שיעור 5

מחזור הפחמן והמערכת האקולוגית

המרצה מסכם שבחומר הקודם “סגרנו פה את העניין של האנטרופיה, אנטלפיה, תאים חיים משקיעים הרבה מאוד אנרגיה בשמירה על מצב מאורגן”. הוא מזכיר שדיברו “הרבה על הארגון הפנימי בתאים איוקריוטיים”. זהו הנושא הכללי, אך כעת במצגת ההרצאה השלישית הם עוסקים “בכימיה או בריאקציות של החיים ברמה מאוד פשטנית”.

2.1 הגדרת הביוספירה

המרצה מקדיש “שקף אחד בלבד” למערכת האקולוגית או לביוספירה, ומציין בהומור שזה “לא היה מוצא חן בעיני מחבקי העצים מהקמפוס של תל חי”. הוא מסביר את מקור המילה: “ביו זה חי זה החלק הביוטיק כל היצורים החיים על פני כדור הארץ אבל גם החלק האביוטיק”.

2.2 היקף הביוספירה

הביוספירה מתייחסת ל”קליפה החיצונית של כדור הארץ, על השכבה החיצונית שבה יש תאים”. זה כולל את האטמוספירה עד לגובה מסוים ומעמקי הים. המרצה מזכיר גם את השיחה הקודמת על “יצורים שהגיעו ממעמקי הים מאזורים בלי חמצן”.

3. מחזור הפחמן בטבע

3.1 עקרונות כלליים

המרצה מחבר את הדיון למחזור הפחמן בטבע, ומזכיר “עקרונות הכלליים שהוזכרו… שהחיים מתבססים על מולקולות עשירות במולקולות פחמניות, עשירות בפחמן - בלי זה אין חיים”.

3.2 פחמן במערכת הביוטית

רוב הפחמן במערכת הביוטית (של היצורים החיים) נמצא במקרומולקולות. המרצה מבהיר: “אני מדבר על החלק הביוטי, נכון שיש הרבה יותר פחמן בחוץ, בCO₂, בחלק האביוטי”.

3.3 כניסה ויציאה של פחמן מהמערכת

המרצה מצביע על תרשים ומדגיש: “יש לנו פה הזכירו של חץ ירוק, יש בעצם רק אחד שהוא מראה כניסה של פחמן לייצורים החיים… רק במקום אחד”. לעומת זאת, “החיצים האדומים מדברים על שחרור של CO₂ חזרה לאטמוספירה”.

3.4 יציבות כימית של פחמן וחמצן

המרצה מסביר: “כיוון שהאטמוספירה שלנו היא עשירה בחמצן, המצב היציב יותר המועדף של פחמן הוא יחד עם חמצן - CO₂, ושל מימן הוא H₂O, מים”.

4. פוטוסינתזה כשער כניסה עיקרי לפחמן

4.1 מקור הפחמן במערכת החיה

המרצה מתחיל מ”הפינה העליונה, מהחץ הירוק הזה - פוטוסינתזה. זאת הדרך העיקרית לכניסה, אבל לא היחידה, לכניסה של פחמן למערכת הביוטית”.

4.2 יצורים פוטוסינתטיים

בתרשים מוזכרים “צמחים, עצים”, אך המרצה מדגיש: “לא פחות חשוב - חיידקים”. הוא מזהיר: “כשמדברים על פוטוסינתזה אנחנו תמיד חושבים על אלה, על היערות, על הג’ונגלים, על הירוק, אבל אל תשכחו את כל אותם מיקרואורגניזמים בעיקר בימים”.

4.3 תפקיד הפוטוסינתזה

המרצה מסביר את התפקיד הכפול של פוטוסינתזה: “השיטה לרתום את האנרגיה של אור השמש, להכניס אנרגיה למערכת ולהכניס פחמן למערכת”. הוא מזכיר שוב את חשיבות “אותם מיקרואורגניזמים שבשכבה העליונה של הימים והאוקיינוסים שעושים פוטוסינתזה ומכניסים אנרגיה - הם יצרנים ראשוניים בדיוק כמו הצמחים”.

5. שחרור פחמן דרך נשימה

5.1 פליטת פחמן דו-חמצני

ה”חיצים אדומים יוצאים גם מפה וגם מפה”, כלומר, “שחרור של CO₂ חזרה לאטמוספירה נעשה על ידי כל היצורים כאשר הם נושמים אירובית”.

5.2 נשימה אירובית

המרצה מבטיח: “נדבר עוד הרבה על נשימה אירובית”. זהו תהליך של “מיצוי של האנרגיה מתוך מולקולות מזון”, תהליך ש”מזכיר את הסכמות שראינו קודם… על ידי חמצון הדרגתי ועל זה נדבר הרבה מאוד בהרצאה היום”.

6. שרשרת המזון וזרימת הפחמן

6.1 דוגמה פשוטה לשרשרת מזון

המרצה מציג תרשים פשוט מהאינטרנט: “יצרן ראשוני (צמח), אוכל אותו חגב, ואוכל אותו עכבר, והטורף העל שהם בחרו פה זה נץ”.

6.2 אזכור תרבותי

המרצה מזכיר את “מלך האריות” ש”בטח חלק פה גדלו על הסרטונים האלה כמו הילדים שלי”. כמו כן, הוא מזכיר “הומאז’ לדודו גבע” שנפטר, ומתייחס באופן הומוריסטי לבלבול בהגיית המילה “חומוס” באנגלית.

7. מפרקים במחזור הפחמן

7.1 החוליה החסרה

המרצה שואל: “חסר לכם משהו במחזור הזה?” והתשובה היא: “Decomposers” (מפרקים).

7.2 תפקיד המפרקים

המפרקים פועלים “כאשר יצורים חיים מפסיקים, זאת אומרת בעצם כבר לא מצליחים להחזיק את הסדר והארגון שראינו בשקופית הקודמת, הם מתים, ובעצם מישהו צריך לפרק את כל המקרומולקולות, לארגן את כל… את הפגרים”. המרצה מדגיש: “מישהו צריך לפרק אותם… כדי שהמחזור הזה יעבוד”.

7.3 מיקום המפרקים

המפרקים פועלים בעיקר “בשכבה העליונה של הקרקע ושמה זה כל החבר’ה האלה, הדיקומפוזרים”, אך המרצה מציין “לא רק שם כמובן”.

8. התערבות אנושית במחזור הפחמן

8.1 השפעת האדם

המרצה מציין נקודה חשובה: “לעניין האקולוגיה והחימום, כל הדברים החשובים האלה לירוקים… אנחנו קצת שוכחים מהם… אבל יש התערבות אנושית”.

8.2 שריפת דלקים מאובנים

“הרבה מהשחרור [של CO₂] נעשה גם ובאמת במאות האחרונות אנחנו מאוד מאוד משפיעים על המערכת האקולוגית על ידי השריפה של דלקים מאובנים. גם זה משחרר CO₂ למערכת”.

9. מיקוד הקורס

9.1 התמקדות בביוכימיה של החיים

המרצה מסכם שכאשר ידברו “על הביוכימיה של החיים אנחנו נדבר על מה שקורה בחלק הזה” - כלומר, בתהליכים הביוכימיים בתוך המערכת הביוטית.

מאנזימים דרך ביואנרגטיקה ועד חלבונים

1. מבוא לאנזימים

אנזימים הוזכרו כבר מהפרק הראשון של הספר. הספר באנגלית, וזה אתגר, אבל אין צורך לקרוא את כל הפרק - מספיק להסתכל בתמונות העיקריות, לקרוא את ההסבר מתחת לתמונה ואת החלק בטקסט שמפנה אליה. המרצה מדגיש שזה חלק מהלימוד באוניברסיטה, שונה מצורת הלימוד בתיכון: “לשנן לשנן לזכור, יום לפני הבחינה, יום אחרי שכחנו הכל”.

בקורס הנוכחי, אנזימים נלמדים “על קצה המזלג”, אך הסטודנטים יקבלו עוד “מנה גדושה של אנזימים וריאקציות אנזימטיות וחישובי אנרגיה וקצב ריאקציה” בקורס ביוכימיה בשנה הבאה.

2. הגדרה ומבנה של אנזימים

2.1 מהות האנזימים

ברוב המכריע של המקרים, אנזימים הם חלבונים. אולם, ישנם גם מולקולות RNA שפועלות כאנזימים, הנקראות “ריבוזים” (Ribozymes). ההגדרה מאנציקלופדיה בריטניקה (ולא מוויקיפדיה) מתייחסת לאנזימים כ”סבסטנס” - חומר ביולוגי - חלבון או RNA או שילוב שלהם - שעובד כקטליזטור.

2.2 התפתחות אבולוציונית של אנזימים

המחשבה המקובלת היום היא שהמרק הקדמון שממנו התחילו להתפתח דברים התחיל עם דומיננטיות של RNA, ועם הזמן התפקיד עבר יותר לחלבונים. עם זאת, המרצה מציין שזה עדיין לא מסביר “איך משלולית רדודה עם כל מיני מולקולות אורגניות קטנות מתפתחים חיים - חתיכת שאלה מורכבת”.

2.3 תפקוד האנזימים כקטליזטורים

אנזימים עובדים כקטליזטורים - “אוסף של קטליזטורים בתאים” בכל יצור חי, מהחיידק הכי פשוט עם 500 גנים ועד לאדם. האנזים מבקר את קצב הריאקציה הכימית בלי שהוא עצמו משתנה בתהליך - נקודה שהמרצה מדגיש כ”מאוד חשובה”.

3. אתר פעיל וסובסטרט

3.1 מבנה האתר הפעיל

לאנזים יש אתר פעיל (Active site) שמתאים לסובסטרט (חומר המוצא). האנזים מוצג באופן סכמטי בצבע ירוק, והסובסטרט (האדום) נקשר אליו בהתאמה.

3.2 מהירות ריאקציות אנזימטיות

תהליך הקשירה וההמרה הוא מהיר באופן שקשה לדמיין: “סופר מהיר”. בהקשר זה, המרצה מציין שיש אנזימים שפועלים בקצב של מאות אלפי ריאקציות בשנייה. הריאקציות מתרחשות בסביבה הצפופה של התא, מוקפות במולקולות רבות.

3.3 תהליך הריאקציה האנזימטית

המרצה מתאר את התהליך בשלבים: נוצר קומפלקס אנזים-סובסטרט, האנזים (קטליזטור) מעביר את הסובסטרט למצב שהפך לתוצר (פרודקט). הסובסטרט משנה צורה גיאומטרית. התוצר משתחרר, והאנזים חוזר למצבו המקורי. המרצה מדגיש שללא האנזים, בטמפרטורות כמו 37 מעלות (טמפרטורת הגידול של אי-קולי במעבדה), הריאקציות לא היו מתרחשות בקצב סביר.

4. מסלולים מטבוליים

4.1 עיקרון המסלולים המטבוליים

מסלולים מטבוליים הם רצפים של ריאקציות המזורזות על ידי אנזימים עוקבים. התוצר של ריאקציה אחת משמש כסובסטרט לריאקציה הבאה. המסלולים מתרחשים במקומות שונים בתא: בציטוזול (הסביבה המימית בתוך התא), במיטוכונדריה, בגרעין, בגולג’י, ובכל האברונים השונים.

4.2 אנבוליזם וקטבוליזם

המסלולים המטבוליים כוללים שני סוגי תהליכים עיקריים:

• אנבוליזם: בנייה של מולקולות מורכבות ממולקולות פשוטות יותר (דורש אנרגיה)
• קטבוליזם: פירוק של מולקולות מורכבות למולקולות פשוטות יותר (משחרר אנרגיה)

המרצה מדגיש שהחיים מתבססים על מטבוליזם של “שתי כפות מאזניים - פירוק ויצירה”.

5. אנרגיית שפעול ופעילות אנזימטית

5.1 הורדת אנרגיית שפעול

אנזימים מורידים את אנרגיית השפעול (אנרגיה הדרושה להתחלת ריאקציה). המרצה מדגים זאת באמצעות אנלוגיה של כדור שצריך לעבור על פני גבעה: אותה ריאקציה כימית יכולה ללכת בדרכים שונות, לכל אחת מהן יש סף אנרגטי אחר. ללא אנזים, צריך לחמם את המערכת (למשל ל-70 מעלות) כדי שהריאקציה תתרחש, אך האנזים מוריד את הסף האנרגטי הדרוש לריאקציה ספציפית.

6. מולקולות נושאות אנרגיה (Activated Carrier Molecules)

6.1 עיקרון פעולת המתווכים האנרגטיים

המרצה מציג את המולקולות הנושאות אנרגיה כמתווכים בין תהליכי פירוק (קטבוליזם) לתהליכי בנייה (אנבוליזם). אלו הן מולקולות שיכולות לעבור בין שני מצבים: טעונות באנרגיה ולאחר שחרור האנרגיה.

6.2 ATP כנושא אנרגיה מרכזי

ATP (אדנוזין טרי-פוספט) הוא הדוגמה המוכרת ביותר. המבנה שלו כולל אדנוזין (בסיס חנקני + ריבוז) ושלוש קבוצות פוספט. הקשרים בין קבוצות הפוספט, במיוחד בין הפוספט השני לשלישי, הם “עתירי אנרגיה”.

6.3 יתרונות מולקולות קטנות כנושאות אנרגיה

בסביבה הצפופה של התא, מולקולות גדולות וקטנות מתנגשות כל הזמן. היתרון של מולקולה קטנה כמו ATP הוא יכולתה לעבור בדיפוזיה בקלות יחסית. המרצה מציין שאנזים, למרות שהוא זז ומשנה קונפורמציה, “כמעט אפשר להתייחס אליו כאילו הוא יושב במקום והוא חוטף הפגזה של מולקולות קטנות”.

בספר יש חישובים המראים כמה זמן לוקח למולקולה קטנה כמו ATP לעבור מרחק של 10 מיקרון (גודל אופייני של תא איוקריוטי) בסביבה צפופה. מולקולות גדולות יותר מתנגשות זו בזו ומתקשות להגיע לכל פינה בתא.

6.4 מגוון מולקולות נושאות אנרגיה

מלבד ATP, קיימות מולקולות נוספות המשמשות כנושאות אנרגיה:

• GTP (גואנוזין טרי-פוספט) - מבנה דומה ל-ATP
• NADH/NADPH
• נושאי אנרגיה אחרים שהוזכרו ברשימה

המרצה מציין שיש “המון המון שימוש חוזר בעיקרון הזה של מתווכים קטנים”.

7. מקורות אנרגיה במערכות ביולוגיות

7.1 מקורות אנרגיה חיצוניים

יצרנים ראשוניים רותמים את אור השמש, שזאת האנרגיה שנכנסת למערכת. אבל, מציין המרצה, יש גם מקורות אחרים. דוגמה מפתיעה היא “מתנוקוקוס” (ארכיאה) שחיה בקרקעית האוקיינוס בתנאים של חוסר חמצן. צוללת רובוטית גילתה אותם ליד “ונטות” - מקומות באים יוצא חום ואנרגיה כימית. אורגניזמים אלה מנצלים אנרגיה מקרקעית האוקיינוס, מייצרים מתן, ובכך מכניסים גם אנרגיה וגם פחמן למערכת החיה.

7.2 טרמודינמיקה בתהליכים ביולוגיים

המרצה מדגיש שעקרונות הטרמודינמיקה נשמרים: “האנרגיה לא משתנה, לא מתבזבזת, רק משנה צורה”.

8. מחזור ATP-ADP

8.1 מבנה מפורט של ATP

ATP מורכב מאדנוזין (אדנין + ריבוז) ושלושה פוספטים. מבנה זה מוצג בתמונה 33 בפרק. המרצה מסביר שלא צריך לקרוא את כל הספר; מספיק לחפש את התמונה, לקרוא את התיאור (Figure legend) ואת הטקסט שמפנה אליה.

8.2 מחזור האנרגיה באמצעות ATP/ADP

ATP הוא הנפוץ ביותר מבין נושאי האנרגיה. המעבר מ-ATP ל-ADP משחרר אנרגיה שיכולה לשמש לריאקציות אחרות. הפוספט השלישי משתחרר, מקבלים ADP + Pi, והאנרגיה משמשת לריאקציה שאינה מועדפת אנרגטית.

המרצה מדגיש שצריך את שתי הצורות - ATP ו-ADP - כדי לקיים את המחזור (“סייקלינג”). ה-ATP, עם שלושה פוספטים, הוא הצורה הטעונה באנרגיה. הוא שומר על האנרגיה בקשרים עתירי האנרגיה “עד לשבריר השנייה שבו אני משתמש באנרגיה הזאת כדי לדחוף ריאקציה שהיא לא מועדפת אנרגטית”.

8.3 נגזרות נוספות של נוקלאוטידים

מלבד המעבר הנפוץ ATP-ADP, יש גם מעבר ל-AMP (אדנוזין מונופוספט) שיכול לשמש כאבן בנייה או ליצור Cyclic AMP (AMP ציקלי), שהפוספט שלו נסגר בצורה מעגלית. ל-Cyclic AMP יש “תפקיד כמתווך בתאים”.

9. אתר ייצור ה-ATP

9.1 מיטוכונדריה ותפקידה

ATP נוצר במיטוכונדריה, שהיא אתר ייצור האנרגיה העיקרי בתא האיוקריוטי. במיטוכונדריה יש מכונה ביולוגית המכונה “הפטרייה” (ATP סינתאז או ATP synthase) שמסתובבת “כמו גלגל של תחנת מים”. האנזים הזה שקוע בין שתי הממברנות של המיטוכונדריה.

9.2 מקור המיטוכונדריה והתנועה שלה

המיטוכונדריה “הגיעו מאיזה אירוע של סימביוזה עתיקה לפני יותר ממיליארד שנה”. העובדה שהמיטוכונדריה “זזות לכל מקום ומגיעות לכל פינה” היא חשובה, במיוחד בתאים עם שלוחות ארוכות, כמו תאי עצב. בדוגמה קונקרטית, המרצה מציין “תחשבו על תא עצב… כל הרגל”, שצריך לספק אנרגיה לכל החלקים, כולל לסינפסות.

10. צימוד ריאקציות (Coupled Reactions)

10.1 עיקרון הצימוד

צימוד ריאקציות הוא עיקרון מרכזי בביוכימיה. המרצה מציג אנלוגיה (שאינה ריאקציה ביוכימית): סלעים נופלים מצוק ומתרסקים, וכל האנרגיה שלהם מתבזבזת כחום. כאשר מציבים גלגל במסלול הסלעים, חלק מהאנרגיה נרתמת להרים דליי מים, פעולה שדורשת השקעת אנרגיה.

10.2 הקשר לחיי יומיום

המרצה משווה את המעבר בין ATP ל-ADP כאנלוגי למעבר מ”סחר חליפין” ל”כלכלת כסף” בחברה האנושית: “תחשבו על בני אדם כשהם עברו מהשלב של סחר חליפין, אני נותן לך פרה, אתה נותן לי… למצב של כסף”.

11. נומנקלטורה של נוקלאוטידים וסטריאוכימיה

11.1 מורכבות שמות הנוקלאוטידים

המרצה מודה שהשמות (נומנקלטורה) של הנוקלאוטידים “נורא מבלבלת” ו”יש פה אנשים שזה מאיים עליהם כי הם אף פעם לא נתקלו” בהם. הוא מבהיר שאין צורך לזכור את כל השמות והנוסחאות הכימיות – “יש שאלה על המולקולה הזאת, השם יופיע בשאלה, אולי אפילו תמונה של המולקולה”.

11.2 מרכיבי הנוקלאוטידים

נוקלאוטידים בנויים מבסיס חנקני, סוכר (ריבוז או דאוקסיריבוז) וקבוצות פוספט. ההבדל בין נוקלאוזיד לנוקלאוטיד הוא שנוקלאוזיד הוא רק “הריבוז עם הבסיס החנקני”, בעוד שנוקלאוטיד כולל גם פוספטים.

11.3 הבדלים בין DNA ו-RNA

ב-DNA ו-RNA יש שני הבדלים מרכזיים:

1. בסוכר: דאוקסיריבוז ב-DNA לעומת ריבוז ב-RNA
2. בבסיס החנקני: תימין (T) ב-DNA לעומת אוראציל (U) ב-RNA

11.4 סטריאוכימיה של מולקולות ביולוגיות

המרצה מזכיר את הנושא של אננטיומרים (מולקולות תמונת ראי) בכימיה אורגנית. בטבע יש בדרך כלל אוסף סלקטיבי - רק אחד מהאננטיומרים, בעוד שבמעבדה אפשר לסנתז את שניהם. למשל, כשמשתמשים ב-ATP במעבדה, “כתוב שמה שזה D או L ATP… רק אחד מהם יעיל בעצם במערכת שלנו, במערכת החיה”.

12. תגובות דחיסה (Condensation Reactions)

12.1 עיקרון תגובות הדחיסה

תגובות דחיסה (Condensation reactions) הן מרכזיות בביוכימיה. המרצה מדגיש כי “המון המון ריאקציות מתרחשות בצורה הזאת”. בתגובה כזו, שתי מולקולות מתחברות תוך שחרור מולקולת מים.

12.2 השלבים בתגובת דחיסה מזורזת על ידי ATP

המרצה מתאר את השלבים בתגובת דחיסה בפירוט:

1. יש מצב ביניים (Activated Intermediate) שמתהווה כאשר קבוצת פוספט מ-ATP עוברת לאחת המולקולות
2. מולקולה שנייה מגיעה ומתרחשת תגובת דחיסה
3. נוצר קשר חדש בין שתי המולקולות ומשתחררים מים

12.3 דוגמה ספציפית: סינתזת גלוטמין

המרצה מציג דוגמה מפורטת להמחשת העיקרון: סינתזת גלוטמין מחומצה גלוטמית ואמוניה באמצעות האנזים גלוטמין סינתאז. התהליך כולל:

1. השימוש באנרגיה מ-ATP ליצירת מצב ביניים של חומצה גלוטמית עם פוספט
2. התגובה של אמוניה (NH₃) עם מצב הביניים
3. יצירת גלוטמין והשתחררות ADP ופוספט

המרצה מציין ששני השלבים האלו “לגמרי לגמרי מצומדים, הם מאוד מהירות, הן מתרחשות באתר הפעיל של אנזים”.

13. תגובות דחיסה בסינתזת מקרומולקולות עיקריות

13.1 שלוש קבוצות עיקריות של מקרומולקולות

המרצה מציג שלוש קבוצות חשובות של ריאקציות דחיסה בסינתזת מקרומולקולות:

1. פוליסכרידים (רב-סוכרים) - יחידות סוכר (לרוב גלוקוז) מתחברות אחת לשנייה, כמו בגליקוגן
2. פוליפפטידים (חלבונים) - חומצות אמינו מתחברות דרך קשר פפטידי
3. חומצות גרעין (DNA/RNA) - נוקלאוטידים מתחברים בקשר פוספודיאסטרי

13.2 כיווניות בבניית מקרומולקולות

כל אחת מהמקרומולקולות הללו נבנית בכיווניות מוגדרת:

• בחלבונים - מהקצה האמיני לקצה הקרבוקסילי
• בחומצות גרעין - מכיוון 5’ לכיוון 3’

המרצה מדגיש: “בכל המקרים האלה, פולימרים ארוכים, יחידות, מונומרים שמחוברים אחד לשני, זה תמיד באותו קשר… תמיד עם הכיווניות”.

13.3 יצירת DNA/RNA

בהקשר של סינתזת חומצות גרעין, המרצה מסביר שהנוקלאוטידים מגיעים בצורה של שלושה פוספטים (כמו GTP) והם כבר “טעונים באנרגיה” שהאנזים צריך לחיבור. “מאיפה הגיעה האנרגיה לטעון אותו? קודם טענו אותו”. זהו “הסייקל הזה שאנחנו משתמשים באנרגיה ומעבירים אותה כאילו מיד ליד”.

13.4 שחרור מולקולות מים

בכל תגובות הדחיסה האלה, משתחררת מולקולת מים: “בכולם יש מולקולת מים שמשתחררת”. המרצה מזכיר ששוחחו על כך כבר ביום שני, כשדיברו לראשונה על “ריאקציות דחיסה מול ריאקציות הידרוליזה”.

14. מסלולים מטבוליים: גליקוליזה ומעגל החומצה הציטרית

14.1 גליקוליזה (Glycolysis)

הגליקוליזה היא מסלול מטבולי של 10 שלבים לפירוק גלוקוז. המרצה מציין שהסטודנטים יצטרכו לשנן אותה: “כל הסטודנטים לרפואה בכל הדורות משננים אותה”. הגליקוליזה מתרחשת בציטוזול ומהווה את החלק הראשון בתהליך הפקת האנרגיה מסוכרים.

14.2 מעגל החומצה הציטרית (מעגל קרבס)

מעגל החומצה הציטרית מתרחש במיטוכונדריה בתאים איוקריוטיים. המרצה מציין שזה התהליך המרכזי בכל היצורים החיים שמתרחש “בסביבה עשירה בחמצן… לחמצון של סוכרים”.

14.3 השוואה לשריפה ישירה

המרצה משווה את התהליך המטבולי המבוקר לשריפה ישירה: “אם הייתי שורף את הסוכר, כל האנרגיה הייתה משתחררת כמו הסלעים ההם”. היתרון בתהליך המטבולי המבוקר הוא ש”אנזים אחד מעביר לאנזים השני, אני מצליח להוציא את האנרגיה בדרך”.

14.4 מסלולים אנאירוביים

המרצה מזכיר גם את הנשימה האנאירובית שמתרחשת בהיעדר חמצן. דוגמה לכך היא אתלט שרץ ובשריריו “נוצר מצב של חוסר חמצן… נוצרת חומצת חלב, חומצה לקטית”. כמו כן, ישנם אורגניזמים כמו ה”מתנוקוקוס”, ארכיאון שחי במעמקים, ש”בכלל מותאם לסביבה אחרת” - סביבה אנאירובית.

14.5 המורכבות של רשת המסלולים המטבוליים

המרצה מציג את המורכבות של הרשת המטבולית: “זה ניסיון להראות את כל הפאסווי… מעל אלפיים” ריאקציות אנזימטיות. המטבוליזם אינו רק מקור אנרגיה, אלא גם מספק “אבני בניין, מולקולות קטנות, שמשמשות לתהליכי אנבוליזם, כלומר בנייה של מקרומולקולות”.

15. חלבונים: מבנה ותפקוד

15.1 מרכזיות החלבונים בחיים

המרצה מדגיש את המרכזיות של חלבונים: “כל עולם החי שאנחנו מכירים היום… מבוסס על חלבונים”. הוא מוסיף ש”כל מה שתראו, כל מה שתעסקו בו מבוסס על המבנה המרחבי של חלבונים ועל הקשר בין מבנה חלבון לתפקוד של חלבון”.

15.2 אחוז החלבונים בגוף

כ-70% מהגוף הוא מים, אך מתוך החומר היבש, 15% הם חלבונים. המרצה מדגיש את חשיבותם במשפט קצר וחד: “בלי חלבונים אין חיים”.

16. הקשר הפפטידי

16.1 מבנה ויצירת הקשר הפפטידי

הקשר הפפטידי הוא הקשר שמחבר בין חומצות אמינו בחלבון. זוהי דוגמה לריאקציית דחיסה. המרצה מציין שזהו “חיבור של חומצה אמינית חדשה לסוף השרשרת של חלבון”.

16.2 כיווניות בחלבונים

כפי שב-DNA וב-RNA יש כיווניות קבועה (5’ ל-3’), כך גם בחלבונים: “תמיד מקצה אמיני לקצה קרבוקסילי”. המרצה מציין את הקצה הקרבוקסילי בתמונה ואת הקשר הפפטידי, שלפעמים נקרא גם “קשר אמידי”.

16.3 זיהוי הקשר הפפטידי

הקשר הפפטידי ניתן לזיהוי על פי “הפחמן הזה עם הקשר כפול לחמצן” והאמין (NH).

17. תפקידים מגוונים של חלבונים

17.1 רשימת תפקידי חלבונים

המרצה מציג רשימה ארוכה של תפקודי חלבונים, ביניהם:

• אנזימים - מזרזים ריאקציות ביוכימיות
• חלבוני מבנה - מעניקים תמיכה מכנית
• משאבות ותעלות - מאפשרים מעבר חומרים דרך ממברנות
• ועוד תפקידים רבים

17.2 חשיבות בלימודים קליניים

המרצה מציין שהחלבונים ילוו את הסטודנטים לאורך “כל הלימודים הפרקליניים” שלהם וגם בהתמחויות. כשרופא שולח בדיקת דם ביוכימית, לעתים קרובות זו “בדיקה של אנזימים”.

17.3 דימוי של תא וחלבונים

המרצה מציג תמונה של תא עם סימון של אברונים שונים: גרעין, מיטוכונדריה, גולג’י, רשתית אנדופלסמטית (ER). הוא מציין שהתמונה לקוחה מחברה ביוטכנולוגית המוכרת “פרובים, סמנים… שיאפשרו [למדענים] לעקוב אחרי חלבונים ספציפיים”.

18. מבט קדימה ומידע על מבחנים

18.1 המשך הקורס

המרצה מציין שבהמשך הקורס, ביום שני, הם יתחילו לדון בעיקרון ש”המבנה של חלבון נקבע על ידי רצף חומצות האמינו שלו”.

18.2 מידע על הבוחן

המרצה מתייחס לבוחן אמצע שיהיה “בערך 15 שאלות… כולן אמריקאיות”. זה דומה למה שהיה בשנה שעברה. הוא מבטיח לפרסם “איזה מיקוד נושאים”, אבל מציין ש”בעיקרון הכל” יהיה בבוחן, עם דגש על “הדברים החשובים שדיברנו עליהם בהרצאה ולא איזה משהו שמתחבא באיזה פינה רק בספר או בקושי הוזכר”.

18.3 לימוד עצמי והתמודדות עם החומר

המרצה חוזר למסר המרכזי שלו לגבי למידה: “אנרגיה ו-Activated Carriers אלה הדברים החשובים במצגת הזאת”. בקורס ביוכימיה בסמסטר הבא או שאחריו, הסטודנטים “ייכנסו ממש לריאקציות האלה”. הוא מציין את ד”ר רון אורבך ש”ישב על הספרים וזוכר את כל השלבים האלה בעל פה והוא ירביץ בכם תורה”.

המרצה מתייחס לשאלה האם הסטודנטים יזכרו את כל הפרטים: “אם אתם לא תשתמשו בזה ביום יום, לא תזכרו, אבל אם פעם התמודדתם עם זה ואיבדתם את החומר הזה, זה יעזור לכם.”