Սպիտակուցը բջիջների և մարմնի կյանքի հիմքն է: Կենդանի հյուսվածքներում կատարելով հսկայական թվով գործառույթներ՝ այն իրականացնում է իր հիմնական հնարավորությունները՝ աճ, կենսագործունեություն, շարժում և վերարտադրություն: Այս դեպքում բջիջն ինքն է սինթեզում սպիտակուց, որի մոնոմերը ամինաթթու է։ Նրա դիրքը սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքում ծրագրավորված է գենետիկ կոդով, որը ժառանգաբար փոխանցվում է։ Նույնիսկ գեների փոխանցումը մայր բջջից դուստր բջիջ է միայն սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեղեկատվության փոխանցման օրինակ։ Սա այն դարձնում է մոլեկուլ, որը կենսաբանական կյանքի հիմքն է։
Սպիտակուցի կառուցվածքի ընդհանուր բնութագրերը
Բջջում սինթեզված սպիտակուցի մոլեկուլները կենսաբանական պոլիմերներ են:
Սպիտակուցում մոնոմերը միշտ ամինաթթու է, և դրանց համակցությունը կազմում է մոլեկուլի առաջնային շղթան: Այն կոչվում է սպիտակուցի մոլեկուլի առաջնային կառուցվածք, որը հետագայում ինքնաբերաբար կամ կենսաբանական կատալիզատորների ազդեցության տակ ձևափոխվում է երկրորդական, երրորդական կամ դոմենային կառուցվածքի։
Միջնակարգ և երրորդական կառուցվածք
երկրորդային սպիտակուցկառուցվածքը առաջնային շղթայի տարածական փոփոխությունն է, որը կապված է բևեռային շրջաններում ջրածնային կապերի ձևավորման հետ: Այդ պատճառով շղթան ծալվում է օղակների կամ ոլորվում է պարույրի մեջ, որն ավելի քիչ տեղ է զբաղեցնում։ Այս պահին փոխվում է մոլեկուլի հատվածների տեղական լիցքը, ինչի արդյունքում ձևավորվում է երրորդական կառուցվածք՝ գնդաձև։ Ծալքավոր կամ պտուտակավոր հատվածները դիսուլֆիդային կապերի օգնությամբ ոլորվում են գնդիկների մեջ։
Գնդակներն իրենք թույլ են տալիս ձևավորել հատուկ կառուցվածք, որն անհրաժեշտ է ծրագրավորված գործառույթները կատարելու համար: Կարևոր է, որ նույնիսկ նման ձևափոխումից հետո սպիտակուցի մոնոմերը ամինաթթու է։ Սա նաև հաստատում է, որ սպիտակուցի երկրորդային, այնուհետև երրորդական և չորրորդական կառուցվածքի ձևավորման ընթացքում առաջնային ամինաթթուների հաջորդականությունը չի փոխվում։
Սպիտակուցային մոնոմերների բնութագրում
Բոլոր սպիտակուցները պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Սրանք օրգանական միացություններ են, որոնք կա՛մ սինթեզվում են կենդանի բջիջի կողմից, կա՛մ մտնում են այն որպես սննդանյութեր: Դրանցից սպիտակուցի մոլեկուլը սինթեզվում է ռիբոսոմների վրա՝ օգտագործելով սուրհանդակային ՌՆԹ մատրիցը՝ էներգիայի հսկայական ծախսերով: Ամինաթթուներն իրենք երկու ակտիվ քիմիական խմբերով միացություններ են՝ կարբոքսիլ ռադիկալ և ալֆա ածխածնի ատոմում տեղակայված ամինո խումբ: Հենց այս կառուցվածքն է թույլ տալիս մոլեկուլին կոչել ալֆա-ամինաթթու, որն ընդունակ է պեպտիդային կապեր ստեղծել։ Սպիտակուցի մոնոմերները միայն ալֆա-ամինաթթուներ են:
Պեպտիդային կապի ձևավորում
Պեպտիդային կապը մոլեկուլային քիմիական խումբ է, որը ձևավորվում է ածխածնի, թթվածնի, ջրածնի և ազոտի ատոմներից: Այն ձևավորվում է մեկ ալֆա-ամինաթթվի կարբոքսիլ խմբից և մյուսի ամինաթթվի ամինաթթվի ջրի պառակտման գործընթացում: Այս դեպքում հիդրօքսիլ ռադիկալը բաժանվում է կարբոքսիլ ռադիկալից, որը, միանալով ամինո խմբի պրոտոնին, ձևավորում է ջուր։ Արդյունքում երկու ամինաթթուներ միացված են կովալենտ բևեռային կապով CONH։
Այն կարող են առաջացնել միայն ալֆա-ամինաթթուները՝ կենդանի օրգանիզմների սպիտակուցների մոնոմերները։ Լաբորատորիայում հնարավոր է դիտարկել պեպտիդային կապի ձևավորումը, թեև դժվար է ընտրովիորեն սինթեզել փոքր մոլեկուլը լուծույթում: Սպիտակուցի մոնոմերները ամինաթթուներ են, և դրա կառուցվածքը ծրագրավորված է գենետիկ կոդով: Հետևաբար, ամինաթթուները պետք է միացված լինեն խստորեն սահմանված կարգով: Դա անհնար է լուծույթում քաոսային հավասարակշռության պայմաններում, և, հետևաբար, դեռևս անհնար է արհեստականորեն սինթեզել բարդ սպիտակուցը: Եթե կա սարքավորում, որը թույլ է տալիս մոլեկուլի հավաքման խիստ կարգը, ապա դրա սպասարկումը բավականին թանկ կարժենա։
Սպիտակուցի սինթեզ կենդանի բջիջում
Կենդանի բջիջում իրավիճակը հակառակ է, քանի որ այն ունի զարգացած կենսասինթեզի ապարատ: Այստեղ սպիտակուցի մոլեկուլների մոնոմերները կարող են խիստ հաջորդականությամբ հավաքվել մոլեկուլների մեջ։ Այն ծրագրավորվում է քրոմոսոմներում պահվող գենետիկ կոդով։ Եթե անհրաժեշտ է սինթեզել որոշակի կառուցվածքային սպիտակուց կամ ֆերմենտ, ԴՆԹ-ի կոդը կարդալու և մատրիցայի ձևավորման գործընթացը (ևՌՆԹ), որից սինթեզվում է սպիտակուցը։ Մոնոմերն աստիճանաբար կմիանա ռիբոսոմային ապարատի աճող պոլիպեպտիդային շղթային: Այս գործընթացի ավարտից հետո կստեղծվի ամինաթթուների մնացորդների շղթա, որը ինքնաբերաբար կամ ֆերմենտային գործընթացի ընթացքում կձևավորի երկրորդական, երրորդական կամ դոմենային կառուցվածք։
Կենսասինթեզի օրինաչափություններ
Պետք է ընդգծել սպիտակուցների կենսասինթեզի, ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման և դրա իրականացման որոշ առանձնահատկություններ: Դրանք կայանում են նրանում, որ ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն միատարր նյութեր են, որոնք կազմված են նմանատիպ մոնոմերներից։ Մասնավորապես, ԴՆԹ-ն կազմված է նուկլեոտիդներից, ինչպես ՌՆԹ-ն։ Վերջինս ներկայացված է տեղեկատվական, տրանսպորտային և ռիբոսոմային ՌՆԹ-ի տեսքով։ Սա նշանակում է, որ ամբողջ բջջային ապարատը, որը պատասխանատու է ժառանգական տեղեկատվության պահպանման և սպիտակուցի կենսասինթեզի համար, մեկ ամբողջություն է: Հետևաբար, ռիբոսոմներով բջջի միջուկը, որոնք նույնպես տիրույթի ՌՆԹ մոլեկուլներ են, պետք է դիտարկել որպես գեների պահպանման և դրանց իրականացման մեկ ամբողջ ապարատ։
Սպիտակուցի կենսասինթեզի երկրորդ հատկանիշը, որի մոնոմերը ալֆա-ամինաթթու է, դրանց կցման խիստ կարգի որոշումն է։ Յուրաքանչյուր ամինաթթու պետք է իր տեղը զբաղեցնի առաջնային սպիտակուցի կառուցվածքում: Դա ապահովում է վերը նկարագրված ապարատը ժառանգական տեղեկատվության պահպանման և իրականացման համար: Սխալներ կարող են լինել դրանում, բայց դրանք կվերացվեն դրանով։ Սխալ հավաքման դեպքում մոլեկուլը կկործանվի, և կենսասինթեզը նորից կսկսվի։
