מבוא לביולוגיה מולקולרית (המשך)

1. מבוא לביולוגיה מולקולרית(המשך)

2. מדנ"א לחלבון שכפול חלבון תרגום רנ"א תעתוק דנ"א

3. קיימות 20 חומצות אמינו

4. חלבונים Proteins • חלבונים הם שרשראות ארוכות של חומצות אמינו • חומצות אמינו (Amino Acid)- אבני הבניין של השרשרת החלבונית • קיימות 20 חומצות אמינו אשר לכולן מבנה בסיסי משותף, אליו מחוברת תוספת (שייר) ייחודית היוצרת את השוני ביניהן.

6. חומצות אמינו Amino Acids חומצות אמינו הם אבני הבניין של החלבונים

7. 20 חומצות אמינו • כל 20 חומצות האמינו מורכבות מחלק מרכזי המשותף לכולם (Acid & Base) ומשרשרת צדדית (R) משתנה. • השרשרת הצדדית שונה בגודל, בצורה, במטען ובפעילות. • חומצות אמינו הן האלפבית בהן "נכתבים" החלבונים וכל אות נקבעת יל ידי ה- Rשלה.

8. An Aliphatic Group In this group the side chain isaliphatic. An aliphatic group is hydrophobic • Glycine, Gly, G • Alanine, Ala, A • Valine, Val, V • Leucine, Leu, L • Isoleucine, Ile, I

9. An Organic Acid Group In this group the side chain is an organic acid The side chain is negatively charged • AsparticAcid, Asp, D • Glutamic Acid, Glu, E

10. An Amide Group In this group the side chain is an amide • Asparagine, Asn, N • Glutamine, Gln, Q

11. A Sulphur Group In this group the side chain contains a sulphur. They are hydrophobic and cysteines are very reactive • Methionine,Met, M • Cysteine,Cys, C

12. An AlcoholGroup In this group the side chain is an alcohol • Serine, Ser, S • Threonine, Thr, T • Tyrosine, Tyr, Y Note, Tyrosine is also aromatic

13. An Organic Base Group In this group the side chain is an organic base. The side chain is hydrophilic • Arginine, Arg, R • Lysine, Lys, K • Histidine, His, H

14. An Aromatic Group In this group the side chain is aromatic. The side chain is very hydrophobic • Phenylalanine, Phe, F • Tryptophan, Trp, W

15. An Imine Group In this group the side chain is an imine This amino acid is found in bends due to its structure • Proline, Pro, P

16. מבנה החלבונים • חומצות האמינו המרכיבות את החלבון מחוברות ביניהן בקשרים הנקראים קשרים פפטידים. • שרשרת קצרה (עשרות חומצות אמינו) מכונה פפטיד(peptide) . • שרשרת ארוכה של חומצות אמינו מכונה פוליפפטיד או חלבון. • שרשרת חלבונית בנויה משדרה בסיסית, הנתרמת מהחלק המשותף של חומצות האמינו והסתעפויות הנתרמות מהחלק הייחודי של חומצות האמינו.

17. ארגון מבנה החלבון מבנה החלבון מאורגן בארבע רמות • מבנה ראשוני-זהו הרצף של חומצות האמינו היוצר את השרשרת. 2)מבנה שניוני-נוצר על ידי קיפול של המבנה הראשוני, בדר"כ לסליל.

18. ארגון מבנה החלבון (המשך) • מבנה שלישוני-זהו המבנה המרחבי של השרשת אשר בו הקיפולים מתקפלים אחד כלפי השני. במבנה זה, חומצות אמינו שהיו רחוקות אחת מהשניה, במבנה הראשוני, יכולות להתקרב. 4) מבנה רבעוני-זהו התצמיד (Complex) של הפוליפפטידים היוצרים את המבנה המרחבי של החלבון. רק חלבונים המורכבים מיותר משרשרת אחת יכולים ליצור מבנה רבעוני.

20. Protein structure

21. Protein structure

23. Protein Structure and Diversity • נשאל: מה זה חלבונים? • התשובה מגיעה...

24. חלבונים וחיים • החלבונים נפוצים בכל היצורים החיים כולל וירוסים. • החלבונים הם הכרחיים לחיים. • החלבונים הם מצויים במגוון רב של צורות, ומעורבים כמעט בכל התהליכים המרתחשים ביצור החיובצומח. • החלבונים לא יכולים לשאת אינפורמציה גנטית כמו הדנ"א או הרנ"א. החלבונים אינם יכולים להשתכפל כמו הדנ"א. • רצף חומצות האמינו בחלבון מוכתב על ידי רצף הבסיסים בדנ"א על פי צופן, המכונה הקוד הגנטי. • רצף חומצות האמינו במבנה הראשוני של החלבון קובע את המבנה הסופי של החלבון.

25. תפקידי החלבונים המגוון הרחב במבנה החלבונים הנו היסוד לטווח הרחב של תפקידיהם: • אנזימים- זרזים ביולוגיים- רוב התגובות הכימיות (בניה ופירוק) המתרחשות במערכות ביולוגיות מזורזות על ידי אנזימים, אשר הם חלבונים האנזימים מזרזים את התגובות הכימיות לפחות פי מיליון • חלבונים מבניים- חלבונים הממלאים תפקידים מבניים בתא

26. פעולת זרז

27. תפקידי החלבונים(המשך) המגוון הרחב במבנה החלבונים הנו היסוד לטווח הרחב של תפקידיהם: • חלבונים מווסתים- חלבונים בעלי פעילות של בקרה על ביטויים של גנים • חלבוני הובלה (transporters)- חלבונים המסיעים בהעברת חומרים ממקום למקום (הובלה בכלי דם, הובלת חומרים מחוץ לתא ולתוך התא...)

28. תפקידי החלבונים(המשך) • נוגדנים- חלבונים המסייעים למערכת החיסון להתגונן בפני פולשים זרים כגון, חיידקים ווירוסים. • שליחים- חלבונים המעורבים בתקשורת בין תאים או בין יצורים חיים שונים. למשל, הורמונים ופרומונים.

29. Protein structure

30. Protein structure

31. Functions of the virion • A primary function of the virion is protection of the genome. • The viral proteins comprise the protein coat - the very stable capsid. • Some viruses also possess an envelope, derived from cellular membrane, into which viral glycoproteins have been inserted in the infected cell.

32. Functions of virion proteins

33. Cryoelectron microscopy and image reconstruction

34. שימושים נפוצים בחלבונים • בתעשיתהתרופות- ייצור אנזימים וחלבונים להפעלה או שיתוק של תהליכים ביולוגיים • בחקלאות- הדברת מחלותצמחים • בתעשית המזון- פירוק של שומנים במזון מעובד • בתעשית חומרי הניקוי (דטרגנטים)- אבקות כביסה בתוספת אנזימים • במחקר הביולוגי- הבנת תהליכים ביולוגיים

35. חלבונים פגומים- מוטציות • מוטציה- שינוי ברצף חומצות הגרעין, אבני הבנין של החומר העובר בתורשה. • מוטנט- גן על גבי הדנ"א שעבר שינוי על ידי מוטציה, או תא (או פרט) הנושא את הגן המוטנטי. • מחלה תורשתית- מחלה הנגרמת כתוצאה משינויים בחומר התורשתי. בדרך כלל מתייחס למחלה, שהגורם לה עובר מדור לדור.

36. טעות, מוטציה, באחד מהשלבים-שכפול, תעתוק או תרגוםעלולה לגרום לשיבוש במבנהו ובתפקודו של של התוצר הסופי-החלבון

37. השפעת הטעויות, מוטציות, בשלבים השונים • טעות בשכפול- הנההטעות המזיקה ביותר, מהסיבות: 1) טעות במהלך השכפול עתידה לעבור לתאי הדורות הבאים. 2)הדנ"א מצוי בתא בעותק בודד. 3)טעות בחלבון שנובעת במקור מטעות בדנ"א גורמת לטעות באוכלוסייה שלמה של חלבונים.

38. סוגי מוטציות • החלפת חומצת גרעין (אבן בנין) אחת בחומצת גרעין אחרת. לדוגמא: UAC(המקודד לחומצה האמינית טירוזין) ב- UAA(קודון פסק) • השמט או תוספת של חומצת גרעין אחת או שניים גורמת לשינוי במסגרת הקריאה לדוגמא: AUGGACCAGGUC GUC AGG ACA UGX

39. סוגי מוטציות • השמט או תוספת של שלוש חומצת גרעין יגרמו לחסר או תוספת של חומצה אימנית GUC AGG ACA UGC GUC AGG UGC GUC AGG ACA UGC AUGGUC AGG ACA UGC

40. מוטציה ואבולוציה • מוטציות מזיקות-יוצרות חלבון פגום, הגורם לנזק. • מוטציה חסרות השפעה- כאשר נשארת אותה חומצת אמינו. לדוגמא: UCU, UCC, UCA, UCG מקודדים לאותה חומצה אמינית, המכונה סרין. • מוטציה היוצרת גן משופר- מוטציה נדירה. אם ליצור חי הנושא את הגן המוטנטי (המוטנט) יש יתרון בתנאים הקיימים, אזי תהליכי הברירה הטבעית ישמרו אותו ובסופו של דבר הוא יחליף את הגן המקורי.

41. הגורמים למוטציות גורמים לשינויים בדנ"א: • גורמים סביבתיים- כימיים ופיסיקליים (מוטגנים). • כימיים- חומרים המצויים בעשן הסיגריות (בנזופירין), בפיח, עובש מתפתח על אגוזים ומיני גרעינים (Aflatoxin B1) • פיסיקליים- קרינת UV (שמש), קרינהגרעינית • וירוסים- חלקקטן מסוגי הסרטן נגרמים על ידי וירוסים (הפטיטיס B גורם לסרטן כבד, HTLV-1גורם לליאוקמיה)

42. סוגי מבני וירוסים • שני סלילים זהים של רנ"א חד-גדילי • חלבוני הנוקליאו-קפסיד (nucleocapsid proteins) יוצאים מבנה פוליהדראלי • מעטפת שומנית וחלבונית הנרכשים מקרום תא המאכסן • חודים (או אנטי-רצפטורים) חלבונים • Reverse Transcriptase • Integrase HIV Virus

43. HIV proteins Protease Reverse Transcriptase

44. Functions of virion proteins

45. מבנה פוליהדרהלי

47. מבנה חוטי וירוס הכלבת

49. בקטריופאג'

50. Paramyxoviruses • HN - haemagglutinin + neuraminidase activities; • Measles - referred to as H protein - no neuraminidase activity; • RSV - G protein - neither activity. • F - consists of 2 disulphide-linked subunits (F1 + F2) - responsible for cell fusion + haemolytic function. • Other proteins: • The M (matrix) protein lines the inner surface of the envelope. • NP - nucleoprotein. • L and P - polymerase activity • Paramyxovirus: Parainfluenzavirus 1-4; Mumps • Pneumovirus: Respiratory Syncytial Virus (RSV) • Morbillivirus: Measles; Canine Distemper Virus.