Ըստ Օպարին-Հալդանի տեսության՝ կյանքը մեր մոլորակի վրա առաջացել է միացվող կաթիլից: Այն նաև սպիտակուցի մոլեկուլ էր։ Այսինքն՝ հետևում է այն եզրակացությանը, որ հենց այս քիմիական միացություններն են հանդիսանում այսօր գոյություն ունեցող ողջ կյանքի հիմքը։ Բայց որո՞նք են սպիտակուցային կառուցվածքները: Ի՞նչ դեր ունեն դրանք այսօր օրգանիզմի և մարդկանց կյանքում: Ինչ տեսակի սպիտակուցներ կան: Եկեք փորձենք դա պարզել։
Սպիտակուցներ. ընդհանուր հասկացություն
Քիմիական կառուցվածքի տեսանկյունից խնդրո առարկա նյութի մոլեկուլը պեպտիդային կապերով փոխկապակցված ամինաթթուների հաջորդականություն է։
Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի երկու ֆունկցիոնալ խումբ.
- կարբոքսիլ -COOH;
- ամինո խումբ -NH2.
Հենց նրանց միջև է գոյանում կապ տարբեր մոլեկուլներում։ Այսպիսով, պեպտիդային կապը ունի -CO-NH ձևը: Սպիտակուցի մոլեկուլը կարող է պարունակել հարյուրավոր կամ հազարավոր նման խմբեր, դա կախված կլինի կոնկրետ նյութից: Սպիտակուցների տեսակները շատ բազմազան են. Դրանց թվում կան այնպիսիք, որոնք պարունակում են օրգանիզմի համար անհրաժեշտ ամինաթթուներ, ինչը նշանակում է, որ դրանք պետք է ընդունվեն սննդի հետ: Կան սորտեր, որոնք կարևոր գործառույթներ են կատարում բջջային թաղանթում ևնրա ցիտոպլազմա. Առանձնացվում են նաև կենսաբանական կատալիզատորներ՝ ֆերմենտներ, որոնք նույնպես սպիտակուցի մոլեկուլներ են։ Նրանք լայնորեն կիրառվում են մարդու կյանքում և ոչ միայն մասնակցում են կենդանի էակների կենսաքիմիական գործընթացներին։
Քննարկվող միացությունների մոլեկուլային քաշը կարող է տատանվել մի քանի տասնյակից մինչև միլիոն: Ի վերջո, մեծ պոլիպեպտիդային շղթայում մոնոմերի միավորների քանակը անսահմանափակ է և կախված է որոշակի նյութի տեսակից: Սպիտակուցն իր մաքուր ձևով, իր բնածին ձևով, կարելի է տեսնել հում հավի ձուն հետազոտելիս: Բաց դեղին, թափանցիկ, խիտ կոլոիդ զանգված, որի ներսում գտնվում է դեղնուցը՝ սա ցանկալի նյութ է։ Նույնը կարելի է ասել ցածր յուղայնությամբ կաթնաշոռի մասին, այս մթերքը նույնպես գրեթե մաքուր սպիտակուց է իր բնական տեսքով։
Սակայն, ոչ բոլոր դիտարկվող միացություններն ունեն նույն տարածական կառուցվածքը։ Ընդհանուր առմամբ, առանձնանում են մոլեկուլի չորս կազմակերպություններ. Սպիտակուցային կառուցվածքների տեսակները որոշում են դրա հատկությունները և ցույց են տալիս կառուցվածքի բարդությունը: Հայտնի է նաև, որ ավելի տարածականորեն խճճված մոլեկուլները ենթարկվում են լայնածավալ մշակման մարդկանց և կենդանիների մոտ:
Սպիտակուցային կառուցվածքների տեսակները
Դրանք ընդհանուր առմամբ չորսն են։ Մտածեք, թե ինչ է նրանցից յուրաքանչյուրը։
- Տարրական. Ներկայացնում է պեպտիդային կապերով միացված ամինաթթուների սովորական գծային հաջորդականությունը։ Չկան տարածական շրջադարձեր, չկան պարույրացում: Պոլիպեպտիդում ներառված կապերի թիվը կարող է հասնել մի քանի հազարի։ Սպիտակուցների տեսակները հետնմանատիպ կառուցվածք՝ գլիկիլալանին, ինսուլին, հիստոններ, էլաստին և այլն։
- Միջնակարգ. Այն բաղկացած է երկու պոլիպեպտիդային շղթաներից, որոնք ոլորված են պարույրի տեսքով և առաջացած պտույտներով կողմնորոշվում են դեպի միմյանց։ Այս դեպքում նրանց միջեւ առաջանում են ջրածնային կապեր՝ դրանք միասին պահելով։ Այսպես ձևավորվում է մեկ սպիտակուցի մոլեկուլ։ Այս տեսակի սպիտակուցների տեսակներն են՝ լիզոցիմ, պեպսին և այլն։
- Երրորդական կոնֆորմացիա. Այն խիտ փաթեթավորված և կոմպակտ ոլորված երկրորդական կառույց է: Այստեղ ի հայտ են գալիս փոխազդեցության այլ տեսակներ, բացի ջրածնային կապերից՝ սա վան դեր Վալսի փոխազդեցությունն է և էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերը, հիդրոֆիլ-հիդրոֆոբ շփումը։ Կառուցվածքների օրինակներ են ալբումինը, ֆիբրոինը, մետաքսի սպիտակուցը և այլն։
- Չորրորդական. Ամենաբարդ կառուցվածքը, որն իրենից ներկայացնում է մի քանի պոլիպեպտիդ շղթաներ, որոնք ոլորվել են պարույրի մեջ, գլորվել գնդակի մեջ և բոլորը միավորվել գնդիկի մեջ: Օրինակներ, ինչպիսիք են ինսուլինը, ֆերիտինը, հեմոգլոբինը, կոլագենը, ցույց են տալիս հենց այդպիսի սպիտակուցային կառուցվածքը:
Եթե մոլեկուլների բոլոր տրված կառուցվածքները մանրամասն դիտարկենք քիմիական տեսանկյունից, ապա վերլուծությունը երկար ժամանակ կպահանջի։ Իրոք, իրականում, որքան բարձր է կոնֆիգուրացիան, այնքան ավելի բարդ և խճճված է նրա կառուցվածքը, այնքան ավելի շատ փոխազդեցությունների տեսակներ են նկատվում մոլեկուլում:
Սպիտակուցի մոլեկուլների դենատուրացիա
Պոլիպեպտիդների ամենակարևոր քիմիական հատկություններից մեկը որոշակի պայմանների կամ քիմիական նյութերի ազդեցության տակ քայքայվելու կարողությունն է: Այսպիսով,օրինակ՝ սպիտակուցների դենատուրացիայի տարբեր տեսակներ լայն տարածում ունեն։ Ինչ է այս գործընթացը: Այն բաղկացած է սպիտակուցի բնիկ կառուցվածքի ոչնչացումից: Այսինքն, եթե սկզբում մոլեկուլը երրորդական կառուցվածք է ունեցել, ապա հատուկ գործակալների գործողությունից հետո այն կփլուզվի։ Այնուամենայնիվ, ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությունը մոլեկուլում մնում է անփոփոխ։ Դենատուրացված սպիտակուցներն արագ կորցնում են իրենց ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները։
Ի՞նչ ռեակտիվներ կարող են հանգեցնել կոնֆորմացիայի ոչնչացման գործընթացին: Դրանցից մի քանիսը կան։
- Ջերմաստիճան. Երբ ջեռուցվում է, տեղի է ունենում մոլեկուլի չորրորդական, երրորդական, երկրորդային կառուցվածքի աստիճանական ոչնչացում: Տեսողականորեն դա կարելի է նկատել, օրինակ, սովորական հավի ձուն տապակելիս։ Ստացված «սպիտակուցը» ալբումինի պոլիպեպտիդի առաջնային կառուցվածքն է, որը եղել է հումքի մեջ։
- Ճառագայթում.
- Գործողություն ուժեղ քիմիական նյութերի հետ՝ թթուներ, ալկալիներ, ծանր մետաղների աղեր, լուծիչներ (օրինակ՝ սպիրտներ, եթերներ, բենզոլ և այլն):
Այս գործընթացը երբեմն կոչվում է նաև մոլեկուլային հալում: Սպիտակուցների դենատուրացիայի տեսակները կախված են այն գործակալից, որի գործողության ներքո այն տեղի է ունեցել: Ավելին, որոշ դեպքերում տեղի է ունենում հակառակ գործընթացը։ Սա վերածնունդ է: Ոչ բոլոր սպիտակուցներն են կարողանում վերականգնել իրենց կառուցվածքը, սակայն դրանց մի զգալի մասը կարող է դա անել: Այսպիսով, Ավստրալիայից և Ամերիկայից քիմիկոսները իրականացրել են խաշած հավի ձվի վերածումը որոշ ռեակտիվների և ցենտրիֆուգման մեթոդի միջոցով։
Այս գործընթացը կարևոր է կենդանի օրգանիզմների համար պոլիպեպտիդների սինթեզումռիբոսոմների և rRNA շղթաներ բջիջներում:
Սպիտակուցի մոլեկուլի հիդրոլիզ
Դենատուրացիայի հետ մեկտեղ սպիտակուցները բնութագրվում են մեկ այլ քիմիական հատկությամբ՝ հիդրոլիզով։ Սա նաև բնածին կոնֆորմացիայի ոչնչացումն է, բայց ոչ առաջնային կառուցվածքի, այլ ամբողջությամբ առանձին ամինաթթուների: Մարսողության կարևոր մասը սպիտակուցի հիդրոլիզն է: Պոլիպեպտիդների հիդրոլիզի տեսակները հետևյալն են..
- Քիմիական. Հիմնված է թթուների կամ ալկալիների գործողության վրա։
- Կենսաբանական կամ ֆերմենտային.
Սակայն գործընթացի էությունը մնում է անփոփոխ և կախված չէ նրանից, թե ինչ տեսակի սպիտակուցային հիդրոլիզ է տեղի ունենում։ Արդյունքում առաջանում են ամինաթթուներ, որոնք տեղափոխվում են բոլոր բջիջներ, օրգաններ և հյուսվածքներ։ Դրանց հետագա փոխակերպումը բաղկացած է նոր պոլիպեպտիդների սինթեզի մասնակցությունից, որոնք արդեն անհրաժեշտ են որոշակի օրգանիզմի համար։
Արդյունաբերության մեջ սպիտակուցի մոլեկուլների հիդրոլիզի գործընթացն օգտագործվում է պարզապես ճիշտ ամինաթթուներ ստանալու համար։
Սպիտակուցների գործառույթները մարմնում
Տարբեր տեսակի սպիտակուցներ, ածխաջրեր, ճարպեր կենսական բաղադրիչներ են ցանկացած բջիջի բնականոն գործունեության համար: Իսկ դա նշանակում է ամբողջ օրգանիզմը որպես ամբողջություն: Հետևաբար, նրանց դերը մեծապես պայմանավորված է կենդանի էակների մեջ կարևորության և համատարածության բարձր աստիճանով: Պոլիպեպտիդների մոլեկուլների մի քանի հիմնական գործառույթներ կարելի է առանձնացնել։
- Կատալիտիկ. Այն իրականացվում է սպիտակուցային կառուցվածք ունեցող ֆերմենտների միջոցով։ Դրանց մասին կխոսենք ավելի ուշ։
- Կառուցվածքային. Սպիտակուցների տեսակները և դրանց տեսակներըմարմնի գործառույթները հիմնականում ազդում են բջջի կառուցվածքի, նրա ձևի վրա: Բացի այդ, պոլիպեպտիդները, որոնք կատարում են այս դերը, ձևավորում են մազերը, եղունգները, փափկամարմինների պատյանները և թռչունների փետուրները: Դրանք նաև որոշակի արմատուրա են բջջի մարմնում։ Աճառը նույնպես կազմված է այս տեսակի սպիտակուցներից։ Օրինակներ՝ տուբուլին, կերատին, ակտին և այլն։
- Կարգավորիչ. Այս ֆունկցիան դրսևորվում է պոլիպեպտիդների մասնակցությամբ այնպիսի գործընթացներում, ինչպիսիք են՝ տրանսկրիպցիան, թարգմանությունը, բջջային ցիկլը, զուգավորումը, mRNA-ի ընթերցումը և այլն։ Դրանցում բոլորում նրանք կարևոր դեր են խաղում որպես երթևեկության վերահսկիչ։
- Ազդանշան. Այս ֆունկցիան կատարում են բջջաթաղանթի վրա տեղակայված սպիտակուցները։ Նրանք տարբեր ազդանշաններ են փոխանցում մի միավորից մյուսը, և դա հանգեցնում է հյուսվածքների միջև հաղորդակցության: Օրինակներ՝ ցիտոկիններ, ինսուլին, աճի գործոններ և այլն:
- Տրանսպորտ. Սպիտակուցների որոշ տեսակներ և դրանց կատարած գործառույթները պարզապես կենսական նշանակություն ունեն: Դա տեղի է ունենում, օրինակ, սպիտակուցի հեմոգլոբինի հետ: Այն արյան մեջ թթվածին է տեղափոխում բջիջից բջիջ: Մարդու համար նա անփոխարինելի է։
- Պահուստային կամ կրկնօրինակում: Նման պոլիպեպտիդները կուտակվում են բույսերի և կենդանիների ձվերում՝ որպես լրացուցիչ սնուցման և էներգիայի աղբյուր։ Օրինակ՝ գլոբուլինները։
- Մոտիվ. Շատ կարևոր գործառույթ, հատկապես ամենապարզ օրգանիզմների և բակտերիաների համար։ Ի վերջո, նրանք կարողանում են շարժվել միայն դրոշակի կամ թարթիչի օգնությամբ։ Եվ այս օրգանելներն իրենց բնույթով ոչ այլ ինչ են, քան սպիտակուցներ։ Նման պոլիպեպտիդների օրինակներ են՝ միոզին, ակտին, կինեզին և այլն։
Ակնհայտ է, որ սպիտակուցների գործառույթները մարդու օրգանիզմում և այլնկենդանի էակները շատ են և կարևոր: Սա ևս մեկ անգամ հաստատում է, որ մեր մոլորակի վրա կյանքն անհնար է առանց այն միացությունների, որոնք մենք դիտարկում ենք:
Սպիտակուցների պաշտպանիչ գործառույթ
Պոլիպեպտիդները կարող են պաշտպանել տարբեր ազդեցություններից՝ քիմիական, ֆիզիկական, կենսաբանական: Օրինակ, եթե օրգանիզմին վտանգ է սպառնում օտար բնույթի վիրուսի կամ բակտերիաների տեսքով, ապա դրանց դեմ պայքարի մեջ են մտնում իմունոգլոբուլինները (հակամարմինները)՝ կատարելով պաշտպանիչ դեր։
Եթե խոսենք ֆիզիկական ազդեցությունների մասին, ապա այստեղ մեծ դեր են խաղում ֆիբրինը և ֆիբրինոգենը, որոնք մասնակցում են արյան մակարդմանը։
Սննդի սպիտակուցներ
Դիետիկ սպիտակուցի տեսակները հետևյալն են՝
- լրիվ - նրանք, որոնք պարունակում են մարմնի համար անհրաժեշտ բոլոր ամինաթթուները;
- թերի - նրանք, որոնցում կա ամինաթթվի թերի բաղադրություն:
Սակայն երկուսն էլ կարևոր են մարդու օրգանիզմի համար։ Հատկապես առաջին խումբը։ Յուրաքանչյուր մարդ, հատկապես ինտենսիվ զարգացման (մանկություն և պատանեկություն) և սեռական հասունության ժամանակաշրջաններում, պետք է իր մեջ պահպանի սպիտակուցների մշտական մակարդակ։ Ի վերջո, մենք արդեն դիտարկել ենք այն գործառույթները, որոնք կատարում են այս զարմանալի մոլեկուլները, և մենք գիտենք, որ մեր ներսում գործնականում ոչ մի գործընթաց, ոչ մի կենսաքիմիական ռեակցիա չի կարող անել առանց պոլիպեպտիդների մասնակցության:
Այդ իսկ պատճառով դուք պետք է ամեն օր օգտագործեք սպիտակուցի ամենօրյա ընդունումը, որոնք պարունակվում են հետևյալ մթերքներում.
- ձու;
- կաթ;
- կաթնաշոռ;
- միս և ձուկ;
- լոբի;
- սոյա;
- լոբի;
- գետնանուշ;
- ցորեն;
- վարսակ;
- ոսպ և այլն։
Եթե դուք օրական օգտագործում եք 0,6 գ պոլիպեպտիդ մեկ կգ քաշի համար, ապա մարդուն երբեք այդ միացությունները չեն պակասի: Եթե երկար ժամանակ օրգանիզմը չի ստանում անհրաժեշտ սպիտակուցները, ապա առաջանում է հիվանդություն, որն ունի ամինաթթվային սովի անունը։ Սա հանգեցնում է նյութափոխանակության լուրջ խանգարումների և, որպես հետևանք, բազմաթիվ այլ հիվանդությունների։
Սպիտակուցներ վանդակում
Բոլոր կենդանի էակների ամենափոքր կառուցվածքային միավորի` բջիջների ներսում, կան նաև սպիտակուցներ: Ընդ որում, նրանք այնտեղ կատարում են վերը նշված գրեթե բոլոր գործառույթները։ Առաջին հերթին ձևավորվում է բջջի ցիտոկմախքը՝ բաղկացած միկրոխողովակներից, միկրոթելերից։ Այն ծառայում է ձևը պահպանելու, ինչպես նաև օրգանելների միջև ներս տեղափոխելու համար: Տարբեր իոններ և միացություններ շարժվում են սպիտակուցի մոլեկուլների երկայնքով, օրինակ՝ ալիքներով կամ ռելսերով:
Կարևոր է նաև մեմբրանի մեջ ընկղմված և դրա մակերեսին տեղակայված սպիտակուցների դերը։ Այստեղ նրանք կատարում են և՛ ընկալիչի, և՛ ազդանշանային գործառույթներ, մասնակցում են հենց թաղանթի կառուցմանը։ Նրանք պահակ են կանգնած, ինչը նշանակում է, որ նրանք պաշտպանիչ դեր են խաղում: Բջջում գտնվող սպիտակուցների ի՞նչ տեսակներ կարելի է վերագրել այս խմբին: Օրինակները շատ են, ահա մի քանիսը։
- Ակտին և միոզին.
- Էլաստին.
- Կերատին.
- Կոլագեն.
- Տուբուլին.
- Հեմոգլոբին.
- Ինսուլին.
- Տրանսկոբալամին.
- Տրանսֆերին.
- Ալբում.
Կան մի քանի հարյուրտարբեր տեսակի սպիտակուցներ, որոնք անընդհատ շարժվում են յուրաքանչյուր բջջի ներսում:
Սպիտակուցների տեսակները մարմնում
Նրանք, իհարկե, հսկայական բազմազանություն են: Եթե փորձեք ինչ-որ կերպ բաժանել բոլոր գոյություն ունեցող սպիտակուցները խմբերի, կարող եք ստանալ այս դասակարգման նման մի բան:
- Գլոբուլային սպիտակուցներ. Սրանք նրանք են, որոնք ներկայացված են երրորդական կառուցվածքով, այսինքն, խիտ փաթեթավորված գնդիկով: Նման կառուցվածքների օրինակները հետևյալն են՝ իմունոգոլոբուլիններ, ֆերմենտների զգալի մասնաբաժին, բազմաթիվ հորմոններ։
- Ֆիբրիլային սպիտակուցներ. Դրանք խստորեն պատվիրված թելեր են՝ ճիշտ տարածական համաչափությամբ։ Այս խումբը ներառում է առաջնային և երկրորդային կառուցվածք ունեցող սպիտակուցներ։ Օրինակ՝ կերատին, կոլագեն, տրոպոմիոզին, ֆիբրինոգեն։
Ընդհանուր առմամբ, շատ առանձնահատկություններ կարելի է ընդունել որպես հիմք մարմնում սպիտակուցների դասակարգման համար: Դեռ ոչ ոք չկա։
Ֆերմենտներ
Սպիտակուցային բնույթի կենսաբանական կատալիզատորներ, որոնք զգալիորեն արագացնում են ընթացող բոլոր կենսաքիմիական գործընթացները։ Նորմալ նյութափոխանակությունը պարզապես անհնար է առանց այդ միացությունների: Սինթեզի և քայքայման, մոլեկուլների հավաքման և դրանց վերարտադրման, թարգմանության և տրանսկրիպցիայի և այլ գործընթացները կատարվում են որոշակի տեսակի ֆերմենտի ազդեցության տակ: Այս մոլեկուլների օրինակներն են՝
- օքսիդորեդուկտազ;
- տրանսֆերազներ;
- կատալազ;
- հիդրոլազներ;
- իզոմերազ;
- lyases և այլք:
Այսօր ֆերմենտներն օգտագործվում են առօրյա կյանքում։ Այսպիսով, լվացքի արտադրության մեջՓոշիները հաճախ օգտագործում են այսպես կոչված ֆերմենտներ՝ դրանք կենսաբանական կատալիզատորներ են: Դրանք բարձրացնում են լվացման որակը՝ պահպանելով նշված ջերմաստիճանի ռեժիմը։ Հեշտությամբ կապվում է կեղտի մասնիկներին և հեռացնում դրանք գործվածքների մակերեսից:
Սակայն, շնորհիվ իրենց սպիտակուցային բնույթի, ֆերմենտները չեն հանդուրժում չափազանց տաք ջուրը կամ մոտ լինելը ալկալային կամ թթվային դեղամիջոցներին: Իսկապես, այս դեպքում տեղի կունենա դենատուրացիայի գործընթաց։
