Մակրոմոլեկուլը մոլեկուլ է, որն ունի բարձր մոլեկուլային քաշ: Դրա կառուցվածքը ներկայացված է բազմիցս կրկնվող հղումների տեսքով։ Դիտարկենք նման միացությունների առանձնահատկությունները, դրանց նշանակությունը կենդանի էակների կյանքի համար։
Կոմպոզիցիայի առանձնահատկությունները
Կենսաբանական մակրոմոլեկուլները ձևավորվում են հարյուր հազարավոր փոքր սկզբնական նյութերից։ Կենդանի օրգանիզմները բնութագրվում են մակրոմոլեկուլների երեք հիմնական տեսակներով՝ սպիտակուցներ, պոլիսախարիդներ, նուկլեինաթթուներ։
Նրանց համար սկզբնական մոնոմերներն են մոնոսաքարիդները, նուկլեոտիդները, ամինաթթուները։ Մակրոմոլեկուլը բջջի զանգվածի գրեթե 90 տոկոսն է: Կախված ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությունից՝ ձևավորվում է հատուկ սպիտակուցի մոլեկուլ։
Բարձր մոլեկուլային զանգվածն այն նյութերն են, որոնք ունեն 103 Da-ից մեծ մոլային զանգված։
տերմինի պատմություն
Ե՞րբ է հայտնվել մակրոմոլեկուլը: Այս հայեցակարգը ներդրվել է քիմիայի ոլորտում Նոբելյան մրցանակակիր Հերման Շտադինգերի կողմից 1922 թվականին։
Պոլիմերային գնդակը կարելի է տեսնել որպես խճճված թել, որը ձևավորվել է պատահական արձակումիցամբողջ կծիկի սենյակում: Այս կծիկը համակարգված կերպով փոխում է իր կոնֆորմացիան, սա մակրոմոլեկուլի տարածական կոնֆիգուրացիան է: Այն նման է Բրոունյան շարժման հետագծին։
Նման կծիկի առաջացումը տեղի է ունենում այն պատճառով, որ որոշակի հեռավորության վրա պոլիմերային շղթան «կորցնում է» տեղեկատվությունը ուղղության մասին։ Կծիկի մասին կարելի է խոսել այն դեպքում, երբ բարձր մոլեկուլային միացությունները շատ ավելի երկար են, քան կառուցվածքային հատվածի երկարությունը։
Գլոբուլյար կոնֆիգուրացիա
Մակրոմոլեկուլը խիտ կոնֆորմացիա է, որում կարելի է համեմատել պոլիմերի ծավալային բաժինը միավորի հետ: Գնդային վիճակն իրացվում է այն դեպքերում, երբ առանձին պոլիմերային միավորների փոխադարձ գործողության ներքո իրենց և արտաքին միջավայրի միջև առաջանում է փոխադարձ ձգողություն։
Մակրոմոլեկուլի կառուցվածքի կրկնօրինակը ջրի այն մասն է, որը ներկառուցված է որպես այդպիսի կառուցվածքի տարր: Դա մակրոմոլեկուլի ամենամոտ հիդրացիոն միջավայրն է։
Սպիտակուցի մոլեկուլի բնութագրում
Սպիտակուցային մակրոմոլեկուլները հիդրոֆիլ նյութեր են։ Երբ չոր սպիտակուցը լուծվում է ջրի մեջ, այն սկզբում ուռչում է, ապա նկատվում է աստիճանական անցում լուծույթի։ Ուռուցքի ժամանակ ջրի մոլեկուլները ներթափանցում են սպիտակուցի մեջ՝ կապելով նրա կառուցվածքը բևեռային խմբերի հետ։ Սա թուլացնում է պոլիպեպտիդային շղթայի խիտ փաթեթավորումը: Այտուցված սպիտակուցի մոլեկուլը համարվում է հետևի լուծույթ: Ջրի մոլեկուլների հետագա կլանմամբ նկատվում է սպիտակուցի մոլեկուլների անջատում ընդհանուր զանգվածից, ևկա նաև տարրալուծման գործընթաց։
Սակայն սպիտակուցի մոլեկուլի ուռչումը ոչ բոլոր դեպքերում է տարրալուծում առաջացնում: Օրինակ, կոլագենը ջրի մոլեկուլների կլանումից հետո մնում է այտուցված վիճակում:
Հիդրատի տեսություն
Բարձր մոլեկուլային միացությունները, ըստ այս տեսության, ոչ միայն կլանում են, այլ էլեկտրաստատիկ կերպով կապում ջրի մոլեկուլները բացասական լիցք ունեցող ամինաթթուների կողմնակի ռադիկալների բևեռային բեկորների, ինչպես նաև դրական լիցք կրող հիմնական ամինաթթուների հետ:
Մասամբ հիդրատացված ջուրը կապված է պեպտիդային խմբերով, որոնք ջրածնային կապեր են կազմում ջրի մոլեկուլների հետ:
Օրինակ, պոլիպեպտիդները, որոնք ունեն ոչ բևեռային կողմնակի խմբեր, ուռչում են: Պեպտիդային խմբերի հետ կապվելիս այն հրում է պոլիպեպտիդային շղթաները միմյանցից: Միջշղթայական կամուրջների առկայությունը թույլ չի տալիս սպիտակուցի մոլեկուլներին ամբողջությամբ պոկվել, անցնել լուծույթի:
Մակրոմոլեկուլների կառուցվածքը ջեռուցվելիս քայքայվում է, ինչը հանգեցնում է պոլիպեպտիդային շղթաների ճեղքման և ազատման:
Ժելատինի առանձնահատկությունները
Ժելատինի քիմիական բաղադրությունը նման է կոլագենին, այն ջրով կազմում է մածուցիկ հեղուկ։ Ժելատինի բնորոշ հատկություններից է նրա գելանալու հատկությունը։
Այս տեսակի մոլեկուլները օգտագործվում են որպես հեմոստատիկ և պլազմային փոխարինող նյութեր: Ժելատինի գելեր ձևավորելու ունակությունը օգտագործվում է դեղագործական արդյունաբերության մեջ պարկուճների արտադրության մեջ:
Լուծելիության հատկանիշմակրոմոլեկուլներ
Այս տեսակի մոլեկուլներն ունեն տարբեր լուծելիություն ջրի մեջ: Այն որոշվում է ամինաթթուների կազմով: Կառուցվածքում բևեռային ամինաթթուների առկայության դեպքում զգալիորեն մեծանում է ջրում լուծվելու ունակությունը։
Նաև այս հատկության վրա ազդում է մակրոմոլեկուլի կազմակերպման առանձնահատկությունը։ Գնդիկավոր սպիտակուցներն ունեն ավելի բարձր լուծելիություն, քան ֆիբրիլային մակրոմոլեկուլները։ Բազմաթիվ փորձերի ընթացքում հաստատվել է տարրալուծման կախվածությունը օգտագործվող լուծիչի բնութագրերից։
Սպիտակուցի յուրաքանչյուր մոլեկուլի առաջնային կառուցվածքը տարբեր է, ինչը սպիտակուցին տալիս է անհատական հատկություններ: Պոլիպեպտիդային շղթաների միջև խաչաձեւ կապերի առկայությունը նվազեցնում է լուծելիությունը:
Սպիտակուցի մոլեկուլների առաջնային կառուցվածքը ձևավորվում է պեպտիդային (ամիդային) կապերի շնորհիվ, երբ այն քայքայվում է, տեղի է ունենում սպիտակուցի դենատուրացիա:
Աղում
Սպիտակուցի մոլեկուլների լուծելիությունը բարձրացնելու համար օգտագործվում են չեզոք աղերի լուծույթներ։ Օրինակ, նմանատիպ եղանակով կարող է իրականացվել սպիտակուցների սելեկտիվ տեղումներ, կարող է իրականացվել դրանց ֆրակցիոնացումը։ Ստացված մոլեկուլների քանակը կախված է խառնուրդի սկզբնական բաղադրությունից։
Սպիտակուցների առանձնահատկությունը, որոնք ստացվում են աղի միջոցով, աղի ամբողջական հեռացումից հետո կենսաբանական բնութագրերի պահպանումն է։
Գործընթացի էությունը անիոնների և կատիոնների միջոցով հիդրատացված սպիտակուցային թաղանթի աղի հեռացումն է, որն ապահովում է մակրոմոլեկուլի կայունությունը։ Սպիտակուցի մոլեկուլների առավելագույն քանակն աղվում է, երբ օգտագործվում են սուլֆատներ: Այս մեթոդը օգտագործվում է սպիտակուցի մակրոմոլեկուլները մաքրելու և առանձնացնելու համար, քանի որ դրանք հիմնականում ենտարբերվում են լիցքի մեծությամբ, հիդրացիոն պատյանների պարամետրերով։ Յուրաքանչյուր սպիտակուց ունի աղի իր սեփական գոտին, այսինքն՝ դրա համար անհրաժեշտ է ընտրել տվյալ կոնցենտրացիայի աղ:
Ամինաթթուներ
Ներկայումս հայտնի է մոտ երկու հարյուր ամինաթթուներ, որոնք սպիտակուցի մոլեկուլների մաս են կազմում: Կախված կառուցվածքից՝ դրանք բաժանվում են երկու խմբի՝
- proteinogenic, որոնք մաս են կազմում մակրոմոլեկուլների;
- ոչ պրոտեինոգեն, ակտիվորեն ներգրավված չէ սպիտակուցների ձևավորման մեջ:
Գիտնականներին հաջողվել է վերծանել ամինաթթուների հաջորդականությունը կենդանական և բուսական ծագման բազմաթիվ սպիտակուցային մոլեկուլներում։ Սպիտակուցի մոլեկուլների բաղադրության մեջ բավականին հաճախ հանդիպող ամինաթթուներից մենք նշում ենք սերինը, գլիցինը, լեյցինը, ալանինը։ Յուրաքանչյուր բնական բիոպոլիմեր ունի իր ամինաթթուների կազմը: Օրինակ՝ պրոտամինները պարունակում են մոտ 85 տոկոս արգինին, սակայն դրանք չեն պարունակում թթվային, ցիկլային ամինաթթուներ։ Ֆիբրոինը բնական մետաքսի սպիտակուցային մոլեկուլ է, որը պարունակում է գլիցինի մոտ կեսը։ Կոլագենը պարունակում է այնպիսի հազվագյուտ ամինաթթուներ, ինչպիսիք են հիդրօքսիպրոլինը, հիդրօքսիլիզինը, որոնք բացակայում են սպիտակուցի այլ մակրոմոլեկուլներում։
Ամինաթթուների բաղադրությունը որոշվում է ոչ միայն ամինաթթուների բնութագրերով, այլև սպիտակուցի մակրոմոլեկուլների գործառույթներով և նպատակներով։ Դրանց հաջորդականությունը որոշվում է գենետիկ կոդով։
Կենսապոլիմերների կառուցվածքային կազմակերպման մակարդակներ
Կա չորս մակարդակ՝ առաջնային, երկրորդական, երրորդային և նաև չորրորդական։ Յուրաքանչյուր կառույցկան տարբերակիչ հատկանիշներ։
Սպիտակուցի մոլեկուլների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների մնացորդների գծային պոլիպեպտիդային շղթա է, որը կապված է պեպտիդային կապերով:
Հենց այս կառուցվածքն է ամենակայունը, քանի որ այն պարունակում է պեպտիդային կովալենտային կապեր մի ամինաթթվի կարբոքսիլ խմբի և մեկ այլ մոլեկուլի ամինախմբի միջև։
Երկրորդական կառուցվածքը ներառում է պոլիպեպտիդային շղթայի կուտակումը ջրածնային կապերի օգնությամբ պարուրաձև ձևով:
Կենսապոլիմերի երրորդական տեսակը ստացվում է պոլիպեպտիդի տարածական փաթեթավորմամբ: Նրանք բաժանում են երրորդական կառուցվածքների պարուրաձև և շերտավոր ծալքավոր ձևեր։
Գլոբուլյար սպիտակուցներն ունեն էլիպսաձև ձև, մինչդեռ մանրաթելային մոլեկուլները՝ երկարավուն:
Եթե մակրոմոլեկուլը պարունակում է միայն մեկ պոլիպեպտիդ շղթա, ապա սպիտակուցն ունի միայն երրորդական կառուցվածք: Օրինակ, դա մկանային հյուսվածքի սպիտակուց է (միոգլոբին), որն անհրաժեշտ է թթվածնի կապակցման համար։ Որոշ բիոպոլիմերներ կառուցված են մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաներից, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի երրորդական կառուցվածք։ Այս դեպքում մակրոմոլեկուլն ունի չորրորդական կառուցվածք՝ բաղկացած մի քանի գնդիկներից, որոնք միավորված են մեծ կառուցվածքի մեջ։ Հեմոգլոբինը կարելի է համարել միակ չորրորդական սպիտակուցը, որը պարունակում է մոտ 8 տոկոս հիստիդին: Հենց նա է էրիթրոցիտներում ակտիվ ներբջջային բուֆեր, որը թույլ է տալիս պահպանել արյան pH-ի կայուն արժեքը։
Նուկլեինաթթուներ
Դրանք մակրոմոլեկուլային միացություններ են, որոնք առաջանում են բեկորներովնուկլեոտիդներ. ՌՆԹ-ն և ԴՆԹ-ն հայտնաբերված են բոլոր կենդանի բջիջներում, նրանք կատարում են ժառանգական տեղեկատվության պահպանման, փոխանցման, ինչպես նաև փոխանցելու գործառույթ: Նուկլեոտիդները գործում են որպես մոնոմերներ։ Նրանցից յուրաքանչյուրը պարունակում է ազոտային հիմքի մնացորդ, ածխաջրածին, ինչպես նաև ֆոսֆորաթթու։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ փոխլրացման (կոմպլեմենտարության) սկզբունքը պահպանվում է տարբեր կենդանի օրգանիզմների ԴՆԹ-ում։ Նուկլեինաթթուները լուծելի են ջրում, բայց անլուծելի են օրգանական լուծիչներում։ Այս բիոպոլիմերները ոչնչացվում են ջերմաստիճանի բարձրացման, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման արդյունքում։
Եզրակացության փոխարեն
Բացի տարբեր սպիտակուցներից և նուկլեինաթթուներից, ածխաջրերը մակրոմոլեկուլներ են: Պոլիսաքարիդներն իրենց բաղադրության մեջ ունեն հարյուրավոր մոնոմերներ, որոնք ունեն հաճելի քաղցր համ։ Մակրոմոլեկուլների հիերարխիկ կառուցվածքի օրինակները ներառում են սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների հսկայական մոլեկուլներ՝ բարդ ենթամիավորներով:
Օրինակ, գնդաձեւ սպիտակուցի մոլեկուլի տարածական կառուցվածքը ամինաթթուների հիերարխիկ բազմամակարդակ կազմակերպման հետեւանք է։ Առանձին մակարդակների միջև սերտ կապ կա, ավելի բարձր մակարդակի տարրերը կապված են ստորին շերտերի հետ։
Բոլոր բիոպոլիմերները կատարում են նմանատիպ կարևոր գործառույթ: Նրանք կենդանի բջիջների շինանյութն են, պատասխանատու են ժառանգական տեղեկատվության պահպանման և փոխանցման համար։ Յուրաքանչյուր կենդանի էակ բնութագրվում է հատուկ սպիտակուցներով, ուստի կենսաքիմիկոսներին բախվում է բարդ և պատասխանատու խնդիր, որը լուծելով նրանք փրկում են կենդանի օրգանիզմներին որոշակի մահից։
