חלבון

חלבון

מבנה רביעוני של חלבון קטלאז, המתפקד כאנזים

חלבון הוא תרכובת אורגנית גדולה ומורכבת יחסית, הבנויה משרשרת מקופלת של חומצות אמיניות הקשורות ביניהן בקשרים פפטידיים בין הקבוצה הקרבוקסילית של החומצה האמינית לקבוצה האמינית של החומצה השנייה.

מה זה חומצה אמינית ?

חומצה אמינית היא יחידת המבנה הבסיסית של החלבון והחלבונים בנויים ממאות ואלפי חומצות אמינו ,הן נחלקות לשני סוגים :

חומצות אמינו חיוניות: כאלו שגוף האדם אינו יכול לייצר או שהוא מייצר בכמות שאינה מספקת.

חומצות אמינו בלתי חיוניות – שהן חומצות אמינו שהגוף מסוגל לייצר בעצמו.

ערך תזונתי של חלבון נקבע בין היתר לפי היחס של חומצות האמינו החיוניות לבלתי חיוניות (ככל שיש יותר חיוניות החלבון איכותי יותר).

רוב החלבונים משתייכים לאחת משתי קבוצות עיקריות:

  • מבניים: אלו הם החלבונים שמרכיבים את התא, אברוניו, וחלק ממבני הגוף, לדוגמה:
    • העור מורכב ברובו (כ-75%) מהחלבון קולגן.
    • הפרווה והשיער מורכבים ברובם מקרטין, חלבון טבעי המופיע אצל יונקים.
    • משי (אשר מייצר טוואי המשי) וקורי עכביש שניהם חלבונים טהורים, הבנויים ממשטחי בטא.
    • מכווצים: בעלי יכולת לייצר תנועה. חלבונים אלו, כגון מיוזין ואקטין, מצויים בשרירים.
    • בקרום התא (ממברנת התא) קיימים מגוון נשאים תעלות ומשאבות שנעים דרך קרום התא ובנויים מחלבונים.
  • תפקודיים: אלו הם החלבונים שממלאים את כל התפקידים בגוף, ומתחלקים לתתי-קבוצות:
    • מגנים: חלבונים אלו מהווים את הנוגדנים של מערכת החיסון.
    • ההמוגלובין הוא חלבון, נמצא בכדוריות דם אדומות, הוא קושר חמצן מהריאות ומעביר אותו לתאי הגוף, ונושא 23% מהפחמן הדו-חמצני מתאי הגוף אל הריאות.
    • שליחים: משמשים להעברת אותות מתא לתא; הורמונים (כגון אינסולין), מוליכים עצביים (נוירוטרנסמיטרים, כגון גלוטמאט) וציטוקינים הם חלבונים שליחים (יוצא דופן מבחינה זו הוא גלוטמאט, שהוא חומצת אמינו בודדת, כלומר אחת מאבני הבניין המשמשות להרכבת חלבונים).
    • אנזימים: משמשים כזרזים של תגובות כימיות בגוף

מבנה מרחבי של חלבון

את מבנה החלבון מחלקים לארבע רמות בסיסיות:

  • מבנה ראשוני: זהו מבנה קווי פשוט, הבנוי אך ורק מהקשר הפפטידי בין חומצות האמינו, ומקשרים די סולפידים. לכל חלבון יש מבנה ראשוני, המוגדר על ידי סדרת הזוויות הדו-מישוריות לאורך השרשרת. הפרעות מרחביות הדדיות בין חומצות אמינו שכנות מאלצות את מרבית הזוויות בחלבון לתחומים זוויתיים מוגבלים, המיוצגים בדיאגרמת ראמהצ’אנדרן.
  • מבנה שניוני: במבנה מיוחד זה נוצרים קשרי מימן בין חומצות אמינו מסוימות (רק חלק מחומצות האמינו מאפשרות מבנה שניוני) הגורמים לשינוי מרחבי המקפל את החלבון לאחת משתי צורות עיקריות: 
    • סליל אלפא: מבנה זה נוצר כאשר חומצות אמינו יוצרות קשרי מימן עם חומצות אמינו במרחק 3.6 שיירים מהן. קשרים אלו מקפלים את החלבון ב-100 מעלות לכיוון שמאל, רוב החלבונים שנמצאו מקופלים ימינה וכך נוצר מבנה ספירלי דחוס שבתוכו אין כמעט חלל פנוי.
    • משטח בטא: מבנה זה נוצר כאשר שתי שרשרות פוליפפטידיות או יותר נצמדות זה לזה באמצעות קשרי מימן, ויוצרות מבנה דמוי משטח. למבנה זה שני אופנים: מקבילי (פרללי) ואנטי-מקבילי (אנטי-פרללי). במבנה מקבילי, כיוון השרשרות הפוליפפטידיות זהה בשרשרות השונות: קצה אמיני בסמוך לאמיני וקצה קרבוקסילי בסמוך לקרבוקסילי. במבנה אנטי-מקבילי, כיוון השרשרות הצמודות הפוך: קצה אמיני בסמוך לקצה קרבוקסילי וקצה קרבוקסילי בסמוך לאמיני. במבנה האנטי-מקבילי קשרי המימן קצרים יותר ולכן זהו מבנה חזק יותר בהשוואה למקבילי. בממוצע, כרבע מכל חומצות האמינו בחלבונים נמצאות במשטח בטא.
  • סליל אלפא, כל סיבוב מכיל 3.5 חומצות אמינו.
  • משטחי בטא מקבילים מימין, ואנטי מקבילים משמאל. ניתן לראות שיש למשטחי בטא אנטי מקבילים יותר קשרי מימן מאלו המקבלים. תכונה זו מעניקה להם יציבות יחסית גבוהה יותר.
  • מבנה שלישוני: זהו המבנה התלת-ממדי הכולל שמקנה לחלבון את היכולת לבצע תפקיד ספציפי בתא. הפרעה או פגם ביצירת מבנה זה יפגמו בהכרח בפעולת החלבון. המבנה השלישוני נוצר ממספר סוגים של קשרים כימיים:
    • קשרי גופרית (S-S): קשרים קוולנטיים הנוצרים רק בנוכחות חומצת האמינו ציסטאין, המכילה אטום גופרית בקצה קבוצת ה-R. קשרי S-S מכונים קשרים דיסולפידיים (מהמילה Sulphide, “גופרי”).
    • קשרי מימן: קשרי מימן בין קבוצות ה-R של חומצות האמינו
    • קשרים יוניים: אלו הם קשרים בין יונים בעלי מטענים הפוכים זה מזה; מכונים גם גשרי מלח.
    • אפקט הידרופובי: חומצות אמינו שלהן קבוצת R הידרופובית (נדחית ממים) עשויות להיצמד יחדיו מתוך דחייה מהמים. זה אינו קשר כימי אלא דחייה משותפת מאותו גורם.
  • מבנה רביעוני: מבנה זה הוא תוצאה של אינטראקציה בין לפחות שתי מולקולות חלבון, במצב זה ההתייחסות אל כל מולקולת חלבון היא כתת-יחידה של החלבון המורכב והיא משמשת כחלק מהקומפלקס החלבוני. זהו מבנה מורכב שקיים רק בחלק מהחלבונים. לחלבון במבנה זה יש משקל מולקולרי מאוד גבוה. הקשרים הכימיים היוצרים את המבנה השלישוני עושים זאת גם במבנה הרביעוני. המוגלובין הוא חלבון מוכר הבנוי במבנה רביעוני ולו 4 תתי-יחידות. חלבונים במבנה הרביעוני מסתדרים במרחב בשתי צורות עיקריות:
    • כדוריים (גלובולאריים): צורתם מעוגלת והם מסיסים לרוב בתמיסות מימיות. הם בדרך כלל חלבונים תפקודיים: אנזימים, חלבוני הובלה ועוד. חלבונים אלו מורכבים ממספר מבנים שונים, משטחי בטא וסלילי אלפא.
    • סיביים: משמשים בעיקר כחלבוני מבנה בתאים, ובניגוד לכדוריים אינם מסיסים במים. רובם בעלי מבנה יחיד.

יצירת חלבונים

תרשים מופשט המתאר את מסלול סינתזת החלבונים בתא

החלבונים נבנים בתוך התאים על ידי הריבוזומים. בתהליך היצירה של חלבונים, הקרוי תרגום, מתורגם המידע התורשתי המקודד ב-mRNA, שהוא בעצמו משועתק מה-DNA. הגנים המרכיבים את ה-DNA הם, לפיכך, “תוכניות בנייה” לחלבונים. ה-DNA מקודד ליצירת חלבונים באמצעות הקוד הגנטי, כך שכל שלושה נוקלאוטידים (אבני הבניין של ה-DNA) מקודדים לחומצה אמינית אחת (שלושה נוקלאוטידים המקודדים לחומצת אמינו מכונים יחדיו בשם קודון).

תהליך היצירה של חלבון מתחיל בגרעין התא. בתחילה מופרדים שני גדילי הסליל הכפול של ה-DNA בעזרת אנזים. על אחד הגדילים נבנה mRNA. לאחר שהלה נוצר במלואו הוא נפלט לציטופלזמה ומוצמד לאחד מהריבוזומים בתא בעזרת rRNA. הריבוזום מתחיל לקרוא את הקוד הגנטי שמכיל ה-mRNA. כאשר הריבוזום מזהה את סוג החומצה האמינית הנחוצה לפי הקוד הגנטי, הוא מושך אליו tRNA הנושא חומצה אמינית מתאימה, ומוסיף אותה לשרשרת חומצות האמינות שכבר נוצרה. כאשר ייווצר הקשר הבא בשרשרת החומצות האמיניות ישוחרר ה-tRNA לציטופלזמה כדי להיצמד לחומצה אמינית חדשה המתאימה לו. כך נבנית השרשרת עד שהחלבון מושלם. לאורך יצירת שרשרת חומצות האמינו משוחררים חלקים מושלמים מהשרשרת לציטופלזמה עד שכל החלבון המושלם משוחרר (לעת עתה במבנה ראשוני בלבד). בקצותיו של ה-RNA השליח נמצאים קטעים שאינם מקודדים חומצות אמינו; תפקידם הוא לסמן את תחילתו וסופו של החלבון.

חומצות האמינו מסתדרות בדרכים שונות במבנה שניוני. לאחר מכן מתבצע תהליך של קיפול למבנה שלישוני. מבנה זה בנוי ממתחמים. לבסוף, מבשיל החלבון ומקבל את צורתו הסופית שהיא המבנה הרביעוני. לעיתים הבשלת החלבון כוללת גם קטיעה של מקטעים מסוימים שלו, הוספה של קבוצות כימיות כסוכרים, זרחה, קבוצות גופרית ושומנים. כמו כן, לעיתים החלבון חובר לחלבונים אחרים, רצועות RNA או ליונים ליצירת קומפלקס חלבוני פעיל. בעשורים האחרונים חלה התקדמות כבירה בהבנת המבנה המרחבי של חלבונים על ידי שיטות של גיבוש חלבונים והדמיית תהודה מגנטית במסגרת תחום מחקר הקרוי ביולוגיה מבנית. המדע העוסק בחקר החלבונים, בפעילותם ובקשרי הגומלין ביניהם נקרא ביוכימיה.

תפקידי החלבונים

  • חלבוני ממברנה – “תעלות”, “משאבות”
  • חלבוני מבנה – לדוגמה: קרטין, קולגן (בונה סחוס)
  • חלבונים מתכווצים – בונים תאי שריר
  • חלק מההורמונים – חלבונים שמעבירים מסרים בגוף (מתא לתא)
  • נוגדנים – חלבונים ש”תוקפים” חומרים זרים
  • אנזימים – חלבונים המזרזים פירוק או בנייה של חומרים אחרים בתאים. האנזימים מזרזים בכמה סדרי גודל את מהירות התגובות הכימיות שדרושות לקיום חיים. ללא האנזימים תגובות אלה לא יקרו במהירות מספקת. על פי רוב, האנזימים הם ספציפיים, והם מזרזים רק תגובה כימית אחת או שתיים. הם מבצעים את רוב האינטראקציות שמעורבות במטבוליזם ופועלים על הדנ”א בתהליכים כגון שכפול, תיקון ושעתוק. ישנם אנזימים שפועלים על חלבונים אחרים כדי להוסיף או להסיר קבוצות כימיות בתהליך שנקרא מודיפיקציה פוסט-תרגומית.
תוצאת תמונה עבור מזון שיש בו חלבון

איפה אפשר למצוא חלבון בחי ובצומח?

במזונות מהחי כגון: גבינות, יוגורטים, ומוצרי חלב נוספים וכן, בבשר, עוף, דגים וביצים.

במזונות מהצומח בעיקר בקטניות שהן מזון המכיל פחמימות ועשיר בחלבון, למשל: עדשים, אפונה, גרגרי חומוס, שעועית, סויה ועוד. גם בכוסמת, שיבולת שועל, גרעינים ואגוזים יש הרבה חלבון.

מה ההבדל בין חלבון מהחי לחלבון מהצומח?

ערכם התזונתי של חלבונים מהחי, כמו יוגורטים וגבינות גבוה, כלומר כמות חומצות האמינו החיוניות בהם גבוהה. חלבונים שמקורם מהצומח הם חלבונים חסרים, כלומר אין בהם כמות מספקת של כל חומצות האמינו החיוניות. ניתן להעלות את הערך התזונתי של החלבונים בצומח על ידי שילוב מזונות, כגון: שילוב של דגנים (הדלים בחומצה האמינית ליזין) עם קטניות (העשירות בליזין), לדוגמה: מג’דרה (אורז עם עדשים), קוסקוס עם גרגרי חומוס ועוד. השילוב לא חייב להיות באותה הארוחה ויכול להיות במהלך היום כחלק מהתפריט היומי.

מה חוסר חלבון עשוי לגרום לגוף שלנו?

מחסור בחלבון עלול לגרום למחלות או לירידה בתפקוד המיטבי של הגוף, ביניהם ירידה בתהליכי התאוששות של מערכות הגוף השונות, ביניהם השרירים, לאחר פעילות גופנית.

מהם הסימנים לכך שחסר לנו חלבון?

מחסור חמור בחלבון בתזונה נדיר מאוד בשל שפע המזון, במרבית המקרים ניתן לזהות מחסור גבולי בלבד שעלול לגרום לתחושת עייפות, פגיעה בהתפתחות, נשירת שיער, שינויים הורמונאליים, פגיעה באלסטיות העור, במערכת החיסון והפוריות.

מהי כמות החלבון המומלצת לאדם מבוגר?

כמות החלבון המומלצת משתנה לפי גיל, מין, משקל, מצב בריאותי, רמת פעילות גופנית. על פי ארגוני בריאות עולמיים שקבעו את הדרישה היומית המומלצת לאדם בריא (RDA), צריכת החלבון היומית המינימאלית לאדם בוגר לא פעיל היא 0.8 גרם חלבון לכל קילו. לדוגמה, עבור אדם בוגר לא פעיל מעל גיל 18 במשקל 70 קילו מומלץ שיצרוך כ-0.8 גרם חלבון לקילו, כלומר 56 גרם חלבון ביום. לעומת זאת, הדרישות לחלבון אצל העוסקים בפעילות גופנית עולה, וההמלצה היא שיצרוך בין 1.2-1.7 גרם לקילו וכאשר מדובר במפתחי גוף, אף למעלה מזה. חשוב לציין שבתפריט המערבי הסטנדרטי לרוב צורכים חלבון מעבר לדרישות הגוף הבסיסיות.

כמות החלבון במזונות נבחרים:


התחיל שיחה
שוחח איתנו בוואטסאפ