Սպիտակուցները մարմնի ցանկացած կենդանի բջիջի կարևոր օրգանական տարրերից են: Նրանք կատարում են բազմաթիվ գործառույթներ՝ օժանդակ, ազդանշանային, ֆերմենտային, տրանսպորտային, կառուցվածքային, ընկալիչ և այլն: Սպիտակուցների առաջնային, երկրորդական, երրորդային և չորրորդական կառուցվածքները դարձել են կարևոր էվոլյուցիոն ադապտացիաներ։ Ինչից են պատրաստված այս մոլեկուլները: Ինչու՞ է այդքան կարևոր մարմնի բջիջներում սպիտակուցների ճիշտ ձևավորումը:
Սպիտակուցների կառուցվածքային բաղադրիչներ
Ցանկացած պոլիպեպտիդային շղթայի մոնոմերները ամինաթթուներն են (AA): Այս ցածր մոլեկուլային քաշի օրգանական միացությունները բավականին տարածված են բնության մեջ և կարող են գոյություն ունենալ որպես անկախ մոլեկուլներ, որոնք կատարում են իրենց գործառույթները: Դրանց թվում են նյութերի տեղափոխումը, ֆերմենտների ընդունումը, արգելակումը կամ ակտիվացումը։
Ընդհանուր առմամբ կա մոտ 200 կենսագեն ամինաթթու, բայց դրանցից միայն 20-ը կարող են լինել սպիտակուցի մոնոմերներ: Նրանք հեշտությամբ լուծվում են ջրի մեջ, ունեն բյուրեղային կառուցվածք և շատերի համը քաղցր է:
C քիմիականAA-ի տեսանկյունից սրանք մոլեկուլներ են, որոնք անպայման պարունակում են երկու ֆունկցիոնալ խումբ՝ -COOH և -NH2: Այս խմբերի օգնությամբ ամինաթթուները շղթաներ են կազմում՝ միանալով միմյանց պեպտիդային կապով։
20 պրոտեինոգեն ամինաթթուներից յուրաքանչյուրն ունի իր ռադիկալը, որից կախված քիմիական հատկությունները տարբերվում են: Ըստ այդպիսի ռադիկալների բաղադրության՝ բոլոր AA-ները դասակարգվում են մի քանի խմբերի։
- Ոչ բևեռ՝ իզոլեյցին, գլիցին, լեյցին, վալին, պրոլին, ալանին:
- Բևեռային և չլիցքավորված՝ թրեոնին, մեթիոնին, ցիստեին, սերին, գլուտամին, ասպարագին:
- Առոմատիկ՝ թիրոզին, ֆենիլալանին, տրիպտոֆան:
- Բևեռային և բացասական լիցքավորված՝ գլյուտամատ, ասպարտատ։
- Բևեռային և դրական լիցքավորված՝ արգինին, հիստիդին, լիզին:
Սպիտակուցի կառուցվածքի կազմակերպման ցանկացած մակարդակ (առաջնային, երկրորդային, երրորդային, չորրորդական) հիմնված է պոլիպեպտիդային շղթայի վրա, որը բաղկացած է AA-ից: Միակ տարբերությունն այն է, թե ինչպես է այս հաջորդականությունը ծալվում տարածության մեջ և ինչ քիմիական կապերի օգնությամբ է պահպանվում այս կոնֆորմացիան։
Սպիտակուցի առաջնային կառուցվածք
Ցանկացած սպիտակուց առաջանում է ռիբոսոմների վրա՝ ոչ թաղանթային բջիջների օրգանելներ, որոնք մասնակցում են պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզին։ Այստեղ ամինաթթուները միացված են միմյանց՝ օգտագործելով ամուր պեպտիդային կապ՝ կազմելով առաջնային կառուցվածք։ Այնուամենայնիվ, այս առաջնային սպիտակուցային կառուցվածքը շատ է տարբերվում չորրորդականից, ուստի անհրաժեշտ է մոլեկուլի հետագա հասունացում:
Սպիտակուցներ, ինչպիսիք ենէլաստինը, հիստոնները, գլուտատիոնը, արդեն նման պարզ կառուցվածքով, կարողանում են իրենց ֆունկցիաները կատարել օրգանիզմում։ Սպիտակուցների ճնշող մեծամասնության համար հաջորդ քայլը ավելի բարդ երկրորդական կոնֆորմացիայի ձևավորումն է:
Սպիտակուցի երկրորդական կառուցվածք
Պեպտիդային կապերի ձևավորումը սպիտակուցների մեծ մասի հասունացման առաջին քայլն է: Որպեսզի դրանք կատարեն իրենց գործառույթները, նրանց տեղական կոնֆորմացիան պետք է որոշակի փոփոխությունների ենթարկվի: Դա ձեռք է բերվում ջրածնային կապերի օգնությամբ՝ փխրուն, բայց միևնույն ժամանակ բազմաթիվ կապեր ամինաթթուների մոլեկուլների հիմնային և թթվային կենտրոնների միջև։
Այսպես է ձևավորվում սպիտակուցի երկրորդական կառուցվածքը, որը տարբերվում է չորրորդականից իր հավաքման պարզությամբ և տեղային կառուցվածքով։ Վերջինս նշանակում է, որ ամբողջ շղթան չի ենթարկվում վերափոխման։ Ջրածնային կապերը կարող են ձևավորվել միմյանցից տարբեր հեռավորությունների մի քանի տեղամասերում, և դրանց ձևը կախված է նաև ամինաթթուների տեսակից և հավաքման եղանակից:
Լիզոզիմը և պեպսինը սպիտակուցների ներկայացուցիչներ են, որոնք ունեն երկրորդական կառուցվածք։ Պեպսինը մասնակցում է մարսողությանը, իսկ լիզոզիմը պաշտպանիչ ֆունկցիա է կատարում մարմնում՝ ոչնչացնելով բակտերիաների բջիջների պատերը։
Երկրորդական կառուցվածքի առանձնահատկությունները
Պեպտիդային շղթայի տեղական կոնֆորմացիաները կարող են տարբերվել միմյանցից: Արդեն ուսումնասիրվել են մի քանի տասնյակ, որոնցից երեքը ամենատարածվածն են։ Դրանցից են ալֆա պարույրը, բետա շերտերը և բետա շրջադարձը։
Ալֆա պարույր –սպիտակուցների մեծ մասի երկրորդական կառուցվածքի ամենատարածված կոնֆորմացիաներից մեկը: Դա 0,54 նմ հարվածով կոշտ ձողային շրջանակ է: Ամինաթթուների ռադիկալները ուղղված են դեպի դուրս:
Աջակողմյան պարույրները առավել տարածված են, և երբեմն կարելի է գտնել ձախակողմյան նմանակներ: Ձևավորման ֆունկցիան իրականացվում է ջրածնային կապերով, որոնք կայունացնում են գանգուրները։ Ալֆա պարույրը ձևավորող շղթան պարունակում է շատ քիչ պրոլին և բևեռային լիցքավորված ամինաթթուներ:
- Բետա շրջադարձը մեկուսացված է առանձին կոնֆորմացիայի մեջ, թեև այն կարելի է անվանել բետա շերտի մաս: Ներքեւի գիծը պեպտիդային շղթայի կռումն է, որն ապահովված է ջրածնային կապերով: Սովորաբար թեքության տեղը ինքնին բաղկացած է 4-5 ամինաթթուներից, որոնց թվում պարտադիր է պրոլինի առկայությունը։ Այս AK-ը միակն է, որն ունի կոշտ և կարճ կմախք, որը թույլ է տալիս նրան ինքնուրույն շրջադարձ ձևավորել:
- Բետա շերտը ամինաթթուների շղթա է, որը ձևավորում է մի քանի թեքություններ և կայունացնում դրանք ջրածնային կապերով: Այս կոնֆորմացիան շատ նման է ակորդեոնի մեջ ծալված թղթի թերթիկին: Ամենից հաճախ ագրեսիվ սպիտակուցներն ունեն այս ձևը, սակայն կան բազմաթիվ բացառություններ:
Տարբերել զուգահեռ և հակազուգահեռ բետա-շերտը: Առաջին դեպքում C- և N- ծայրերը թեքություններում և շղթայի ծայրերում համընկնում են, իսկ երկրորդ դեպքում՝ ոչ։
Երրորդական կառուցվածք
Սպիտակուցների հետագա փաթեթավորումը հանգեցնում է երրորդական կառուցվածքի ձևավորմանը: Այս կոնֆորմացիան կայունանում է ջրածնի, դիսուլֆիդային, հիդրոֆոբ և իոնային կապերի օգնությամբ։ Նրանց մեծ թիվը թույլ է տալիս շրջել երկրորդական կառուցվածքը ավելի բարդ կառուցվածքի:ձևավորել և կայունացնել այն։
Առանձին գնդային և ֆիբրիլային սպիտակուցներ: Գնդաձեւ պեպտիդների մոլեկուլը գնդաձեւ կառուցվածք է։ Օրինակներ՝ ալբումին, գլոբուլին, երրորդական կառուցվածքի հիստոններ։
Ֆիբրիլային սպիտակուցները կազմում են ամուր թելեր, որոնց երկարությունը գերազանցում է դրանց լայնությունը։ Նման սպիտակուցներն առավել հաճախ կատարում են կառուցվածքային և ձևավորող գործառույթներ։ Օրինակներ են ֆիբրոնը, կերատինը, կոլագենը, էլաստինը:
Սպիտակուցների կառուցվածքը մոլեկուլի չորրորդական կառուցվածքում
Եթե մի քանի գնդիկներ միավորվեն մեկ բարդույթում, ձևավորվում է այսպես կոչված չորրորդական կառուցվածքը: Այս կոնֆորմացիան բնորոշ չէ բոլոր պեպտիդներին, և այն ձևավորվում է, երբ անհրաժեշտ է կատարել կարևոր և հատուկ գործառույթներ։
Բարդ սպիտակուցի յուրաքանչյուր գնդիկ առանձին տիրույթ կամ պրոտոմեր է: Հավաքականորեն մոլեկուլի չորրորդական կառուցվածքի սպիտակուցների կառուցվածքը կոչվում է օլիգոմեր։
Սովորաբար, նման սպիտակուցն ունի մի քանի կայուն կոնֆորմացիաներ, որոնք անընդհատ փոխում են միմյանց՝ կախված արտաքին գործոնների ազդեցությունից, կամ երբ անհրաժեշտ է կատարել տարբեր գործառույթներ։
Սպիտակուցի երրորդական և չորրորդական կառուցվածքի կարևոր տարբերությունը միջմոլեկուլային կապերն են, որոնք պատասխանատու են մի քանի գնդիկների միացման համար: Ամբողջ մոլեկուլի կենտրոնում հաճախ կա մետաղական իոն, որն ուղղակիորեն ազդում է միջմոլեկուլային կապերի ձևավորման վրա։
Լրացուցիչ սպիտակուցային կառուցվածքներ
Միշտ չէ, որ ամինաթթուների շղթան բավարար է սպիտակուցի գործառույթները կատարելու համար: ATՇատ դեպքերում նման մոլեկուլներին կցվում են օրգանական և անօրգանական բնույթի այլ նյութեր։ Քանի որ այս հատկությունը բնորոշ է ֆերմենտների ճնշող թվին, բարդ սպիտակուցների բաղադրությունը սովորաբար բաժանվում է երեք մասի՝
- Ապոենզիմը մոլեկուլի սպիտակուցային մասն է, որը ամինաթթուների հաջորդականություն է։
- Կոֆերմենտը սպիտակուց չէ, այլ օրգանական մաս։ Այն կարող է ներառել տարբեր տեսակի լիպիդներ, ածխաջրեր կամ նույնիսկ նուկլեինաթթուներ: Սա ներառում է կենսաբանորեն ակտիվ միացությունների ներկայացուցիչներ, որոնց թվում կան վիտամիններ։
- Կոֆակտոր - անօրգանական մաս, որը ներկայացված է շատ դեպքերում մետաղական իոններով։
Մոլեկուլի չորրորդական կառուցվածքում սպիտակուցների կառուցվածքը պահանջում է տարբեր ծագման մի քանի մոլեկուլների մասնակցություն, ուստի շատ ֆերմենտներ միանգամից երեք բաղադրիչ ունեն: Օրինակ՝ ֆոսֆոկինազն է՝ ֆերմենտ, որն ապահովում է ֆոսֆատային խմբի փոխանցումը ATP մոլեկուլից։
Որտե՞ղ է ձևավորվում սպիտակուցի մոլեկուլի չորրորդական կառուցվածքը:
Պոլիպեպտիդային շղթան սկսում է սինթեզվել բջջի ռիբոսոմների վրա, սակայն սպիտակուցի հետագա հասունացումը տեղի է ունենում այլ օրգանելներում։ Նոր ձևավորված մոլեկուլը պետք է մտնի տրանսպորտային համակարգ, որը բաղկացած է միջուկային թաղանթից, ER-ից, Գոլջիի ապարատից և լիզոսոմներից։
Սպիտակուցի տարածական կառուցվածքի բարդությունը տեղի է ունենում էնդոպլազմիկ ցանցում, որտեղ ոչ միայն ձևավորվում են տարբեր տեսակի կապեր (ջրածին, դիսուլֆիդ, հիդրոֆոբ, միջմոլեկուլային, իոնային), այլև ավելացվում են կոֆերմենտ և կոֆակտոր։ Սա կազմում է չորրորդականսպիտակուցային կառուցվածք։
Երբ մոլեկուլը լիովին պատրաստ է աշխատանքի, այն մտնում է կա՛մ բջջի ցիտոպլազմա, կա՛մ Գոլջիի ապարատ: Վերջին դեպքում այս պեպտիդները փաթեթավորվում են լիզոսոմների մեջ և տեղափոխվում բջջի այլ բաժիններ։
Օլիգոմերային սպիտակուցների օրինակներ
Չորրորդական կառուցվածքը սպիտակուցների կառուցվածքն է, որը նախատեսված է կենդանի օրգանիզմում կենսական գործառույթների կատարմանը նպաստելու համար: Օրգանական մոլեկուլների բարդ կոնֆորմացիան թույլ է տալիս առաջին հերթին ազդել նյութափոխանակության բազմաթիվ պրոցեսների (ֆերմենտների) աշխատանքի վրա։
Կենսաբանորեն կարևոր սպիտակուցներն են հեմոգլոբինը, քլորոֆիլը և հեմոցիանինը: Պորֆիրինի օղակն այս մոլեկուլների հիմքն է, որի կենտրոնում մետաղական իոն է։
Հեմոգլոբին
Հեմոգլոբինի սպիտակուցի մոլեկուլի չորրորդական կառուցվածքը բաղկացած է 4 գնդիկներից, որոնք միացված են միջմոլեկուլային կապերով։ Կենտրոնում պորֆին է՝ երկաթի իոնով։ Սպիտակուցը տեղափոխվում է էրիթրոցիտների ցիտոպլազմա, որտեղ նրանք զբաղեցնում են ցիտոպլազմայի ընդհանուր ծավալի մոտ 80%-ը։
Մոլեկուլի հիմքը հեմն է, որն ավելի անօրգանական բնույթ ունի և կարմիր գույն ունի։ Այն նաև լյարդում հեմոգլոբինի քայքայման առաջնային արդյունքն է։
Բոլորս գիտենք, որ հեմոգլոբինը կատարում է տրանսպորտային կարևոր գործառույթ՝ թթվածնի և ածխաթթու գազի փոխանցումը մարդու մարմնով: Սպիտակուցի մոլեկուլի բարդ կոնֆորմացիան ձևավորում է հատուկ ակտիվ կենտրոններ, որոնք ունակ են համապատասխան գազերը կապելու հեմոգլոբինին։
Երբ ձևավորվում է սպիտակուց-գազային համալիր, ձևավորվում են այսպես կոչված օքսիհեմոգլոբին և կարբոհեմոգլոբին: Այնուամենայնիվ, կա ևս մեկըմի շարք նման ասոցիացիաներ, որոնք բավականին կայուն են՝ կարբոքսիհեմոգլոբին: Այն սպիտակուցի և ածխածնի օքսիդի համալիր է, որի կայունությունը բացատրում է շնչահեղձության հարձակումները չափազանց թունավորությամբ։
քլորոֆիլ
Չորրորդական կառուցվածք ունեցող սպիտակուցների ևս մեկ ներկայացուցիչ, որի տիրույթի կապերն արդեն ապահովված են մագնեզիումի իոնով։ Ամբողջ մոլեկուլի հիմնական գործառույթը բույսերի ֆոտոսինթեզի գործընթացներին մասնակցությունն է։
Գոյություն ունեն տարբեր տեսակի քլորոֆիլներ, որոնք միմյանցից տարբերվում են պորֆիրին օղակի ռադիկալներով։ Այս սորտերից յուրաքանչյուրը նշվում է լատինական այբուբենի առանձին տառով: Օրինակ՝ ցամաքային բույսերը բնութագրվում են քլորոֆիլ a կամ քլորոֆիլ b-ի առկայությամբ, մինչդեռ ջրիմուռները պարունակում են նաև այս սպիտակուցի այլ տեսակներ։
Հեմոցիանին
Այս մոլեկուլը հեմոգլոբինի անալոգն է շատ ցածր կենդանիների (հոդոտանիներ, փափկամարմիններ և այլն): Չորրորդական մոլեկուլային կառուցվածք ունեցող սպիտակուցի կառուցվածքի հիմնական տարբերությունը երկաթի իոնի փոխարեն ցինկի իոնի առկայությունն է։ Հեմոցիանինն ունի կապտավուն գույն։
Երբեմն մարդիկ մտածում են, թե ինչ կլիներ, եթե մենք փոխարինեինք մարդկային հեմոգլոբինը հեմոցիանինով: Այս դեպքում խախտվում է արյան մեջ նյութերի և մասնավորապես ամինաթթուների սովորական պարունակությունը։ Հեմոցիանինը նույնպես անկայուն է ածխածնի երկօքսիդի հետ բարդույթ ստեղծելու համար, ուստի «կապույտ արյունը» հակված կլինի արյան մակարդուկներ ձևավորելու։
