פיתוח: אילן לולב

אוכלוסיית היעד: תלמידי כיתות י"ב.

תקציר

מולקולות החלבון הן מולקולות גדולות ומורכבות מאוד, הבנויות מעשרות אלפי אטומים שונים. לסדר הגודל הזה יש, כמובן, השלכות על דרך בנייתן ותפקודן. יחד עם זאת, ענייננו להראות, שהכלים והמודלים המשמשים אותנו כ"שפת הכימאי", כשאנו מטפלים במולקולות קטנות, הם גם הכלים והמודלים המתאימים לטיפול במולקולות גדולות: נוסחות מבנה (נוסחות ייצוג), קשר יחיד וקשר כפול, אורכי קשר, אנתלפיות קשר, זוויות קשר, קוטביות, צורה, קשרים בין מולקולריים, מערכות שווי משקל, תגובות חומצה בסיס, חמצון חיזור, דחיסה והידרוליזה, וכיוצא באלה עוד ועוד.
שימו לב, במהלך הספר כולו, אין לפנינו תגובה או מודל שלא נפגשנו בהם במהלך הלימודים הקודמים – והאתגר הוא להשתמש בכל אלה באופן מושכל, כדי להכיר בעזרתם את מולקולות החלבון. כל המושגים, כאמור, כבר מוכרים, למעט שניים חדשים: האל-איתור האלקטרוני ואטום הפחמן הכירלי, המופיעים כחומר רקע בלימודי תרכובות הפחמן, ואילו כאן הם חלק מובנה בתוך חומר הלימוד – וזהו אולי ה"בונוס" שלנו.
מהלך הלימוד מתחיל בהיכרות עם ההמוגלובין והמיוגלובין ברמה המיקרוסקופית. אנו דנים בהם כמערכת כוללת, שאפשר לטפל בה בכלים המוכרים לנו: את התפקוד הביולוגי באחסון ובהולכה של החמצן אנו מתארים במונחים של מערכות שווי-משקל. אחר כך, בפרקים הבאים, שלב אחר שלב, מן המאקרו אל המיקרו, אנו מתקרבים בהדרגה אל פרטי המבנה של מולקולת החלבון הגדולה ומרכיביה, עד ליכולת לתאר אותה ואת תפקודה במונחים של שפת המולקולות המוכרות לנו.

תוכן העניינים של הספר

פרק ראשון: לצאת מן החלבון
פרק שני: המוגלובין ומיוגלובין: צוות לעניין

1. עקומת קישור החמצן למיוגלובין: עקומת רוויה
2. עקומת הרוויה של ההמוגלובין
3. גורמים אחרים המשפיעים על עקומת הרוויה
   • אפקט בוהר: יוני H₃O⁺(aq) כגורם אלוסטרי
   • DPG כגורם אלוסטרי

פרק שלישי: משפחת החומצות האמיניות

1. החומצות האמיניות: דו-יון
2. מי הן הקבוצות הנושאות מטען?
3. כיצד משתנה המטען עם ה-pH?
4. כיצד נחשב את מטענן של החומצות האמיניות?
5. הנקודה האיזואלקטרית
6. אלקטרופורזה ומיקוד איזואלקטרי

פרק רביעי: אנליזה של חלבון

1. הרכב החלבון
2. מיפוי החלבון: קביעת רצף החומצות האמיניות בשרשרת

פרק חמישי: מולקולת החלבון בשלושה מימדים: המבנה השניוני

1. הקבוצה הפפטידית ועמוד השדרה של החלבון
2. משטחים וסלילים: המבנה השניוני של החלבונים הסיביים: פיברואין, קראטין, קולאגן
3. איורים סטראוסקופיים

פרק שישי: מולקולת החלבון בשלושה מימדים:
המבנה השלישוני של החלבונים הגלובולאריים

1. מיוגלובין
2. הריבונוקלאז כמשל

פרק שביעי: ההצמדה ההידרופובית

1. "הצמדה" על דרך השלילה
2. התבנית האמפיפאתית של המבנה השניוני
   פרק שמיני: ההמוגלובין – הזמנה להיכרות אינטימית
   1. המודל האלוסטרי: נדנדה מולקולרית, או: החלבון ב"ארבעה מימדים"
   2. מנגנון הנדנדה בהמוגלובין והקשרים היוניים – on and off
   3. אפקט בוהר: שווי משקל חומצה – בסיס

פרק השלמה למעוניינים: עיצוב חלבונים

1. מוטאציות מוכוונות
2. עיצוב ההמוגלובין
   • הכל נשאר במשפחה
   • ההמוגלובין החולה
   • אנמיה חרמשית
   • מוטאציות מוכוונות בהמוגלובין

נספח א': נוסחות מבנה של החומצות האמיניות
נספח ב': המבנה הראשוני של המיוגלובין וההמוגלובין
נספח ג': תרשים מודל נייר של סליל α
נספח ד': תרשים מודל נייר של משטח קפלים β