ביוכימיה של התא – 72120 תרגיל מס' 9 - ליפידים, ממברנות וטרנספורט

1. ביוכימיה של התא – 72120תרגיל מס' 9 - ליפידים, ממברנות וטרנספורט

2. ליפידים • קבוצה מגוונת של תרכובות שהתכונה המשותפת להן היא חוסר מסיסות במים. • מבצעים מגוון רחב מאוד של תפקידים ביולוגיים: • אחסון אנרגיה • ליפידים מבניים • קו-פקטורים • נשאי אלקטרונים • פיגמנטים • עוגנים הידרופוביים של חלבונים • חומרי אמולסיה במערכת העיכול • הורמונים ושליחים תוך-תאיים

3. Stearic acid Fully saturated fatty acid Oleic acid Un-saturated fatty acid • איחסון אנרגיה על ידי ליפידים (Storage Lipids) • שומניםהמשמשים לאיחסון אנרגיה הם נגזרות של חומצות שומן: • מבנה: חומצה קרבוקסילית בעלת שרשרת פחמימנית באורך 4 עד 36 פחמנים. • תיתכן שרשרת פחמימנית רוויה (ללא קשרים כפולים) או בלתי רוויה. • במידה וישנם קשרים כפולים הם לרוב יהיו בקונפיגורציה cis, ובלתי מצומדים. • במזון מעובד ישנן עקבות לשומן טרנס – לא בריא! • הקשר הכפול יכול להתחמצן (שימוש חוזר בשמן)

4. נומנקלטורה של חומצות שומן • הפחמנים בחומצת השומן ממוספרים החל מהפחמן של הקבוצה הקרבוקסילית. נומנקלטורה מקוצרת של חומצת השומן כוללת שלושה איברים: • מספר הפחמנים ולאחריו נקודתיים. • אחרי הנקודתיים יופיע מספר הקשרים הכפולים במולקולה. • אם ישנם קשרים כפולים, המיקום שלהם יופיע בסוגריים אחרי האות דלתא Δ. דוגמא: חומצת שומן עם 20 פחמנים, שני קשרים כפולים – האחד בין C9 ל- C10 והשני בין C12 ל- C13 – תסומן: 20:2(Δ9,12)

5. תכונות פיזיקליות של חומצות שומן • התכונות הפיזיקליות של הליפידים נגזרות מ: • אורך השרשרת הפחמימנית • דרגת הרוויה של השרשרת הפחמימנית השרשרת הפחמימנית אחראית למסיסות הנמוכה של חומצות שומן במים:

6. תכונות פיזיקליות של חומצות שומן • נקודת התכה: • אינטראקציות ואן-דר ואלס הן האחראיות למשיכה הקיימת בין השרשראות הפחמימניות של חומצות השומן. אינטראקציות אלה חזקות יותר: • ככל שהשרשרת ארוכה יותר (יותר אינטראקציות) • ככל שרמת הרוויה של השרשרת עולה (שרשראות ישרות מסתדרות בקלות זו על יד זו)

8. איחסון אנרגיה על ידי ליפידים – טריאצילגליצרול (triacylglycerols) • טריאצילגליצרולים בנויים מ 3 חומצות שומן המחוברות בקשר אסטרי למולקולת גליצרול. • מולקולות א-פולריות, הידרופוביות ולא-מסיסות במים.

9. טריאצילגליצרולים משמשים לאיחסון אנרגיה ולבידוד • יתרונות טריאצילגליצרולים על פני פוליסכרידים באיחסון אנרגיה: • תרכובות יותר מחוזרות, חימצון יניב יותר אנרגיה. • אינם דורשים שכבת הידרטציה, פחות משקל. • טריאצילגליצרולים נשמרים בתור "טיפות" שומן בתאים אדיפוציטים. • אדיפוציטים חדשים נוצרים לפי הצורך, אך אינם מתפרקים לעולם. • רקמות שומן משמשות מקור אנרגיה לחיות המקיימות שנת חורף, לחיות אשר שורדות בתנאי קיצון (גמל..), בידוד ועוד...

10. טריאצילגליצרולים ממקור אנימלי נוטים להיות מוצקים (שומנים fats) בעוד שטריאצילגליצרולים של צמחים (שמנים oils) נוטים להיות נוזליים בטמפרטורת החדר. מה ניתן להסיק לגבי טבען של חומצות השומן בטריאצילגליצרולים של בעלי חיים וצמחים? • בעלי חיים נוטים להשתמש בחומצות שומן רוויות בעוד לצמחים יש נטייה להשתמש בחומצות שומן בלתי רוויות.

11. שעווה • אסטרים של חומצות שומן ואלכוהול. • מוצקים בטמפ' חדר, הידרופובים מאוד ובדר"כ רכים. • מגוון תפקידים: • אנרגיה • שמירה • עמידות בפני מים • תפקיד מבני (מקרו) • ובשימוש האדם: • רפואה • קוסמטיקה • ועוד

12. ליפידים מבניים המרכיבים ממברנות ביולוגיות • ממברנה ביולוגית: • מבנה מסודר של מולקולות אמפיטיות (וכן חלבונים וסוכרים) המגדיר אתגבולות התא והאברונים הפנימיים. * סוגי דם – גליקוליפידים ולא גליקופרוטאינים.

13. ליפידים מבניים המרכיבים ממברנות ביולוגיות • פוספוליפידים: • גליצרופוספולידים:

15. נומנקלטורה של ליפידים (וממברנות) • שם החומצה הראשונה, • שם החומצה השנייה, • פוספו – • שם הראש הפולרי. • דוגמא: • Palmitoyl-oleoyl-phosphatidyl-choline • POPC

16. ליפידים מבניים המרכיבים ממברנות ביולוגיות ספינגוליפידים: Johann Ludwig Wilhelm Thudichum

17. ליפידים מבניים המרכיבים ממברנות ביולוגיות ספינגוליפידים: לדוגמא – Sphingomyelin • זהה/י את חומצת השומן של ליפיד זה. • זהה/י את קבוצת הפוספט ואת מולקולת ה- Choline. • זהה/י את הספינגוזין

18. ליפידים מבניים המרכיבים ממברנות ביולוגיות סטרולים (sterols): סטרולים משמשים גם כליפידים מבניים בממברנות ביולוגיות וגם כפרקורסורים למולקולות ביולוגיות שונות בהן הורמונים וחומצות מרה. כולסטרול, הסטרול המרכזי ברקמות אנימליות, אמפיפטי.

19. סיכום ביניים

20. התארגנות ליפידים בסביבה מימית הליפידים הממברנלים הם אמפיפטים (ראש פולרי וזנב הידרופובי). כאשר נמצאים במים, ליפידים נוטים ליצור אגרגטים בפאזה נפרדת מסביבתם המימית. 20

21. התארגנות ליפידים בסביבה מימית

22. ממברנה ביולוגית • מבנה מסודר של מולקולות שומניות (וכן חלבונים וסוכרים) המגדיר את גבולות התא והאברונים הפנימיים. • מבנה דו-שכבה (bilayer). • א-סימטריה בהרכב. • פועלת כמחסום סלקטיבי. • הממברנה מאפשרת יצירת מפל אלקטרוכימי משני צידיה.

23. קיימת תזוזה לטרלית של הפוספוליפידים והחלבונים בממברנה. • היפוך של הפוספוליפידים בממברנה (Flip Flop) הוא אירוע מאוד נדיר. מדוע? 23

24. נק' ההתכה - הטמפרטורה שבה הממברנה עוברת ממצב מוצק למצב מוצק-נוזלי, המאפשר תזוזה של שרשראות הפוספוליפידים. נק' ההתכה מושפעת מ: • הרכב חומצות השומן (יחס חומצות שומן רוויות ולא-רוויות). • כמות הסטרולים הנמצאים בממברנה: מתחת ל-Tm הסטרולים שומרים על פלואידיות על ידי הפרעת האריזה הצפופה של הליפידים. מעל ל-Tm הסטרולים מורידים את הפלואידיות על ידי הפרעת התזוזה של הליפידים. • התאים מבקרים את הרכב הליפידים על מנת לאפשר פלואידיות אופטימלית של הממברנה ולשמור על הפונקציונליות שלה. שמירה על פלואידיות יחסית קבועה בטמפ' שונות.

25. חלבונים ממברנליים חלבונים ממברנליים נחלקים לפי: • חלבונים פריפריאליים • חלבונים אינטגרליים • חלבונים המעוגנים לממברנה • חלבונים פריפריאליים: • קשורים לממברנה בעזרת אינטראקציות אלקטרוסטטיות וקשרי מימן עם הראש הפולארי של הפוספוליפידים או עם חלבונים אינטגרלים. • ניתן לנתק אותם מהממברנה בעזרת תמיסה בעלת ריכוז מלחים גבוה, pH קיצוני וכד'.

26. חלבונים ממברנליים • חלבונים אינטגרליים: • חלבונים השקועים בחלקם בתוך הממברנה. חלבונים החוצים את הממברנה נקראים חלבונים טרנסממברנלים. החלק הממברנלי של החלבון יוצר אינטראקציות הידרופוביות עם השרשרת הפחמימנית של הליפיד. • יופרדו מהממברנה רק בעזרת תמיסת דטרגנט או ממס אורגני.

27. חלבונים ממברנליים חלבונים המעוגנים לממברנה: חלבונים מסיסים המעוגנים לממברנה בעזרת קישור קוולנטי למולקולה הידרופובית (אחת או יותר) המעגנת אותם לממברנה.

28. סיכום ביניים 2 שוקעים עם הממברנות חלבונים מסיסים ממברנלים מופרדים בריכוז מלח וכו' דטרגנט/ממס אורגני אינטגרליים פריפריאלים טרנס-ממברנלי מעוגן Beta-barrel Alpha-bundle

29. Fussion and fission • הליפידים והממברנות שומרים על הכיווניות שלהם בתהליך. • לכן, חלבון עם אוריינטציה מסויימת ישמור אותה לאורך כל חייו.

30. טרנספורט • רק מולקולות קטנות וא-פולריות יכולות לחצות את הממברנה ללא עזרת חלבונים. • מולקולות פולאריות או טעונות עוברות דרך ממברנות באמצעות חלבונים מיוחדים אשר נוכחים בממברנה. • חלבונים אלה יכולים להעביר מולקולה: בכיוון המפל-האלקטרוכימי (גרדיאנט) של המולקולה או נגד כיוון המפל-האלקטרוכימי של המולקולה (תהליך הדורש השקעת אנרגיה).

31. פוטנציאל אלקטרוכימי • הפוטנציאל המשוקלל של הגרדינט הכימי (מפל ריכוזים) והפוטנציאל החשמלי עבור כל מולקולה, לעבור את הממברנה. • ליון טעון חיובי יש פוטנציאל חשמלי לכיוון הצד השלילי של ממברנה (בדר"כ בתוך התא). למולקולה נייטרלית פוטנציאל חשמלי 0. • מתח הממברנה של התא תקבע את יחס הריכוזים של היונים השונים משני צידיה בשיווי משקל. • על כן, פתיחת תעלות סלקטיביות ליונים שונים תשנה את מתח הממברנה ותשפיע על הפוטנציאל האלקטרוכימי של יונים אחרים.

32. תעלות • מאפשרות מעבר פסיבי של מולקולות בכיוון הפוטנציאל האלקטרוכימי. • תעלות רבות מגיבות לסיגנלים שונים ונפתחות או נסגרות בתגובה ל: • מתח • קישור ליגנד • pH • לחץ פיזי • ועוד.. Helical bundle

33. טרנספורט אקטיבי • מעבר אקטיבי של מולקולות נגד מפל הריכוזים תוך צריכת אנרגיה. • ראשוני – צריכתATP • שניוני – ניצול פוטנציאל אלקטרוכימי של מולקולה אחת (בדר"כH+ או Na+) על מנת להעביר מולקולה אחרת נגד הפוטנציאל האלקטרוכימי שלה. • אופן הטרנספורט יכול להיות: • Uniport • Symport • Antiport

34. שאלה 1: באילו מהליפידים ברשימה אחד המרכיבים הוא חומצת שומן? א. כולסטרול ב. טריגליצריד ג. פוספוליפידים ד. ספינגוליפידים תשובה: ב' + ג' + ד'

35. שאלה 2 איזו חומצה שומנית (בכל זוג) בעלת נק' התכה גבוהה יותר? א.18:0 או 16:0 ? ב.18:0 או 18:1(D9)? ג. 18:1(D9) או 18:2(D9,12)? תשובה: א. 18:0 ב. 18:0 ג. 18:1(D9)

36. פיתרון 3 החיידקים הגדלים ב- 20 מעלות יסנתזו ליפידים ממברנליים עם יותר קשרים כפולים על מנת להוריד את טמפרטורת ההתכה של הממברנה שלהם. תרגיל 3 תאים מבקרים את הרכב הליפידים בממברנות. מה לדעתכם יקרה אם מגדלים חיידקים בטמפרטורה של 20 מעלות, במקום ב37- מעלות (טמפרטורת הגידול הסטנדרטית)?

37. תרגיל 4 מדוע פוספוגליצרידים יוצרים באופן ספונטני מבנה של lipid bilayer בעוד ש- triacylglycerols לא יוצרים מבנה כזה? פיתרון 4 לפוספוגליצרידים מבנה בעל צד הידרופובי וצד הידרופילי בעל מטען. כאשר כל האלמנטים ההידרופובים פונים זה לזה נוצר מבנה של lipid bilayer. לעומתם, Triacylglycerols חסרים את הקצה ההידרופילי ולכן אינם מסוגלים ליצור מבנה כזה.

38. שאלה 5: איזה מהמשפטים הבאים מתאר נכון חלבוני ממברנה אינטגרליים? א. מורכבים משתי שרשראות פוליפפטידיות המחוברות דרך קבוצת גליצרול- פוספט. ב. הם לא חוצים את הממברנה. ג. ניתן להפריד אותם בקלות מן הממברנה על ידי שינוי pH או מלח גבוה. ד. חומצות האמינו בחלבון המצויות באינטראקציה עם הממברנה הן הידרופוביות. ה. הם נוטים להיות מסיסים במים. תשובה: ד'

39. שאלה 6: מה ניתן להגיד על טרנספורט אקטיבי שניוני? א. כל הגרדיינטים הנוצרים בתאים חיים דורשים טרנספורט אקטיבי שניוני. ב. הם לא דורשים ATP ולכן יכולים להמשיך לפעול גם כאשר מאגרי ה-ATP בתא נגמרים. ג. אינו יכול להיות מסוג uniport. ד. מאפשר כניסה של מולקולות מהדם לתאים על סמך מפל הריכוזים, כמו בגלוקוז. תשובה: ג' ד' *