Սպիտակուցները օրգանական նյութեր են։ Այս մակրոմոլեկուլային միացությունները բնութագրվում են որոշակի կազմով և հիդրոլիզից հետո քայքայվում են ամինաթթուների։ Սպիտակուցի մոլեկուլները լինում են տարբեր ձևերի, որոնցից շատերը կազմված են բազմաթիվ պոլիպեպտիդային շղթաներից: Սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը կոդավորված է ԴՆԹ-ում, իսկ սպիտակուցի սինթեզի գործընթացը կոչվում է թարգմանություն:
Սպիտակուցների քիմիական կազմը
Միջին սպիտակուցը պարունակում է՝
- 52% ածխածին;
- 7% ջրածին;
- 12% ազոտ;
- 21% թթվածին;
- 3% ծծումբ.
Սպիտակուցի մոլեկուլները պոլիմերներ են: Նրանց կառուցվածքը հասկանալու համար անհրաժեշտ է իմանալ, թե որոնք են դրանց մոնոմերները՝ ամինաթթուները։
Ամինաթթուներ
Դրանք սովորաբար բաժանվում են երկու կատեգորիայի՝ անընդհատ առաջացող և երբեմն պատահող: Առաջինները ներառում են 18 սպիտակուցային մոնոմեր և ևս 2 ամիդներ՝ ասպարտիկ և գլուտամինաթթուներ: Երբեմն լինում են միայն երեք թթուներ:
Այս թթուները կարելի է դասակարգել բազմաթիվ եղանակներով՝ ըստ կողային շղթաների բնույթի կամ դրանց ռադիկալների լիցքի, դրանք կարելի է բաժանել նաև CN և COOH խմբերի թվով:
Սպիտակուցի առաջնային կառուցվածք
Սպիտակուցային շղթայում ամինաթթուների հաջորդականությունը որոշում էդրա կազմակերպման, հատկությունների և գործառույթների հետագա մակարդակները: Մոնոմերների միջև կապի հիմնական տեսակը պեպտիդն է։ Այն ձևավորվում է մի ամինաթթուից ջրածնի և մյուսից OH խմբի բաժանելով:
Սպիտակուցի մոլեկուլի կազմակերպման առաջին մակարդակը նրանում ամինաթթուների հաջորդականությունն է, ուղղակի շղթա, որը որոշում է սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցվածքը: Այն բաղկացած է «կմախքից», որն ունի կանոնավոր կառուցվածք։ Սա կրկնվող հաջորդականություն է՝ NH-CH-CO-: Առանձին կողային շղթաները ներկայացված են ամինաթթուների ռադիկալներով (R), դրանց հատկությունները որոշում են սպիտակուցների կառուցվածքի բաղադրությունը։
Նույնիսկ եթե սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցվածքը նույնն է, դրանք կարող են տարբերվել հատկություններով միայն այն փաստից, որ նրանց մոնոմերները շղթայում ունեն տարբեր հաջորդականություն: Սպիտակուցի մեջ ամինաթթուների դասավորությունը որոշվում է գեներով և թելադրում է սպիտակուցին որոշակի կենսաբանական գործառույթներ։ Նույն ֆունկցիայի համար պատասխանատու մոլեկուլներում մոնոմերների հաջորդականությունը հաճախ մոտ է տարբեր տեսակների: Նման մոլեկուլները՝ կազմակերպվածությամբ նույնը կամ նման և տարբեր տեսակի օրգանիզմներում նույն գործառույթներն են կատարում, հոմոլոգ սպիտակուցներ են։ Ապագա մոլեկուլների կառուցվածքը, հատկությունները և գործառույթները դրված են արդեն ամինաթթուների շղթայի սինթեզի փուլում։
Որոշ ընդհանուր հատկանիշներ
Սպիտակուցների կառուցվածքը երկար ժամանակ ուսումնասիրվել է, և դրանց առաջնային կառուցվածքի վերլուծությունը թույլ է տվել որոշ ընդհանրացումներ անել։ Սպիտակուցների մեծ մասը բնութագրվում է բոլոր քսան ամինաթթուների առկայությամբ, որոնցից հատկապես շատ են գլիցինը, ալանինը, ասպարաթթունը, գլուտամինը և քիչ տրիպտոֆանը, արգինինը, մեթիոնինը,հիստիդին. Բացառություն են կազմում միայն սպիտակուցների որոշակի խմբերը, օրինակ՝ հիստոնները։ Դրանք անհրաժեշտ են ԴՆԹ փաթեթավորման համար և պարունակում են մեծ քանակությամբ հիստիդին:
Երկրորդ ընդհանրացում. գնդաձեւ սպիտակուցներում ամինաթթուների փոփոխության ընդհանուր օրինաչափություններ չկան: Բայց նույնիսկ կենսաբանական ակտիվությամբ հեռու գտնվող պոլիպեպտիդներն ունեն մոլեկուլների փոքր նույնական բեկորներ:
Միջնակարգ կառուցվածք
Պոլիպեպտիդային շղթայի կազմակերպման երկրորդ մակարդակը նրա տարածական դասավորությունն է, որն ապահովված է ջրածնային կապերով։ Հատկացնել α-խխունջ և β-ծալք: Շղթայի մի մասը չունի դասավորված կառուցվածք, նման գոտիները կոչվում են ամորֆ։
Բոլոր բնական սպիտակուցների ալֆա պարույրը աջակողմյան է: Ամինաթթուների կողային ռադիկալները պարույրի մեջ միշտ ուղղված են դեպի դուրս և գտնվում են նրա առանցքի հակառակ կողմերում: Եթե դրանք ոչ բևեռային են, ապա դրանք խմբավորվում են պարույրի մի կողմում, որի արդյունքում առաջանում են աղեղներ, որոնք պայմաններ են ստեղծում պարույրի տարբեր հատվածների մերձեցման համար:
Բետա-ծալքեր - բարձր երկարաձգված պարույրներ - հակված են կողք կողքի տեղակայվել սպիտակուցի մոլեկուլում և ձևավորել զուգահեռ և ոչ զուգահեռ β-ծալքավոր շերտեր:
Երրորդական սպիտակուցային կառուցվածք
Սպիտակուցի մոլեկուլի կազմակերպման երրորդ մակարդակը պարույրների, ծալքերի և ամորֆ հատվածների ծալումն է կոմպակտ կառուցվածքի մեջ: Դա պայմանավորված է մոնոմերների կողային ռադիկալների միմյանց հետ փոխազդեցությամբ։ Նման կապերը բաժանվում են մի քանի տեսակների.
- ջրածնային կապեր են առաջանում բևեռային ռադիկալների միջև;
- ջրաֆոբ- ոչ բևեռային R-խմբերի միջև;
- ձգողականության էլեկտրաստատիկ ուժեր (իոնային կապեր) – խմբերի միջև, որոնց լիցքերը հակառակ են;
- դիսուլֆիդային կամուրջներ ցիստեինի ռադիկալների միջև:
Կապի վերջին տեսակը (–S=S-) կովալենտային փոխազդեցություն է։ Դիսուլֆիդային կամուրջները ամրացնում են սպիտակուցները, դրանց կառուցվածքը դառնում է ավելի դիմացկուն։ Բայց նման կապեր չեն պահանջվում: Օրինակ՝ պոլիպեպտիդային շղթայում կարող է լինել շատ քիչ ցիստեին, կամ դրա ռադիկալները գտնվում են մոտակայքում և չեն կարող «կամուրջ» ստեղծել։
Կազմակերպության չորրորդ մակարդակ
Ոչ բոլոր սպիտակուցներն են կազմում չորրորդական կառուցվածք: Չորրորդ մակարդակում սպիտակուցների կառուցվածքը որոշվում է պոլիպեպտիդային շղթաների (պրոտոմերների) քանակով։ Նրանք փոխկապակցված են նույն կապերով, ինչպես նախորդ մակարդակի կազմակերպումը, բացառությամբ դիսուլֆիդային կամուրջների: Մոլեկուլը բաղկացած է մի քանի պրոտոմերներից, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր հատուկ (կամ նույնական) երրորդական կառուցվածքը։
Կազմակերպության բոլոր մակարդակները որոշում են այն գործառույթները, որոնք կկատարեն ստացված սպիտակուցները: Սպիտակուցների կառուցվածքը կազմակերպման առաջին մակարդակում շատ ճշգրիտ որոշում է դրանց հետագա դերը բջջի և ամբողջ մարմնում:
Սպիտակուցի գործառույթներ
Դժվար է նույնիսկ պատկերացնել, թե որքան կարևոր է սպիտակուցների դերը բջիջների գործունեության մեջ: Վերևում մենք ուսումնասիրեցինք դրանց կառուցվածքը։ Սպիտակուցների գործառույթներն ուղղակիորեն կախված են դրանից։
Կատարելով շինարարական (կառուցվածքային) ֆունկցիա՝ նրանք կազմում են ցանկացած կենդանի բջջի ցիտոպլազմայի հիմքը։ Այս պոլիմերները բոլոր բջջային թաղանթների հիմնական նյութն են, երբկոմպլեքսավորված են լիպիդներով։ Սա ներառում է նաև բջիջի բաժանումը բաժանմունքների, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր ռեակցիաները: Փաստն այն է, որ բջջային պրոցեսների յուրաքանչյուր համալիր պահանջում է իր պայմանները, հատկապես միջավայրի pH-ը կարևոր դեր է խաղում: Սպիտակուցները կառուցում են բարակ միջնորմներ, որոնք բջիջը բաժանում են այսպես կոչված բաժանմունքների: Եվ ինքնին երևույթը կոչվում է բաժանարարացում։
Կատալիտիկ ֆունկցիան է կարգավորել բջջի բոլոր ռեակցիաները: Բոլոր ֆերմենտները ծագումով պարզ կամ բարդ սպիտակուցներ են:
Օրգանիզմների ցանկացած տիպի շարժում (մկանների աշխատանք, պրոտոպլազմայի շարժում բջջում, թարթիչների թարթում նախակենդանիներում և այլն) իրականացվում է սպիտակուցներով։ Սպիտակուցների կառուցվածքը թույլ է տալիս նրանց շարժվել, ձևավորել մանրաթելեր և օղակներ։
Տրանսպորտային գործառույթն այն է, որ շատ նյութեր տեղափոխվում են բջջային թաղանթով հատուկ կրող սպիտակուցներով:
Այս պոլիմերների հորմոնալ դերն անմիջապես պարզ է. մի շարք հորմոններ իրենց կառուցվածքով սպիտակուցներ են, օրինակ՝ ինսուլինը, օքսիտոցինը:
Պահուստային ֆունկցիան որոշվում է նրանով, որ սպիտակուցները կարողանում են նստվածքներ առաջացնել: Օրինակ՝ ձվի վալգումինը, կաթի կազեինը, բույսերի սերմերի սպիտակուցները՝ դրանք պահպանում են մեծ քանակությամբ սննդանյութեր։
Բոլոր ջլերը, հոդային հոդերը, կմախքի ոսկորները, սմբակները ձևավորվում են սպիտակուցներով, ինչը մեզ բերում է նրանց հաջորդ գործառույթին՝ օժանդակելուն։
Սպիտակուցի մոլեկուլները ընկալիչներ են, որոնք իրականացնում են որոշ նյութերի ընտրովի ճանաչում: Այս դերում հատկապես հայտնի են գլիկոպրոտեինները և լեկտինները։
Ամենակարևորըանձեռնմխելիության գործոններ - հակամարմինները և կոմպլեմենտի համակարգը ըստ ծագման սպիտակուցներ են: Օրինակ, արյան մակարդման գործընթացը հիմնված է ֆիբրինոգենի սպիտակուցի փոփոխությունների վրա: Կերակրափողի և ստամոքսի ներքին պատերը պատված են լորձաթաղանթի սպիտակուցների պաշտպանիչ շերտով՝ լիցիններով։ Տոքսինները նույնպես ծագումով սպիտակուցներ են: Կենդանիների օրգանիզմը պաշտպանող մաշկի հիմքը կոլագենն է։ Այս բոլոր սպիտակուցային գործառույթները պաշտպանիչ են:
Դե, վերջին գործառույթը կարգավորիչ է: Կան սպիտակուցներ, որոնք վերահսկում են գենոմի աշխատանքը։ Այսինքն՝ կարգավորում են տառադարձումն ու թարգմանությունը։
Անկախ նրանից, թե որքան կարևոր է սպիտակուցների դերը, սպիտակուցների կառուցվածքը գիտնականները երկար ժամանակ բացահայտում են: Եվ հիմա նրանք հայտնաբերում են այս գիտելիքներն օգտագործելու նոր ուղիներ:
