Կյանքի սահմանումներից մեկը հետևյալն է. «Կյանքը սպիտակուցային մարմինների գոյության միջոց է»: Մեր մոլորակի վրա, առանց բացառության, բոլոր օրգանիզմները պարունակում են այնպիսի օրգանական նյութեր, ինչպիսիք են սպիտակուցները: Այս հոդվածը նկարագրելու է պարզ և բարդ սպիտակուցները, բացահայտելու մոլեկուլային կառուցվածքի տարբերությունները և նաև կքննարկի դրանց գործառույթները բջջում:
Ինչ են սպիտակուցները
Կենսաքիմիայի տեսանկյունից սրանք բարձր մոլեկուլային օրգանական պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները 20 տեսակի տարբեր ամինաթթուներ են։ Դրանք փոխկապակցված են կովալենտային քիմիական կապերով, որոնք այլ կերպ կոչվում են պեպտիդային կապեր։ Քանի որ սպիտակուցային մոնոմերները ամֆոտերային միացություններ են, դրանք պարունակում են և՛ ամինո խումբ, և՛ կարբոքսիլ ֆունկցիոնալ խումբ: Նրանց միջև առաջանում է CO-NH քիմիական կապ:
Եթե պոլիպեպտիդը բաղկացած է ամինաթթուների մնացորդներից, այն ձևավորում է պարզ սպիտակուց: Պոլիմերային մոլեկուլները, որոնք լրացուցիչ պարունակում են մետաղական իոններ, վիտամիններ, նուկլեոտիդներ, ածխաջրեր, բարդ սպիտակուցներ են: Հաջորդը մենքհաշվի առեք պոլիպեպտիդների տարածական կառուցվածքը։
Սպիտակուցի մոլեկուլների կազմակերպման մակարդակներ
Դրանք գալիս են չորս տարբեր կոնֆիգուրացիաներով: Առաջին կառուցվածքը գծային է, այն ամենապարզն է և ունի պոլիպեպտիդային շղթայի ձև, դրա պարույրացման ժամանակ առաջանում են լրացուցիչ ջրածնային կապեր։ Նրանք կայունացնում են խխունջը, որը կոչվում է երկրորդական կառուցվածք։ Կազմակերպության երրորդ մակարդակն ունի պարզ և բարդ սպիտակուցներ, բույսերի և կենդանական բջիջների մեծ մասը: Վերջին կոնֆիգուրացիան՝ չորրորդականը, առաջանում է բնածին կառուցվածքի մի քանի մոլեկուլների փոխազդեցությունից՝ միավորված կոֆերմենտներով, սա բարդ սպիտակուցների կառուցվածքն է, որոնք մարմնում տարբեր գործառույթներ են կատարում։
Պարզ սպիտակուցների բազմազանություն
Պոլիպեպտիդների այս խումբը շատ չէ: Նրանց մոլեկուլները բաղկացած են միայն ամինաթթուների մնացորդներից։ Սպիտակուցները ներառում են, օրինակ, հիստոններ և գլոբուլիններ: Առաջինները ներկայացված են միջուկի կառուցվածքում և համակցված են ԴՆԹ մոլեկուլների հետ։ Երկրորդ խումբը՝ գլոբուլինները, համարվում են արյան պլազմայի հիմնական բաղադրիչները։ Սպիտակուցը, ինչպիսին է գամմա գլոբուլինը, կատարում է իմունային պաշտպանության գործառույթները և հանդիսանում է հակամարմին: Այս միացությունները կարող են ձևավորել բարդույթներ, որոնք ներառում են բարդ ածխաջրեր և սպիտակուցներ: Fibrillar պարզ սպիտակուցները, ինչպիսիք են կոլագենը և էլաստինը, շարակցական հյուսվածքի, աճառի, ջլերի և մաշկի մի մասն են: Նրանց հիմնական գործառույթներն են շինարարությունը և աջակցությունը։
Սպիտակուցային տուբուլինը միկրոխողովակների մի մասն է, որոնք հանդիսանում են միաբջիջ օրգանիզմների թարթիչներ և դրոշակներ, ինչպիսիք են թարթիչավորները, էվգլենան, մակաբուծական դրոշակները:Նույն սպիտակուցը հայտնաբերված է բազմաբջիջ օրգանիզմներում (սերմի դրոշակ, ձվի թարթիչներ, բարակ աղիքի թարթիչավոր էպիթել):
Ալբումինի սպիտակուցը կատարում է պահպանման ֆունկցիա (օրինակ՝ ձվի սպիտակուցը): Հացահատիկային բույսերի՝ տարեկանի, բրնձի, ցորենի սերմերի էնդոսպերմում կուտակվում են սպիտակուցի մոլեկուլներ։ Դրանք կոչվում են բջջային ընդգրկումներ: Այս նյութերը օգտագործվում են սերմացուի կողմից իր զարգացման սկզբում: Բացի այդ, ցորենի հատիկների մեջ սպիտակուցի բարձր պարունակությունը ալյուրի որակի շատ կարևոր ցուցանիշ է։ Սնձանով հարուստ ալյուրից թխված հացն ունի բարձր համ և ավելի առողջարար։ Սնձան պարունակվում է այսպես կոչված կոշտ ցորենի սորտերում։ Խորջրյա ձկների արյան պլազման պարունակում է սպիտակուցներ, որոնք թույլ չեն տալիս նրանց մահանալ ցրտից։ Նրանք ունեն հակասառեցման հատկություն՝ կանխելով մարմնի մահը ջրի ցածր ջերմաստիճանում։ Մյուս կողմից, երկրաջերմային աղբյուրներում ապրող ջերմասեր բակտերիաների բջջային պատը պարունակում է սպիտակուցներ, որոնք կարող են պահպանել իրենց բնական կոնֆիգուրացիան (երրորդական կամ չորրորդական կառուցվածք) և չդենացիայի ենթարկվել +50-ից + 90 °С ջերմաստիճանի միջակայքում։
:
Proteids
Սրանք բարդ սպիտակուցներ են, որոնք բնութագրվում են մեծ բազմազանությամբ՝ իրենց կատարած տարբեր գործառույթների շնորհիվ։ Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, պոլիպեպտիդների այս խումբը, բացի սպիտակուցային մասից, պարունակում է պրոթեզային խումբ: Տարբեր գործոնների ազդեցության տակ, ինչպիսիք են բարձր ջերմաստիճանը, ծանր մետաղների աղերը, խտացված ալկալները և թթուները, բարդ սպիտակուցները կարող են փոխել իրենցտարածական ձև՝ պարզեցնելով այն։ Այս երեւույթը կոչվում է դենատուրացիա։ Բարդ սպիտակուցների կառուցվածքը կոտրված է, ջրածնային կապերը կոտրված են, մոլեկուլները կորցնում են իրենց հատկություններն ու գործառույթները։ Դենատուրացիան, որպես կանոն, անշրջելի է։ Բայց որոշ պոլիպեպտիդների համար, որոնք կատարում են կատալիտիկ, շարժիչ և ազդանշանային գործառույթներ, հնարավոր է ռենատուրացիա՝ սպիտակուցի բնական կառուցվածքի վերականգնում։
Եթե ապակայունացնող գործոնի գործողությունը տեղի է ունենում երկար ժամանակ, ապա սպիտակուցի մոլեկուլն ամբողջությամբ քայքայվում է։ Սա հանգեցնում է առաջնային կառուցվածքի պեպտիդային կապերի խզման: Այլևս անհնար է վերականգնել սպիտակուցը և նրա գործառույթները։ Այս երեւույթը կոչվում է ոչնչացում։ Օրինակ՝ հավի ձվերի եռացումը՝ հեղուկ սպիտակուցը՝ ալբումինը, որը գտնվում է երրորդական կառուցվածքում, ամբողջությամբ քայքայվում է։
Սպիտակուցի կենսասինթեզ
Եվս մեկ անգամ հիշեցնենք, որ կենդանի օրգանիզմների պոլիպեպտիդների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնց թվում կան էականներ։ Սրանք են լիզինը, մեթիոնինը, ֆենիլալանինը և այլն: Նրանք արյան մեջ մտնում են բարակ աղիքից՝ դրանում առկա սպիտակուցային արտադրանքի քայքայումից հետո: Ոչ էական ամինաթթուներ (ալանին, պրոլին, սերին) սինթեզելու համար սնկերը և կենդանիները օգտագործում են ազոտ պարունակող միացություններ։ Բույսերը, լինելով ավտոտրոֆ, ինքնուրույն ձևավորում են բոլոր անհրաժեշտ միացությունների մոնոմերները, որոնք ներկայացնում են բարդ սպիտակուցներ։ Դրա համար նրանք օգտագործում են նիտրատներ, ամոնիակ կամ ազատ ազոտ իրենց ձուլման ռեակցիաներում։ Միկրոօրգանիզմների մեջ որոշ տեսակներ իրենց ապահովում են ամինաթթուների ամբողջական փաթեթով, իսկ մյուսներում սինթեզվում են միայն որոշ մոնոմերներ։ Փուլերսպիտակուցի կենսասինթեզը տեղի է ունենում բոլոր կենդանի օրգանիզմների բջիջներում: Տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում միջուկում, իսկ թարգմանությունը՝ բջջի ցիտոպլազմայում։
Առաջին փուլ՝ mRNA պրեկուրսորի սինթեզը տեղի է ունենում ՌՆԹ պոլիմերազ ֆերմենտի մասնակցությամբ։ Այն կոտրում է ջրածնային կապերը ԴՆԹ-ի շղթաների միջև, և դրանցից մեկի վրա, փոխլրացման սկզբունքի համաձայն, հավաքում է նախամՌՆԹ մոլեկուլ։ Այն ենթարկվում է կտրատման, այսինքն՝ հասունանում է, այնուհետև միջուկից դուրս է գալիս ցիտոպլազմա՝ ձևավորելով մատրիցային ռիբոնուկլեինաթթու։
Երկրորդ փուլի իրականացման համար անհրաժեշտ է ունենալ հատուկ օրգանելներ՝ ռիբոսոմներ, ինչպես նաև տեղեկատվական և փոխադրող ռիբոնուկլեինաթթուների մոլեկուլներ։ Մեկ այլ կարևոր պայման ATP-ի մոլեկուլների առկայությունն է, քանի որ պլաստիկ փոխանակման ռեակցիաները, որոնք ներառում են սպիտակուցի կենսասինթեզը, տեղի են ունենում էներգիայի կլանմամբ:
Ֆերմենտներ, դրանց կառուցվածքը և գործառույթները
Սա սպիտակուցների մեծ խումբ է (մոտ 2000 թ.), որոնք գործում են որպես նյութեր, որոնք ազդում են բջիջներում կենսաքիմիական ռեակցիաների արագության վրա: Դրանք կարող են լինել պարզ (տրեպսին, պեպսին) կամ բարդ։ Կոմպլեքս սպիտակուցները կազմված են կոֆերմենտից և ապոենզիմից։ Ինքնին սպիտակուցի յուրահատկությունը այն միացությունների նկատմամբ, որոնց վրա գործում է, որոշում է կոֆերմենտը, իսկ սպիտակուցների ակտիվությունը նկատվում է միայն այն դեպքում, երբ սպիտակուցի բաղադրիչը կապված է ապոենզիմի հետ։ Ֆերմենտի կատալիտիկ ակտիվությունը կախված չէ ամբողջ մոլեկուլից, այլ միայն ակտիվ տեղանքից։ Նրա կառուցվածքը սկզբունքով համապատասխանում է կատալիզացված նյութի քիմիական կառուցվածքին«key-lock», ուստի ֆերմենտների գործողությունը խիստ կոնկրետ է։ Բարդ սպիտակուցների գործառույթները և՛ մասնակցությունն են նյութափոխանակության գործընթացներին, և՛ դրանց օգտագործումը որպես ընդունողներ:
Բարդ սպիտակուցների դասեր
Դրանք մշակվել են կենսաքիմիկոսների կողմից՝ հիմնվելով 3 չափանիշների վրա՝ ֆիզիկական և քիմիական հատկություններ, ֆունկցիոնալ առանձնահատկություններ և սպիտակուցների հատուկ կառուցվածքային առանձնահատկություններ։ Առաջին խումբը ներառում է պոլիպեպտիդներ, որոնք տարբերվում են էլեկտրաքիմիական հատկություններով: Նրանք բաժանվում են հիմնական, չեզոք և թթվային: Ջրի նկատմամբ սպիտակուցները կարող են լինել հիդրոֆիլ, ամֆիֆիլ և հիդրոֆոբ։ Երկրորդ խումբը ներառում է ֆերմենտներ, որոնք ավելի վաղ դիտարկվել են մեր կողմից։ Երրորդ խումբը ներառում է պոլիպեպտիդներ, որոնք տարբերվում են պրոթեզային խմբերի քիմիական կազմով (դրանք են քրոմպրոտեինները, նուկլեոպրոտեինները, մետաղապրոտեինները):
Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք բարդ սպիտակուցների հատկությունները: Օրինակ, թթվային սպիտակուցը, որը ռիբոսոմների մաս է կազմում, պարունակում է 120 ամինաթթուներ և ունիվերսալ է: Այն հայտնաբերված է ինչպես պրոկարիոտ, այնպես էլ էուկարիոտ բջիջների սպիտակուցային սինթեզող օրգանելներում։ Այս խմբի մեկ այլ ներկայացուցիչ՝ S-100 սպիտակուցը, բաղկացած է երկու շղթայից, որոնք կապված են կալցիումի իոնով: Այն նեյրոնների և նեյրոգլիայի մի մասն է՝ նյարդային համակարգի աջակից հյուսվածքը։ Բոլոր թթվային սպիտակուցների ընդհանուր հատկությունը երկհիմնական կարբոքսիլաթթուների բարձր պարունակությունն է՝ գլուտամին և ասպարտիկ: Ալկալային սպիտակուցները ներառում են հիստոններ՝ սպիտակուցներ, որոնք ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի նուկլեինաթթուների մաս են կազմում: Նրանց քիմիական բաղադրության առանձնահատկությունը լիզինի և արգինինի մեծ քանակությունն է։Հիստոնները միջուկի քրոմատինի հետ միասին կազմում են քրոմոսոմներ՝ բջիջների ժառանգականության ամենակարևոր կառուցվածքները։ Այս սպիտակուցները ներգրավված են տառադարձման և թարգմանության գործընթացներում: Ամֆիֆիլային սպիտակուցները լայնորեն առկա են բջջային թաղանթներում՝ ձևավորելով լիպոպրոտեինային երկշերտ։ Այսպիսով, ուսումնասիրելով վերը դիտարկված բարդ սպիտակուցների խմբերը, մենք համոզվեցինք, որ դրանց ֆիզիկաքիմիական հատկությունները որոշվում են սպիտակուցային բաղադրիչի կառուցվածքով և պրոթեզային խմբերով։
Բջջաթաղանթի որոշ բարդ սպիտակուցներ ի վիճակի են ճանաչել և արձագանքել տարբեր քիմիական միացություններին, ինչպիսիք են անտիգենները: Սա սպիտակուցների ազդանշանային ֆունկցիա է, շատ կարևոր է արտաքին միջավայրից եկող նյութերի ընտրովի կլանման գործընթացների և դրա պաշտպանության համար։
Գլիկոպրոտեիններ և պրոտեոգլիկաններ
Դրանք բարդ սպիտակուցներ են, որոնք միմյանցից տարբերվում են պրոթեզային խմբերի կենսաքիմիական կազմով։ Եթե սպիտակուցային բաղադրիչի և ածխաջրային մասի միջև քիմիական կապերը կովալենտ-գլիկոզիդային են, ապա այդպիսի նյութերը կոչվում են գլիկոպրոտեիններ։ Դրանց ապոենզիմը ներկայացված է մոնո- և օլիգոսաքարիդների մոլեկուլներով, որոնցից են պրոտոմբինը, ֆիբրինոգենը (արյան մակարդման մեջ ներգրավված սպիտակուցներ): Գլիկոպրոտեիններ են նաև կորտիկո և գոնադոտրոպ հորմոնները, ինտերֆերոնները, թաղանթային ֆերմենտները։ Պրոտեոգլիկանի մոլեկուլներում սպիտակուցային մասը կազմում է ընդամենը 5%, մնացածը բաժին է ընկնում պրոթեզային խմբին (հետերոպոլիսաքարիդ)։ Երկու մասերն էլ կապված են OH-թրեոնին և արգինին խմբերի և NH2-գլուտամին և լիզին խմբերի գլիկոզիդային կապով: Պրոտեոգլիկանի մոլեկուլները շատ կարևոր դեր են խաղում բջջի ջր-աղ նյութափոխանակության մեջ։ Ստորևներկայացնում է մեր կողմից ուսումնասիրված բարդ սպիտակուցների աղյուսակը։
| Գլիկոպրոտեիններ | պրոտեոգլիկաններ |
| Պրոթեզային խմբերի կառուցվածքային բաղադրիչներ | |
| 1. Մոնոսաքարիդներ (գլյուկոզա, գալակտոզա, մանոզ) | 1. Հիալուրոնիկ թթու |
| 2. Օլիգոսաքարիդներ (մալտոզա, կաթնաշաքար, սախարոզա) | 2. Chondroitic թթու. |
| 3. Մոնոսախարիդների ացետիլացված ամինային ածանցյալներ | 3. Հեպարին |
| 4. Դեզօքսիսաքարիդներ | |
| 5. Նևրամիկ և սիալաթթուներ | |
Մետալոպրոտեիններ
Այս նյութերն իրենց մոլեկուլներում պարունակում են մեկ կամ մի քանի մետաղների իոններ։ Դիտարկենք վերը նշված խմբին պատկանող բարդ սպիտակուցների օրինակներ: Սրանք հիմնականում այնպիսի ֆերմենտներ են, ինչպիսիք են ցիտոքրոմ օքսիդազը: Այն գտնվում է միտոքոնդրիաների քրիստոսների վրա և ակտիվացնում է ATP-ի սինթեզը: Ֆերինը և տրանսֆերինը երկաթի իոններ պարունակող սպիտակուցներ են։ Առաջինը դրանք կուտակում է բջիջներում, իսկ երկրորդը արյան մեջ տրանսպորտային սպիտակուց է: Մեկ այլ մետալոպրոտեին ալֆա-ամելազն է, այն պարունակում է կալցիումի իոններ, մտնում է թքի և ենթաստամոքսային գեղձի հյութի մեջ, որը մասնակցում է օսլայի քայքայմանը։ Հեմոգլոբինը և՛ մետալոպրոտեին է, և՛ քրոմպրոտեին: Այն կատարում է տրանսպորտային սպիտակուցի գործառույթներ՝ կրելով թթվածին։ Արդյունքում առաջանում է օքսիհեմոգլոբին միացությունը։ Երբ ածխածնի օքսիդը, որը այլ կերպ կոչվում է ածխածնի օքսիդ, ներշնչվում է, նրա մոլեկուլները շատ կայուն միացություն են կազմում էրիթրոցիտային հեմոգլոբինի հետ: Այն արագորեն տարածվում է օրգաններով և հյուսվածքներով՝ առաջացնելով թունավորումներ։բջիջները. Արդյունքում, ածխածնի երկօքսիդի երկարատև ինհալացիայով, մահը տեղի է ունենում շնչահեղձությունից: Հեմոգլոբինը նաև մասամբ փոխանցում է կատաբոլիզմի գործընթացում ձևավորված ածխաթթու գազը։ Արյան հոսքով ածխաթթու գազը մտնում է թոքեր և երիկամներ, իսկ դրանցից՝ արտաքին միջավայր։ Որոշ խեցգետնակերպերի և փափկամարմինների մոտ հեմոցիանինը թթվածին տեղափոխող սպիտակուցն է։ Երկաթի փոխարեն այն պարունակում է պղնձի իոններ, ուստի կենդանիների արյունը ոչ թե կարմիր է, այլ կապույտ։
Քլորոֆիլի ֆունկցիաներ
Ինչպես արդեն նշեցինք, բարդ սպիտակուցները կարող են բարդույթներ առաջացնել գունանյութերի հետ՝ գունավոր օրգանական նյութերով: Նրանց գույնը կախված է քրոմոֆորմ խմբերից, որոնք ընտրողաբար կլանում են արևի լույսի որոշակի սպեկտրներ։ Բուսական բջիջներում կան կանաչ պլաստիդներ՝ քլորոպլաստներ, որոնք պարունակում են պիգմենտ քլորոֆիլ: Այն բաղկացած է մագնեզիումի ատոմներից և պոլիհիդրիկ սպիրտ ֆիտոլից։ Դրանք կապված են սպիտակուցի մոլեկուլների հետ, իսկ քլորոպլաստներն իրենք պարունակում են թիլաոիդներ (ափսեներ), կամ կույտերով միացված թաղանթներ՝ գրանա։ Դրանք պարունակում են ֆոտոսինթետիկ պիգմենտներ՝ քլորոֆիլներ և լրացուցիչ կարոտինոիդներ։ Ահա ֆոտոսինթետիկ ռեակցիաներում օգտագործվող բոլոր ֆերմենտները. Այսպիսով, քրոմպրոտեինները, որոնք ներառում են քլորոֆիլը, կատարում են նյութափոխանակության ամենակարևոր գործառույթները, մասնավորապես՝ յուրացման և դիսիմիլացիայի ռեակցիաներում։
Վիրուսային սպիտակուցներ
Դրանք պահվում են ոչ բջջային կյանքի ձևերի ներկայացուցիչների կողմից, որոնք Վիրա թագավորության մաս են կազմում: Վիրուսները չունեն սպիտակուցների սինթեզման իրենց սեփական ապարատը: Նուկլեինաթթուները՝ ԴՆԹ-ն կամ ՌՆԹ-ն, կարող են առաջացնել սինթեզվիրուսով վարակված բջջի սեփական մասնիկները: Պարզ վիրուսները բաղկացած են միայն սպիտակուցի մոլեկուլներից, որոնք կոմպակտ կերպով հավաքված են պտուտակաձև կամ բազմանիստ կառուցվածքների մեջ, ինչպիսին է ծխախոտի խճանկարի վիրուսը: Բարդ վիրուսներն ունեն լրացուցիչ թաղանթ, որը կազմում է ընդունող բջջի պլազմային թաղանթի մի մասը։ Այն կարող է ներառել գլիկոպրոտեիններ (հեպատիտ B վիրուս, ջրծաղիկի վիրուս): Գլիկոպրոտեինների հիմնական գործառույթը հյուրընկալող բջջային թաղանթի վրա հատուկ ընկալիչների ճանաչումն է: Լրացուցիչ վիրուսային ծրարները ներառում են նաև ֆերմենտային սպիտակուցներ, որոնք ապահովում են ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը կամ ՌՆԹ-ի տրանսկրիպցիան: Ելնելով վերոգրյալից՝ կարելի է հետևյալ եզրակացությունը անել. վիրուսային մասնիկների ծրարային սպիտակուցներն ունեն հատուկ կառուցվածք, որը կախված է հյուրընկալող բջջի թաղանթային սպիտակուցներից։
Այս հոդվածում մենք բնութագրել ենք բարդ սպիտակուցները, ուսումնասիրել դրանց կառուցվածքը և գործառույթները տարբեր կենդանի օրգանիզմների բջիջներում:
