Transcript בקטריורודופסין (Bacteriorhodopsin) 193.5 Kb

‫בקטריורודופסין (‪)Bacteriorhodopsin‬‬
‫בקטריורודופסין הוא חלבון הנמצא בקרום התא של החיידק‬
‫‪ Halobacterium halobium‬מהארכאובקטריות‪.‬‬
‫חיידקים אלה שכיחים בביצות מלוחות‪ .‬ניתן לזהותם על פי‬
‫צבעם הסגול שמקורו בצבע הרטינל ‪-‬מולקולה לא חלבונית‬
‫הקשורה בקשר קוולנטי לחלבון בקטריורודופסין‪.‬‬
‫תפקידי חלבונים בקרום התא‬
‫)תזכורת)‬
‫בכל קרום תא מבחינים בין חלבונים נשאים לבין משאבת חלבון‪.‬‬
‫ההבדל ביניהם מתבטא בדרך הסלקציה של החומרים‪ ,‬שהם מסייעים להעברתם‪:‬‬
‫•הסלקציה ע"י משאבה היא על פי גודל ומטען‪-‬‬
‫אם המשאבה פתוחה מולקולות קטנות מספיק עם המטען המתאים יעברו‪.‬‬
‫•חלבון נשא עובד כמו דלת מסתובבת‬
‫מאפשר מעבר רק למומס שמתאים לאתר על הנשא‪.‬‬‫הנשא מעביר אותו דרך הקרום אחד‪ ,‬אחד תוך שינוי המבנה מרחבי שלו עצמו‪.‬‬
‫יש דמיון בהתקשרות של הנשא למומס ה"נינשא" להתקשרות סובסטרט‪ -‬אנזים‪,‬‬
‫כלומר דרושה התאמה ספציפית כדי שהעברה תתקיים‪.‬‬
‫הרודופסין הוא נשא הנמצא בקרום התא‪.‬‬
‫•‬
‫נשא ספציפי של יוני מימן המוציא עודפי פרוטונים מהתא אל הסביבה החיצונית‪.‬‬
‫מקור האנרגיה הישיר לתהליך הוא אנרגית השמש‪ .‬ההנחה היא שהחלבונים‬
‫הללו יוצרים מסלול מעבר כך שלא נוצר מגע בין יוני המימן ההידרופילים לשכבה‬
‫השומנית ‪ ,‬ההידרופובית‪ ,‬המרכיבה את הקרום‪.‬‬
‫מבנה החלבון‬
‫רצף של כ ‪ 250-‬חומצות אמינו‪.‬‬
‫המבנה המרחבי ‪:‬‬
‫שבעה ‪ -α‬הליקס ערוכים במקובץ‪.‬‬
‫כל אחד מורכב מכ‪ 25 -‬חומצות אמינו ‪.‬‬
‫החלבון מכיל מולקולה לא חלבונית‪-‬‬
‫רטינל ( ‪-) RETINAL‬מסומנת בסגול בציור‪.‬‬
‫מולקולה הידרופובית‬‫הקשורה בקשר קוולנטי לליזין‬
‫באחד מתוך שבעת ה ‪– α‬הליקסים‪.‬‬
‫הרטינל נמצאת במישור אחד עם השכבה השומנית‬
‫ומוקפת לגמרי בשבעת ה ‪ α-‬הלקסים‪.‬‬
‫מודל העברת יוו מימן ע"י הבקטריורודופסין‬
‫(ההסבר בהמשך)‬
‫מודל העברת יוו מימן ע"י הבקטריורודופסין‬
‫הסבר לסכמה‬
‫הצורה המרחבית של הבקטריורודופסין‬
‫משתנה מקונפורמציה ‪ A‬לקונפורמציה ‪B‬‬
‫לקונפורמציה ‪ C‬וחזרה לקונפורמציה ‪.A‬‬
‫לכל קונפורמציה יש אנרגיה שונה‪:‬‬
‫‪ : A‬לחלבון יש משיכה חזקה ליון מימן‬
‫וזה גורם לו להתקשר ליון מימן בציטוזול‪.‬‬
‫‪ : B‬החלבון קשור ליון מימן‬
‫‪ : C‬משיכה חלשה ליון מימן‬
‫וזה גורם לו לשחרר יון מימן מחוץ לקרום התא‪.‬‬
‫המעבר מ‪ B -‬ל‪ C -‬הוא אנדורגני‬
‫ומותנה בהתרחשות של ראקציה אקסורגנית‬
‫במקום אחר על פני החלבון‪.‬ראקציה זו מתקיימת‬
‫כתוצאה מקליטה ישירה של אור ע"י הרטינל‪.‬‬
‫המשך‪‬‬
‫מודל העברת יוו מימן ע"י הבקטריורודופסין‬
‫הסבר לסכמה (המשך)‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫כשמולקולת רטינל קולטת פוטון של אור משתנה מבנה הרטינל ‪.‬‬
‫השינוי גורם לחלבון לעבור סדרה של שינויים במבנה‪ .‬שינויים אלה‬
‫גורמים להעברת יוני המימן מהרטינל למחוץ לתא לאורך מסלול של‬
‫חומצות אמינו קוטביות ‪.‬‬
‫ניתן לסכם מסלול מעבר יון מימן מהציטוזול אל הסביבה החוץ‬
‫תאית כך‪:‬‬
‫ציטוזול‪ ‬חומצה אספרטית ‪  96‬רטינל ‪‬חומצה אספרטית‬
‫‪  85‬סביבה חיצונית‪.‬‬
‫היות והמעבר מ‪ A -‬ל‪ B-‬ומ‪ C -‬ל‪ A -‬הוא ספונטני התהליך של‬
‫הוצאת יוני מימן מהציטוזול נמשך כל עוד החיידק נמצא באור כלומר‬
‫קיים מקור אנרגטי למעבר מקונפורמציה ‪ B‬לקונפורמציה ‪.C‬‬
‫בד בבד עם המעבר מ‪A -‬ל ‪B‬הרטינל חוזר למבנה הקודם שלו ע"י‬
‫התחברות עם יון מימן חדש וכך הוא גורם לחלבון לחזור למבנה‬
‫הקודם שלו והתהליך חוזר חלילה‪.‬‬
‫תפקיד הרודופסין‬
‫ברמת המטבוליזם התאי‬
‫בנוכחות אור השמש אלפי מולקולות של בקטריורודופסין‬
‫שואבות עודפי יוני מימן מהציטוזול‬
‫וע"י כך יוצרות מפל ריכוזים של יוני מימן לאורך קרום התא‪.‬‬
‫מפל זה יוצר מאגר אנרגיה כמו מים מאחורי סכר‪.‬‬
‫בנוכחות אור מולקולת חלבון אחת מעבירה בשנייה מספר מאות של‬
‫פרוטונים‪.‬‬
‫החלבון מהווה חלק ממערכת בתא החיידק שמתמירה אנרגית אור ל ‪. ATP‬‬
‫בדיוק כמו שמים יכולים ליצור חשמל אם הם ינועו במורד‬
‫כך מפל המימנים מנוצל ליצירת ‪ATP‬‬
‫במהלך זרימה מחודשת פנימה של יוני מימן לציטוזול‬
‫דרך חלבון ממברנלי אחר ה‪ ATP -‬סינתתז‪.‬‬
‫מקורות‬
1.Albert B., Bray D., Johnson A., Lewis J.
Raff M. Roberts K. and Walter P. ( 1994)
Molecular Biology of the Cell.
Garland Publishing , Inc. New York & London.
2. Albert B., Bray D., Johnson A., Lewis J.
Raff M. Roberts K. and Walter P. ( 1997)
Essential Cell Biology.
Garland Publishing , Inc. New York & London.
:‫מידע על רצף חומצות האמינו של החלבון ניתן למצוא באתר‬
http://pir.georgetown.edu/cgi-bin/nbrfget?uid=T48842
‫(יש חוסר התאמה בין חלק מהמידע המופיע באתר זה לבין המידע המופיע בספרים המובאים להלן‬
)‫ועל פיהם נעשה הסיכום‬