חלבונים הם בין הכימיקלים החשובים ביותר לכל החיים על פני כדור הארץ. מבנה החלבונים יכול להשתנות מאוד. אולם, כל חלבון מורכב מרבים מ -20 חומצות האמינו השונות. בדומה לאותיות האלף-בית, סדר חומצות האמינו בחלבון ממלא תפקיד חשוב באופן בו המבנה הסופי יתפקד. אורכו של חלבון יכול להיות מאות חומצות אמינו, כך שהאפשרויות הן כמעט אינסופיות כפי שנבדוק בתוכו.
כיצד נקבע רצף חומצות האמינו
יתכן ויש לך מושג כללי ש- DNA הוא הבסיס הגנטי לכל מה שאתה. מה שאולי לא מבינים הוא שתפקידו היחיד של ה- DNA הוא בסופו של דבר לקבוע את סדר חומצות האמינו הנכנסות לכל החלבונים שהופכים אותך למי שאתה. DNA הוא פשוט גדילים ארוכים של ארבעה נוקלאוטידים החוזרים שוב ושוב. ארבעת הנוקלאוטידים האלה הם אדנין, תימין, גואנין וציטוזין, והם מיוצגים בדרך כלל באותיות ATGC. לא משנה כמה זמן ה- DNA שלך הוא, הגוף שלך "קורא" את הנוקליאוטידים האלה בקבוצות של שלוש וכל שלוש נוקלאוטידים מקודדים חומצת אמינו ספציפית אחת. אז רצף של 300 נוקליאוטידים יקודד בסופו של דבר לחלבון ארוך של 100 חומצות אמינו.
בחירת חומצות האמינו
בסופו של דבר, ה- DNA שלך יורה מעותקים קטנים יותר של עצמו, המכונים RNA שליח או mRNA, אשר עוברים לריבוזומים בתאים שלך בהם מייצרים חלבונים. ה- RNA משתמש באותו אדנין, גואנין וציטוזין כמו ה- DNA אך משתמש בחומר כימי הנקרא אורציל במקום תימין. אם אתה משחק עם האותיות A, U, G ו- C ומסדר אותן מחדש לקבוצות של שלוש, תגלה שיש 64 צירופים אפשריים בסדר מובחן. כל קבוצה של שלוש מכונה קודון. מדענים פיתחו תרשים המאפשר לך לראות לאיזו חומצת אמינו קודן ספציפי מקודד. הגוף שלך יודע שאם ה- mRNA קורא "CCU", יש להוסיף במקום זה חומצת אמינו הנקראת פרולין, אך אם כתוב "CUC", יש להוסיף את חומצת האמינו לאוצין. לצפייה בתרשים קודונים שלם, עיין בסעיף ההתייחסות בתחתית הדף.
אפשרויות שונות של חלבונים
חלבון יכול להיות פשוט גדיל אחד של חומצות אמינו, אך כמה חלבונים מסובכים הם למעשה קווצות מרובות של חומצות אמינו המחוברות זו לזו. בנוסף, חלבונים הם באורכים שונים, כאשר חלקם ארוכים רק כמה חומצות אמינו ואחרים באורך של למעלה מ 100 חומצות אמינו. יתר על כן, לא כל חלבון משתמש בכל עשרים חומצות האמינו. חלבון יכול להיות באורך של מאה חומצות אמינו, אך הוא יכול להשתמש רק בשמונה או עשר חומצות אמינו שונות. בגלל כל האפשרויות הללו, יש ממש אינסוף תמורות אפשריות שיכולות להיות חלבון. בטבע יכול להיות מספר סופי של חלבונים; עם זאת, מספר החלבונים האמיתיים הקיימים הוא במיליארדים, אם לא יותר.
ההבדל בחלבון
לכל האורגניזמים החיים יש DNA וכולם משתמשים באותן 20 חומצות אמינו כדי ליצור את החלבונים החיוניים לחיים. אז אפשר לומר שחיידקים, צמחים, זבובים ובני אדם חולקים את כל אותם אבני יסוד של החיים. ההבדל היחיד בין זבוב לאדם הוא סדר ה- DNA ולכן סדר החלבונים. גם בקרב בני אדם, חלבונים משתנים באופן דרסטי. חלבון מרכיב את שיערנו ואת ציפורני האצבעות שלנו, ובכל זאת הוא גם מרכיב את האנזימים ברוק שלנו. חלבונים מרכיבים את ליבנו וגם את הכבד שלנו. מגוון השימושים המבניים והפונקציונליים בחלבון הוא כמעט בלתי מוגבל.
מדוע הסדר חשוב
סדר החומצות האמיניות חשוב לא פחות לחלבונים כמו שסדר האותיות חשוב למילים. שקול את המונח "סנטה" וכל מה שקשור אליו. פשוט סידור מחדש של האותיות יכול להניב את המונח "שטן", שיש לו קונוטציה שונה בתכלית. זה לא שונה מבחינת חומצות אמינו. לכל חומצת אמינו יש דרך אחרת להגיב עם האחרות. חלקם אוהבים מים, חלקם שונאים מים, וחומצות האמינו השונות יכולות לקיים אינטראקציה כמו קטבים על מגנט שבו חלקן מושכות ואחרות דוחות. ברמה המולקולרית, חומצות האמינו מתעבות לצורת ספירלה או דמוית יריעות. אם חומצות האמינו לא אוהבות להיות זו לצד זו, הדבר יכול לשנות בצורה דרסטית את צורת המולקולה. בסופו של דבר, צורת המולקולה היא זו שבאמת מזדווגת. עמילאז, חלבון ברוק שלך, יכול להתחיל לפרק פחמימות במזון שלך, אך הוא אינו יכול לגעת בשומנים. פפסין, חלבון במיצי הקיבה שלך, יכול לפרק חלבונים, אך הוא לא יכול לפרק פחמימות. סדר חומצות האמינו מעניק לחלבון את מבנהו והמבנה נותן לחלבון את תפקידו.