ומהווים תעלה עם סביבה מימית שחוצה . אנו נדבר על התעלות תלויות המתח

מהוות חלק חשוב מאוד בהעברה עצבית : מתח תנאים הכרחיים של תעלות תלויות. את הממבראנה השומנית

בניגוד לתעלות תלויות ליגאנד אשר יכולות להעביר יוני . ספציפיות להעברת יון מסוים. וכיווץ שרירים

תעלות תלויות מתח מעבירות בצורה ספציפית במספר סדרי גודל את האשלגן על , אשלגן ונתרן בצורה זהה

.חשבון הנתרן

4- תעלה זו מורכבת מ. יונים לשנייה והינה בעלת גלאי מתח 108מעבירה , ד יעילהתעלת האשלגן הינה מאו

. של כל מונומר 4תתי יחידות כאשר בכל תת יחידה כל חומצה אמינית שלישית הינה חיובית ונמצאת באזור

ד תעלת הסידן אשר מורכבות מפוליפפטי/ תעלת הנתרן , מנגד. מונומרים על מנת ליצור תעלה אחת 4צריך

בין אזורים חוצי p regionבתעלות אלו ישנו . בממבראנה poreאחד אשר מתארגן בממבראנה בצורה של

תעלות אשלגן יותר קלות לחקר מאשר תעלות סידן או נתרן כי ניתן ). poreמלשון p( 6-ו 5ממבראנה

אשר צריכות לקשור גם BK/sloלדוגמא תעלות –ישנן מספר סוגי תעלות אשלגן . לחקור כל מונומר בנפרד

זוהי אינה תעלה תלוית ליגאנד היות ועדיין יש צורך במתח (סיגנאל לכל מונומר על מנת שהתעלה תיפתח

). ספציפי

כאשר ביצעו אנליזה . גורמות להיפרפולריזציה –תעלות אלה מעבירות זרם יוני אשלגן מפנים התא החוצה

כל תעלה מורכבת . ים של איך תעלה יונית יכולה לתפקדקריסטלוגרפית של תעלה זו התגלו כל הפרינציפ

, ישנם הרבה מוטיבים בתעלות אשלגן. אתרים חוזרים 4מארבעה מונומרים או לחילופין מיחידה אחת עם

תעלות אשלגן אינן . תעלה שמגיבה לשינויי מתח ונפתחת בהתאם –מבנים שונים אך הרעיון המרכזי נותר זהה

אם , ישנו מוטיב משומר היטב H5באתר ). שאינו יון פיזיולוגי(ירות רובידיום מעבירות נתרן אך כן מעב

.התעלה מפסיקה מלעבוד –משנים משהו מהרצף הקטן של חומצות האמינו הזה

streptomycesשל KCsAתעלת –תעלת האשלגן הראשונה שפוענח המבנה הקריסטלוגרפי שלה lividians . תעלה זו תלויתpH התעלה קושרת את ). לכל מונומר(ליקסים חוצי ממבראנה ה 2ומכילה רק

. מבנה הטטראמר הינו בעל צורה של גביע? איך היון עובר הלאה בכלל –האשלגן בצורה ספציפית וחזקה

צריך להתגבר על , כאשר אין תעלה. שדרכה עובר האשלגן, ארבעת המונומרים מתנקזים אל נקודה אחת

–התעלה הינה אמפיפתית בדומה לממבראנה . חוצה ממבראנה הידרופוביתהמחסום האנרגטי הגבוה של קטיון

אזור ). בקצה הפתוח(רצף הקונצנזוס שצוין קודם נמצאות בראש הגביע . ראש וזנב פולאריים וגוף הידרופובי

. שינוי חומצות אמינו באזור זה גורמות לכך שהתעלה לא תעביר אשלגן –הגביע הינו האזור של הסלקטיביות

בקצה . למעשה זהו רצף חומצות האמינו אשר זז כדי לתת לאשלגן להיכנס, תית הגביע נמצא השערבתח

–מעבר היונים הינו מהצד הצר של הגביע אל הצד הרחב ". חור"ההליקסים שיורדים במורד הגביע ישנו

ליוני האשלגן מבנה זה מהווה מעבר נוח . רצף הקונצנזוס החיוני נמצא בקונוס. הקונוס מתפרס החוצה מהתא

למרות שכן , כאילו לא עזב את הסביבה החיצונית(היון אינו מאבד את שכבת ההידרציה עד ההגעה לחור –

יש צורך להסיר את מולקולות המים על מנת שהיון יוכל , לאחר מעבר החור הזה). עבר את אזורי הספציפיות

יון . מהדרך ללא בעיה אנרגטית 2/3ובר למעשה היון ע –אין מחסום אנרגטי , עד לחור זה. להמשיך לעבור

על מנת . אנגסטרום 3האשלגן צריך לאבד את שכבת המים ולעבור את התעלה שנותרה אשר בעלת קוטר

את היון " מחליקות"ישנה השפעה של דיפול הנוצר עקב נוכחות קבוצות קרבוניליות ש, לאבד את המים

אם היון , בנוסף. וחד לגבי יון הנתרן אשר הינו יותר קטןבמי, זה לא נותן לנו סיבה לספציפיות. החוצה מהתא

?למה שימשיך לנוע –י הקרבונילים "מיוצב ע

הפילטר צריך להעדיף . פילטר הסלקטיביות צריך לברור בין סוגי היונים במעבר בין יון מיומם לבין יון עירום

שאינם (רובידיום וצזיום , ם עובריםליתיום ונתרן אינ(את האשלגן במספר סדרי גודל על חשבון יונים אחרים

ארבעת הקרבונילים שנמצאים בתעלה מחזיקים את יון האשלגן בצורה מאוד ). עוברים בקושי) פיזיולוגיים

, במקרה של יון הנתרן). נוצר מעין צלב שמחזיק את היון(ספציפית המרחק בין האשלגן לכל חמצן הינו קבוע

מבחינה אנרגטית . ב לשני קרבונילים ויותר רחוק מהשניים האחריםהייצוב פחות טוב היות והיון יותר קרו

הבסיס להפרדה בין . אין מספיק רווח אנרגטי על מנת להיפטר משכבת ההידרציה של הנתרן –ישנו אל ייצוב

.6מספר מולקולות המים שמסולקות מאשלגן ונתרן הינו . רווח אנרגטי –היונים

בפיענוח המבנה הקריסטלוגרפי ראו שישנם ? יונים עוברים כה מהרמדוע ה –השאלה הנשאלת עכשיו הינה

י "היות והוא תפוס ע" ירגיש טוב"יון אחד שנכנס לפילטר . ארבעה אזורים שיכולים לאכלס יונים

היון שכבר נמצא בפילטר נדחף קדימה עקב דחייה , ברגע שמגיע עוד יון של אשלגן. הקרבונילים

בכל זמן נתון ישנם שני יונים . מקומות בהן יון יכול להימצא 4ות ישנן בפילטר הסלקטיבי. אלקטרוסטטית

מכיל , תמיד מאוכלס(בחור המיומם 1, בפילטר 2 –כ היונים בתעלה "סה. המאכלסים את פילטר הסלקטיביות

יון שצריך לעבור ממקום אחד ). פנימה/ בדרך החוצה (ועוד שניים משני צידי התעלה ) מולקולות מים 50

זה מה שנותן את –י זה שמאחוריו "יון אחד דוחף את זה שלפניו ונדחף ע. הוא נטול מחסום אנרגטילשני

עם היציאה מהתעלה היונים . היונים נמצאים בפילטר גם במצב שבו התעלה סגורה 2. המהירות להולכה

.מקבלים שכבת מים חדשה אשר מייצבת את יציאת היונים

היות ומדובר בתעלות מדברים על ? איך זה מתורגם מולקולארית – י שינוי מתח"תעלת האשלגן נפתחת ע

התעלה מכילה קצוות טעונים , בתעלות תלויות מתח. פתיחת התעלה תלויה בפתיחת שער. gating –שערים

במצב של היפר פולריזציה ישנו הצטברות מטען . אשר נמצא באינטראקציה אלקטרוסטטית עם הממבראנה

-ואילו בדה) מתרכז מטען חיובי על החלבון בצד הפנימי(וזה גורם לסגירת השער שלילי בפנים הממבראנה

חומצות אמינו 23מכיל S4אזור . פולריזציה המטען על הממבראנה מתהפך והחלבון משנה קוטביות ונפתח

המטענים נמצאים באזור טרנסממבראנלי , )ארגינין או ליזין(כאשר כל חומצה שלישית הינה טעונה חיובית

16של (ההליקס הזה יוצא מהממבראנה עם פתיחת התעלה כך שהמטענים נחשפים ). לא הגיוני, לכאורה(

האזורים . והוא מדיד) gating current(מעבר המטענים הזה נקרא זרם שער ). הארגינינים או ליזינים

מת לדחיית שינוי המטען השלילי לחיובי בפנים התא גור. החיוביים האלה מגיבים למטען על הממבראנה

מודל הפעולה של ). S4עד S1למעשה ( voltage sensorקוראים S4לאזור . המטען החיובי ופתיחת השער

פולריזציה גורמת לשינוי גדול מאוד במבנה החלבון הנובע מדחייה -שינוי קונפורמצית החלבון אומר כי הדה

זרמי השער תלויים במתח –ראנה עולה ויורד בתוך הממבראנה בהתאם למתח הממב S4אזור . אלקטרוסטטית

אם –כאשר פוענח המבנה הקריסטלוגרפי התלתה תמונה אחרת ). תלוית מתח S4כמות התזוזה של (

לזה , אינו משהו שעולה ויורד אלא אזור שחוצה לחלוטין את הממבראנה מצד אחד לצד שני S4מסתכלים על

מה שקורה . נעמד בהתאם למתח/ בי נשכב כל אזור טעון חיו –זהו מודל חדש יותר . paddleהוא קרה

.ישנו גלאי מתח בצורה של מספר מטענים חיוביים –העיקרון הוא זהה . כנראה משהו באמצע? בפועל

אם נסתכל על תעלת אשלגן אנו נראה שהתעלה ? איך –התעלות האלה גם יכולות לעבור אינאקטביציה

אנזים (כאשר טיפלו בתעלה עם טרפיסין . ציהנפתחת ונסגרת במחזוריות עד הגעה למצב של אינאקטיב

במוטציות דרוזופילה שאינן . משמע יש חלבון שגורם לאינאקטיבציה, גילו שאין אינאקטיבציה) פרוטיאוליטי

טרמינלי יכולות N-מוטציות שונות בקצה ה. טרמינלי N-עוברות אינאקטיבציה גילו שיש מוטציות בקצה ה

חומצות אמינו 20- הגיעו מסדרה של ניסויים למסקנה שישנו רצף של כ. לעשות ביטול של האינאקטיבציה

ישנו רצף של חומצות אמינו –" ball and chain"נוצר מודל של . אשר חיוניים על מנת לבצע אינאקטיבציה

הכדור , בעת האינאקטיבציה. המורכב מאוסף של חומצות אמינו חיוביות" כדור"המהווה שרשרת ובקצה שלו

על מנת ). נמשך לחומצות אמיניות שליליות אשר שם על מנת למשוך יוני אשלגן(פקק את התעלה סוגר כמו

לבדוק את המודל לקחו תעלה שחתכו ממנה את הכדור ואז הדגירו אותה עם פפטיד המורכב מחומצות אמינו

.וקיבלו אינאקטיבציה של החלבון 1-20

אינאקטיבציה על ידי הכדור �ופתיחת התעלה פולריזציה -דה �תעלה סגורה : התהליך בכללותו הינו

הסיבה . קיצור השרשרת מאיץ את האינאקטיבציה והארכת השרשרת מאט את האינאקטיבציה. והשרשרת

. רגולציה עצמית –לאינאקטיבציה

)במיוחד בנוגע לתעלת האשלגן, ל כדאי מאוד להיעזר במצגת על מנת להבהיר"עבור כל הנושא הנ(

צריך שרק אחד יהיה פעיל על מנת . לכל תת יחידה מהארבע יחידות בתעלות האשלגן חוסם" כדור"ישנו

.תעלות האשלגן מאוד נפוצות בגוף. לחסום את התעלה

גדולה α1מבנה התעלה מורכב מתת יחידה . יותר מורכבות מתעלות אשלגן –תעלות סידן תלויות מתח

לעיתים מוצאים גם תת יחידה . α2ו β –מודולטוריות המכילה בתוכה את חור המעבר ובנוסף שתי תת יחידות

γ ה. אשר פחות נפוצה ולא יודעים את תפקידה בבירור-pore של התעלה יושב ומוקף בתת יחידהβ וα2β .

קשורה לא קוולנטית βתת יחידה . שתי תתי יחידות אלו יכולות לעבור פוספורילציה ובכך לבקר את התעלה

קשורה בקשרים דיסולפידים α2βתת יחידה . דרך הממבראנה αהראשון של באזור המעבר αאל תת יחידה

βתת יחידה . אשר מרכז יוני סידן אל התעלה" משפך"הינה גדולה ומהווה α2βתת יחידה . αאל תת יחידה

התעלה יכולה ). ומכילה מספר אתרי גליקוזילציה(נמצאת מחוץ לתא α2βנמצאת בתוך התא ואילו תת יחידה

נוצר ) pore-שמייצר את ה(הגוף המרכזי של התעלה . אך אינה מופיעה כך בטבע αרק עם תת יחידה לתפקד

) ראה מצגת( 3-ו 2כללי TMישנו לופ בין אזור . TM-כאשר מסביב להם שאר אזורי ה 6-וTM 5מאזורי

תת , תאיםבין סוגים שונים של αישנם הבדלים בין תתי יחידות . אשר קשור בהפעלות פקטורים אחרים

L typeלדוגמא (ישנה חלוקה לסוגים שונים של תאים , על פי סוג התעלה. יחידה זו קובעת את סוג התעלה

לא יודעים את המבנה המדויק –עד היום עדיין לא הצליחו לגבש את התעלה ). נמצאת בגופי תא ובדנדריטים

תעלה , כשתעלה זו נמצאת בלב. רביםהלופים הפנימיים של הם אתרי מודיפיקציה שחשופים לאנזימים . שלה

מצד . מה שגורם לה לפעול יותר, אדרנלין גורם לפוספורילציה של התעלה. זו היא הממונה על פעילות הלב

– Gi .(T type calcium channelsהיות והוא נקשר לחלבון (רצפטור מוסקריני ממתן את הפעילות , שני

).לופים חיצוניים(רות באזורים שאינם חוצי ממבראנה תעלות המכילות מספר חומצות אמינו מאוד שמו

ההדמיה גורסת כי הסידן . בפיענוח מנגנון ההעברה של הסידן בתעלה שיערו מהו מבנהו של אתר ההעברה

). העבירה נתרן(התעלה הפסיקה להיות ספציפית , עם החלפת אחד הגלוטמאטים. שיירי גלוטמאט 4נקשר בין

. אנו מניחים שהמנגנון דומה לאופי פעולת תעלת האשלגן, מכאן. שור הסידןזהו הרמז לכך שזהו אתר קי

כשיש לנו סידן בריכוז נמוך הוא נקשר ולא נותן ליונים . האפיניות של הגלוטמאטים לסידן הינה מאוד גבוהה

כאשר. ישנו מעבר לפי מנגנון של דחיפת יונים –על מנת שתהיה העברה זריזה דרך התעלה . נוספים לעבור

כאשר ארבעת הגלוטמאטים . האפיניות הרבה יותר גבוהה של הגלוטמאטים לסידן, התעלה קושרת סידן אחד

נתרן יעבור בחופשיות דרך , )10-6-ריכוז קטן מ(אם אין סידן כלל . האפיניות יורדת מאוד –תופסים שני סידן

אתר הקישור עם ארבעת . הנתרן יעבור דרך תעלה זאת היות והרדיוס של נתרן ושל אשלגן דומ. התעלות

–שממולא בחמצנים מהגלוטמאטים " סל"פילטר הסלקטיביות הוא למעשה . EEEE locus –הגלוטמאטים

למלא "על מנת לאזן מטענים מבחינה אלקטרוסטטית ישנו צורך בפי שניים יוני נתרן מאשר יוני סידן על מנת

נתרן , כאשר אין סידן. המתכות הינו מאוד קרובהיות והרדיוס של שתי –הצורך בפילטרציה כזו ". את הסל

). מתכת חיובית עם חמצנים(עדיין נכנס כי עדיין ישנו ייצוב מטענים כלשהו

התא –אם תעלה זו פתוחה יותר מדי זמן . אינאקטיבציה של תעלות נתרן תלויות מתח הינו תהליך מאוד חשוב

אשר נמצא בתוך התעלה , יש אתר אינאקטיבציה לתעלות אלה. פולריזציה מוגזמת ועלול למות-יעבור דה

אשלגן . הידרוקסיאמין והידרזין, התעלה מעבירה ליתיום –הסלקטיביות של תעלה זו אינה מדהימה . עצמה

נמצאת באחד , כמו באשלגן, תעלה זו. מנגנון הסלקטיביות דומה לתעלת הסידן. כבר גדול מכדי לעבור

והוא כנראה חוסם את 4-ל 3קיים לופ בין אזור . של אינאקטיבציהובמצב , סגורה, פתוחה: משלוש מצבים

גם לתעלות . hingeלמנגנון חסימה זה קוראים מנגנון . בתעלות האשלגן ball and chain-התעלה בדומה ל

דוגמת , י רעלנים שונים"תעלות אלו מעוכבות ע. מוצאים אותם הרבה באזורי קצה, הנתרן יש נגיעה לכאב

. אשר נחשב רעל חמור יותר מציאניד, )מהאבו נפחא(טטרודוטוקסין

:נדבר על שני תהליכים עיקריים –העברה סינפטית

מנגנון פליטה של חומרים מהתא –אקסוציטוזה .א

מנגנון של הכנסת חומרים אל תוך התא –אנדוציטוזה .ב

:שחרור מהתא יכול לכלול שני סוגים, באופן עקרוני

שחרור זה אינו מותנה . סמיטר משתחרר דרך מנגנון של וסיקולותנוירוטרנ –שחרור קונסטיטוטיבי .1

.וסיקולות משתחררות כל הזמן. אין שליטה על הכמות המשתחררת. בסיגנאל חיצוני

הרגולציה . שחרור שמתרחש רק באמצעות סיגנאל חיצוני המאותת לשחרור –שחרור מבוקר .2

.מבקרת את תזמון ואת כמות הנוירוטרנסמיטר שמשתחרר

:השחרור המבוקר מורכב ממספר שלבים

.סינתזה של נוירוטרנסמיטר בתוך התא .1

.טרנספורט לאורך האקסון .2

סינפטית ישנה - בממבראנה הפרה. בסינפסה יש המתנה לסיגנאל חיצוני עד לשחרור הכימיקלים .3

.המתנה של וסיקולות לסיגנאל חיצוני

.ון להתמלא מחדשלאחר שחרור החומרים הוסיקולות חוזרות אחורה לאורך האקס .4

-השחרור מתרחש רק ב. אלא רק במקומות ספציפיים, השחרור לא מתרחש בכל מקום, בתאים סינפטיים

active zone .ב. ישנו מספר מוגבל של אתרים כאלה בכל סינפסה-EM ניתן לזהות אזורים כהים

. אלו הם האתרים הללו –סינפטית -סינפטית ופוסט-בממבראנות הפרה

פולריזציה בתא רואים כניסה של סידן - כאשר יש דה. לא יתרחש, כאשר אין סידן בתווך, תהליך השחרור

קדמיום יכול להיקשר . סינאפטית נראה הפעלה של רצפטורים-סינפטיות ובממבראנה הפוסט-בתעלות פרה

ות ניתן לרא, סינאפטי והזריקו לתוך התא סידן-כאשר לקחו את התא הפרה. לתעלות סידן ומהווה מעכב שלה

. סינאפטי- אפקט חשמלי פוסט

על הממבראנה אשר מחכה dockedתהליך שחרור הנוירוטרנסמיטר מתחיל במצב של וסיקולה במצב של

כמאה עד מאתיים –התהליך הסינאפטי הוא תהליך מאוד מהיר . מוקפת חלבונים, לסיגנאל לשחרור

.על פי קיבול ועל פי אמפרומטריה –ישנן שתי שיטות לבדוק שחרור של נוירוטרנסמיטר . מיקרושניות

היות והקיבול תלוי בשטח הפנים של , בודקים שינוי של שטח הפנים של הממבראנה: קיבול •

האיחוי מגדיל את שטח פני . וסיקולה מגיעה לממבראנה ועוברת איחוי אל הממבראנה. הממבראנה

-מאוד מהיר ומתרחש ב תהליך זה. נראה את קיבול הממבראנה עולה. התא בגודל של אותה וסיקולה

ננומטר וקשה לעקוב אחרי 50הוסיקולות הן בגודל של . מעלות והינו מאוד תלוי טמפרטורה 37

וסיקולות 8-ל 4ולהם יש בין beige mouseישנם מוטציות של עכברים הנקראים . שינוי בקיבול

-בביצוע דה. העם איחוי הממבראנות מתקבלים שינויים גדולים בקיבול הממבראנ, מאוד גדולות

רואים שהאות , עם ביצוע גירוי נוסף. מקבלים קפיצה כמותית עם איחוי הוסיקולה, פולריזציה

בתאים רגילים רואים הפרעה קטנה שבהתחלה . מתקבל מדרוג –המתקבל גבוה עוד יותר וכן הלאה

. אנהמנגד יש כאלה שטענו כי מדובר באיחוי וניתוק של וסיקולה מהממבר. ייחסו לרעש חשמלי

הוסיקולה מתאחה ולאחר מכן מנסה ומנסה –רואים שישנו שינוי דינאמי zoom inכאשר עושים

הוסיקולה ". kiss and run"מנגנון ה –מנגנון שייתן מענה לכך , מנגד. להשתחרר עד שהיא מצליחה

כ שהיא לוקחת חלק מחלבוני "משחררת את הנוירוטרנסמיטר ומתנתקת חזרה תו, נושקת לממבראנה

. מילאו את הוסיקולות בחומר פלורוסנטי, ניסוי נוסף שבוצע על תאים רגילים. הממבראנות לתוכה

כמו (כשבודקים שינוי בקיבול ומסתכלים באופן רציף רואים שישנה עלייה הדרגתית של הקיבול

מה שחידד את –ראו ירידה בפלורוסנטיות בתא , בנוסף). zoom outרק ב beige miceמדרגות ב

.יית איחוי הוסיקולותתיאור

אם מסתכלים על . כ שחרור הוסיקולות"לא התחשבנו בעובדה שמתרחשת גם אנדוציטוזה תו, עד עכשיו

כך –ככל שהטמפרטורה גבוהה . ישנו הבדל גדול באמפליטודת של שינוי הקיבול כתלות בטמפרטורה, הקיבול

.בטמפרטורה נמוכה יש שחרור יותר מועט ולהפך. גם המשרעת

זרם אמפרומטרי הוא זרם המאפשר לנו לבדוק שחרור של נוירוטרנסמיטרים אשר : אמפרומטריה •

-התהליך הזה מאפשר לנו לראות את השחרור כשהוא קורה במרווח הבין. מסוגלים להתחמצן

. הנוירוטרנסמיטר המתחמצן מוסר אלקטרונים לאלקטרודה, אם נשים אלקטרודה במרווח. סינפטי

מקבלים . דופאמין –דוגמא לנוירוטרנסמיטר שיכול להתחמצן . ם אמפרומטרינוצר זרם הנקרא זר

עלייה קטנה � footיש spikeלפני כל . כל פיק מהווה מדד לאיחוי של וסיקולה –גרף עם פיקים

במצב של יצירת פתח קטן . שמייצגת את ההחלטה של הוסיקולה אם לעשות פתח קטן או להתאחות

יש קפיצה בזרם כי , אם מתבצע איחוי. וירוטרנסמיטר ויש זרם חלשמשתחרר נ) כנראה חלבוני(

ניתן למדוד שחרור של וסיקולה בודדת ולמדוד את הקינטיקה . משתחרר הרבה נוירוטרנסמיטר

.spike-מה שרואים במדידת קיבול כמדרגה מתקבל במדידת הזרם האמפרומטרי כ. המדויקת שלה

".kiss and run"איחוי ממבראנות ו: ורבעקבות הבדיקות נוצרו שני מודלים לשחר

על הוסיקולה צריכים להיות חלבונים שיזהו חלבונים הנמצאים על הממבראנה על מנת שתתרחש

ישנם . מהם אנו מכירים את תעלת הסידן וחלבונים נוספים, בתוך התא יש חלבונים רבים. אקסוציטוזה

ישנם מספר חלבונים עיקריים . ל הוסיקולהסינאפטית וש- חלבונים מאוד מאפיינים של הממבראנה הפרה

ישנו . בתהליך משתתפים חלבונים ממבראנליים של שני הגופים וגם חלבונים מסיסים. המשתתפים בשחרור

איך . זוג חלבונים על הממבראנה הפלסמתית וחלבון ספציפי על ממבראנת הוסיקולה והם יוצרים קומפלקס

–משתמשים בטוקסינים מסוימים ומפעילים אותם על התאים כאשר? יודעים שחלבונים אלה אכן מעורבים

ראו שישנו קומפלקס –הצליחו לגבש את הקומפלקס ללא האזורים הטרנסממבראנליים . מאבדים את השחרור

קטנה LDעם רמת (בוטולין –דוגמא לטוקסינים שמשפיעים על המהלך . של החלבונים coiled coilשל

הוא יכול להתגבר על , מצליחים להחזיק אדם שאכל את הרעלן הזה מונשםאם ). רעל מאוד חזק, במיוחד

–אם זה קורה באתר הנשימה במוח , הרעל נקשר באופן סלקטיבי אל וסיקולות נוירוטרנסמיטורים. העקה

הרעלן הינו . הסתבר שרעלן זה הינו אנזים פרוטיאוליטי. ישנה שבעה סרוטיפים של הטוקסינים הללו. מתים

עם השפעת . השרשרת הקלה הינה בעלת הפעילות הפרוטיאוליטית. רשרת קלה ושרשרת כבדההמורכב מש

. סינפטית והם לא יכולות לשחרר את התוכן שלהן- הרעלן יש הצטברות של הוסיקולות ליד הממבראנה הפרה

י קישור אל "הרעל נכנס אל תוך התא ע. הרעלן הורס את יכולת הקישור של הוסיקולה אל הממבראנה

Botulin. בתא הרעל עובר חיתוך שמשחרר את השרשרת הקלה אל תוך התא. טור וכניסה יחד איתורצפtoxin A הוא למעשה מה שמשתמשים כ-botox . רעלן זה נודד למקומות אחרים ולא נשאר ממוקם באתר

י "החלבונים המעורבים בתהליך השחרור נחתכים ע. ההזרקה ולכן מסוכן להשתמש בתכשירים מסוג זה

.כל טוקסין חותך את קומפלקס החיבור בין הממבראנות במקום אחר –וירוטוקסינים נ

אין שם אתר –הבעיה היא . הממבראנות מתחברות עקב קישור ויצירת קומפלקס של שלושת החלבונים

הנקרא ) ממבראנת הוסיקולה(מסתבר שישנו חלבון ממבראנלי . קישור לסידן וידוע שהוא הכרחי לשחרור

synaptotagmin . אותו –ישנם שני חלבונים הקושרים סידןsynaptotagmin והשני הינו תעלת הסידן .

וסיקולה משייטת בתוך התא עד הגעה לחלבוני הקישור לממבראנה ונוצר קומפלקס : המנגנון המקובל כיום

)syntaxin, snap-25 synaptobrevin .(ה-synaptobrevin במצב הזה . הינו החלבון על הוסיקולה

-בשלב זה אמור להיכנס סיגנאל לתא דרך תעלות ולהיקשר ל. הוסיקולה מעוגנת על הממבראנה

synaptotagmin כל התהליך של איחוי ממבראנה . אשר משרה תהליך שגורם לאיחוי של הממבראנות

ההנחה כיום היא שישנו למעשה איחוי של . חלבוני שגורם לאיחוי poreלממבראנה גורם לכך שישנו

צריך להיות כוח שמושך את ). חלבוני הקישור לא משתתפים ביצירת הפתח(הממבראנות ברמת הליפידים

הבעיה עם . הכוח נובע משינוי קונפורמציה של החלבונים –הוסיקולה אל הממבראנה עד שנוצר איחוי ביניהן

על פניו זה נראה תהליך מאוד , דורשים שלבים רבים מתהליך אשר אמור להיות מאוד מהירהמודל היא שאנו

הפתרון לבעיה נוספת זו . אין שמירה על רמת הסידן בתא, בעיה נוספת היא שעם כניסת הסידן לתא. ארוך

מונע את היות והוספת קדמיום אשר חוסם את תעלת הסידן . הינו שהתעלה של הסידן היא גם הגלאי של הסידן

ניתן לראות שתעלות הסידן יכולות לעבור שינויים קינטיים באינטראקציה עם החלבונים , כניסת התעלה

ככה נוצר תהליך מאוד מהיר כי הכול קשור . יש שחרור ולהיפך �תעלה פתוחה –הרעיון הוא . הסינפטיים

. הוא הגלאי או לא) ם קושרי סידןעם אזורי(היא צריך לבדוק האם סינפטוטגמין , על מנת להוכיח זאת. להכול

הרעיון הוא לבדוק אם יש צורך בקישור . על מנת לעשות זאת חוסמים את אתר הקישור לסידן בסינפטוטגמין

התגלה כי סנסור הסידן של . או שיהיה קישור אל התעלה) שנמצא בתוך התא(של סידן אל הסינפטוטגמין

החלפת ליאוצין ( TM6-את בכך שביצעו מוטציה בתעלה בגילו ז. התהליך הינו התעלה ולא הסינפטוטגמין

את התעלה המוטציונית הכניסו . נוצר מצב שהסידן יכול להיקשר אך לא יכול להיכנס אל תוך התא). בפרולין

היות והציגו את התעלה לתאים עם תעלות . לתוך תא משחרר ולאחר מכן הופעל מתח על התא ליצירת שחרור

היות ואין אנו . ום את התעלות הללו על מנת שנקבל את האפקט של התעלות החדשותיש צורך לחס, אנדוגניות

אשר מכילים תעלות מאוד רגישות chromaffinמשתמשים בתאי , רוצים לחסום את התעלות החדשות

בתא . את התעלה המוטציונית נשנה שוב בכך שנעשה אותה בלתי רגישה לניפדיפין. nipediphineלחומר

אך כן נקבל מעבר דרך התעלות ) L typeתעלות מסוג (יפין נקבל חסימת תעלות אנדוגניות בנוכחות ניפד

עם ביצוע דה פולריזציה בתא . אחוז דרך התעלות האנדוגניות 90-הניפדיפין מונע העברה של כ. המוטציוניות

תעלות , עילותתעלות אנדוגניות אינן פ(ראו שהיה שחרור למרות שלא היה מעבר של יוני סידן אל תוך התא

, את השחרור בדקו באמצעות אמפרומטריה וראו שהיה שחרור). מוטציונית לא מעבירות סידן בגלל הפרולין

לפי התוצאות האלה נראה שהסידן אינו דרוש על מנת לסגנל את . wild typeאם כי נמוך יותר מאשר בתא

–לנו את האספקט של המהירות עובדה זו נותנת ). אך כן צריך את הסידן לתהליכים אחרים(השחרור

והפעלת כל (הקישור של התעלה אל הסידן . כל התהליך הינו מהיר מאוד, התעלות מחושקות בחלבוני שחרור

יון שאינו נכנס פנימה אל תוך התא גם . הינה בין ארבעת הגלוטמטים של פילטר הסלקטיביות) המנגנונים

lanthanide, דוגמא לכך –) ור פנימה אל תוך התאבלי לעב(משרה שחרור כי הוא תופס את מקום הסידן

הסינפטוטגמין עצמו מהווה חלק ). כ"בד, אם כי מטען יותר גדול(אשר בעל רדיוס אטומי זהה לסידן

העובדה שהוא קושר סידן עשתה אותו . סינפטוטגמין חשוב גם לתהליך האנדוציטוזה. מקומפלקס השחרור

. לחשוד כגלאי סידן

מי שלוקח ביולוגיה של התא זה בחלק , snare-חלבוני ה(חלבוני scaffoldוצר עקב יצירת נ fusion pore-ה

נוצרת דו שכבה – hemifusionנוצר מצב של . בין הוסיקולה לממבראנת הפלסמה) שלימד בני ארואטי

ישנה סגירה של הממבראנות משני הצדדים כך שנוצר חור, בהמשך. מצב זה הינו הפיך, מארבע ממבראנות

עם התמוססות הליפידים אחד בשני התהליך נהיה לא הפיך . קטן אשר מתרחב ונוצר מעבר לנוירוטרנסמיטר

מודל אחר מתאר . לסיכום תהליך זה מבוססת על התמוססות ליפידים אחד אל השני. ותוכן הוסיקולה נשפך

fusion poreויוצרים חלבונים שנמצאים על הוסיקולה והממבראנה נקשרים. בניגוד לליפידי, מעבר חלבוני

גם למודל . הקומפלקס שנוצר יכול להתרחב ובכך להגדיל את אזור המעבר בין הוסיקולה לחוץ התא. חלבוני

.זה ישנו שלב לא הפיך שבו החור שנוצר גדול מספיק שתוכן הוסיקולה נשפך החוצה

). יכוז חצי מולר אינו מסיסלדוגמא דופמין בר(בתוך הוסיקולות ישנה מסה אמורפית אשר אינה מסיסה במים

היא מולקולה ATP-ה. גבוה בוסיקולה ATPי ריכוז "ע? איך יוצרים ריכוז כה גבוה של חומר בוסיקולה

כאשר . בנוסף יש גם אדרנלין וחומרים נוספים בוסיקולות. טעונה שלילית מאוד ומייצבת את הדופאמין

על מנת . תהליך שהינו מאוד לא אקונומי, ולהמאבדים את כל תוכן הוסיק –הוסיקולה עוברת איחוי מלא

על כל מולקולה של אדרנלין . עלול להיות נכון" kiss and run"כנראה שמנגנון ה –למנוע את האיבוד הזה

.אותו גם ניתן למדוד עם אמפרומטריה, ATPיש גם

:החלק של שי ארקין

צריך לדעת מה הגדלים של ערכים מסוימים כגון –חשוב שתהיה לנו תחושת בטן בקשר לגדלים מסוימים

סביבות (וגם גודלם של חיידק ) מעין בלתי מזוינת והלאה(הגודל שניתן לראות באמצעות כלים שונים

במצגת ישנם , )כמו תא ביצית של צפרדע שניתן לראות בעין עירומה, תלוי בסוג התא(תא אנימלי , )מיקרון

צריך גם לדעת , מעבר לגדלים של דברים. ם מדויקים כי אם סדרי גודללא צריך לזכור ערכי –סדרי גודל

.סדרי גודל של זמנים

כ צמודים אחד "בד, אטומים 4זוויות הנמדדות בין . זוויות דהידרליות –הגדרות חשובות לעולם החלבונים

מכמתים זוויות . יםברביעיית האטומ' ואטום ג' זוויות דהידרליות נמצאות בין אטום ב. לשני אבל זה לא חובה

זוויות דהידרליות ). ד-ג-ג אל מול ב- ב-א(כאלו לפי הזווית בין המישורים שנוצרים בין כל שלשת אטומים

אורכי וחוזק קשר אינם משתנים . טווח הטמפרטורות בביולוגיה –משתנות בטמפרטורות סבירות

להבין למה חלבון מתקפל כמו שהוא זה עוזר לנו. זוויות דהידרליות משתנות כל הזמן. בטמפרטורות כאלו

סכימה של הזוויות הדהידרליות נותן לנו את מבנה . מדובר בפונקציה של הזוויות הדהידרליות, מתקפל

פחמן אינו משתנה בטווח הטמפרטורות -אורכי הקשר לא נותנים לנו מידע כזה כי אורך קשר פחמן, החלבון

חייבים להגדיר את המעטפת היות והיא מה . חיצוני שלומעטפת מולקולארית של חלבון הינו הצד ה. ל"הנ

יותר , המעטפת הנגישה. מגדירים את המעטפת לפי המעטפת המולקולארית והמעטפת הנגישה. שרואים מבחוץ

המשטח של החלבון המסוים נמדד ביחס למה שדוגם אותו . רלוונטית היות והיא מגדירה לנו את צורת החלבון

על מנת לדגום חלבון משתמשים במולקולות בגודל . כך החלבון יותר מחוספס � ככל שהדוגם יותר גדול –

.כקוטר מולקולת מים, אנגסטרום 1-2

אנו צריכים לדעת שיש להם תפקידים שונים וצורות . חלבונים הם פולימרים ליניאריים של חומצות אמינו

אשר מקודדות 19קיימות –נו חומצות אמי. יש חשיבות לקיפול שלהם ועוד, את מבנם המרחבים, שונים

יש עוד חומצות . חומצות אמינו לא נפוצות שמקודדות גנטית וחומצת אימינו שמקודדת גנטית 2, באופן גנטי

קבוצת –חומצות אמינו αל הן "כל החומצות הנ. אמינו רבות בטבע מעבר למה שצוין שמשמשות בביולוגיה

של pKa-חומצות אמינו מאופיינות ב. ה אימינית ולא אמיניתפרולין היא חומצ. αקרבוקסיל נמצאות על פחמן

כל . דברים שיכולים להשתנות עקב תנאים חיצוניים, )4סביבות (והקרבוקסילי ) 7סביבות (הצד האמיני

כל חומצות האמינו הן ). Ile + Thr(שתי חומצות מכילות עוד מרכז כיראלי . חומצות האמינו הינן כיראליות

).אנטיביוטיקה, חיידקים(במקרים מסוימים בעולם המיקרוביאלי למעט , Lמתצורת

:במצגת ישנן כל מיני ערכים על כל חומצת אמינו, "המשעממות ביותר" –חומצות אמינו הידרופוביות

גליצין •

. לפעמים יש יותר תלוי בשייר הצידי, זווית דיהידרלית של השייר הצידי – rotamer(אלאנין •

).ערך בודד(הינו מתיל יש מיצוע של כל הזוויות האפשריות R-היות ו ,)χמסומנות לפי האות .מהם תמיד מתמצעים 2, רוטמרים 4בעלת –ליאוצין •

בטבע יש סטיראואיזומר אחד (מכילה שני פחמנים כיראליים , רוטמרים 4בעלת –איזוליאוצין •

).אפשריים 4מתוך , בלבד .קשיחה יחסית. ציןכמו איזוליאו, βהסתעפות כבר בפחמן –ואלין •

חומצה יחסית הידרופובית אך בעלת פעילות כימית . מכילה קבוצת תיאואתר, יחסית נדירה –מתיונין •

י ציאנוגן ברומיד "חיתוך ע: הנפוצה –עוברת מספר מודיפיקציות כימית . עקב קבוצת התיואתר

מודיפיקציה נוספת ). זהו הכימיקל היחיד שחותך חלבונים לפפטידים, חותך חלבונים במתיונין(

תהליך זה . הוספת חמצן אחד או שניים בקשר כפול לגופרית, חמצון של קבוצת התיאואתר –נפוצה

.sulfoxide reductase –) כי מדובר בהרס החלבון(הינו הפיך ויש לנו אנזים שיכול להפוך אותו

:חומצות אמינו ארומטיות

יחסית גבוה ולכן לא מוצאים טירוזינאט pKa-ה חומצה אמינית זו מסוגלת להתיינן אבל –טירוזין •

י יינון של "החלבון טרנספרין קושר ברזל ע. כן מוצאים אותה בקשרים עם ברזל. באופן שכיח

מסמן את הטבעת הפנולית של טירוזין ונותן לנו כלי פשוט לחלבון 125יוד . טירוזין וקישור ביניהם

יכול 125יוד , )אינקורפורציה טבעית(רוזין עם יוד סמן באופן טבעי טיהגוף שלנו מ. אחרי שנוצרו

תהליך טבעי התאים , מולקולה זו עוברת פוספורילציה וסולפציה .לגרום להרעלת קרינה בתירואיד

.כאשר השני קורה יותר בפרוקריוטיםעוברת מספר ריאקציות כולל . אינה שכיחה בחלבונים, י קודון אחד"מקודדת ע –טריפטופאן •

ממיסים את החלבון –כאשר מבצעים אנליזת חומצות אמינו של חלבון . הידרוליה בתנאים חומציים

השייר האינדולי של טריפטופאן –לעולם לא מוצאים טריפטופאן . בחומצה חזקה בטמפרטורה גבוהה

.י החומצה"נהרס ע

טבעת מצומדת אינה בעלת דרגות (שתי זוויות כיראליות למרות הגודל הגדול של השייר –פנילאלנין •

).חופש

ניתן לראות כי extinction-לפי קבוע ה. כל חומצות האמינו הארומטיות בולעות באולטרא סגול הלא עמוק

הודות לכך הבליעה – Phe-ו Tyr-גבוה בהרבה מ Trpהערך של . 5600של ODמול של טריפטופאן ייתן

הרוב המכריע של חומצות האמינו אינן בולעות . של חלבונים המכילים טריפטופאן לא מעידה על כמות החלבון

הפלורוסנציה של פפטידים ללא קבוצות ). ל נוקליאוטידים"כנ(רק אורכי גל יותר אנרגטיים , בטווח הנראה

מושפעת ממיקום הפלורוסנציה של ) שגם ככה נמוך(היעילות של התהליך . פונקציונאליות היא מאוד נמוכה

שלושת חומצות . יכול לתת רמז למיקום הטריפטופאן, מים גורמים לירידה משמעותית בפליטה. הטריפטופאן

יכולת לשנע פוטון למרכז –גבוה יותר yieldבצמחים ישנו . האמינו הארומטיות מהוות פלורופורים גרועים

.ריאקציה

ת למעט כ אינן ריאקטיוביו"בד. אלו קטנות ופולאריות( :הידרופוביות –דרוקסיליות חומצות האמינו ההי

)מראש" הופעלו"במקרים בהם

ישנו . 1בטבע קיימת רק קונפיגורציה . סטריאואיזומרים של חומצה אמינית זו 4קיימים –טריאונין •

. שניים נוספים מנוונים, רק רוטמר אחד משמעותי

.ל שכיחות יחסית"שתי החומצות הנ. פחות מתיל, כמו טריאונין –סרין •

:מודיפיקציות של חומצות אמינו אלה כוללות

n-הסוכרים שמחוברים ב. הקבוצות שמוסיפים אינם סוכרים גדולים: O linked glycosylation .אlinked ,יותר גדולים.

. כמו הקבוצה הפנולית של טירוזין, פוספורילציה וסולפציה .ב

. החומצה האמינית הריאקטיבית השכיחה ביותר, תיוליות כוללות את ציסטאין בלבדחומצות האמיניות ה

-נמצאת ליד ה, בקוד הגנטי. היחידה שמסוגלת ליצור הסתעפויות ולהפוך את הפולימר הפפטידי ללא ליניארי

stop codon .עם , השייר יכול להתיינןpKa הריאקציה הנפוצה . תופעה לא שכיחה אבל קיימת, 9מעל

נקרא ציסטאין –במצב לא קשור . חיזור/ במנגנון של חמצון SSיצירת קשרי –ותר שחומצה זו עוברת בי

מה שאומר שקשרי , ביצירת הקשר נפלטים פרוטונים). מצב מחומצן(ציסטין –במצב קשור , )מצב מחוזר(

SS כ לא נוצרים אם ה"בד-pH ישנם מספר רב של חומרים שעוזרים לחזר קשרי . נמוךSS . חומרים אלה

, י מונותיאולים"הינה ע SSדרך לחזר קשרי . הוא לא משהו רצוי SSאזהרה מהגוף שחיזור קשרי , מסריחים

עובר יינון ומחליף את אחד הציסטאינים , החופשי מגיע SH-ה. קבוצה בעלת קבוצת סולפהידרילית בודדת

ומשחרר את החומצה האמינית עם התיאול SSלאחר מכן מגיע עוד מונותיאול ויוצר קשר . SSבקשר

חומר זה . DDTי "דרך נוספת לחזר קשרים הינו ע. מרקפתואתאנול-βבמעבדה משתמשים בריאגנט , השנייה

תוך יצירת , קבוצה אחת תוקפת את הקשר ואז השנייה, ופועל כמו שני מונותיאולים SHמכיל שתי קבוצות

במקרה הזה ישנו , trialkylphosphine –קל מחזר עוד כימי). מה שיכול לקרות ללא נוכחות חלבון(טבעת

- חומרים אלו יותר יקרים מהחומרים עם קבוצות ה. אשר יכול לחזר ציסטינים) קשור לפחמנים(זרחן מחוזר

SH ,את הציסטאנים ניתן לסמן ובכך. מחזיקים מעמד יותר זמן ומריחים פחות רע:

SSלמנוע קישור ויצירת קשרי .א

לסמן על מנת לעקוב .ב

של ציסטאין SHמולקולות שנקשרת לקבוצת , מון של תיולים יכול להיות על בסיס יודואצטמידיםסי

. SSחומר זה אינו תוקף קשרי . יש לנו סימון על מיקום ציסטאין, אם קבוצה זו מסומנת. אותה" סותמת"ו

ינו תוקף א –כמו החומר הקודם , בלבד SH-קבוצה שתוקפת ספציפית את קבוצות ה, NEM –כימיקל אחר

עקב , זוהי אחת מהסיבות שכספית רעילה –יודעות לקשור גם אטומים של כספית SHקבוצות . SSקשרי

הגוף יודע להסיר . אנו מנצלים זאת לעקוב אחרי ציסטאינים באמצעות כספית מסומנת. SHהתגובה של עם

במספר סדרי , ביולוגי אחראשר הינו בעל אפיניות גבוהה מאוד מאשר כל תהליך MerRי החלבון "כספית ע

.גודל

DTNBי "נעשה זאת ע. חופשיות יש SHנרצה לדעת כמה קבוצות , לא בסביבה מחמצנת, בעת ניקוי חלבונים

משלו אשר מחזרות את SHהחלבון מגיע עם קבוצות . בתוכו SSחומר זה מכיל קשר ). Ellmanריאגנט (

ניתן . תכונות הבליעה של הריאגנט משתנות, נשברברגע שהקשר . תוך כדי שבירתו, DTNBהקשר בתוך

SHלא יעבוד עם חומרים עם קבוצות –מן הסתם . לפי השינוי בבליעה SH-לעקוב אחרי כמות קבוצות ה

.אחרות

–מודיפיקציות שונות

1. Prenylation : הקשר הינו . חומצות אמינו מהקצה 4חומצת שומן שמחוברת לציסטאין שנמצא

זה נותן לנו . ינה עיגון של החלבון לממבראנה כאשר החלבון עצמו הינו מסיסהמטרה ה. תיואתרי

.חלק מהחיים של החלבון הינו כמעוגן ממבראנה וחלק מהחיים כחופשי בציטוזול –בקרה

2. Palmitoylation :י כך עיגונו בממבראה"יצירת קשרי תיואסטר בין חומצה שומנית לחלבון וע.

פרוטונציה ולאחר מכן נוצרים קשרים עם מתכות שונות כמו -דהציסטאין עוברת : קשירת מתכות .3

ציסטאינים 4. קבוצות ציסטאין שעושות קואורדינציה עם יון ברזל 4: דוגמאות כוללות. אבץ לדוגמא

קומפלקס ). Fe2S2 proteins(יכולים לקשור קומפלקס של שני יוני ברזל עם שני אטומי גופרית

. רית אבל שני ציסטאינים ושני חנקנים של חומצה אמינית אחרתשני ברזלים עם שני גופ –נוסף

.ישנו מגוון רב של דרכים ליצור קשרים בין גופרית למתכות. דוגמאות נוספות נמצאות במצגת

)פולאריות ביותר ללא יינוןהחומצות ה( :החומצות האמינו בעלות השייר האמידי

.נמצאות בכמות גדולה באספרגוס –אספרגין •

.עוד דרגת חופש, השרשרת ארוכה בפחמן אחד, כמו אספרגין רק עם תוספת של מתילן –גלוטמין •

אם . גם הקשר הפפטידי הוא תוצר של קבוצה אמידית, אין הרבה ריאקציות –ריאקציות הקבוצה האמידית

ומצות אמינו אמינציה מאפיינת את ח-ריאקצית הדה. גם הקשרים הפפטידיים היו ריאקטיביים –היה ריאקטיבי

אין –באנליזת חומצות אמינו מקבלים רק גלוטמאט ולדוגמא . האמיד הופך להיות קרבוקסילאטים –אלה

-Nמודיפיקציה אפשריות לשייר הצדדי הינה . המשפחות הפרדה בין שתי חומצות האמינו משתיglycosylation. י גליקוזילאזות"ע מבוצע(לא על גלוטמין ועובדת רק על אספרגין , מודיפיקציה ידועה .(

.השייר הסוכרי המוסף הינו גדול מאוד ביחס למשקל החלבון הכולל

:חומצות שליליות

הנתון יכול להשתנות כתלות pKa-ה, חומצה אמינית שיכולה לעבור פרוטונציה: גלוטמט/אספרטט •

ה אם השייר נמצא בסביב. הערך הנתון הינו עבור שייר מוקף במים. במיקום החומצה בחלבון

.לאבד פרוטונים" רצון"אין , יעלה pKa-ה, הידרופובית

סביר –אם אנזים צריך מטען שלילי באתר פעיל . מאוד בגוף נפוצים אניונים הינןקרבוקסיליות החומצות ה

הסימון הוא . carbodiimideי קבוצה "מסמנים קבוצות קרבוקסיליות ע. להניח שזה יהיה שייר קרבוקסילי

:ציות של קבוצות קרבוסיליותמודיפיק .יעיל למדי

. הקשר בין חומצה אמינית לחומצת שומן. יצירת קשר אמידי עם קבוצה קרבוסילית –מריסטולציה .א

.יותר גדולות, ניתן גם לחבר קבוצות שומניות אחרות. דרך לקבע חלבון לממבראנה

-כ(ה נמוכה היא משאבת הסידן ששומרת שרמת הסידן בציטוזול תהי, דוגמא לכך –קישור למתכות .ב

.החומצות הללו יכולות לא רק כאניונים אלא גם כקושרי מתכת) מולר 10-7

:מכילות קבוצה עם חנקן –חומצות אמינו בסיסיות

. δאו חנקן εיכולה לקשור פרוטון בחנקן –בונים מאוד שכיחה באתרים פעילים בחל –היסטידין •

בחיידקים . פוספורילציה וקשירת מתכות קבוצת האימידזול יכולה לעבור מספר מודיפיקציות כגון

. פוספורילציה של היסטידין נותנת לחיידקים את יכולת הכמוטקסיס. ישנה קינאזה של היסטידין

).אבל משתתף, לא רק הוא(היסטידין גם קושר את הברזל בהמוגלובין

כל פעם ). 12 סביבות, גבוה pKa(נמצאת תמיד במצב מיונן בגוף , החומצה הבסיסית בגוף –ארגינין •

י "תקיפה ע –מודיפיקציות כימיות . )תמיד(ן להניח כי היא טעונה חיובית נית שרואים אותו בחלבון

. כ לא מסמנים את החומצה האמינית הזו היות ושינוי שלה משפיע מאוד על החלבון"בד. גליאוקסלים

.חומצה אמינית זו משתתפת בשרשראות מעבר פרוטונים בחלבונים

pKa-ה. דרגות חופש רבות יחסית –ת קבוצה אמינית בסוף ושייר אליפאתי יחסית ארוך בעל –ליזין •

ליזין הינה חומצה אמינית פעילה . יחסית גבוה אך מאוד נתון לשינויים בהתאם למיקום הליזין בחלבון

. מאוד ומשתתפת במספר ריאקציות

:סימונים כוללות/מודיפיקציות והפעלות

נהוג להשתמש באנהידריד אצטי או . ים עם אמינים ליצירת קשר אמידימגיב, שימוש באנהידרידים .1

succinate anhydride .לאנהידריד ניתן לחבר פלורופור אשר יכול להוות סמן לחומצת האמינו.

על מנת לעשות זאת . ninhydrin-מבחן ה –כימות כמות הקצוות האמיניים החשופים בחלבון .2

זו מוסיפים עוד חומצה אמינית ובכך ניתן לבנות ל חומצהא, ם חומצה אמינית למשטח קשהמחברי

מה של קבוצת האמין החשופה של החומצה האמיניתי חסי"ניתן למנוע את גידול הפולימר ע. פפטיד

מהווה , נקשר לחלבונים Ninhydrin-ה. היעילות מאוד נמוכה, קשה ליצור פפטיד רצוי. הנכנסת

.חומר פלורוסנטי

, מתילציה: ניתן לזהות לפי תוספת המשקל מהו התוספת, קציות רבותאמינים עוברים מודיפי .3

N-המודיפיקציות הן לקבוצת האמין של ליזין אבל יכול להגיע גם לקצה ה. אצטילציה וכן הלאהי "אותם לאחר סינתוזם ע" מכיילים"חשוב לזכור שיש שלל מודיפיקציות לחלבונים ש. טרמינלי

.הריבוזומים

.Schiffעובד על בסיס יצירת מנגנון של בסיס . מהמצגת –מודיפיקציה של רודופסין .4

. דרגות החופש מאוד קטנות, אין רוטמרים, ישנה טבעת ולא שייר צידי חופשי. פרולין –החומצה האימינית

.לא עובר פרוטונציה, החנקן הינו חנקן שלישוני

:ישנן עוד שתיים שמקודדות באופן נדיר –כל חומצות האמינו הללו מפולמרות באופן טבעי

" פעם ככה, פעם ככה"קודון זה מהווה . STOPאשר מהווה קודון UGAי "מקודד ע –סלנוציסטאין .א

הסביבה החיצונית כיום היא מחמצנת עקב . STOPלפעמים יש קידוד לחומצה אמינית ולפעמים –

בתוך אנו יוצרים כל הזמן כוח מחזר, על מנת להתמודד עם זה. רמות החמצן הגבוהות באטמוספרה

רמת החמצון בציטוזול דומה לתנאי הסביבה לפני שהסביבה החיצונית נהייתה מחמצנת .הציטופלזמה

סלנוציסטאין הינה חומצה אמינית מאוד ריאקטיבית שאומרים שכשהסביבה הייתה . כמו שהיא היום

- הקודון שלה הוחלף ב, אבולוציוניים י מהלכים"היא טוקסית וע, כיום. מאוד בסיסית הייתה נפוצה

STOP .י "את חומצה אמינית זו מקבלים ע. רואים שהקודון שלה ליד הקודון של ציסטאין, בנוסף

זהו ). רק חמצן במקום סלניום, אותו מבנה(של סרין לאחר קישור של סרין tRNA-מודיפיקציה ל

tRNA בעל אנטיקודון ל, מיוחד של סרין-UGA.

.י קודון עצירה"מקודדת גם ע, נמצאת רק באורגניזם אחד עד כה –פירוליזין .ב

בהשוואת רצפים של חלבונים שונים , לא כל החלפה של חומצה אמינית הינה מקור למוטציה פוגעת

מהחלפת ארגינין ) בהרבה(החלפת ואלין ואלאנין היא פחות משמעותית : משתמשים בתובנה כימית

.סטית בלבדעלו על כך מבחינה סטטי. בגלוטמאט

:המבנה הראשוני והשניוני

יציאת מים ביצירת קשר אמידי בין שתי חומצות אמינו כאשר התהליך , קשר דחיסה –יצירת הקשר הפפטידי

היציבות התרמודינאמית מאוד . הקשר הפפטידי אינו יציב מבחינה תרמודינאמית. ההפוך הינו הידרוליזה

אנרגיית –הקשר הפפטידי מאוד יציב מבחינה קינטית , מנגד. לההידרוליזה עדיפה בכמה סדרי גוד –נמוכה

. pH-י הורדת ה"י אנזימים או ע"שבירת קשרים פפטידיים נעשית ע. האקטיבציה לפירוק הקשר מאוד גבוהה

מה שקורה (גם מפרק חלבונים pHהעלאת . גורמת לירידה ביציבות הקינטית של חלבונים pH-הורדת ה

הקשר הפפטידי מיוחד בכך שישנו רזוננס והינו בעל מאפיינים של קשר בין קשר ). בקיבת חרקים לדוגמא

הקשר הפפטידי הוא . הקשר הפפטידי קצת יותר ארוך מקשר כפול וקצת יותר קצר מקשר יחיד. יחיד לכפול

צורת הטרנס הרבה יותר –) אין דרגת חופש בתיאור החלבון, אין רוטציה חופשית סביבו(דמוי קשר כפול

להיפוך ∆G. 1:4-היחס הוא לטובת הטרנס רק ב, בפרולין). 1:1000 �היחס בין ציס לטרנס (צה נפו

המעבר מציס לטרנס הינו שלב קובע מהירות . קונפיגורציה הרבה יותר גדול ללא פרולין מאשר עם פרולין

הזווית היא –עקב האופי של הקשר הפפטידי ). אחרת זה לא ממש קורה, כשיש פרולין(בקיפול חלבונים

ramachandran plotי "ע. ψ- ו φדרגות החופש בזוויות הדהידרליות נמצאות בזווית , בפפטיד. מישורית

דיאגרמה זו נותנת לנו מגבלות .ψ-ו φ אשר הינה טבלה סטטיסטית ניתן למפות את הקומבינציות האפשריות ל

. על שילובי הזוויות האפשריות

:מבנים שניוניים נפוצים

אם , חומצות אמינו 4יוצר קשר מימני עם קבוצת קרבוניל במרחק lן של קשר עמידי בעמדה הפרוטו -

.הליקס αזה קורה המבנה מוגדר

- π מרחק של חמישה חומצות אמינו בין קשרי מימן –הליקס.

.i+4לחומצה iהינו כאשר קשר הינו בין חומצה אמינית 3-10הליקס -

הליקסים . כ"חומצות אמינו בד 50הליקס מורכב מעד α. הליקסים הינם קצרים יחסית αכל ההליקסים למעט

. מעלות 100חומצות אמינו פר סיבוב כלומר בין כל חומצה אמינית בין אחת לשנייה יש 3.6אלו מכילים

וצאים מרבית ההליקסים שמ. אנגסטרום 5.4הגובה בעלייה בין חומצה אמינית אחת לשנייה בסיבוב שלם הינו

כל הפרוטונים . הליקסים הינם בעלי דיפול αה. חומצות אמינו 15-כלומר מכילים כ, מכילים ארבעה סיבובים

. הקשרים הפפטידיים תמיד פונים בכיוון ההליקס. אותו הדבר כלפי הקרבונילים, האמידים פונים לאותו כיוון

השילוב של כל הדיפולים יוצר , )האמידי בין החמצן הקרבונילי לפרוטון(היות ולכל קשר פפטידי יש דיפול

הדיפול הוא בסדר גודל של חצי מטען . מאקרודיפול לאורך ההליקס

דוגמא . מטענו של הדיפול חשוב למספר רב של תהליכים. פורמאלי

לחלבון אשר מנצל את הדיפול הנוצר לאורך ההליקס הינו תעלת

נוצר שדה , ההליקסים בתעלה מתנקזים לנקודה אחת בתעלה. האשלגן

מה שמושך את יוני האשלגן . שלילי אשר עוזר למשוך מטענים חיוביים

אל התעלה אינו מטען על גבי שייר צידי כלשהו אלא שילוב של

. aquaporinsדוגמא נוספת לדיפול הינם . דיפולים של ההליקסים

הפרוטונים . תעלות המים מעבירות מים אך אינן מעבירות פרוטונים

יודעים זאת כי קצב הדיפוזיה של . פוזיה מכאנית במיםאינם עוברים בדי

). למעשי יוני הידרוניום(מים נמוך יותר מקצב הדיפוזיה של הפרוטונים

מולקולות מים מעבירות את הפרוטונים ביניהם כך שמולקולת הידרוניום אחת מעבירה –הסיבה לכך

הסיבה לכך שפרוטונים . מים עצמםל הלמולקולת מים שיושבת לידה את הפרוטון וכן הלאה ללא תזוזה ש

. תעלת המים מורכב מארבעה תת יחידות המורכבות משישה הליקסים. אינם עוברים היא עקב הדיפולים

יש שני . כלומר לא חוצים את הממבראנה עד הסוף אלא יוצאים מיד החוצה, ההליקסים אינם המשכיים

ב הכיווניות של ההליקסים נוצר מצב שישנו מטען עק. אשר מנוגדים בכיוונם, הליקסים לא המשכיים כאלה

שלילי בצדדים החיצוניים של הממברנה ואילו

היפוך . מטען חיובי בפנים הממבראנה

הדיפולים הזה נותן את הכוח המניע

להתקדמות מולקולת המים הפולארית במעלה

, עקב הגיאומטריה של מרכז התעלה. התעלה

ביניהם מולקולות המים אינן יכולות להעביר

פרוטונים היות ואינן יכולות ליצור קשרי מימן

מטען חיובי בתעלה מפנה (בין מולקולות מים

).חמצן כלפי חמצן במים

Helical wheels – דרך לצייר הליקס

זו ניתן להסיק הי שימוש בדיאגראמ"ע. הליקס αצורה זו שימושית על מנת לבדוק מאפיינים של ". מלמעלה"

הדיאגראמה מבוססת על העובדה שאנו יודעים את המרחקים . 'פולארי וכו/ ליפאתי אם להליקס יש צד א

על (והזוויות בין חומצות האמינו כלומר ניתן לראות איזו סוג של חומצות אמינו נמצאות בכל צד של ההליקס

במבנה DNAקושרים DNAחלבונים קושרי , לדוגמא). מנת לבדוק אינטראקציות הידרופוביות בין היתר

בחלבונים אלו ההליקסים מורכבים כך שהצד ההידרופובי פונה החוצה והצד . helix-loop-helixהנקרא

והשני לקשור DNAאחד לקשור , לכל צד של ההליקס תפקיד שונה. עצמו DNA-הפולארי קושר את ה

ר קישור אשר הליקסים הארוכים הללו יש את α- בין שני ה. leucine zipper -דומיין אחר הינו ה. חלבונים

. הליקסים היחס בין חומצות האמינו יהיה שונה αראוי לציין כי בהליקסים שאינם . פובימבוסס על צד הידרו

.זה לא מקרי שכל חומצות האמינו באותה תדירות הן בעלות תכונות כימיות דומות

מבנה הלא מסודר ה. הליקס הוא מבנה מסודר ומכך משתמע שעלות האנטרופיה של יצירתו הינה גבוהה α-ה

י יצירת קשרי המימן בין הקשרים "התשלום האנטרופי משולם ע. של שרשרת חופשית מועדפת אנטרופית

האפקט ההידרופובי גם תורם . הפפטידיים ושחרור מולקולות מים שאינן צריכות לשלם את קשרי המימן יותר

ניקח –הליקס או לא תלויה בהקשר רהשאלה האם ייווצ. יש כאן משחק אנטרופי. ליצירת וייצוב ההליקס

הסיבה ליצירת . הוא יתפרק היות והמים עדיפים ליצירת קשרי מימן, הליקס מהמוגלובין ונשים אותו במים

.ההליקסים כשלעצמם אינם יציבים במיוחד, שיירים הידרופוביים" החבאת"הליקסים הינה

של כמויות חומצות ) המנורמלת(הדיאגראמה מראה את הכמות

מהטבלה אנו לומדים שאין חומצה . אמינו בסוגי מבנים שונים

השאיפות . אמינית מסוימת שהיא תמיד במבנה ספציפי

האינהרנטיות הבסיסיות של חומצה אמינית מסוימת אינן

זה הופך את תהליך הניבוי של . יש השפעה לסביבה, מוחלטות

. מבנים שונים של חלבונים לקשה היות ויש תלות בין שכנים

חלפת חומצת אמינו ברצף ידוע הינה בעלת מחיר אנרגטי היות ה

וההחלפה של חומצת האמינו מערערת את מבנה החלבון ברמה

שגם כך (הוספת גליצין במקום אלאנין , לדוגמא. אנרגטית כלשהי

הינה בעלת החופש ) במרכז ההליקס –מיקום האלאנין , )ala scan(י השריית מוטציה "במקור התווסף ע

ולכן הערעור גדול (הינו בעלת מחיר אנטרופי הגבוה ביותר αכך שקיבועה בסליל ) הכי גמישה(ביותר הגדול

אלאנין טוב יותר מגליצין גם עקב היות השייר שלו קצת יותר גדול וקצת יותר הידרופובי ). מאוד יחסית

.מאשר השייר של גליצין

הבעיה העיקרית היא שאין . αנוכחות בהליקס מסוג לא ניתן לפסול אותה ישירות מ, כאשר מדברים על פרולין

בעיה נוספת היא שהחומצה האמינית עצמה קשיחה מאוד ומונעת יצירת . פרוטון אמידי לחומצה אימינית זו

הליקס גורמת להיעדרות של α-פרולין ב). מופרעת l-1אז שייר lאם הפרולין הוא שייר (קשרי מימן לידה

נוכחות הפרולין גורם ליצירת . את עדיין יש נוכחות של חומצה זו בהליקסיםאך למרות ז, שני קשרי מימן

.הליקסים αמוצאים פרולינים באזורים ללא הרבה קשרי מימן כמו תפניות של . קשרי מימן מופרעים סטרית

. ארבעת חומצות האמינו הראשונות לא יוצרות קשרי מימן עם קבוצות האמינו שלהם, בקצוות ההליקסים

פוטנציאל קשרי המימן . חומצות האמינו האחרונות לא יוצרות קשרי מימן עם קבוצות הקרבוניל שלהןארבעת

אם נחליף אלאנין טרמינאלי בגליצין . הליקסים α-י תפניות ב"י מים או ע"ייצוב מושג ע. אינו מנוצל עד תום

האפשרות שלו לייצר תפניות גליצין מייצב עקב . או חומצות אמינו חיוביות נקבל ייצוב של המבנה ההליקלי

חומצות אמינו חיוביות מייצבות היות והן מייצבות את המטען השלילי החלקי . חדות אשר תורמות לייצוב

. ככל שיותר ארוך כך המטען יותר גדול –חשוב לציין כי מטען הדיפול תלוי באורך הדיפול . בקצה הדיפול

. טרמינלי C-יר הצידי ובכך מספק חלק מהצרכים בקצה האספרגין לדוגמא יכול ליצור גם קשרי מימן עם השי

החליפו אותה בלאנין ואז החליפו את , לקחו חומצה אמינית שהייתה –טרמינלי עשו אותו דבר N-בקצה ה

הליקס אינו α-הפיזור של חומצות האמינו לאורך ה. האלאנין בחומצות אמינו אחרות ובדקו את היציבות

. חד בקצוותבמיו, אקראי אלא חשוב מאוד

זג היות -השרשרת נראית כמו זיג). φ-ו ψ(מעלות 180הינן כמעט Ramachandran-זוויות ה – βמבנה

:βישנם שני סוגים שונים של מבנה . מעלות באמת היה שובר את הקשרים בין האטומים 180וישר בעל

נוצרים קשרי מימן ישרים ונוצר משטח בין . הכיווניות של כל גדיל הינה הפוכה לשכנו: אנטי פרללי .א

מבנה קצת יותר . אחד פונה לכיוון אחד ואילו שכנו הוא פונה לכיוון ההפוך αפחמן . רצף הגילים

.יציב מהמבנה הפרללי

. קשרי המימן אינו ניצבים לכיוון הגדילים. פונים לאותו כיוון –הכיווניות של הגדילים זהה : פרללי .ב

קשרי המימן . קצה של גדיל אחד מתקשר לצד הרחוק של הגדיל הבא על מנת לשמור על הכיווניות

.מעלות 180לא –אינם אידיאלים

פורינים הם חלבונים ממברנאליים . βפורינים הם חביות של מבנה

שהוא β sheetניתן למצוא . יפאתייםכלומר הם צריכים להיות אמפ

מה שניתן לזהות לפי הכיווניות של , פרללי ואנטי פרללי גם יחד

שני גדילים אינם מקבילים אחד . השרשראות וגודל קשרי המימן

גדילים ישנו סיבוב של 4לאחר . לשני אלא ישנה סיבוביות קטנה

.מעלות מהגדיל הראשון לגדיל הרביעי 90

מצוירים כחצים כאשר החץ פונה לכיוון βהליקסים מצוירים כסלילים ואילו מבני α –נים בדיאגראמות חלבו

תמיד ניתן לדעת את –הליקסים אינם מסומנים בחצים היות וכולם סלילים ימניים α. הקצה הקרבוקסילי

.הכיווניות שלהם

בין שני גדילים פרללים יכולה להיות כמות גדולה של חומצות

אלו חייבים . נו אפשרי בגדילים אנטי פרלליםמה שאי, אמינו

גדילים שונים 4אם לוקחים . תפנית בגודל שתי חומצות אמינו

ישנם מספר רב מאוד של חיבורים –בכל התצורות האפשריות

חומצת האימינו פרולין מפריעה ). מספר רב של סוגים(ביניהם

, βביצירת מבנה . אם כי לא ברמה גבוהה βגם ליצירת מבנה

קשה מאוד להגיד מה התרומה . השכנים מאוד חשובים

זה , של כל חומצה אמינית βהאינדיבידואלית ליצירת מבנה

.תלוי בשכנים

. אשר מופיעים פעמים רבות βכמה מבני / קומבינציה פשוטה יחסית של כמה הליקסים : שניוניים-מבנים סופר

ניתן לנתקם מהחלבון והם ישמרו על (עצמם אשר יציבים בפני , מבנים כאלו אינם מוגדרים כדומיינים

:αסוגים שונים של מבנים המכילים רק סלילי . ושילוב שלהם α ,βמבנים כאלה מורכבים ממבני ). צורתם

מורכב משני הליקסים . הידרופילי והידרופיבי, הליקסים αשכיח בצברים של : α hairpin .א

.המחוברים בלופ

משמש . המעבר מאוד חסכוני. הלופ באמצע אינו חד, מעלות 90-תפנית של כ: Helix turn helix .ב

מקום נוסף בו ניתן . DNAשל major groove-מותאם להכנסה ל, י חלבונים"ע DNAלזיהוי

הקישור . נפוץ בחלבונים קושרי סידן, E-F handלמצוא מבנה זה הינו בקישור סידן במבנה הנקרא

.י קבוצות קרבוקסיל של שייר צידי"ילים של השלד הפפטידי וגם עי הקרבונ"של הסידן מתבצע ע

:βמבנים המכילים רק מבני

.שיירים 3-5אנטי פרללים המכילים βאזור החיבור בין שני גדילי – β hairpin .א

אוסף של לופים אשר מחברים גדילים אנטי פרללים אשר אינם – Greek key .ב

. ל אחד לגדיל ארבע הינו ארוךהקישור בין גדי. קשורים בדרך הרגילה

ובמקום לקפל אותו על עצמו ליצירת hairpinלוקחים –) הרולדה( Jellyroll .ג

מפתח יווני מקפלים אותו באופן אחר כך שנוצר רציפות כפי שניתן לראות

.βניתן ליצור ממבנה זה חביות . בדוגמא

:β-ו αמבנים המכילים מבני

. αהחיבור עצמו הוא לעיתים קרובות סליל . החיבור הינו ארוך βבנה בחיבור בין גדילים פרללים של מ

כ בכיוון ימין "נמצאים בד, אשר יכול להיות בכיווניות של שמאל או ימין α-β-α hairpinהמבנה הנוצר הינו

βבטבע מוצאים תמיד את החיבור כך שההליקס שנמצא בין שני מבני ). ההליקס מעל המשטח ולא מתחתיו(

.אינו במישור שלהם

אילו היה קשר . אלמנטים של מבנים סופר שניוניים לא יוצרים קשרים בחלבון והם אינם חוצים אחד את השני

.בתוך החלבון הדבר עלול להפריע לקיפול) פלונטר(

:המבנים השלישוניים הנפוצים

רופובית של החלבונים המבנה נוצר עקב קריסה היד. מים –הסיבה העיקרית שמבנים שלישוניים נוצרים

כל . החלבון קורס כך שהפנים שלו מכיל שיירים הידרופוביים. והסתרת השיירים הצידיים ההידרופוביים

על מנת לתת מענה . חומצה אמינית מכילה גם אלמנטים פולאריים כלומר הן לא לגמרי הידרופוביות

מימן של המבנים השניוניים יותר קשרי ה. לפולאריות יש לתת מענה לקשרי מימן בסביבה שאינה מימית

האינטראקציות ההידרופוביות . חלשים מהקשרים עם המים והם תוצר לוואי של הקריסה ההידרופובית

י "צרכי קשרי המימן של השלד הפפטידי בתחום ההידרופובי מסופקים ע. קודמות ביצירת מבנים שלישוניים

יעילות הקיפול של . ניתן לכמת) packing density(את יעילות האריזה של חלבונים . מבנים שניוניים

). אפילו קצת יותר גבוה, כמו דחיסה של כדורים קשיחים בקופסא(כלומר מאוד גבוהה , 75%-חלבונים היא כ

" חרוזים"כמעט ברמה כאילו היה מדובר ב, צפיפות האריזה של חלבון היא מצוינת .אין חללים בתוך חלבון

כמעט ואין . היא שניתן כמעט להזניח את הקשיחות מהקשרים הקוולנטים הכוונה. שאינם קשורים ביניהם

.ואקום או מולקולות מים בתוך בחלבון עצמו

לא כל שינוי של . DNA-אבולוצית המבנה השלישוני נגזרת מרף שינוי חומצות האמינו שנגזר מרצף ה

גם אם נכניס . אין השפעה למעשה ברוב המקרים, חומצות אמינו ברצף החלבון יגרמו לשינוי המבנה שלו

אם החלבון מייצג מינימה . בהרבה מקרים לא תהיה השפעה על הקיפול, שייר פולארי לאזור הידרופובי

כל תצורה שבה שינוי חומצה אמינית יגרור שינוי , היות ומדובר בבור אנרגטי רחב יחסית, בפרופיל האנרגיה

ולא יהיה , ים לחלבון מסוים היא למעשה אסטרונומיתכמות הרצפ. במבנה השלישוני תהיה טעות אבולוציונית

אסון "לא רוצים שכל שינוי יגרום ל, לא רוצים להיות במינימה אנרגטית חדה –הסיבה לכך . שינוי במבנה

".אבולוציוני

ספור חלבונים בהתאם -אלף גנים פחות או יותר ומשם אין 25 �בגנום האנושי יש מספר רב של חלבונים

מיוגלובין (ישנם חלבונים בעלי מבנים דומים , צורות שונות של חלבונים 25,000אין . לשחבורים השונים

השאלה היא אם מדובר בהתבדרות מצורה מקורית לצורות אחרות או התכנסות לצורות ). והמוגלובין לדוגמא

מיוגלובין והמוגלובין מחלבון עתיק כלשהוא –דוגמא לאבולוציה מתבדרת . היא גם וגםהתשובה . ספציפיות

איך מבדילים בין שני . ישנה גם התכנסות אבולוציונית של טופולוגיה חלבונית, מנגד. שקושר פורפירין וחמצן

ם ולבדוק את ניתן להסתכל על מספר פרמטרי? איך יודעים אם הם בעלי אב קדמון משותף או לא? המנגנונים

:הפרמטרים כוללים. התכנסות –אם יש שוני רב , התבדרות –אם יש דמיון רב . השוני וההבדל ביניהם

רצף נוקליאוטידים .א

רצף חומצות אמינו .ב

מבנה תלת מימדי .ג

סובסטרט דומה-פעילות אנזים .ד

מנגנון קטליטי דומה .ה

פקטורים ואלמנטים נוספים לפעילות קטליטית דומים- קו .ו

מספיק , כ"בד. השאר כנראה גם יהיו רלוונטיים, אם הקריטריונים העליונים תופסים. לסדריש חשיבות

.מתבדרת/מתכנסת: הסתכלות פשוטה על רצף החלבון על מנת לבחון את סוג האבולוציה

מבנה החלבונים . משפחה זו מעכלת חלבונים במערכת העיכול שלנו. דוגמא היא משפחת הסרין פרוטאזות

פעם הייתה סרין פרוטיאזה –מדובר באבולוציה מתבדרת . ה והשלשה הקטליטית שלהם זההשלהם מאוד דומ

אחידות הרצף היא . ההבדל ביניהם נובע מהבדל בספציפיות הסובסטראט. בודדת והיא התפצלה לסוגים אחרים

שה בעל אותה של subtilisinחלבון נוסף הוא החלבון החיידקי . פחות או יותר לאורך כל רצף החלבון

מצא את "חלבון זה . קטליטית ומיקום יחסי של אותה שלושה באתר הפעיל אך מבנה שלישוני שונה לגמרי

.לביצוע הפעילות אך באופן עצמאי כלומר מדובר על אבולוציה מתכנסת" התשובה

ת אין כאן התייחסות למהירו. דומיין הינו אלמנט שאם אני גוזר אותו מהחלבון הוא מתקפל לצורתו המקורית

אין כלי חישובי . אלא יתקפל לאותו המבנה הנטיבי, הדרישה היא לא רק שיתקפל באופן עצמאי. הקיפול

. הדרך שמנבאים דומיינים על סמך הסתכלות ברצף והשוואה לדומיין ידוע, שינבא דומיין בצורה מאוד טובה

. מחדש) נכון(ראות שיש קיפול לחתוך ול, הדרך היחידה הינה באופן ניסיוני, אם לא ידוע על מבנה של דומיין

300או 200-ועד כ 40דומיין מסיס במים מורכב מעל . שניוניים-כ מכילים מספר אלמנטים על"הדומיינים בד

הדרך שבה אנו בונים חלבונים שונים בעלי . חלבונים כבדים יותר מורכבים מכמה דומיינים. חומצות אמינו

. חלבונים גדולים מורכבים מדומיינים שונים. צורת דומיינים שוניםי לקיחת אבני בניין בת"תפקידים מגוונים ע

דומיין של טירוזין קינאז כנראה אומר שהחלבון עושה . מהדומיינים ניתן להסיק מהי פעילות החלבון, לעיתים

ביוסינתזה : דוגמא. לעיתים אין אפילו צורך בהבנה של כל מבנה החלבון לפני הבנת פעילותו. פוספורילציה

בעל , מדובר במסלול ארוך ומסובך. יצירה של חומצה אמינית אחת. Shikimate-מסלול ה –טריפטופאן של

על מנת לקבל טריפטופאן מחומר בסיס יש מספר רב של שלבים אשר דורש מספר . מספר ארוך של שלבים

רים לחלבון יחידות שמקטלזים את הריאקציה מחוב- כל התת E. coli-ב. רב של אנזימים בעלי פעילות שונה

הפואנטה היא . דומיין אחד מקטלז ריאקציה אחת דומיין שני עוד ריאקציה וכן הלאה –אחד גדול

מנגד יש גם מקרים שבהם חלבון אחד בעל דומיינים , שבאורגניזמים מסוימים ישנה חלוקה למספר חלבונים

. היו פעם חלבונים עצמאיים ההנחה היא שפעם כל הדומיינים של החלבון היחיד. שונים עושה את כל התהליך

הסיבה שאנו מאמינים בכך במקום במקרה ההפוך שחלבון בודד התפצל לחלבונים קטנים יותר הינה עקב

. יותר סביר שהמבנה המסובך יותר נוצר עם התקדמות ההתפתחות של האורגניזם –שיקולים אבולוציונים

התוצר של אתר אחד נמצא קרוב מאוד , ון בודדבמקרה של חלב. ישנם יתרונות וחסרונות אבולוציוניים לכך

.לאתר הפעיל של הריאקציה הדרושה הבאה) על אותו חלבון(

חלוקה לאתרים שונים , בלבד βבעלי מבנה , בלבד αבעלי מבני : מבנים שלישוניים ניתן לסווג למספר סוגים

. ים את שני המבנים גם יחדבלבד וחלבונים אשר מכיל βבלבד ואילו אתר אחר מכיל αכאשר אתר אחד מכיל

יכולים להיצמד אחד לשני או βהליקסים ומבני –אריזה של מבנים שניוניים ניתנת לביצוע במספר דרכים

:סוגי אריזה כוללים. לעבור אינטרקלציה אחד עם השני ועוד

, כ"בד( coiled coilכ יצירת "היצמדות של הליקסים אמפיפתיים תו – Parallel helix packing .א

יצירת קשרי (ההליקסים לבד אינם יציבים עקב יכולות קישור של מים ). יכולים פשוט להיצמד גם

ניתן . הסיבה לכך שישנה אינטראקציה יציבה ביניהם היא עקב אינטראקציות הידרופוביות). מימן

של הספציפיות ). wheel(לנבא מבנה כזה לפי רצף חומצות האמינו כאשר מסתכלים במבט עילי

האינטראקציות הללו אינה נובעת

אלו גורמים , מהשיירים ההידרופוביים

הספציפיות . לאפיניות אך לא לספציפיות

נובעת מאינטראקציות יוניות שקרובות

.לתווך ההידרופובי בין הסליליםאינטראקציות פולאריות בין חלבונים

. אינן מחזקות את האינטראקציות ביניהן

האינטראקציות היוניות מגבירה . ישנו רווח אנטרופי –שולחן במים התמוססות מלח, כדוגמא

, יצירת גשר המלח, האינטראקציות היוניות. ספציפיות מצד אחד אך אינן מחזקות את הקשר מצד שני

באזור . לא גורמות לאפיניות יתר אלא לדחייה של איברים שאינם מתאימים והכנסת מתאימים תחתם

" חורים"ניתן לראות שאם חותכים הליקס באמצע ופורסים אותם יש האינטראקציה בין הליקסים

. מהסליל השני" בולטות"אשר נוצרים בין ארבע חומצות אמינו ואל חורים אלו ייכנסו חומצות אמינו

"). ridges into grooves"או " Knobs in holes"שמו (זהו מודל שהיום יודעים שאינו נכון

התגלה שאין רגולריות בזוויות בין ההליקסים . ות בין ההליקסיםהמחשבה נבעה מהזוויות הנוצר

אפשר לקחת את אותו הרעיון . leucine zipperאינטראקציות מסוג זה מתרחשות במבנה של . בכלל

מבנה זה הוא יחסית . הליקסים כאשר כל הליקס תורם לממשק ההידרופובי ביניהם 4וליצור צבר של

-כולם אנטי: לדוגמא, הליקסים יכולים להיות במספר תצורותארבעת ה. שכיח בעולם החלבונים

–בקישוריות ביניהן , מן הסתם, התצורות שונות. ועוד) mixed bundle(מעורבב , פרללים

אשר Ropדוגמא נוסת הינה . בצורה שונה מסוג צבר אחד למשנהו) קוולנטית(ההליקסים מחוברים

). שונה N-ו Cלשניהם קצה (ליפפטידים שונים הליקסים משני פו-הוא למעשה דימר של שני דו

.יכולות גם להגיע תצורות מסדר גבוה יותר

. בניגוד למקבילים כמו בתצורה הקודמת, מבנה זה מכיל הליקסים ניצבים אחד לשני – Globin fold .ב

הליקסים סמוכים לאו דווקא מגיבים עם . במבנה זה ההליקסים הם בעלי אורך שונה בין אחד לשני

. מבנה זה נמצא בחלבונים כמו המוגלובין ומיוגלובין. יהם לאורך השרשרת של חומצות האמינושכינ

החלפת , במקרה של אנמיה חרמשית. זהו צבר של ארבע מבנים כאלה –במקרה של המוגלובין

זהו מקרה נדיר בו שינוי חומצה אמינית בצד החיצוני של . בואלין גורמת למחלה Glu6החומצה

.מופרעת וזה גורם למחלה) המוגלובין מאוד מסיס(האינטראקציה עם המים , למחלה החלבון גורמת

זהו אינו מבנה , ישנו עיוות גדול –כ מסובבים אחד יחסית לשני "בד βמבני – Sheet packing .ג

.הסיבוב הינו ימני כאשר מסתכלים במקביל לגדילים. שטוח לחלוטין

:הדומיינים הנפוצים ביותר – α/βמבני

. αי סליל "ע βטרמינלי אשר מחובר לגדיל שאחריו במבנה Nמבנה שמתחיל בגדיל – TIM barrel .א

הופך כיוון והופך לגדיל , שנפסק, הופך להליקס, מעלות 180עושה תפנית של , הגדיל עולה למעלה

על מנת ליצור את תצורה . triosphosphate isomeraseחלבון שכולל מבנה זה הינו . βשל מבנה

לא –המבנה הזה אינו מורכב מדומיינים . גדילים 8אנו צריכים לפחות , זו

200-מורכב מכ, מבנה זה מהווה דומיין בפני עצמו. ניתן לחתוך חלק ממנו

החיבורים בין . כ והינו המבנה הגדול ביותר שמכירים"חומצות אמינו בד

נה זה נמצא באנזימים רבים ואבני מב. הליקס αכ "הגדילים השונים הוא בד

השוני ). דומים β-ההליקסים ומבני ה(הבניין של מבנה זה דומים ביניהם

במבנה זה יש אינטראקציות בין . נובע מהקישוריות בין המבנים השונים

, הינם אמפיפתיים α-סלילי ה. הגדלים השונים ובין הגדילים להליקסים

אשר שומנית (ית של החלבון הצד ההידרופובי פונה אל הליבה השומנ

ההידרופוביות . הצד ההידרופילי פונה אל חוץ החלבון). משני הצדדים

) β- מבנה הנוצר מגדילי ה(פנים החבית . בתוך הסלילים" מומסים"אשר β sheet- י ה"מסופקת ע

methylmalonyl-coenzyme Aדבר זה קורה באנזים . משמש לקישור של ליגנדים שוניםmutase .תבניות של הכל ה-TIM barrels על מנת לשנות את . מותאמות לפונקציות שונות

- שאר האלמנטים הבונים את ה. יש לשנות את הקישוריות בין תתי המבנה, הפונקציה של המבנה

TIM barrels דומים מאוד ביניהם בין חלבונים שונים.

lactateנצפה באנזים מבנה זה. אשר מוקף בסלילים משני צידיו βמבנה – Rossman fold .בdehydrogenase . מבנים מסוג זה נקראים מבניβ במקרה הזה אין צורך בהליקסים רבים . פתוחים

כל , )c-ו a(במבנים דמויי חבית . היות והמבנה אינו סגור על עצמו

במבנה זה אין צורך בסמיכות על גבי . ההליקסים נמצאים בחוץ המבנה

לא 3גדיל מספר (ת קשרי המימן השרשרת של חומצות האמינו בקביע

היות והחיבור בין הגדילים הוא ). לדוגמא 4יוצר קשרי מימן עם גדיל

המצב שנוצר . β-α-βנוצר מצב שלא ניתן ליצור מישור של מבני , סליל

אחד למטה (הינו בליטה כלפי חוץ המישור באופן הפוך בין הליקסים

שקערורית / נקיק /נוצר מבנה של תעלה –) מהמישור ושני מלמעלה

)crevice.( האתר הפעיל . במקום זה תמיד ימצא האתר הפעיל של החלבון

ישנם דוגמאות לחלבונים . תמיד ימצא בקצה הקרבוקסילי של החלבונים

.ועוד hexokinase, phosphphglycerate mutase –המכילים את המבנה הזה

.במבנה השני נראה סלילים משני הצדדים שלה, באמצעאם נשווה בין שני המבנים נראה שבראשון אין סליל

לא ברור מדוע המוטיב . לא סגור TIM barrel-מבנה דומה ל – Horseshoe fold .ג

החבית אינה סגורה על עצמה והפנים . TIM barrelהזה לא נסגר על גבי עצמו ליצר

.α-ה לסלילי β- האתר ההידרופובי נמצא בין מבני ה. של מבנה זה הינו הידרופילי

זהו חלבון בעל שני . Tyrosyl-tRNA synthetase: דוגמא לחלבון עם שני דומיינים

אנזים זה מחבר . α-bundleפתוח ואילו הדומיין השני הינו β-sheetדומיינים כאשר הראשון הינו מבנה

.כולל דיאגראמות טופולוגיות נמצאות במצגת, דוגמאות רבות. tRNA-טירוזין ל

רק במקרים נדירים נקבל מצב בו , יהיו מורכבים לרוב מגדילים אנטיפרללים βים רק ממבני מבני על המורכב

). יש זווית בין כל אחת וינשה סכימה(גדול עם הוספת גדילים twistהמבנה תמיד מקבל . הגדילים מקבילים

.קבוצה מאוד מגוונת של מבנים

ויוצר מבנה המורכב משמונה גדילים לפחות - Up and down barrel .א

.מבנה של חבית

: דוגמא

• superoxide dismutase ,מנטרל סופר. חלבון מאוד חשוב בגוף-

י "ע, מי חמצן לאחר מכן. אוקסידים והופך אותם לחמצן ומי חמצן

. לקחת רעלים ולנטרל אותם –הרעיון . הופכים למים, אנזים אחר

וכן אוקסיד הינו מס- חלבון זה הינו יוצא דופן היות ורדיקל הסופר

החלבון הזה מכיל , אוקסיד הינו בעל מטען שלילי-סופר. במיוחד

בניגוד (יותר קבוצות קרבוקסיליות מאשר שיירים חיוביים

מה שמגביל . מהיר מהמצופה ,המהירות של הפעילות של האנזים מאוד מהירה). למצופה

קצב ? קורה איך זה. אנזים זה יותר מהיר מכך, קצב דיפוזיית הסובסטרט הינואנזים רגיל

מטען :האנזים יוצר משפך אלקטרוסטטיש זהמה שקורה . אוקסיד עולה-הדיפוזיה של סופר

עלייה בכמות ההתנגשויות הינההמטרה . שלילי בחוץ ומטען חיובי חזק באתר הפעיל

האזורים השליליים כלומר ,האנזים דוחה את הסובסטרט ישירות אל האתר הפעיל. הפוריות

.ט אל האתר הפעילדוחפים את הסובסטר

• Retinol binding proteins – ויטמין (רטינול הינו הצורה האלכוהולית של הרטינאלA .(

כאשר החלבון עצמו הינו ) כי הוא עצמו הידרופובי(הרטינול עצמו קשור לכיס הידרופובי

.בעל צורת חבית

• Porins – חביות –בצורתם . קבוצות של חלבונים שנמצאים בתאי חיידקים גרם שליליים .

הגדלים של חלבונים . חלבונים אלו נועדו לטרנספורט של כימיקלים מעבר לממבראנת התא

הממבראנה עוטפת את החלבונים לכל אורך גדילי . שונים הינם שונים הן בקוטר והן באורך

.β-ה

βאלו מורכבים מיחידת של צברי גדילי חלבונים - β propeller .ב

. במסודרים סביב גרעין מסוים ואינם קשורים אחד לשני בקשרי מימן

.כ באמצע"האתר הפעיל נמצא בד

וירוס השפעת נכנס ). חותך חומצה סיאלית( neuraminidaseהחלבון : דוגמא

החיתוך הוא של כלל הרצפטורים . כ חיתוך הרצפטור אליו הוא נקשר"לתא תו

:חיתוך הרצפטור נועד. שאותם השפעת יכול לזהות) sialic acid(בתא

.הדבקה-למנוע אובר .1

).שלא יחזרו אל תוך התא(למנוע הדבקה חוזרת על ידי וירוסים חדשים .2

המבנה של חלבון כזה . אין קשרי מימן בין קבוצות שכנות של גדילים, הגדילים בחלבון זה אינם המשכיים

,הוא בתצורת מפתח יווני sheetכל . מעלות 90בין הגדילים הינו עד twist-ה. בולאריאינו שטוח אלא די גלו

.האתר הפעיל של החלבון

greek keyחלבון זה מורכב מדומיינים שונים כאשר כל אחד מהם הינו – Distorted β-barrels .ג

. בפני עצמו

βשיש לנו הוא מעין גדיל של מה. חומצות אמינו 18כל סיבוב מכיל , מבנה הליקלי רחב – Β helix .ד

זה לא גדיל רצוף אלא שלושה גדילים שונים שיוצרים . אחד על גבי השני שיוצר קשרי מימן ביניהם

.סליל/ נוצר מבנה של פרופלור –תפנית ביניהם

חלבון זה נקשר לחומצה סיאלית על גבי . influenza hemaglutinin –דוגמא לחלבון קצת יותר מורכב

האיחוי צריך להתבצע . הוא גורם לאיחוי של ממבראנת הוירוס עם ממבראנת התא בתהליך מאוד מורכב. התא

. י פרוטאזות וזה מה שמפעיל אותו"החלבון הזה נחתך ע. חלבון גדול יחסית. בצורה ספציפית ומבוקרת

החלבון ממשיך להיות ). HA2-ו HA1שני החלבונים הם (ינלים טרמ Nטרמינל ושני Cלחלבון כעת יש שני

" tip" –ניתן לחלק את החלבון לשני חלקים . החלבון עצמו בנוי מטרימר. S -Sיחידה אחת עקב קשרי

הקשירה של החומצה . בלבד βהמבנה בנוי מגדילי . distorted jellyrollי תצורת "הראש בנוי ע". stem"ו

הגבעול עובר שינוי . הגבעול הינו אזור טרנס ממבראנלי. מתבצע באתר זה) יניתחומצה נויראמ(הסיאלית

.pHהמנגנון תלוי –קונפורמציה אשר נותן לו את היכולת לאחות את הממבראנות

ניתן להגדיר מספר רב של תזוזות . החלבונים זזים בכל טמפרטורה מעל אפס מוחלט. תזוזה של חלבונים

את המבנה של מיוגלובין שמו לב שאתר הקישור של המוגלובין אינו חשוף כאשר פתרו, לדוגמא. שונות

ניתן . תזוזה בחלבונים הינו דבר חיוני. החלבון צריך לזוז על מנת לאפשר לחמצן להיכנס ולצאת. לכניסה

חומצות אמינו בודדות נעות בסדרי זמן של פיקושניות . X-ray-ו) מוביליות של חלבונים( NMRי "לזהות ע

יש , תזוזה הופכת לשינוי קונפורמציה בגבול אפור. לתזוזות הקטנות קוראים נשימה. ים יכולים לנוע גםולופ

.כאן עניין של הגדרה

. במערכת מחזור התא התגלה כי ישנם חלבונים שמוצאים בשלב מסוים במחזור התא ולא בשלב אחר

yclin dependant –כל על הקינאזות נסת. הציקלינים מפעילים קינאזות. לחלבונים קלה קוראים ציקליניםprotein kinase . ישנו ). חלבון מורכב משרשרת אחת בלבד, לא תת יחידות(החלבון מורכב משני דומיינים

מכיל שני לופים חשובים CDK-ה. לפספר ATPהחלבון מנצל . טרמינלי ודומיין נוסף הליקלי Nדומיין אחד

הציקלין בנוי משני דומיינים . PSTAIRE loop-ו T-loop: שני האתרים החשובים הם לופים. לקטליזה

מבנה . כאשר גיבשו את שני המרכיבים יחד ראו שהציקלין לא משנה את הצורה כתוצאה מהקישור. דומים

). י הקישור האתר הפעיל היה סגורבעוד שלפנ(האתר הפעיל נפתח כתוצאה מהקישור –הקינאז השתנה

רק עם קישור , פונה באופן רגיל לתמיסה E51. כתוצאה מהקישור הציקלין פותח את האתר הפעיל לפעילות

מכיל מספר חומצות T-loop-ה). אנגסטרם 8- תנועה של כ(הציקלין החומצה נעה פנימה ומאפשרת פעילות

מכיל שייר החשוב לקטליזה ומשנה את מיקומו בצורה T-loop-ה. אנגסטרם 20-אמינו הנעות למרחק של כ

.התנועה של הלופ בעקבות קישור הציקלין פותחת את האתר הפעיל ומאפשרת פעילות. משמעותית

Calmodulin – צורתו דמוית משקולת כאשר שני הצדדים מכיליםEF hand )helix loop helix שקושר

רק . הכריכה תלויה בשינוי קונפורמציה אדיר. בחלבונים שונים קלמודולין נקשר סביב הליקסים). בפנים סידן

.תנועה על ציר. עוברות תנועה 148חומצות מתוך 5

קבוצה גדולה , סרפינים: דוגמא נוספת). קלמודולין וציקלין(הזכרנו שני מקרים של שינוי קונפורמיות בחלבון

ות הינו מנגנון שליטה טוב לבקרת חלבונים עיכוב פרוטיאז. של חלבונים קטנים שתפקידם לעכב פרוטיאזות

י לויקוציטים בריאות להילחם "אלסטאז מופרש ע, לדוגמא. פרוטיאזות חיוניות במקומות מסוימים. מסוג זה

-α antiי חלבון הנקרא "הפעילות שלו מעוכבת ע. הבקרה שמעניינות אותנו היא על אלסטאז. באינפקציותtrypsin )הנובעים (חלבונים אלה משתמשים בלופים שלהם . ממשפחת הסרפינים זהו חלבון). שם מטעה קצת

הלופ נקשר לפרוטיאזה ומעכב אותה אך ברגע שהחלבון משתחרר מהפרוטיאזה הלופ ). TIM barrelsממבנה

היא , ברגע שאומרים לפרוטיאזה לעבוד). ואת הסרפין כולו שעובר דהגרדציה(י הפרוטיאזה "מתעכל ע

הסרפין יכול להיות במספר . וכמה סלילים β sheetsמבנה הסרפין מכיל מספר . מעכלת את המעכב שלה

בצורה הפעילה של החלבון ישנה חמישה . β sheets -קונפורמיות שונות אך לא החלבון כולו אלא רק ה

ברגע . לחלבון יש שני מבנים אותם הוא מאמץ. ואילו בצורתו החתוכה ישנם שישה גדילים βגדילים של

הלופ משתחל בין הגדיל השני לשלישי ויוצר גדיל . משתחרר מהפרוטיאזה מתבצע חיתוך בלופ שהחלבון

אז המבנה השני , אם מבנה החלבון של הצורה עם הלופ מעכב את החלבון –מבנה החלבון פשוט שונה . חדש

המבנה הלאטנטי יציב . מבנהו דומה למבנה החתוך. לא פעיל, לסרפין יש גם מבנה לאטנטי. אינו עושה זאת

אם לוקחים . עקב יציבות קינטית) כלומר יהיה בצורה פעילה(הסרפין יהיה פעיל . יותר מבחינה תרומדינאמית

אשר מהווה מצב (כשניתן לו להתקפל חזרה נקבל את התצורה הפעילה , חלבון ועושים לו דהנטורציהאת ה

אם נחכה זמן רב כל החלבון יעבור למבנה הלאטנטי ועל מנת לחזור לתצורה פעילה יש ). ביניים יחסית יציב

ישנם מרכיבים . וזוהסרפין נמצא במצב פעיל רק עם סינת. לבצע דהנטורציה בחלבון ולתת לו להתקפל מחדש

אנחנו למעשה , אם נרצה שהחלבון יהיה לא פעיל). הפארין, לדוגמא(נוספים שמייצבים את תצורתו הפעילה

.גילו צורה זו במבחנה, בתא החלבון אינו מגיע לצורה הלטאנטית. רוצים שהפרוטיאזה תהיה פעילה

). DNA �" הסוד הראשון("רגולציה אלוסטרית �" הסוד השני של החיים" –קצת על אלוסטריה

:התיאוריה שמסבירה את הפעולה

מצב לא פעיל, Tמצב -

מצב פעיל, Rמצב -

:ישנו גם ויכוח לגבי מנגנון ההפעלה

T-כולם יעברו ל, T-אם תת יחידה אחת בחלבון עוברת ל, המנגנון הקונצרטי -

האחרותיכולים להיות הבדלים במצב של תת היחידות , )sequential(המנגנון ההדרגתי -

חלבון ). מפספר פוספופרוקטוז( phosphofructokinaseכדוגמא ניתן את החלבון . בערך, שניהם? מי צודק

השלב שבו מחליטים שהתהליך הינו קטאבולי ולא (זה מהווה את הצעד השלישי של הגליקוליזה ושלב מחייב

, בנוסף). לדוגמא, PEP(מיקלים י שלל כי"עובר אקטיבציה ורגולציה ע PFK)). בניית רב סוכרים(אנאבולי

הרי , ADP(י התוצר שלו "הוא עובר אקטיבציה ע. phosphofructose-מתנהג בצורה אלוסטרית ביחס ל

PFKהקואופרטיביות של . יש כאן עניין של אפקט אלוסטרי). הוא קינאזה, ATP-החלבון מבצע הידרוליזה ל

זהו טטראמר , ת תת היחידות של החלבון אינן זהותארבע. ATPנובעת מהקישור של הסוכר המזורחן ולא של

הקישור של . Tאו Rכל תת יחידה הינה במצב . סובסטרטים/ כל תת יחידה יכולה לקשור ליגנדים . הטרוגני

ATP זהה בכל תת היחידות אבל הקישור משתנה בין המצבים עבורF6P ,PEP ו-ADP .ADP מזרז את

צריך לגייס את אנזימי , צריך לייצר אנרגיה –אם חסר אנרגיה . מהווה סמן לרעב אנרגטי, פעילות החלבון

–הינו תוצר המשך של גליקוליזה ומעכב היות ואם יש מספיק ממנו לעכב PEP. התא לזרז תהליכים קטאבולי

טראקציות בין הטטראמר אינם חזקים האינ. מורכב מדימר של דימרים PFK. כנראה שלא צריך יותר אנרגיה

. R-ל Tמעלות בין מצב 7- יש זווית בין הדימרים אשר משתנה בכ. במיוחד אבל כן חזקים בכל דימר לבדוי "ע F6Pקושר R. מולקולות מים מגדרות בין תת היחידות Rבמצב , ישנם קשרי מימן חזקים Tבמצב

הארגינין מורחק ונחשפת חומצה Tבמצב . אט השליליחשיפת ארגינין חיובי שמושך אליו את קבוצת הפוספ

סדרי גודל ברמות פעילות בין התצורות 3הבדל זה הוא שגורם להבדל של ). גלוטמאט(אמינית שלילית

.השונות

לא תמיד הקיפול של . המצב הדהנטורטיבי –המצב הלא מקופל , המצב המקופל –המצב הנטיבי של החלבון

חלבונים פועלים לפי חוקי הכימיה . כמו שראינו בסרפינים, פעיל של החלבוןהחלבון מהווה את המצב ה

עשה לו דנהטורציה ואז הרחיק את גורמי , לקח חלבון –שקיבל פרס נובל עשה ניסיון Anfinsen. הפיסיקלית

אשר קובע את הצורה , G∆מבחינה תרומדינאמית מה שקובע זה . הדהנטורציה וראה שהחלבון התקפל חזרה

. כל המידע נמצא שם –האינפורמציה ליצירת המבנה התלת מימדי נובעת מהמבנה הראשוני בלבד .בתא

למרות זאת ניתן לשנות מבנה . חלבונים עצמם אינם מקבלים את תצורתם מחלבונים אחרים אלא בפני עצמם

קבל מבנה על סמך חלבון י+ הליגנד ). קישור ליגנד אלוסטרי ועוד, חיתוך(י אפקטורים חיצוניים "של חלבון ע

).מקופל( Fשל מצב G∆ -גבוה מ) דנורטיבי( Dשל מצב G∆ -ה. התרמודינאמיקה

, שינוי טמפרטורה? איך מבצעים דהנטורציה של חלבון

-ושינוי ה) אוריאה לדוגמא(הוספת כימיקל דהנטורטיבי

pH .∆G של בהחלבון תלוי באנתלפיה ובאנטרופיה

הכיווניות של האנתלפיה ). עקב הגדרת אנרגיית גיבס(

מבחינה . ואילו באנטרופיה היא כנגד G∆היא בכיוון

המצב –תהליך הקיפול מהווה בעיה לחלבון , אנטרופית

הרבה יותר (הפרום מכיל מספר רב של קונפורמציות

זה יכול , ככל שמתקפלים יש ירידה באנטרופיה .י משפך המבנים לעילניתן לתאר זאת לפ). מהמצב המקופל

צפיפות הקיפול של חלבון כה יעילה ומשתחררת כמות , מבחינת האנתלפיה. G∆-להיות הבדל גדול מאוד ב

מה שאנחנו רואים זה שהשינויים שמתרחשים מפצים , השחרור הינו התרומה האנתלפית. גדולה של אנרגיה

. שבאים מהאנתלפיה הם מאותו סדר גודל של הבעיה האנטרופית ∆ -השינוי ב. פיהעל הבעיה האנטרו

זהו עיקרון חשוב היות ואנו . חלקית עקב השוויון בין האנתלפיה לאנטרופיה/ החלבונים יציבים ברמה נמוכה

רך ולא ד(הדהגרדציה של החלבונים עם הזמן . לאו דווקא רוצים שהחלבונים שבגוף שלנו יישארו בו לעד

כאשר הסביבה המימית מהווה , הממס –גורם נוסף וחשוב על יציבות החלבון . מהווה גורם בקרה) פרוטיאזות

יש תרומה מסוימת של . אם אין מים אין קיפול של חלבון. את אחד הגורמים החשובים ביציבות החלבון

אפקט ההידרופובי נגרם ה. עקב האפקט ההידרופובי, החלבון לקיפול שלו אבל התרומה העיקרית היא ממים

. למים יכולת ליצור מספר רב של קשרי מימן במספר רב של קונפיגורציות. עקב האנטרופיה של המים

אם שמים ליד מולקולת המים מולקולה שאינה . מולקולת מים בתווך מימי יכולה ליוצר קשרי מימן לא מועטים

ב כל דבר שאינו מסוגל ליצור קשרי מימן נוצר סבי. יוצרת קשרי מימן ישנה הגבלה של תנועת מולקולת המים

הסדר הספציפי הזה . זהו האפקט ההידרופובי. כאשר נגדיר קרח כמולקולת מים שאינה מובילית, קטן" קרחון"

.קצת פחות מקילו קלוריה למול: העונש האנטרופי עבור כל קבוצה מתילית. הוא תשלום אנטרופי

:כעת נחזור אל המשפיעים על דהנטורציה ,האפקט ההידרופובי מייצב את החלבונים

. התשלום האנטרופי של האפקט ההידרופובי נעלם היות והקרחון נמס: העלאת הטמפרטורה •

שיירים שאין מגע בין ה גורם לכך בצורה המקופלת האפקט. הטמפרטורה משנה את החלבונים

זו הסיבה . פוביים יורדהקנס על חשיפת שיירים הידרו, עם העלאת הטמפרטורה. ים למיםיההידרופוב

קיבול חום . לפירוק מבנה מקופל עקב העלאת טמפרטורה

של חומר מסוים נדרשת על מנת להעלות מול אחד של

החום משתנה כפונקציה של קיבול . חומר במעלה אחת

במיוחד (לאו דווקא אחיד בטווח מסוים הוא, טמפרטורה

קיבול החום הסגולי של תהליך הפרימה ). במעבר פאזה

. של החלבון תלוי בקרח שמקיף את הקבוצות השומניות

של המצב הלא מקופל גבוה ) Cp(קיבול החום הסגולי

עם עליית הטמפרטורה . בהרבה מזה של המצב המקופל

ככל .נים סביב השיירים השומניים נמסיםהקרחו

-חום ושהטמפרטורה עולה צריך להשקיע פחות ופחות ∆Cp ככל שהטמפרטורה עולה ,יש כאן השפעה על האנתלפיה .רטורהיורד עם העלייה בטמפ

האנטרופיה של תהליך הפרימה עולה ככל ,מבחינת האנטרופיה. צב הפרום עולההאנתלפיה של המ

. שצריך לשלם על מנת ליצור את הקרחונים" קנס"האנטרופיה הייתה ה. שמעלים את הטמפרטורה

רימה בטמפרטורה גבוהה אבל גם יש פ .ליכים שקורים עם שינוי בטמפרטורהיש שני תה

הערך הגדול של שינוי . ליאהחלבון יציב אך ורק בטווח טמפרטורה אופטימ. בטמפרטורה נמוכה

האנתלפיה עולה עם הטמפרטורה ,עה של דהנטורציה בטמפרטורה נמוכההחום הסגולי גורם לתופ

שתי נקודות . תאבל משלב מסוים האנטרופיה נהיית הגורם המכריע בקביעת האנרגיה החופשי

רציה הינה טמפרטורה של דהנטוTc . החיתוך מייצגות את טווח הטמפרטורות של פעילות החלבון

.קור יעברו דהנטורציתבטמפרטורה זו מחצית מהחלבונים ,בקור

האפקט שלהם חל עקב אינטראקציות לא סלקטיביות ): אוריאה וגואנידיניום(אפקט של דהנטורנטים •

לבון יוצר מבנה גלובולארי שמחביא שיירים מהדהנטורנטים אז הוא יעורער אם הח. עם כל החלבון

לכימיקלים אלו יש אפיניות בלתי סלקטיבית . פחות מאשר חלבון לא מקופל או עם צד פנימי חשוף

. האפשרות ליצור אינטראקציות כאלו עולה עם הירידה ברמת הקיפול של החלבון. עם כלל החלבון

.ינוי באנרגיה חופשית לבין כמות הדהנטורנטיש יחס ליניארי בין הש

בתוך החלבון יש לעיתים חומצות . קיצוניים גורמים לדהנטורציה של חלבון pHתנאי : pHשינוי •

פרוטונציה - שיירים בסיסיים עוברים דה ,pH-עם עליית ה. אמינו טעונות שיוצרים גשרי מלח

זוהי הסיבה . גשרי מלח נהרסים מכךוכתוצאה ) יש פרוטונציה של שייר חומצי pH-ובירידה ב(

המטענים הכלליים על החלבון . קיצוניים pHהעיקרית שחלבונים עוברים דהנטורציה בתנאי

מה שתורם לערעור המבנה הכללי של החלבון וירידה במסיסותו , pH-משתנים עם שינוי קיצוני ב

.במים

לעיתים יש מצבים שבו מופיעים מבנים . המצב הדנטורטיבי של חלבון מורכב ממספר רב מאוד של מצבים

ניתן לעקוב אחרי . לא מחכים אינסוף זמן שחלבון יתקפל, בתא יש שפרונים. שניוניים גם במצב לא מקופל

משתמשים בחום על DSC-ב. וספקטרוסקופיה) DSC(קלורימטריה : דהנטורציה של חלבון בשיטות שונות

בחימום שתי צלחות שונות אשר כל אחת זהה . פיסיקליתמנת לבדוק את ההתקדמות של ריאקציה כימית או

הצלחות יושבות על פלטות חימום ובאמצעות אמצעי זה משנים . לשנייה חוץ מהעובדה שאחת מכילה חלבון

רואים כי בנקודה מסוימת צריך יותר אנרגיה על מנת להעלות את הטמפרטורה . את הטמפרטורה של התמיסות

במים קיבול החום אינו משתנה . השינוי הזה נובע משינוי בקיבול החום. של התמיסה המכילה את החלבון

ההבדל , בתמיסת החלבון רואים עלייה באנרגיה שצריך להשקיע על מנת לעלות במעלה אחת. באופן כללי

ביצוע אינטגרל מתחת לקפיצה בשינוי בקיבול החום נותן את . נובע מהשקעת האנרגיה בפרימת החלבון

השיטה הספקטראלית נותנת לנו את , מנגד. טכניקה זו אינה רגישה במיוחד. הליךהאנתלפיה של הת

CDהשיטה שמשתמשים בה לרוב הינה . ללא שינוי האנתלפיה, הטמפרטורה שבו החלבון עבר דהנטורציה

)circular dichroism .(שיטה זו מתבססת על ההבדל בבליעה של אור מקוטב שמאלה ואור מקוטב ימינה ,

שינוי בבליעה עם שינוי הטמפרטורה נותן לנו ). וחלבונים הם כיראליים(ר מתבססת על כיראליות תכונה אש

ספקטרוסקופיה המבוססת על פלואורסנציה יותר מדויקת מאשר ספקטרוסקופית . את טמפרטורת הפרימה

ארוך אין באורך הגל ה. בפלורוסנציה שולחים באורך גל אחד והגלאי מכוייל לאורך גל ארוך יותר. בליעה

פלורוסנציה ניתן לבצע בריכוזים מאוד . כל אור שמגיע באורך גל כזה לגלאי נובע מהפלורוסנציה, מקור אור

הרבה חלבונים גורמים לדעיכה לא . זוהי שיטה רגישה הרבה יותר מספקטרוסקופיה רגילה, נמוכים

פלורוסנציה עולה ככל �ת מים בעזרת מולקולות פולאריות חיצוניות דוגמ) נגיד מטריפטופאן(פלורוסנטית

. mass spectrometry –שיטה נוספת . שמתרחקים מהמים וזה מהווה מדד לקיפול או פרימת החלבון

. כך ששיירים חומציים יתמירו את המימן שלהם בדויטריום) דויטריום(ממיסים את החלבון במים כבדים

ניתן גם לדעת בדיוק אילו NMRקטרוסקופית בספ. עליית המסה של החלבון נותנת לנו מידע רב על החלבון

בשתי השיטות השינוי הכמותי בפרוטונים מהווה מדד למצב . חומצות אמינו קיבלו דויטריום במקום מימן

.הקיפול של החלבון

זמן , לעומת זאת בחלבונים. יצירת מבנים שניוניים נוצרים סביבות מספר מיקרושניות ומטה. קיפול חלבונים

למה זה לוקח כל כך הרבה זמן אם . של קיפול לוקח מספר מילישניות עד שניות עד שעותמחצית החיים

השלב קובע המהירות הוא האיזומריציה של פרולין מתצורת ? יצירת המבנים השניוניים לוקח כל כך מעט זמן

רנס המעבר מציס לט. בפרולין ההעדפה לציס יותר משמעותית מאשר כל חומצה אמינית אחרת. ציס לטרנס

זמן מחצית החיים יכול להיות . לוקח זמן היות וצריך לשבור את הקשר הפפטידי ולהחליף את התצורה שלו

י "תהליך זה מקוטלז ע. כ שלב קובע מהירות של חלבונים שונים"בד. עשרות עד מאות שניות לאיזומריזציה

המנגנון לקטליזה אינו . רנסאנזים המבצע איזומריזציה של פרולין מציס לט – prolyl isomeraseהאנזים

חושבים שיש עיוות של הקשר הפפטידי המאפשר את הקיפול שלו . סדרי גודל 6יש זירוז של עד , ידוע

אנזים זה משמש אותנו בדיכוי מערכת ). משנים את האופי של הקשר הפפטידי שיהיה יותר דומה לקשר בודד(

.לדוגמא, ים מושתליםעיכוב של אנזים זה גורם לירידה בדחיית איבר. החיסון

קשרים דיסולפידיים נוצרים . דבר נוסף המאט את קיפול החלבונים הינו יצירה נכונה של קשרים דיסולפידיים

לא , י וכולי'גולג, ER(מחוץ לתא ובתוך האברונים : יש שני אתרים בהם זה יכול לקרות, בסביבה מחמצנת

יכול להיווצר בלבול ויצירת קשרים שאינם SSשרי כאשר יש יותר מאפשרות אחת ליצירת ק). כולל הגרעין

ברור לנו שחיזורו ויצירת , לא נכון SSאם יוצרים קשר , מאחר ויצירת הקשרים הוא שלב מאוד איטי. נכונים

) PDI )protein disulfide isomerase –חלבון שמזרז את התהליך . הקשר הנכון יכול לקחת הרבה זמן

SSלחלבון זה יש קשר . ER-נמצא ב PDIהאנזים . אחד מהחלבונים המופרשים הנפוצים ביותר לפי משקל

החלבון אוהב להשתמש בכוח . חלבון זה יותר יציב במצב המחוזר שלו מאשר במחומצן. מאוד ריאקטיבי

לחץ על קשר הקונפיגורציה של החלבון יוצרת. שלו על מנת לחמצן משהו אחר SS-המחזר שעצור בקשר ה

הם לא הקשרים SS-עובד לפי ההנחה שאם קשרי ה, DSB-הידוע גם כ, PDI. וכאן נצורה האנרגיה SS-ה

הלא נכון יהיה SS-מה שיקרה אז זה שקשר ה. נכונים אז מבנה החלבון לא יהיה מקופל כהלכה/ הנטיביים

ברגע . שנגיש אליו SSל קשר הוא שובר כ, שהוא פוגש SSחלבון זה מחזר כל קשר . יותר חשוף לתמיסה

חשופים SSקשרי . מניח לו PDI-לאנזים וה/ כבר לא חשופים לממס SS-קשרי ה, שחלבון מתקפל כראוי

.חבויים מן הסתם לא SSקשרי , מחוזרים

כל ריכוז ). פרוד 50%-מהחלבון מקופל ו 50%הריכוז בו ( 50%בריכוזי דנטורנט מעל ריכוז דנטורנט

הדהנטורציה הינה ליניארית לריכוז , בריכוז הזה. גרום שיהיה לרוב דהנטורציה ולהפךדנטורנט מעל זה י

אנרגיית האקטיבציה . ומשם ניתן למצוא את אנרגיית האקטיבציה של התהליך) משוואה במצגת(הדנטורנט

לא עבור המעבר, אנרגיית האקטיבציה לתהליך הפרימה –היא עבור המעבר מהמצב הנטיבי למצב הביניים

לריכוזים מתחת לריכוז , עבור מספר חלבונים קטן בעלי גודל קטן ומבנה פשוט. למצב הדהנרוטטיבי לגמרי

קבוע הקצב , עבור חלבונים יחסית מאוד פשוטים. התהליך שישלוט הוא תהליך הקיפול, 50%דנטורנט

קודם הוא מאט אותו לקיפול גם ליניארי לריכוז הדהנטורנט אך כעת במקום להאיץ את התהליך כמו במקרה ה

מקבוע הקצב ניתן . במשוואות מייצגים קבועים אשר תלויים בסוג הדנטורנט mהערכים ). משוואה במצגת(

מה . מ של קיפול ופרימת החלבון"עבור כל ריכוז של דהנטורנט יש שינוי בש. למצוא את אנרגיית האקטיבציה

" מטלטלים"כאשר . וא קבוע החזרה לשיווי משקלקבוע זה ה, kobsאת הקבוע הקינטי ? מודדים בסופו של יום

, טלטול יכול להיות הוספת דנטורנט(מערכת ניתן למדוד את הקצב שבו הוא חוזר למצב של שיווי משקל

. מ תלוי בשני קבועי קצב"במקרה שאנו מדברים קבוע הקצב של החזרה לש). חימום ועוד, סילוק של דנטורנט

הקבוע , במקרה בו ריכוז הדהנטורנט יהיה גבוה. kfלמעשה הקבוע לקיפול יהיה kobs, בריכוז דנטורנט נמוך

התצפיות הללו יהיה עבור מעבר של חלבון מתנאי דהנטורנט . ku –הנצפה יהיה עבור תהליך הפרימה

ומייצג kobsאשר מייצג את הלוגריתם הטבעי של Vהינו גרף בצורת Chevron Plot-ה. מסוימים להפוכים

מייצג את נקודת השווי משקל כלומר את הנקודה V-תחתית ה. את השינוי בערך זה לפי ריכוז דהנטורנט

מהאקסטרפולציה ניתן לראות , משמעות הגרף הינו בבדיקת הליניאריות של התהליך. 50%ריכוז דהנטורנט

ומר לנו שמשהו בהנחות היסוד אם הגרף אינו ליניארי זה א). דהנטורנט 0%-קצב הפרימה ב(את קצב הקיפול

המשוואות אינן נכונות . אין תלות ליניארית בין קבועי הקצב השונים לבין ריכוז הדהנטורנט. שלנו אינו נכון

לא מדובר במצב שבו החלבון במצב מקופל לגמרי למצב שהוא פרום . כאשר יש מצב של תוצר ביניים

של קבוע ()lnרואים שאין תלות ליניארית של chevron plot-כ רואים ב"בד. יש שלבי ביניים, לחלוטין

חוסר ליניאריות בקיפול נובע מתוצרי ביניים וליניאריות בפרימה מעיד . הקיפול לבין הריכוז של הדהנטורנט

בא לכמת אם חומצה Tanford βערך ). כמו להוציא קלף מתחתית בניין קלפים(על חוסר במצבי ביניים

זה מה –במצב הנטיבי החלבון מקופל והחומצה נמצאת בליבה . צב הביניים אלואמינית ספציפית חשופה במ

, פיתוח במצגת( βמרכיב את ) קבוע הליניאריות של הפרימה( m-ה. באה לכמת לנו Tanford β value-שה

כאשר מדברים על תהליכי קיפול ופרימה צריך להפריד בין מצב של שני ). לא להשקיע בזה יותר מדי מאמץ

עבור מספר מועט של חלבונים פשוטים יש ). עם תוצרי ביניים(או תהליך רב שלבים ) מקופל/ פרום ( שלבים

בצורת chevron plotהקבועים הקינטיים נותנים , במקרה הספציפי הזה. מקופלת ופרומה –רק שתי צורות

V ,ברוב החלבונים נקבל חוסר ליניאריות בקיפול. כלומר שני התהליכים ליניאריים.

–ככל שנמצאים לשמאל . מצב מעבר הינו מבנה אשר נמצא בשיא בדיאגראמת קואורדינאטת הריאקציה

מוגדר אך TS-ה. ככל שנמצאים יותר לימין המצב דומה יותר לתוצרים, מדובר במשהו שיותר דומה למגיבים

ה תתרחש יותר הריאקצי, ככל שהוא פחות יציב. זהו המצב הכי פחות יציב בתהליך, ורק מבחינה אנרגטית

/ נבין את קצב הריאקציה של קיפול , TS-אם נבין איך נראה ה. לאט כי עדיין חייבים לעבור דרך צורה זו

קצב הריאקציה תלוי במקדם פרופורציה כפול האקספוננט עם אנרגיית האקטיבציה , לפי אהרניוס. פרימה

. רה קצב הריאקציה יעלה ולהיפךככל שנעלה את הטמפרטו. חלקי מינוס מכפלת קבוע הגזים בטמפרטורה

מצב ביניים פחות יציב משמעו ). עקב האקספוננט(היחס בין הטמפרטורה לבין השינוי בקצב אינו ליניארי

אם ? שלנו נטיביים TS-האם כל ה. קבוע קינטי יותר נמוך ולכן קצב יותר נמוך עבור טמפרטורה נמוכה

האם כל ? מתרחשת גם במצב הנטיבי TS-רחש בכל אינטראקציה שמת', רץ' החלבון מתקפל כמו ריץ

אינטראקציה שקוראת במצב הביניים נשמרת ואליה מתווספות אינטראקציות נוספות או שיש בנייה ופירוק

, קשה מאוד לחקור אותו מבחינה מבנית, הכי פחות יציב TS-היות וה? TS-של אינטראקציות במעבר דרך ה

ל המצב "כנ(על מנת לחקור את המבנה שלו TS-ניתן לבודד את ה לא. הוא בעל זמן מחצית החיים הכי קצר

היות . בעל שיירי ציסטאין שונים) BPTI(י לקיחת חלבון פשוט "ענו על השאלה הקודמת ע). הפרום לחלוטין

ניקח את החלבון המחוזר , על מנת לבדוק מצב מעבר. שונים יכולים להיווצר SSקשרי , ויש ציסטאינים רבים

. חשופות SH–לאחר כמה זמן נזרוק פנימה ריאגנט שחוסם קבוצות . זרוק אותו לסביבה מחמצנתלחלוטין ונ

מה שקורה הוא . את המצב התקפל מקפיאים ואת מבנהו חוקרים. כך נוכל לבדוק אילו חומצות אמינו התחמצנו

עקב , םאבל לא כלל הקשרים קיימי SSיש קשרי (שיש חלבון עם אינטראקציות נטיביות אבל לא תמיד

על ? איך מגלים אם הקשר נכון. הינו נטיבי רשייווצ SSלא כל קשר , בנוסף). קבוצת ההגנה על הסולפהידריל

. הינם הנכונות TS-שנוצרים במהלך ה SS-נותרה מחלוקת אם קשרי ה. פי שיטה לפיה מבצעים את הניסיון

.המצב הפרום לחלוטין הינו המצב הדהנרוטיבי, מצב המעבר אינו פרום לחלוטין

Φ value analysis , אנליזה זו מתבססת על שינוי חומצה אמינית מסוימת לאלאנין ומאלאנין לחומצות אמינו

ציה בנקודה עושים מוט. משתמשים באלאנין כי היא חומצה אמינית שאינה ריאקטיבית במיוחד. אחרות

ניתן לבדוק את . כאשר מבצעים מספר חזרות, ספציפית ובודקים את השפעת המוטציה על קצב הקיפול

הרצף הנטיבי והרצף –י השוואת קצבי הקיפול של שני החלבונים "השפעת חומצת האמינו על הקיפול ע

לבון המוטאנטי פחות של הח TS-ה. משמעו שאנרגיית האקטיבציה עלתה, אם קצב הקיפול עולה. המוטאנטי

זה גורם לכך שקצב . יציבות מצב המעבר עורערה, )במקרה שעליו אנו מדברים(יציב מאשר ברצף המקורי

. אין הבדל באנרגיית המצב הפרום עקב ההנחה שאין אינטראקציות במצב זה מתוקף הגדרתו. הריאקציה יורד

הנחת יסוד . ציפית מקופלת במצב המקופלההחלפה באלאנין נועדה על מנת לבדוק האם חומצת האמינו הספ

הנחה המתבססת , של כל ההחלפות הללו היא שהחלבון מתקפל לאותה הצורה לאחר החלפת חומצת האמינו

ההחלפה נועדה לבדוק את השינוי . על כך שיציבות החלבון אינה מתבססת על חומצה אמינית אחת בלבד

זה אומר שהעמדה שבה בוצעה מוטציה כבר , ב מוטציהאם נראה שיש ירידה בקצב הקיפול עק. בקצב הקיפול

יכול להיות שהמוטציה ערערה את , לא משנה לנו מהי האנרגיה של החלבון הנטיבי. מקופלת במצב המעבר

כאן , ההפרש בין האנרגיות אינו משנה לנו היות וזה לא קשור לקצב הריאקציה. המבנה של החלבון המקופל

קבוע קצב של , יש ערעור של מצב המעבר והעלאת אנרגיית האקטיבציה במקרה בו. נכנס רק מצב המעבר

. קבוע הקצב לפרימה אינו משתנה ושווה בשני המקרים, מנגד). והשינוי באנרגיה חופשית עולה(הקיפול יורד

או , ניתן להסיק כי החומצה האמינית שהוחלפה אינה תורמת לקיפול, במקרה בו אין שינוי בקצב ההתקפלות

לצורך העניין יכול להיות שהחומצה האמינית אינה תורמת לייצוב מצב . אחרות אינה מתקפלת במילים

ל קבועי הקצב "כנ, אנרגיית האקטיבציה שווה בין שני החלבונים, אם הקצב של הקיפול שווה. המעבר

ווה את ומה 1-ל 0נע בין Φ value-ה. גם במקרה הזה יציבות התוצר המקופל אינו מעניין אותנו. לקיפול

כאשר ערך זה שווה לאפס וחומצת האמינו . היחס בין שינויי אנרגיות האקטיבציה בין שני החלבונים השונים

ישנם גם . השייר משפיע על יציבות מצב המעבר, 1-כאשר הערך שווה ל. אינה מייצבת את מצב המעבר

חומצת האמינו , הצפוף ביותר אם המבנה של החלבון המקופל הוא. 1- מקרים בהם ערך זה יכול להיות גדול מ

אלא אם –קשה להאמין שהיא עושה עוד יותר תרומה למצב המעבר . עושה את התרומה המקסימאלית שלה

הוא מנת היחס בין Φהיחס ). נוצרת אינטראקציה שחסרה בחלבון הנטיבי(כן התרומה שלה אינה נטיבית

-ההנחה הבסיסית היא שההבדל בין אנרגיות ה. אנרגיות מצב המעבר לבין היחס של אנרגיות המצב המקופל

TS ולכן (שווה או קטן מאנרגיות המצב המקופלΦ לא כולל אינטראקציות שאינן , ומטה 1אמור להיות

.זוהי הטכניקה היחידה שנותנת לנו לנתח מבנה של מצב המעבר). נטיביות

אין מהלך אחיד עבור כל . חלבונים יש שלל רב מאוד של. ישנם תיאוריות שונות לתהליכי קיפול של חלבונים

איך , ההגדרה של תוצר ביניים היא גם בעייתית. חלבונים שונים מתקפלים בדרכים שונות, החלבונים

ניתן לתאר . ההגדרה של תוצר ביניים נובעת מיציבות של המבנה? מבדילים בין תוצר ביניים לבין מצב מעבר

:מהלכים שונים של קיפול 3

.הסתרת השיירים ההידרופוביים ממים – קריסה הידרופובית .1

.יצירת מבנים שניוניים של החלבון ואז הזזתם במרחב עד לקבלת המבנה המקופל .2

לאורך כל השרשרת ' רץ' ומשם התפלגות של הקיפול כמו ריץ βיצירת מבנה מסוים כמו מבנה .3

.הפוליפפטידית

הוא ליניארי בשני chevron plot-ה, רואים כי אין תוצר ביניים CI2של Φ value analysisכאשר עשו

מסתכלים על חלבון עם ) RNAחלבון מפרק ( barnaseכאשר מסתכלים על . ישנם מצבי מעבר, מנגד. צידיו

ראו שיש מספר צורות , בליזוזים. צורות קיפול ביניים, foldonsלחלבון זה יש מספר . מספר מצבי ביניים

.יש מספר תוצרי ביניים המייצגים שתי דרכים שונות להגעה למבנה שלישוני. ע למצב הסופיבהם ניתן להגי

המהלך מתחיל עקב קריסה הידרופובית כאשר לאחר מכן יש יצירת קשרי : המהלך המאוחד של קיפול החלבון

. קונדנסציה �התהליך הינו נוקליאציה . החלבון קורס הידרופובית תוך יצירת קשרי מימן עם המים. מימן

כאשר . האריזה הסופית של מבנים שניוניים מצריכה שכלל חומצות האמינו ישתלבו אחת בשנייה באופן מיטבי

אשר הינו מצב שבו יש מבנים שניוניים אך molten globuleלא מגיעים למצב הזה יש מצב ביניים הנקרא

.הקריסה של המבנה לא הושלמה

Lattice simulation – הידרופובי (ה לוקחים שרשרת פשוטה הבנויה משתי סוגי תת יחידות סימולציה ב

מהשרשרת יוצרים מבנה דו מימדי ורואים שאכן יש קריסה הידרופובית על מנת לענות על צרכי ). והידרופילי

.מהווה מודל פשוט לקיפול של חלבון. האינטראקציות של תתי היחידות השונות

כאשר ניתן להבדיל בין . יה ובאנטרופיה עם התקדמות קיפול החלבוןמשפכי קיפול מראים את השינוי באנרג

.מצבי מעבר ועוד, Molten globule –מצבים שונים לפי המאפיינים התרמודינאמיים שלהם

יש הבדלים גדולים . הרבה יותר ממה שניתן לבצע במבחנה, )ל"ג למ"מאות מ(בתא יש ריכוז חלבונים עצום

הדבר הכי מסוכן לחלבון שרוצה להתקפל זה חלבון אחר שרוצה . in vitro-ל in vivoמאוד בין קיפול

על , בתא. עקב אינטראקציות כאלה, במבחנה נוצר משקע. להתקפל לידו וזאת עקב אינטראקציה הידרופובית

השפרונין תופס חלבון פרום שזה ). אנזימים עוזרי קיפול(יש שפרונים , מנת להימנע מאגרגציה בלתי הפיכה

אשר מקפלים את החלבון foldasesישנם גם . סונתז ומחזיק אותו שלא יעבור אינטראקציות לא נכונותעתה

מהווים , הם חלבונים שנוצרים בתא עקב עקת חום) Hsp( heat shockחלבוני ). גם סוג של שפרונים(כראוי

חלבוני . מחדש חלבונים שנפרמו ומקפלים אותם" תופסים"שפרונים אשר מונעים דהנטורציה בכך שהם

.כמותם עולה בעת עקה, העקה הללו פועלים גם במצב רגיל

. שפרונים מבצעים את אותה הפעולה. כלומר מוריד את אנרגיית האקטיבציה, אנזים מייצב את מצב המעבר

פנים , התא מכיל מכסה שכאשר הוא נוכח. ניתן לחשוב על השפרונים כתא שלתוכו החלבון יכול להיקשר

ניתן למשול . יש שינוי קונפורמציה מאוד גדול בפנים החלבון, ברגע שהמכסה נקשר. דרופוביהתא הינו הי

. הפנים הידרופובי, מנגד כאשר הסיר בלי מכסה, הפנים הידרופילי, כאשר הסיר עם מכסה. לסיר עם מכסה

ר שבסופו האנזים מכיל טיימ. פנים השפרונין הוא תא הידרופילי שבו החלבון שנכנס יכול להתקפל לידו

כי (השינוי הוא זה שגורם ליציאה של החלבון שזה עתה קופל . המכסה זז ופנים השפרונין הופך הידרופובי

ATPaseכלומר יש כאן פעילות של , ATPהטיימר הוא תלוי ). הוא מכיל שכבה חיצונית הידרופילית עכשיו

הוא נשאר , לא סיים להתקפלאם החלבון ). GROESהמכסה נקרא , GROEL –החלבון בעל פונקציה זו (

חלבונים יכולים גם להיתקע בתוך . דבוק לפנים ההידרופובי של הסיר ולא יוצא עד שהמכסה נסגר שוב

) אינם מוגנים(חלבונים שלא עוברים קיפול כראוי ). עקב מוטציה לדוגמא(השפרונין כאשר יש בעיה בקיפול

ן תא קיפול פרטי אשר נועד למנוע אגרגציה של השפרונין הוא מעי. י פרוטיאזות"עוברים דהגרדציה ע

השפרונין אינו ספציפי לחלבון מסוים אלא יכול לקטלז קיפול של עד אלפי חלבונים . חלבונים בלתי מקופלים

. E. coli-יש הומולוגיה רבה בין חלבונים אלו בין בני אדם ו, השפרונים מאוד עתיקים באבולוציה. שונים

.ם שכן מצליחים להתקפל בעצמם ללא שפרוניםראוי לציין כי יש חלבוני

התכלית של יצור חי . י חלבונים"הדרך לביצוע ריאקציות כימיות במערכת ביולוגית הינה באמצעות קטליזה ע

, מספר משוער(סוגים של אנזימים 100000- ישנם כ. אנזימים חיוניים לחיים. היא ליצור מכשירים מקטלזים

יש מספר ריאקציות . ע של אנזימים שאנו מכירים הם חלבונים גדוליםהרוב המכרי). מייצג סדר גודל

אנזימים שאינם מורכבים מחלבונים נקראים ). סינטזת קשר פפטידי בריבוזום( RNAי "המקוטלזות ע

ribozymes . רגולטורים , סובסטרטים, קופקטורים(ליגנדים –אנזימים קושרים מספר רב מאוד של חומרים

הם מחישים את , אנזימים הם קטליזאטורים ביולוגיים. וג של הליגנד היא פחות קריטיתהגדרת הס...) ועוד

המגיבים של האנזימים נקראים . כלומר הם לא חד פעמיים, קצב הריאקציה ללא שינוי כימי בעצמם

האנזים מחיש את קצב הריאקציה . לכל אנזים יש סובסטרטים ספציפיים ותוצרים ספציפיים. סובסטראטים

. אינם משנים את קבוע שיווי המשקל אלא רק גורמים לכך ששיווי המשקל יגיע יותר מהר, הכיוונים לשני

צימוד ריאקציה , לדוגמא(אנזימים מצמדים שתי ריאקציות שונות על מנת לבצע ריאקציות אנדרגוניות

קציה לא האנרגיה לריא, אין פה אנרגיה יש מאין). ופוספאט ADP-ל ATPאקסרגונית כמו הידרוליזת

האנזים לעומת זאת ספציפי למגיב , קטליזטור הינו ספציפי לריאקציה. מועדפת נובעת מריאקציה מצומדת

צריך לזהות את הכימיקל באופן ספציפי ואז לבצע את הפעולות , אם אני רוצה להוסיף לכימיקל מתיל. ולתוצר

את אנרגיית האקטיבציה של כלומר מורידים, האנזימים מייצבים את מצב המעבר. הנדרשות על גביו

.המצב הכי פחות יציב בריאקציה, מצב המעבר הינו שיא האנרגיה במעבר מתוצרים למגיבים. הריאקציה

. ריכוז צורון מצב המעבר שווה לריכוז המגיב כפול פקטור בולצמן, במצב המעבר: תיאוריית תורת המעבר

קצב הריאקציה הינו קצב הפירוק של . לבין המגיבבין החומר במצב המעבר ) אלא מעריכי(אין יחס ליניארי

. הקצב הזה הינו פשוט התדירות הויברציונית של הקשר אותו אנו רוצים לפרק או ליצור. מצב המעבר

התדירות היא למעשה קבוע בולצמן כפול . התדירות המקסימאלית לשבירת קשר הינו התדירות הויברציונית

המאחדים את היחס שזה עתה צוין ואת היחס ) שיש במצגת(ים שונים מפיתוח. הטמפרטורה חלבי קובע פלאנק

.בין ריכוז הסובסטרט למצב המעבר מקבלים את משוואת אהרניוס לקצב הפירוק של מצב המעבר

משהו בין המגיב (אם יש גם תוצר ביניים . תוצרים ומצב מעבר, בריאקציה יש מגיבים: הפוסטולט של המונד

אם מצליחים לתפוס תוצר . מצב המעבר יהיה יותר דומה לו, וצר הביניים יותר גבוהככל שאנרגיית ת, )לתוצר

מצב המעבר הינו . אנו מקבלים צורון דומה למצב המעבר) והאנרגיה שלו יחסית קבוע(ביניים של הריאקציה

פשר א, כאשר יש תוצר ביניים בריאקציה). עקומי פוטנציאל(חיתוך בין עקומת התוצר לבין עקומת המגיב

ממצב זה קל יותר . להתייחס אליו כסובסטרט בעל עקום פוטנציאל יותר גבוה מזו של הסובסטרט האמיתי

ככל שתוצר . לעבור לתוצר היות וצריך לעלות פה פחות על מנת להגיע לשיא האנרגטי שבין המגיב לתוצר

יב להיות בעל צורה עקום הפוטנציאל לא חי. כך הוא יותר דומה למצב המעבר –הביניים יותר אנרגטי

הפוסטולט של המונד אומר שתוצר ביניים הכי אנרגטי יהיה הכי דומה למצב ). בעל צורת פרבולה(הרמונית

.bronsted β value-ניתן לכמת זאת באמצעות ה. המעבר

:עקרונות של קטליזה

המקוטלז לזה שאינו היחס בין קצב הריאקציה . סדרי גודל 17האנזים המהיר ביותר הינו בעל קצב זירוז של

ריאקציות מסוימות הינן איטיות ". אין ריאקציה, בלי אנזים"עד כדי כך שניתן להגיד ש, מקוטלז הוא עצום

אין סיבה . לדוגמא בהידרוליזה של אסתר או של אצטל, מאוד עקב הפרדת מטענים בשלב יצירת הקשר

דים על סמך קטליזה חומצית כללית או רוב האנזימים עוב. פתאום לעבור הפרדת מטענים ילצורון ניטראל

אותו דבר עם . בסיס מייצב את המטען החיובי שנוצר ומאפשר הפרדת מטענים יעילה. קטליזה בסיסית כללית

).י פרוטון"ע(קטליזה חומצית כללית אשר מייצבת מטען שלילי

:מנגנוני קטליזה

הקטליזאטור הבסיס אינו קוטף . קטליזה זו מייצבת באופן רגעי מטען חיובי –קטליזה בסיסית כללית •

ההידרוליזה . פרוטון אלא מייצב מטען חיובי שנוצר על חמצן של מים בעת ביצוע הידרוליזה לאסתר

.של האסתר הינה התהליך הרצוי

לדוגמא ( בקטליזה חומצית שוב יש ייצוב של מטענים שנוצרים עקב הפרדת מטענים בהידרוליזה •

.הרווח האנרגטי המוריד את אנרגיית האקטיבציה נובע מייצוב המטענים). בהידרוליזת אצטל

יון . כאשר היון מייצב מטען שלילי באופן טוב מאוד) כמו אבץ(קישור ליון : קטליזה אלקטרוסטטית •

האנזים עצמו אינו מבצע התקפה . האבץ מייצב בקלות את המטען השלילי על הידרוקסיד

והמולקולה המיוצבת ) בצורה יותר פעילה כמו הידרוקסיד(ליאופילית אלא הוא מייצב את המים נוק

קישור של מים לאבץ גורם לכך שאיבוד פרוטון נהיה יותר קל , לצורך העניין. היא הנוקליאופיל

.ונוצר לנו הידרוקסיד

נקשר לאנזים בקשר נוצר מצב מעבר שבו הסובסטרט , שינוי מנגנון הריאקציה: קטליזה קוולנטית •

האנזים במקרה הזה צריך לשאוף . המנגנון משתנה ביחס לריאקציה הלא מקוטלזת. כימי קוולנטי

אנו צריכים . י יצירת תוצר ביניים אשר יציב יותר מהמגיבים"לפרק את המגיבים באופן מהיר וזאת ע

יהפוך להיות חד ובעתם (ליצור תוצר ביניים יציב אבל לא מדי כדי שלא יתקע עם מצב המעבר

) acetylpyridinium(י התקפה של פירידין על אנהידריד אצטי ליצירת קטיון "ע, לדוגמא). פעמי

.אשר עובר הידרוליזה לתת שני יוני אצטט

האנזים צריך להיות נוקליאופיל יותר חזק ממה שהוא מחליף על מנת , בקטליזה נוקליאופילית •

היה כך יאם זה לא , ות יותר ריאקטיבי מחומר המוצאתוצר הביניים צריך להי. שההתמרה תתרחש

יניים צריך להיות תוצר הב, מעצם ההגדרה. היה מגיביתוצר והאנזים ההיה פשוט יתוצר הביניים

.מהתוצר פחות יציב גם

ל עבור קטליזה "כנ, ככל שהבסיס יותר חזק אז הוא יהיה זרז יותר חזק. חומצית/ נחזור לקטליזה בסיסית

היא צריכה להיות במצב , על מנת שחומצה תעשה קטליזה חומצית). כל שהחומצה יותר חזקהכ(חומצית

היא , פרוטונציה-אם היא כבר עברה דה. אנו רוצים שהחומצה תשאף להיפרד מהפרוטון שלה. החומצתי שלה

ס כבר אם הבסי, ל עבור קטליזה בסיסית"אותו כנ. היות והיא למעשה בסיס) חומצי(לא תעבוד כקטליזאטור

יהיה זרז חומצי יותר חזק מכזה עם 5של pKaחומצה עם . קטף פרוטון מהתמיסה אז אין קטליזה בסיסית

pKa=7 .ב, למרות זאת-pH=7 , כי זה עם (הזרז השני יהיה יותר חזקpKa=5 פעיל ב 1%הינו בעל-pH

ל עבור קטליזה "אותו כנ. החומצה הינה יותר פעילה והזרז הינו יותר פעיל, pKa-קרוב ל pH-ככל שה). זה

7של pKaלכן חומצות האמינו שמשמשות לרוב לקטליזה באתרים פעילים של אנזימים הינם בעלי . בסיסית

לא נמצא את חומצות האמינו היותר פעילות באתרים , מנגד. היסטידין –דוגמא לכך ). פיזיולוגי pH-קרוב ל(

). סרין בעלת קבוצת ההידרוקסיל הינה חומצת האמינו הפעילה(סרין פרוטיאזות –דוגמא נוספת , הפעילים

תלוי את מה מייצבים , ניתן לבצע קטליזה חומצית כללית וקטליזה בסיסית כללית לחלק מהריאקציות

הקשר –ים דוגמא לקשר שניתן לפרק בשתי הדרכ. ובכימיקלים המעורבים ורגישותם לחומצה או בסיס

.pH-לא אומר לנו שום דבר לגבי היכולת הקטליטית של האנזים בלי לדעת מהו ה pKa. הפפטידי

שני מגיבים נפגשים ויצרים תוצר כאשר הקצב של (בריאקציה אינטרמולקולארית יש קינטיקה של סדר שני

בקטליזה . ל סדר ראשוןעם הוספת אנזים הריאקציה מקבלת קינטיקה ש). הריאקציה עולה עם ריכוז המגיבים

כמו בהידרוליזה של , י חלק אחד של המולקולה על חלק השני"אינטראמולקולארית מתרחש ייצוב מטען ע

. זה כאילו הבאנו את זרז חיצוני בריכוז מאוד גדול, אם מביאים את הקטליזאטור כחלק מהמולקולה. אספירין

. דרי גודל מאשר קטליזה אינטרמולקולאריתהקטליזה האינטראמולקולארית היא אפקטיבית יותר בכמה ס

אין צורך ליצור כורח , היתרון של קטליזה אינטראמולקולארית הינה באנטרופיה. הסיבה לכך היא האנטרופיה

אם לוקחים שתי . כול הרכביבים כבר נמצאים סמוך אחד לשני, ששתי מולקולות יפגשו בזווית מאוד מסוימת

.הקיבוע במרחב הינו בעל תשלום אנטרופי, )מספר מצבים(גות חופש ישנו איבוד של דר, מולקולות יחד

בהתקפה . מי שעובד זו מולקולת מים, בסיסית אין צורך בהתאמה מרחבית טובה/ בקטליזה חומצית

ויש לכך תשלום ) זווית, כיוון גישה(נוקליאופילית יש צורך ביצירת מצב מסודר בין שתי המולקולות

בריאקציה אינטראמולקולארית הינו בחוסר הצורך להביא שתי מולקולות באוריינטציה הבונוס . אנטרופי

.ספציפית

החלבון המקטלז למעשה לוקח שני מגיבים אשר הסביבה הפנימית בו שונה מהסביבה החיצונית אם בחוסר

הינו הפרוטון הראשון שמתווסף ) NH2NH2(בפרוטונציה של הידרזין . מים או בשינוי בקבוע דיאלקטרי

אם אנו רוצים . נובע מהדחייה האלקטרוסטטית' ההבדל הענק. pKa=-1-ואילו השני הינו ב pKa=8בעל

. צריך לעשות זאת באזור עם מקדם דיאלקטרי מאוד גבוה, לציור מולקולה עם שני מטענים חיוביים קרובים

הקבוע ). ככל שניתןצריך ערך קבוע נמוך (ההפיך הוא הנכון אם רוצים לקרב שני מטענים שליליים

יכול (במים ואינו ידוע בחלבון 80קבוע זה הינו בעל ערך של . הדיאלקטרי של חלבון הינו מאוד לא הומוגני

קטליזה יכולה להתבצע גם עקב מיקום של דיפולים שיכולים ). להיות בעל מספר ערכים שונים לאורך החלבון

.לייצב מטענים

מתכת יכולה גם לייצר . נו שמתכת מייצבת יכולה לייצב יון הידרוקסידקודם ראי –מתכות בקטליזה אנזימתית

המתכת קובאלט מגדילה את הדיפול בין החמצן לפחמן בקרבוניל מה שעושה , לדוגמא. קטליזה אלקטרופילית

.את הפחמן אלקטרופיל יותר טוב

החנקן הינו בסיסי וסופח , התקפה של אמין על קבוצה קרבונילית( Schiffקטליזה אלקטרופילית על ידי בסיס

כלומר הוא מהווה גורם מושך electron sinkמהווה , עקב היותו טעון במטען חיובי, בסיס השיף). פרוטון

הבסיס גם מפעיל פחמנים על ידי . האלקטרונים זורמים לכיוון החנקן טעון חיובית בבסיס השיף. אלקטרונים

. ליהםכך שהוא מביא ליצירת מטען חיובי יותר גדול ע

אצטואצטט דהקרבוקסילאז אשר יוצר בסיס –דוגמא

שיף כאשר כל מעברי האלקטרונים בריאקציה נודדים

. קרקובסילציה-כתוצאה מזה יש דה. אל כיוון החנקן

NaBH3-אנו יודעים שזהו מנגנון הריאקציה היות ו

הפיכת סוכר אחד , ולאזאלדולאז וטרנסאלד –דוגמא נוספת . מחזר בסיס שיף והוספתו מעכב את הריאקציה

אמין . המנגנון של אנזים זה מסתמך על בסיס שיף). האנזים מזרז בשני הכיוונים(גדול לשניים או להיפך

). החנקן במצב פרוטונציה(כ יצירת מטען חיובי עליו "מתקיף קרבוניל כאשר החנקן מתמיר את החמצן תו

כמו במקרה הקודם והפחמן הקרבונילי נהיה ברגע זה אלקטרונים זורמים אל החנקן לאורך המולקולה

ישנה הידרוליזה של , לאחר יצירת הקשר. פחמן- מה שמאפשר לו ליצור קשרי פחמן, נוקליאופיל יותר טוב

.Eי "באיורים האנזים מיוצג ע. בסיס השיף

ביוטין , NADHפקטורים כוללים - קו. פקטורים נועדו להעשיר את המגוון הקטליטי של חומצות האמינו- קו

שתי ). הן אלו שמסיסים במים ואלה שאינם(פקטורים של אנזימים -הויטמינים לדוגמא מהווים קו. ועוד

:דוגמאות

- PLP )pyridoxal phosphate (כלומר נוצר , פקטור לאנזים בעל מנגנון אלקטרופילי-מהווה קו

aspartateבאנזים . PLP-י ה"קשר קוולנטי עaminotransferase שיף אשר יוצר נוצר בסיס

בסיס השיף בעצמו הינו בור . מספר קבוצות

הינה בור לאלקטרונים כך PLP-גם ה, אלקטרונים

האנזימים עוזרים ליצירת בסיס השיף בינו . שנוצר מטען חיובי כפול שעוזר לייצב מטענים חיוביים

לאחר ). ליזין(שאליו מחוברת חומצה אמינית דרך בסיס שיף PLPנוצר מצב שיש .PLP-לבין ה

במקרה ). קרבוקסיל ומימן, אמין(אשר כל קבוצה עליו ניתנת להתמרה αהחנקן של הבסיס יש פחמן

. חנקן כפול-מימן ליצירת קשר פחמן-אלקטרוני הקשר עוברים מהקשר פחמן, של איבוד המימן

:לאחר סילוק הפרוטון יכולות להתרחש מספר תגובות

.אין סטריאוספציפיות בתהליך החוזר, התהליך החוזר גורם ליצירת רצמאט –רצמיזציה .1

טרנסאמינציה .2

קרבוקסילציה-דה .3

החלפת שייר צידי .4

לאחר מכן אפשר פשוט לפרק את הקומפלקס . נדידת האלקטרונים לכיוון בסיס השיף –הסיבה לכל התהליכים

.PLP-שנוצר לאמין ו

- α, קטורים באנזימים חשובים כגון פירובאט דהידרוגנאזפ-נמצא בהרבה קו). B1ויטמין (תיאמין -

בתיאמין ישנו . beriberiחוסר בפעילות אנזימים אלה מוביל למחלה . קטוגלוטראט דהידרוגנאז ועוד

גורם לכך שהפחמן של ) פירופוספאט+ תיאמין ( TPP-ה. בסיס שיף אשר קשור לאטום גופרית

הוא (בסיס השיף נהיה נוקליאופיל חזק

זהו הפחמן שבין ). קרבאניון נהיה

המטען על הפחמן . החנקן לגופרית

המטען החיובי על . י הגופרית"מיוצב ע

βהחנקן גם יכול להפוך פחמן שנמצא

). מרוחק בפחמן אחד(אליו לקרבאניון

לאחר מכן . קרבוקסילציה של פירובאט- כ דה"בפירובאט דהידרוגנאז ישנה יצירה של קרבאניון תו

שימוש במנגנון , טרנסקטולאז(דוגמאות נוספות במצגת . ך אליו אלקטרוניםבסיס השיף מוש

)תיוהמיאצטאל ליצירת תיואסתר

אנו יכולים לשער , אם הריאקציה מתרחשת באותה צורה קדימה ואחורה –רוורסיביוליות מיקרוסקופית

ה דרך מציאת מבנה מצב זה שימושי כי זה נותן לנו לנבא את קצב הריאקצי. שמצב המעבר זהה בשני הכיוונים

הרי שהוא זהה בכיוון השני אז ניתן , הרעיון הוא שאם קשה לי למצוא את מצב המעבר בכיוון אחד. המעבר

.בשני הכיוונים, מצב המעבר הינו פחמן טטראדרלי, ביצירת קשר אסתרי לדוגמא. למצוא אותו ככה

: דוגמאות ספציפיות של אנזימים

:מבצעים את הפעולות הבאותהאנזימים שנדבר עליהם

- Serine protease – אנזים המקטלז ריאקציה שב-pH היא מאוד איטית יניטראל .

- Carbonic anhydrase – אנזים המקטלז ריאקציה מהירה לריאקציה מהירה עוד יותר.

- Restriction enzyme – זיהוי ספציפי.

- NMP kinase – ריכוז המים גבוה הרבה יותר(ם מעביר את הפוספאט לנוקליאוטיד אחר ולא למי.(

.אנזים אחד יכול לבצע מספר סוגי קטליזות בו זמנית

).approximation(קירוב בין המגיבים כך שתתרחש התגובה –י קירוב "קטליזה ע

המנגנון הפרוטיאוליטי . פרוטיאזות הינם חלבונים אשר נועדו לעיכול ועל מנת לבצע שחלוף של חלבונים בתא

ריאקציה זו מועדפת תרמודינאמית אך בעלת מחסום קינטי עקב . ת מים לקשר פפטידי ופירוקוהוספ: פשוט

). עקב הרזוננס(מבנה רזונטיבי מייצב וירידה באלקטרופיליות של הפחמן הקרובינילי

י הוספת כימיקל "הנוקליאופיל באנזים התגלה ע. כימוטריפסין חותך אחרי חומצות אמינו הידרופוביות גדולות

DIPF שהגיב באופן סלקטיבי רק עםSer אחד שהוא הכי ריאקטיבי :Ser 195 . ניתן לעקוב אחר קצב

זוהי הוכחה שנוצר . מהיר ואיטי –מחקירת הקינטיקה רואים שני שלבים . י שימוש בכרומופורים"הריאקציה ע

השלב השני . זבתבשלב הראשון יש אצילציה ושחרור קבוצה עו. קשר קוולנטי רגעי בין האנזים לסובסטרט

אבל כדי , השלב הראשון משחרר את הריאגנט הבולע. צריך לפרק את הקשר שנוצר, הוא מחזור האנזים

. לכן השלב הראשוני מהיר מהשלב השני. להתקדם צריך לשחזר את האנזים

יותר Ser-הופך את ההידרוקסיל של ה His57. שתי קטליזות בסיסיות כלליות –שלשה קטליטית

מבצע Asp102בסיס נוסף של . לשלילי Ser-מושך את הפרוטון ובכך הופך את ה His-ה, ילינוקליאופ

אשר His-י אלקאוקסיד בגלל פעילות ה"ההתקפה הנוקלאופילית היא ע. His-קטליזה בסיסית כללית על ה

מובילה שבירת הקשר . -O-י כיס המייצב את ה"האנזים מייצב את מצב המעבר ע. תוקף את הפחמן האמידי

הקצה ). שיכולה לבצע משיכה של פרוטון ולבצע שחרור של פרוטון, His-מכאן השימוש ב(להחזרת הפרוטון

י מים "ההידרוליזה שנעשית ע. מהאנזים טההידרוליזה משחררת את הסובסטרא. האמיני עוזב את החלבון

לק מהריאקציה כקטליזאטור עובד בח His-ה. ובכך הופכת את המים לנוקלאופיל חזק יותר Hisי "מזורזת ע

א .הספציפיות של האנזים נובע מכיס גדול שקושר ח. בסיסי כללי ובחלק השני כקטליזאטור חומצי כללי

לכימוטריפסין ישנם . האנזים קושר סובסטרט בעלת חומצה הידרופובית גדולה. הידרופוביות גדולות

הכיס של . לפני הקשר הפפטידי שנחתך מה ששונה בהם זה הכיס שקושר את החומצה האמינית, הומולוגים

אלסטאז מנגד חותך קשר פפטידי לאחר חומצות . שם ייקשרו ליזין וארגינין, טריפסין מכיל קבוצה שלילית

.אמינו הידרופוביות קטנות

אימידזול וקרבוקסיל מופיע מספר פעמים באבולוציה בהקשר של חיתוך , OH–השלשה הקטליטית של

:דוגמאות נוספות. מנגנון מסוג זה מופיע גם בקספאזות. בעלי מבנים שונים לחלוטיןחלבונים אך בחלבונים

- Cysteine proteases – אין הידרוקסיל אבל הנוקלאופיל דומה, השלשה הקטליטית דומה ,

. סולפהידריל

- Aspartyl proteases – זוג חומצותAsp אחד קטליזטור חומצי . כאשר אחת מיוננת והשניה לא

שונה בגלל שלא ניתן להחזיק שני מטענים בשטח קטן מאוד pKa-ה. ני קטליזטור בסיסיכללי והש

). עקב המקדם דיאלקטרי(

- Metalloprotease – י מתכת"יש יצוב של הידרוקסיל ע.

. י תרופות שונות"פרוטיאזות חיוניות למספר רב מאוד של מערכות ביולוגיות ולכן עיכוב שלהן מבוצע ע

הפרוטיאזה של הוירוס מבוססת על שתי חומצות אמינו . HIVהדוגמא הכי מובהקת הינה אינהיביטורים של

המעכב . ולת מיםאחת משמשת כקטליזאטור בסיסי ואחת כחומצי וההתקפה מבוצעת על ידי מולק. אספרטט

המולקולה מכילה פחמן –אשר מדמה את מצב המעבר של קשר פפטידי crixivanשל החלבון הינו

הסיבה שזה עובד היא שמצב המעבר של שבירת קשר . את האתר הפעיל של האנזים" תוקע"טטראדרלי אשר

).הפחמן מקבל צורה כזו(פפטידי הינה בעלת צורה של טטראדר

הידרציה -חמצני ודה-אנזים המקטלז את ההידרציה של פחמן דו, carbonic anhydrase-האנזים נוסף הינו

שיסולק (ח "מ מהיר בריאקציה זו היות ואנו רוצים כמה שפחות פד"אנו רוצים תמיד ש. של חומצה קרבונית

. ודלסדרי ג 6- התהליך הינו מאוד מהיר והאנזים מזרז את הקצב ב. שיתמוסס -ומה שכבר נמצא ) מהריאות

CA אבץ תמיד . כיום ידוע ששליש מהאנזימים קושרים מתכות, היה האנזים הראשון שנראה שקושר אבץ

הינו בעל גרף פעילות CA-ה. המתכות קשורות בקשר קואורדינטיבי אל האנזים. 2+במצב חמצון של

–ת לפעילות שחיוני pKa=7מכאן רואים שיש קבוצה בעלת . pHסיגמואידית כשיש מיפוי של פעילות מול

. פרוטונציה-המתכת מייצבת את המטען שנוצר על המים ונותנת לה לעבור דה. מולקולת מים, במקרה הזה

י "ההידרוקסיד מוכוון ע. פרוטונציה ומשתחרר הידרוקסיד-מולקולת המים נקשרת לאבץ ועקב כך עוברת דה

לאחר מכן ). י האבץ"טענו מיוצב עשמ(ח ליצירת ביקרבונאט "האנזים לביצוע התקפה נוקליאופילית על הפד

משתמשים ? איך יודעים שזהו המנגנון. הקצב הינו מאוד מהיר. הביקרבונט עוזב ומולקולת מים מחליפה

. קבוצות קואורדינטיביות שיכולות לקשור את האבץ 4המכיל , )מולקולה סופחת מתכות מתמיסה(בקלאטור

ניתן (ח "סדרי גודל בהידרציה של פד 2אים הגדלה של רו, כאשר מפעילים את הקבוצה הזו עם אבץ על מים

הזוויות הספציפיות שנוצרות באנזים הן אלו ). לשחזר למעשה את פעילות האנזים אם כי ביעילות נמוכה יותר

מחיש את , לוקח מולקולת מים והופך אותה לנוקליאופיל חזק CAהאנזים . הנותנות לנו את הקצב המאוד גבוה

-קבוע שיווי המשקל של הדה. יעילות האנזים נבחנת לשני הכיוונים. שישה סדרי גדולהקצב הלוך וחזור ב

בתהליך . גודל זה נגזר מהחומציות של החומר, )14 –מים מזוקקים , 7 –באנזים ( pKa-פרוטונציה נובע מה

ל מנת הפרוטונציה יש תלות בריכוז הפרוטונים אבל מהירות הדיפוזיה של הפרוטונים אינה מהירה מספיק ע

מהירות הדיפוזיה אמורה לקבוע את ). התהליך החוזר(לענות על המהירות הגדולה של תהליך הפרוטונציה

מ של הריאקציה "לפי קבוע הש. לא המצב בפועל –קצב הריאקציה אם שווה או אפילו גבוהה ממנה

כי קצב (וקס כביכול פרד, האנזים משחרר פרוטונים לתמיסה יותר מהר ממה שהם מסתלקים, המקוטלזת

לא מבחינת (ועולה ככל שריכוז הבופר עולה 106-קצב הריאקציה הוא כ). הריאקציה החוזרת לא משתנה

pH ,הפרוטון מסתפח . לא למים, הפרוטון המשתחרר נספח ישירות לתמיסת הבופר). אלא מבחינת ריכוז

הבופר קולט את –של מהירות במקרה הזה אין מגבלה . הוא עוזר לאנזים להיפטר מהפרוטון, ישירות לבופר

בצורת built inהאנזים מספק בופר . הבופר הינו שייר היסטידין, בתא. כל הפרוטונים הסוררים אליו

כאשר משם הוא , עבור הפרוטון" תחנת ביניים"פרוטונציה ומהווה - ההיסטידין אשר עובר פרוטונציה ודה

ההיסטידין נמצא . כ הפעילות של האנזים"טון תוההיסטידין יכול להיפטר מהפרו. יוצא החוצה אל התמיסה

למעשה במנגנון זה קצב הריאקציה הינו למעשה גבוה יותר מקצב דיפוזיית . פחות או יותר באמצע הדרך

זה מה שגורם להאצה , יש כאן מנגנון של שחרור ולקיחת פרוטונים מהתמיסה. יש פה אילוץ –הריאגנטים

אשר קושרים אבץ אך לפעמים משתמשים בציסטאין CAישנם וריאנטים שונים של . בקצב הריאקציה

.הליקס β-מ, הינו דוגמא לכך והוא מורכב בצורה שונה γ-CA. במקום היסטידין

אנזימי . ים'כ מייצרים אותם כנגד בקטריופאג"חיידקים בד. DNAותכי אנזימי רסטריקציה הינם ח

אם אתר ההכרה . המזהים אתר הכרה מסוים, type 2כאשר אנו נדבר על , רסטריקציה באים בסוגים שונים

4000-1זה אומר שהריכוז של האתר הינו . בסיסים באופן אקראי 4096בסיסים אז הוא יחתוך כל 6מכיר

אנזימי רסטריקציה . יותר ספציפי מאשר רצפים אחרים 4000האנזים צריך להיות לפחות פי . מכלל האתרים

מתילציה ? איך נמנעים מרסטריקציה עצמית. עצמי DNAזר אך לא כנגד DNAמשמשים להגנה כימית כנגד

,כדוגמא. קודם מבוצעת מתילציה ולאחר מכן משוחררים אנזימי הרסטריקציה. י מתילאזות"ע DNA-של ה

מכיל מאות אתרים כאלו אך בכל זאת אינו הורג E coli-חיידק ה. GATATCהמזהה את EcoRVניקח את

שרשרת (הריאקציה שאותה האנזים מזרז הינה ריאקציה על סובסטרט מאוד ארוך . עקב מתילציה –את עצמו

אסטרי כך הריאקציה הינה הידרוליזה של קשר פוספודי. יש צורך בספציפיות מאוד גבוה –) DNA-ה

המנגנון הינו קונפליקט בין שני ). עם הידרוקסיל' 3(ואחד נטול ) '5(אחד עם פוספאט , שנותרים שני גדילים

: מנגנונים

מצב המעבר הינו . מצב ביניים בו האנזים תוקף נוקליאופילית את הסובסטרט –קטליזה קוולנטית .א

צורת המעבר היא טריגונלית כאשר ) פוספאט עם חמישה קשרים(פוספאט פנטאקואורדינטיבי

כ האינוורסיה המוכרת "הנוקליאופיל מחליף את הקבוצה העוזבת תו, SN2במנגנון של . ביפירמידלית

). inversion(יש שינוי של הכיראליות של הפוספאט –של מנגנון זה

י מים"הידרוליזה ע .ב

אם האנזים הוא זה שיוצר את הקשר הקוולנטי יהיו , מנגד. תהיינה רק אינוורסיה אחת, אם המים הם התוקף

י ספירת האינוורסיות נדע מה "ע. י מים"י החלפתו ע"י קישור האנזים והשני ע"הראשון ע –שתי אינוורסיות

את אחד החמצנים בגופרית ואילו מחליפים . הבעיה במקרה זה הינה שהפוספאט אינו כיראלי. המנגנון האמיתי

התגלה שהמנגנון . כך שכל הקבוצות על הפוספאט יהיו שונות אחת מהשנייה 18חמצן נוסף יוחלף בחמצן

הסובסטרט של האנזים הינו לא רק . יש פה פשוט התקפה של מים, הנכון הינו זה שמתקבלת בגללה אינוורסיה

- המגנזיום מייצב את המטען של ה). צה ביותר הגוףהמתכת הביוולנטית הנפו(אלא גם מגנזיום DNA-ה

DNA הרצף . האנזים חייב לקשור הן את הסובסטראט ומגנזיום. בגוףGATATC מכילinverted repeat ,

באופן ספציפי DNAעל מנת להכיר . המשלים שלו הינו זהה כלומר נוצרת השתקפות על הגדיל המקביל

הינה עקב יצירת דימר ) שלשה מצד אחד ושלשה מצד שני(הכפול הסיבה לזיהוי . צריך להכיר כמה בסיסים

כדימר ומעוות את צורת DNA-האנזים למעשה קושר את ה). שמכפילה את האפיניות בפקטור(של האנזים

ללא מגנזיום . משני הצדדים DNA-של ה major groove-העיוות גורם לכך שיש זיהוי ספציפי ב. DNA-ה

ברצף DNA-כאשר פתרו את מבנה החלבון ראו שהוא אינו מעקם את ה. DNA-החלבון אינו מעקם את ה

באופן בלתי ספציפי אבל רק חותך את האתר DNA-האנזים למעשה נקשר לכל ה. שאינו הסובסטראט שלו

ומשייט DNA-האנזים נקשר אל ה. DNA-אנזימי רסטריקציה עושים דיפוזיה חד מימדית לאורך ה. הנכון

האפיניות של האנזים לרצף ספציפי לחיתוך או לכל . אותו הוא חותך, לאתר החיתוך עד הגעה DNA-לאורך ה

DNA הקשירה ל. אבל חותך רק באתר הנכון) לקישור(בכלל היא זהה-DNA הספציפי משחררת יותר

המתילציה מגנה –זהו אותו המנגנון למתילציה . מה שנותן את האנרגיה לעיוות, אנרגיה מאשר לרצף כללי

.DNA-י הורדת האפיניות של האנזים ל"יתוך עמפני ח

:הערות על הסיכום

.תודה לנועה ושירה שעזרו לי לסגור חורים בסיכום - . אך ורק תיאוריה מההרצאות, הסיכום לא מכיל מידע על המעבדה או מידע מהתרגילים -