العلاقة بين بنية البروتين ووظيفته

العلاقة بين بنية البروتين ووظيفته
فهرس الدرس
*العلاقة بين بنية البروتين ووظيفته
* المفاهيم المبنية
* التقويم
* الملحق
العلاقة بين بنية البروتين ووظيفته :

تلعب البروتينات دورا رئيسيا كمادة بنائية للعضوية من جهة و كعنصر أساسي جد متخصص وظيفيا (إنزيمات, هرمونات ، أجسام مضادة...) من جهة أخرى، يعود هذا التخصص الوظيفي إلى اكتسابها بنية فراغية محددة .
فما هي العلاقة بين البنية الفراغية للبروتين وتخصصه الوظيفي؟


النشاط 1 :
تمثل الوثيقة ( 1 ) بنيات فراغية ثلاثية الأبعاد لبعض البروتينات الوظيفية تم الحصول عليها باستعمال مبرمج محاكاة(مبرمج رازمول)، وهو عبارة عن برنامج لعرض النماذج الجزيئية بغرض دراسة هذه البنيات وإبراز مختلف مكوناتها عن طريق أشكال مختلفة:شريطي ، عصوى ، كروي ... [ أنظر إلى الوثيقة المرفقة في نهاية الوحدة ] :
الشكل أ- الغلوبين :هي سلسلة من 146 حمض أميني تنقل الأكسجين في الدم إلى مختلف خلايا العضوية.
الشكل ب الميوغلوبين: الغلوبين العضلي ويتكون من جزيئة الغلوبين مضاف لها شق غير بروتيدي هو الهيم ( الحديد ) .
الشكل جـ الهيموغلوبين : غلوبين الكريات الحمراء ويتكون من أربع جزيئات من الغلوبين مضاف لها أربع مجاميع من الهيم.
الشكل د الأنسولين (الإنسان): هرمون القصور السكري يتكون من 51 حمض أميني موزعة في سلسلتين ( سلسلة أ بها 21 حمض أميني و سلسلة ب بها 30 حمض أميني ).
الشكل هـ الكولاجين: جزيئة أساسية للنسيج الضام تتكون من ثلاثة سلاسل بروتينية، عدد
أحماضها الأمينية يختلف حسب نمط الخلية.

1 باستعمالك للوثيقة المرفقة في نهاية الوحدة والتي تبين طريقة استخدام مبرمجة رازمول، أبحث في فضاءات الأنترنات عن نماذج للبنية الفراغية لبعض البروتينات .
ماذا تستنتج من مقارنتك لهذه البنيات ؟
2 اعتمادا على هذه الدراسة و باستغلالك للوثيقة ( 1 ) اقترح فرضية في ما يخص أصل البنية ثلاثية الأبعاد لجزيئة البروتين .


◄أقيم إجابتي:
1 الاستنتاج : تظهر البروتينات بنيات فراغية مختلفة محددة بعدد وتتالي الأحماض الأمينية التي تتدخل في بنائها .
تتشكل البروتينات من ارتباط الأحماض الأمينية المختلفة في تسلسل معين.
2 الفرضية : ترجع البنية الفراغية للبروتين إلى عدد ، طبيعة و تتالي الأحماض الأمينية المشكلة لها .



النشاط 2:
يمثل جدول الوثيقة( 2 ) الصيغ المفصلة لعشرين حمض أميني الموجودة في الطبيعة .

الوثيقة *1*

الوثيقة *2*
1 قارن بين صيغ هذه الأحماض الأمينية من حيث الوظائف المميزة والمشتركة بينها واستنتجة صيغة عامة للحمض الأميني .
2 صنف هذه الأحماض الأمينية موضحا الأساس الذي اعتمدت عليها في تصنيفك ، مع تقديم بعض الأمثلة .


◄أقيم إجابتي:
1 المقارنة :
تتكون جزيئات الأحماض الأمينية جميعها من جزئين :
جزء ثابت :مشترك بين جميع الأحماض الأمينية يحتوي على وظيفتين هما :


* وظيفة كربوكسيلية : – COOH
* وظيفة أمينية : - NH2

ترتبط الوظيفتين على مستوى الكربون المركزي 8.
جزء متغيرمن حمض أميني إلى آخر: أي خاص
بكل حمض أميني يدعى الجذر الألكيلي و يرمز له بالحرف (R)
*الصيغة العامة للحمض الأميني :

2 تصنيف الأحماض الأمينية :
يدخل في تركيب البروتينات 20 نوع من الأحماض الأمينية وتصنف هذه الأحماض حسب الجذر
الألكيلي (السلسلة الجانبية ) إلى :
* أحماض أمينية معتدلة : وحيدة الأمين و وحيدة الحمض مثل السيرين و الغليسين









النشاط 3:
إن احتواء الحمض الأميني على وظائف كربوكسيلية و أمينية تمكنه من تغيير سلوكه حسب تغيرات درجة حموضة الوسط ( pH ) و لدراسة هذا السلوك ننجز التجربة التالية :
التجربة : تعتمد هذه التجربة على تقنية الهجرة الكهربائية .
نضع في حوضي الجهاز ( الوثيقة 3 ) ماء مقطر و نصلهما بطرفي شريط من ورقة الأسيتات (حتى تتبلل بمحتوى الحوضين) نضع بها قطرة من حمض أميني معين ثم نغير درجة حموضة الوسط (pH) و ذلك بإضافة حمض أو قاعدة , نوصل بعد ذلك محلول الحوضين بمسريين (إلكترودين) أحدهما متصل بالقطب الموجب و الثاني بالقطب السالب لمولد كهربائي و في الأخير نمرر التيار الكهربائي و نسجل الجهة التي أنتقل إليها الحمض الأميني .


1 حلل النتائج المحصل عليها .
2 بالإستعانة بمعارفك في الكيمياء حول المحاليل المائية الشاردية :
أ فسر هذه النتائج مدعما إجابتك بالصيغة الكيميائية للحمض الأميني في كل حالة .
ب ماذا تستنتج ؟
◄اقيم إجابتي:
في pH = 6 : نلاحظ عدم إنتقال الحمض الاميني إلى إي من القطبين .
في pH = 9.72 : نلاحظ إنتقال الحمض الاميني إلى القطب الموجب .
في pH = 2.29 : نلاحظ إنتقال الحمض الاميني إلى القطب السالب .
2 أ التفسير :
نفسر عدم انتقال الحمض الأميني في المجال الكهربائي باتجاه أي من القطبين ( الموجب و السالب ) عند درجة حموضة الوسط ( 6) بتأين المجموعتين الوظيفيتين , حيث تحمل الوظيفة الكربوكسيلية شحنة كهربائية سالبة (COO- ) و الوظيفة الأمينية شحنة كهربائية موجبة (NH3+) و هذا يعني أن مجموع الشحنات الكهربائية للحمض الأميني تساوي الصفر أي متعادلة كهربائيا و يرمز لها بـــ pHi ، لذلك يسلك الحمض الأميني هذا سلوك شاردة ثنائية القطب .
الصيغة العامة للحمض الأميني في 6 = pH
نفسر إنتقال الحمض الأميني بإتجاه القطب الموجب ( الأنود ) عندما أصبح pH الوسط أكبر من 6 أي يساوي 9.72 بتشرد المجموعة الكربوكسيلية (COO-) حيث أصبح الحمض الأميني أحادي القطب لكنه يحمل في هذه المرة شحنة كهربائية سالبة لأنه قام بدور مانح أو معطي للبروتونات فتخلى عن البروتون .

ب الإستنتاج :
يتغير سلوك الحموض الأمينية و بالتالي البروتينات حسب pH الوسط , فهي تسلك سلوك القاعدة في الوسط الحمضي بإستقبالها لبروتون أو بروتونات وتسلك سلوك الحمض في الوسط القاعدي بتخليها عن البروتون أو بروتونات لذلك تسمى أجسام حمقلية أو أمفوتيرية .


النشاط 4 :
تسلك الحموض الأمينية الأخرى نفس السلوك الحمقلي أي سلوك حمض في وسط قاعدي ( مانح للبروتونات ) وسلوك قاعدة في وسط حمضي (كاسب للبروتونات ) ، يلخص الجدول التالي الحموض الأمينية العشرون و الـ pHi الموافقة لها .

ماذا تستخلص من هذه النتائج ؟
◄أقيم إجابتي :
لكل pHi حمض أميني به



النشاط 5:
تتحد الأحماض الأمينية مع بعضها البعض مشكلة سلاسل بيبتيدية تعطي في مجموعها البروتينات ، للتعرف على كيفية ارتباط الأحماض الأمينية مع بعضها نقترح الصيغ ( أ) و( ب ) في الوثيقة (5)

1 ما عدد الأحماض الأمينية في الصيغتين ( أ) و( ب ) للوثيقة 5.
2 أ استخرج كيفية ارتباط الأحماض الأمينية مع بعضها .
ب تسمى هذه الرابطة بالرابطة الببتيدية . قدم تعريف مفهوم الرابطة الببتيدية .
3 وضح بمعادلة كيفية تشكل هذه الرابطة بين حمضين أمينين.
◄أقيم إجابتي:
1 عدد الأحماض الأمينية : في الصيغة أ : 3 أحماض أمينية .
في الصيغة ب : حمضان أمينيان .

2 *أ* نظرا لوجود الوظيفتين الحمضية و الأمينية في الحموض الأمينية فإنها تتحد مع بعضها مع فقد جزيئة الماء وذلك بإتحاد المجموعة الكربوكسيلية لحمض أميني مع المجموعة الحمضية للحمض الأميني الأخر مشكلة رابطة بيبتيدية .
*ب* مفهوم الرابطة الببتيدية : هي رابطة تكافؤية قوية بين حمضين أمينيين متتاليين و تتشكل بين المجموعة الكربوكسيلية للحمض الأميني الأول مع المجوعة الأمينية للحمض الأميني الموالي مع فقد جزيئة ماء .
3 كيفية تشكل الرابطة البيبتيدية

النشاط 6 :
لاختبار الفرضية المقترحة في النشاط 1 حول أصل البنية الفراغية للبروتين و بالتالي وظيفية البروتين، أجرى العالم Anfinsen التجربة التالية :
استعمل Anfinsen إنزيم الريبونيكلياز ( ribonuclease) الذي يتكون من سلسلة واحدة بها 124 حمض أميني حيث تنطوي هذه السلسلة نتيجة تشكل 4 جسور ثنائية الكبريت (-S - S- ) تتشكل بين السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية السيستيين . أضاف بعد ذلك مركب اليوريا (يعيق إنطواء السلسلة ) و مركبتوإيثانول ( يعمل على تفكيك الجسور ثنائية الكبريت ) فلاحظ أن هذا الإنزيم يفقد نشاطه الفيزيولوجي كما هو مبين في الوثيقة (6)

1 ماذا تستنتج من هذه التجربة ؟
2 ماذا تستخلص ؟

◄أقيم إجابتي :

1 الإستنتاج : البنية الفراغية لإنزيم الريبونيكلياز و بالتالي وظيفيته تعتمد على تسلسل أحماض
أمينية محددة بالعدد و النوع ينجم عنها إنطواء السلسلة بطريقة جد دقيقة و نوعية .
2 الإستخلاص : البنية الفراغية للبروتين ناجمة عن وجود روابط بين السلاسل الجانبية لأنواع
محددة من الحموض الأمينية .




المفاهيم المبنية
العلاقة بين بنية ووظيفة البروتين
- تظهر البروتينات ببُنيات فراغية مختلفة، محددة بعدد و طبيعة وتتالي الأحماض الأمينية التي تدخل في بنائها.
- تتكون جزيئات الأحماض الأمينية من وظيفة أمينية (-2NH ) ووظيفة حمضية كربوكسيلية -(COOH) مرتبطتان بالكربون وهما مصدرا الخاصية الأمفوتيرية .- يوجد عشرون حمضا أمينيا أساسيا تختلف فيما بينها في السلسلة الجانبية (الجذر r).
- تصنف الأحماض الأمينية حسب السلسلة الجانبية إلى:
° أحماض أمينية قاعدية (ليزين،ارجنين...)
° أحماض أمينية حمضية( حمض الغلوتاميك، حمض الأسبارتيك ....)
° أحماض أمينية متعادلة ( سيرين ،الغليسين..) .
- تسلك الأحماض الأمينية سلوك الأحماض (تعطي بروتونات) وسلوك القواعد(تكتسب بروتونات)
وذلك تبعا لدرجة حموضة الوسط لذلك تسمى بالمركبات الأمفوتيرية (الحمقلية).
- ترتبط الأحماض الأمينية المتتالية في سلسلة بيبتيدية بروابط تكافؤية تدعى الرابطة البيبتيدية (−CO.--NH−) .
- تختلف البيبتيدات عن بعضها بالقدرة على التفكك ألشاردي لسلاسلها الجانبية التي تحدد طبيعتها الأمفوتيرية وخصائصها الكهربائية.
- تتوقف البنية الفراغية وبالتالي التخصص الوظيفي للبروتين، على الروابط التي تنشأ بين أحماض أمينية محددة (ثنائية الكبريت،شاردية،....)، ومتموضعة بطريقة دقيقة في السلسلة البيبتيدية حسب الرسالة الوراثية .





المفاهيم المبنية
العلاقة بين بنية ووظيفة البروتين
- تظهر البروتينات ببُنيات فراغية مختلفة، محددة بعدد و طبيعة وتتالي الأحماض الأمينية التي تدخل في بنائها.
- تتكون جزيئات الأحماض الأمينية من وظيفة أمينية (-2NH ) ووظيفة حمضية كربوكسيلية -(COOH) مرتبطتان بالكربون وهما مصدرا الخاصية الأمفوتيرية .- يوجد عشرون حمضا أمينيا أساسيا تختلف فيما بينها في السلسلة الجانبية (الجذر r).
- تصنف الأحماض الأمينية حسب السلسلة الجانبية إلى:
° أحماض أمينية قاعدية (ليزين،ارجنين...)
° أحماض أمينية حمضية( حمض الغلوتاميك، حمض الأسبارتيك ....)
° أحماض أمينية متعادلة ( سيرين ،الغليسين..) .
- تسلك الأحماض الأمينية سلوك الأحماض (تعطي بروتونات) وسلوك القواعد(تكتسب بروتونات)
وذلك تبعا لدرجة حموضة الوسط لذلك تسمى بالمركبات الأمفوتيرية (الحمقلية).
- ترتبط الأحماض الأمينية المتتالية في سلسلة بيبتيدية بروابط تكافؤية تدعى الرابطة البيبتيدية (−CO.--NH−) .
- تختلف البيبتيدات عن بعضها بالقدرة على التفكك ألشاردي لسلاسلها الجانبية التي تحدد طبيعتها الأمفوتيرية وخصائصها الكهربائية.
- تتوقف البنية الفراغية وبالتالي التخصص الوظيفي للبروتين، على الروابط التي تنشأ بين أحماض أمينية محددة (ثنائية الكبريت،شاردية،....)، ومتموضعة بطريقة دقيقة في السلسلة البيبتيدية حسب الرسالة الوراثية .




منقول للافادة