Ինչպես գիտեք, սպիտակուցները մեր մոլորակի վրա կյանքի ծագման հիմքն են: Ըստ Oparin-Haldane տեսության, հենց պեպտիդային մոլեկուլներից կազմված կոացերվատ կաթիլը դարձավ կենդանի էակների ծննդյան հիմքը: Սա կասկածից վեր է, քանի որ կենսազանգվածի ցանկացած ներկայացուցչի ներքին կազմի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ այդ նյութերը հանդիպում են ամեն ինչում՝ բույսերում, կենդանիներում, միկրոօրգանիզմներում, սնկերում, վիրուսներում: Ավելին, դրանք ունեն շատ բազմազան և մակրոմոլեկուլային բնույթ։
Այս կառույցներն ունեն չորս անուն, դրանք բոլորը հոմանիշներ են.
- սպիտակուցներ;
- սպիտակուցներ;
- պոլիպեպտիդներ;
- պեպտիդներ.
Սպիտակուցի մոլեկուլներ
Նրանց թիվն իսկապես անհաշվելի է։ Ավելին, բոլոր սպիտակուցային մոլեկուլները կարելի է բաժանել երկու մեծ խմբի՝
- պարզ - բաղկացած է միայն ամինաթթուների հաջորդականություններից, որոնք կապված են պեպտիդային կապերով;
- բարդ - սպիտակուցի կառուցվածքը և կառուցվածքը բնութագրվում են լրացուցիչ պրոտոլիտիկ (պրոթեզային) խմբերով, որոնք նաև կոչվում են կոֆակտորներ:
Միևնույն ժամանակ, բարդ մոլեկուլներն ունեն նաև իրենց դասակարգումը։
Բարդ պեպտիդների աստիճանավորում
- Գլիկոպրոտեինները սպիտակուցների և ածխաջրերի սերտորեն կապված միացություններ են: մոլեկուլի կառուցվածքի մեջմուկոպոլիսաքարիդների պրոթեզային խմբերը միահյուսված են։
- Լիպոպրոտեինները սպիտակուցների և լիպիդների բարդ միացություն են:
- Մետալոպրոտեիններ - մետաղական իոններ (երկաթ, մանգան, պղինձ և այլն) գործում են որպես պրոթեզային խումբ։
- Nucleoproteins - սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների (ԴՆԹ, ՌՆԹ) միացում.
- Ֆոսֆոպրոտեիններ - սպիտակուցի և օրթոֆոսֆորական թթվի մնացորդի ձևավորում:
- Քրոմոպրոտեիններ - շատ նման են մետալոպրոտեիններին, սակայն պրոթեզավորման խմբի մաս կազմող տարրը ամբողջական գունավոր համալիր է (կարմիր՝ հեմոգլոբին, կանաչ՝ քլորոֆիլ և այլն):
Յուրաքանչյուր դիտարկվող խումբ ունի սպիտակուցների տարբեր կառուցվածք և հատկություններ: Նրանց կատարած գործառույթները նույնպես տարբերվում են՝ կախված մոլեկուլի տեսակից:
Սպիտակուցների քիմիական կառուցվածքը
Այս տեսանկյունից սպիտակուցները ամինաթթուների մնացորդների երկար, զանգվածային շղթա են, որոնք փոխկապակցված են հատուկ կապերով, որոնք կոչվում են պեպտիդային կապեր: Թթուների կողային կառուցվածքներից հեռանում են ճյուղեր՝ ռադիկալներ։ Մոլեկուլի այս կառուցվածքը հայտնաբերել է Է. Ֆիշերը 21-րդ դարի սկզբին։
Հետագայում ավելի մանրամասն ուսումնասիրվեցին սպիտակուցները, սպիտակուցների կառուցվածքն ու գործառույթները։ Պարզ դարձավ, որ գոյություն ունի միայն 20 ամինաթթու, որոնք կազմում են պեպտիդի կառուցվածքը, սակայն դրանք կարող են համակցվել տարբեր ձևերով։ Այստեղից էլ պոլիպեպտիդային կառուցվածքների բազմազանությունը։ Բացի այդ, կյանքի և իրենց գործառույթների կատարման գործընթացում սպիտակուցները կարողանում են ենթարկվել մի շարք քիմիական փոխակերպումների։ Արդյունքում նրանք փոխում են կառուցվածքը, այն էլ՝ բոլորովին նորկապի տեսակը։
Պեպտիդային կապը, այսինքն՝ սպիտակուցը, շղթաների կառուցվածքը կոտրելու համար անհրաժեշտ է ընտրել շատ կոշտ պայմաններ (բարձր ջերմաստիճանի, թթուների կամ ալկալիների, կատալիզատորի գործողություն): Դա պայմանավորված է մոլեկուլում, մասնավորապես, պեպտիդային խմբում կովալենտային կապերի բարձր ամրությամբ:
Սպիտակուցի կառուցվածքի հայտնաբերումը լաբորատորիայում իրականացվում է բիուրետային ռեակցիայի միջոցով՝ պոլիպեպտիդը թարմ նստեցված պղնձի (II) հիդրօքսիդի ենթարկում: Պեպտիդային խմբի և պղնձի իոնի կոմպլեքսը տալիս է վառ մանուշակագույն գույն։
Գոյություն ունեն չորս հիմնական կառուցվածքային կազմակերպություններ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի սպիտակուցների իր կառուցվածքային առանձնահատկությունները:
Կազմակերպության մակարդակներ. առաջնային կառուցվածք
Ինչպես նշվեց վերևում, պեպտիդը ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությունն է՝ ընդգրկումներով կամ առանց կոֆերմենտների: Այսպիսով, հիմնական անվանումը մոլեկուլի այնպիսի կառուցվածքն է, որը բնական է, բնական, իսկապես ամինաթթուներ են, որոնք կապված են պեպտիդային կապերով, և ոչ ավելին: Այսինքն՝ գծային կառուցվածքի պոլիպեպտիդ։ Միևնույն ժամանակ, նման պլանի սպիտակուցների կառուցվածքային առանձնահատկություններն այն են, որ թթուների նման համակցությունը որոշիչ է սպիտակուցի մոլեկուլի գործառույթների կատարման համար։ Այս հատկանիշների առկայության շնորհիվ հնարավոր է ոչ միայն բացահայտել պեպտիդը, այլ նաև կանխատեսել բոլորովին նոր, դեռևս չբացահայտվածի հատկություններն ու դերը։ Բնական առաջնային կառուցվածք ունեցող պեպտիդների օրինակներ են ինսուլինը, պեպսինը, քիմոտրիպսինը և այլն:
երկրորդային կոնֆորմացիա
Այս կատեգորիայի սպիտակուցների կառուցվածքը և հատկությունները որոշակիորեն փոխվում են: Նման կառուցվածքը կարող է սկզբնապես ձևավորվել բնությունից կամ առաջնային կոշտ հիդրոլիզի, ջերմաստիճանի կամ այլ պայմանների ենթարկվելիս:
Այս կոնֆորմացիան ունի երեք տեսակ՝
- Հարթ, կանոնավոր, ստերեկանոնավոր պարույրներ, որոնք կառուցված են ամինաթթուների մնացորդներից, որոնք պտտվում են միացման հիմնական առանցքի շուրջ: Նրանք միասին են պահվում միայն ջրածնային կապերով, որոնք առաջանում են մի պեպտիդային խմբի թթվածնի և մյուսի ջրածնի միջև։ Ընդ որում, կառուցվածքը ճիշտ է համարվում այն պատճառով, որ շրջադարձերը հավասարապես կրկնվում են յուրաքանչյուր 4 հղումով։ Նման կառույցը կարող է լինել կամ ձախլիկ կամ աջլիկ: Բայց շատ հայտնի սպիտակուցներում գերակշռում է դեքստրոտորային իզոմերը: Նման կոնֆորմացիաները կոչվում են ալֆա կառուցվածքներ։
- Հետևյալ տիպի սպիտակուցների բաղադրությունը և կառուցվածքը տարբերվում է նախորդից նրանով, որ ջրածնային կապերը ձևավորվում են ոչ թե մոլեկուլի մի կողմում կողք կողքի կանգնած մնացորդների միջև, այլ զգալիորեն հեռավորների միջև և բավականաչափ: մեծ հեռավորություն. Այդ իսկ պատճառով ամբողջ կառուցվածքը ստանում է մի քանի ալիքաձև, օձաձև պոլիպեպտիդային շղթաների ձև: Կա մեկ առանձնահատկություն, որը սպիտակուցը պետք է դրսևորի. Ամինաթթուների կառուցվածքը ճյուղերի վրա պետք է հնարավորինս կարճ լինի, օրինակ՝ գլիցինը կամ ալանինը: Երկրորդական կոնֆորմացիայի այս տեսակը կոչվում է բետա թերթեր՝ նրանց ունակության համար, որոնք միասին կպչում են ընդհանուր կառուցվածք ձևավորելու համար:
- Կենսաբանությունը վերաբերում է սպիտակուցի կառուցվածքի երրորդ տեսակին, ինչպեսբարդ, ցրված, խանգարված բեկորներ, որոնք չունեն կարծրականոնություն և ունակ են արտաքին պայմանների ազդեցության տակ փոխել կառուցվածքը։
Բնականաբար հանդիպող սպիտակուցների օրինակներ չեն հայտնաբերվել:
Բարձրագույն կրթություն
Սա բավականին բարդ կոնֆորմացիա է, որը կոչվում է «գլոբուլ»: Ինչ է նման սպիտակուցը: Նրա կառուցվածքը հիմնված է երկրորդական կառուցվածքի վրա, բայց ավելացվում են խմբավորումների ատոմների միջև փոխազդեցությունների նոր տեսակներ, և ամբողջ մոլեկուլը կարծես ծալվում է, այդպիսով կենտրոնանալով այն փաստի վրա, որ հիդրոֆիլ խմբերն ուղղված են գլոբուլի ներսում, իսկ հիդրոֆոբ խմբերը։ ուղղված են դեպի դուրս։
Սա բացատրում է սպիտակուցի մոլեկուլի լիցքը ջրի կոլոիդային լուծույթներում: Ի՞նչ տեսակի փոխազդեցություններ կան:
- Ջրածնային կապեր - մնում են անփոփոխ նույն մասերի միջև, ինչ երկրորդական կառուցվածքում:
- Հիդրոֆոբ (հիդրոֆիլ) փոխազդեցություններ - տեղի են ունենում, երբ պոլիպեպտիդը լուծվում է ջրի մեջ:
- Իոնային ձգողություն - ձևավորվում է ամինաթթուների մնացորդների (ռադիկալների) հակառակ լիցքավորված խմբերի միջև։
- Կովալենտային փոխազդեցություններ. կարող են ձևավորվել թթվային հատուկ տեղամասերի միջև՝ ցիստեինի մոլեկուլները, ավելի ճիշտ՝ դրանց պոչերը:
Այսպիսով, երրորդական կառուցվածք ունեցող սպիտակուցների բաղադրությունը և կառուցվածքը կարելի է բնութագրել որպես պոլիպեպտիդային շղթաներ՝ ծալված գնդիկների մեջ՝ պահպանելով և կայունացնելով դրանց կոնֆորմացիան տարբեր տեսակի քիմիական փոխազդեցությունների պատճառով: Նման պեպտիդների օրինակներ.ֆոսֆոգլիցերատ կենազ, tRNA, ալֆա-կերատին, մետաքսի ֆիբրոին և այլն:
քառորդական կառուցվածք
Սա ամենաբարդ գնդիկներից մեկն է, որ ձևավորում են սպիտակուցները: Այս տեսակի սպիտակուցների կառուցվածքն ու գործառույթները շատ բազմակողմանի են և հատուկ:
Ի՞նչ է այս կազմավորումը: Սրանք մի քանի (որոշ դեպքերում տասնյակ) մեծ և փոքր պոլիպեպտիդ շղթաներ են, որոնք ձևավորվում են միմյանցից անկախ: Բայց հետո, նույն փոխազդեցությունների շնորհիվ, որոնք մենք դիտարկեցինք երրորդային կառուցվածքի համար, այս բոլոր պեպտիդները պտտվում և միահյուսվում են միմյանց հետ: Այս կերպ ստացվում են բարդ կոնֆորմացիոն գնդիկներ, որոնք կարող են պարունակել մետաղի ատոմներ, լիպիդային խմբեր, ածխաջրային խմբեր։ Նման սպիտակուցների օրինակներ՝ ԴՆԹ պոլիմերազ, ծխախոտի վիրուսի սպիտակուցային շերտ, հեմոգլոբին և այլն:
Բոլոր պեպտիդային կառույցները, որոնք մենք դիտարկել ենք, ունեն լաբորատորիայում նույնականացման իրենց մեթոդները՝ հիմնված քրոմատագրության, ցենտրիֆուգման, էլեկտրոնային և օպտիկական մանրադիտակի և համակարգչային բարձր տեխնոլոգիաների օգտագործման ժամանակակից հնարավորությունների վրա։
Կատարված գործառույթներ
Սպիտակուցների կառուցվածքը և գործառույթը սերտորեն փոխկապակցված են միմյանց հետ: Այսինքն՝ յուրաքանչյուր պեպտիդ որոշակի դեր է խաղում՝ եզակի և կոնկրետ։ Կան նաեւ այնպիսիք, ովքեր կարողանում են մեկ կենդանի խցում միանգամից մի քանի նշանակալից վիրահատություն կատարել։ Այնուամենայնիվ, հնարավոր է ընդհանրացված ձևով արտահայտել սպիտակուցի մոլեկուլների հիմնական գործառույթները կենդանի էակների օրգանիզմներում.
- Շարժման աջակցություն. Միաբջիջ օրգանիզմներ՝ կա՛մ օրգանելներ, կա՛մ որոշբջիջների տեսակները կարող են շարժվել, կծկվել, տեղաշարժվել: Սա ապահովում են սպիտակուցները, որոնք իրենց շարժիչ ապարատի կառուցվածքի մի մասն են կազմում՝ թարթիչները, դրոշակները, ցիտոպլազմային թաղանթը: Եթե խոսենք բջիջների մասին, որոնք ի վիճակի չեն շարժվել, ապա սպիտակուցները կարող են նպաստել դրանց կծկմանը (մկանային միոզին):
- Սնուցող կամ պահուստային ֆունկցիա: Դա սպիտակուցի մոլեկուլների կուտակումն է բույսերի ձվերում, սաղմերում և սերմերում՝ պակասող սնուցիչների հետագա համալրման համար: Երբ պեպտիդները բաժանվում են, տալիս են ամինաթթուներ և կենսաբանորեն ակտիվ նյութեր, որոնք անհրաժեշտ են կենդանի օրգանիզմների բնականոն զարգացման համար:
- Էներգետիկ ֆունկցիա. Բացի ածխաջրերից, մարմնին կարող են ուժ տալ նաև սպիտակուցները։ Պեպտիդի 1 գ քայքայման դեպքում ադենոզինտրիֆոսֆատի (ATP) տեսքով արտազատվում է 17,6 կՋ օգտակար էներգիա, որը ծախսվում է կենսական գործընթացների վրա։
- Ազդանշանային և կարգավորող գործառույթ: Այն բաղկացած է ընթացող գործընթացների նկատմամբ մանրակրկիտ հսկողության իրականացումից և ազդանշանների փոխանցումից բջիջներից հյուսվածքներ, դրանցից օրգաններ, վերջիններից համակարգեր և այլն: Տիպիկ օրինակ է ինսուլինը, որը խստորեն ֆիքսում է արյան մեջ գլյուկոզայի քանակը։
- Ռեցեպտորների ֆունկցիա. Այն իրականացվում է մեմբրանի մի կողմում պեպտիդի կոնֆորմացիան փոխելով և վերակազմավորման մեջ ներգրավելով մյուս ծայրը: Միաժամանակ փոխանցվում են ազդանշանը և անհրաժեշտ տեղեկատվությունը։ Ամենից հաճախ նման սպիտակուցները ներկառուցվում են բջիջների ցիտոպլազմային թաղանթների մեջ և խիստ վերահսկողություն են իրականացնում դրա միջով անցնող բոլոր նյութերի նկատմամբ։ Տեղեկացնել նաևքիմիական և ֆիզիկական փոփոխություններ շրջակա միջավայրում։
- Պեպտիդների տրանսպորտային գործառույթ. Այն իրականացվում է ալիքային սպիտակուցներով և կրող սպիտակուցներով։ Նրանց դերն ակնհայտ է՝ անհրաժեշտ մոլեկուլները բարձր կոնցենտրացիա ունեցող մասերից տեղափոխել անհրաժեշտ մոլեկուլներ։ Տիպիկ օրինակ է թթվածնի և ածխածնի երկօքսիդի փոխադրումը օրգանների և հյուսվածքների միջով սպիտակուցի հեմոգլոբինի միջոցով: Նրանք նաև իրականացնում են ցածր մոլեկուլային քաշ ունեցող միացությունների առաքում ներսի բջջաթաղանթի միջով։
- Կառուցվածքային ֆունկցիա. Նրանցից ամենակարևորներից մեկը, որը կատարում է սպիտակուցը: Բոլոր բջիջների կառուցվածքը, նրանց օրգանելները ապահովում են հենց պեպտիդները։ Նրանք, ինչպես շրջանակը, սահմանում են ձևը և կառուցվածքը: Բացի այդ, նրանք աջակցում են դրան և անհրաժեշտության դեպքում փոփոխում են այն: Հետևաբար, աճի և զարգացման համար բոլոր կենդանի օրգանիզմներին անհրաժեշտ են սպիտակուցներ սննդակարգում: Այս պեպտիդները ներառում են էլաստին, տուբուլին, կոլագեն, ակտին, կերատին և այլն:
- Կատալիտիկ ֆունկցիա. Դա անում են ֆերմենտները: Բազմաթիվ և բազմազան, դրանք արագացնում են մարմնի բոլոր քիմիական և կենսաքիմիական ռեակցիաները: Առանց նրանց մասնակցության, ստամոքսի սովորական խնձորը կարող էր մարսվել ընդամենը երկու օրում՝ փտելու մեծ հավանականությամբ։ Կատալազի, պերօքսիդազի և այլ ֆերմենտների ազդեցության տակ այս գործընթացը տևում է երկու ժամ։ Ընդհանուր առմամբ, սպիտակուցների այս դերի շնորհիվ է իրականացվում անաբոլիզմը և կատաբոլիզմը, այսինքն՝ պլաստիկ և էներգետիկ նյութափոխանակությունը։
Պաշտպանիչ դեր
Կան մի քանի տեսակի սպառնալիքներ, որոնցից սպիտակուցները նախատեսված են օրգանիզմը պաշտպանելու համար:
Առաջինը՝ քիմիականտրավմատիկ ռեակտիվների, գազերի, մոլեկուլների, գործողության տարբեր սպեկտրի նյութերի հարձակում։ Պեպտիդները կարողանում են քիմիական փոխազդեցության մեջ մտնել նրանց հետ՝ դրանք վերածելով անվնաս ձևի կամ պարզապես չեզոքացնելով դրանք։
Երկրորդ՝ վերքերի ֆիզիկական սպառնալիքը. եթե վնասվածքի վայրում սպիտակուցի ֆիբրինոգենը ժամանակին չվերափոխվի ֆիբրինի, ապա արյունը չի մակարդվի, ինչը նշանակում է, որ խցանումը չի առաջանա: Այնուհետև, ընդհակառակը, ձեզ կպահանջվի պլազմինի պեպտիդ, որն ունակ է լուծել թրոմբը և վերականգնել անոթի անցունակությունը։
Երրորդ՝ իմունիտետին սպառնացող վտանգ. Իմունային պաշտպանություն ձևավորող սպիտակուցների կառուցվածքն ու նշանակությունը չափազանց կարևոր են: Հակամարմինները, իմունոգոլոբուլինները, ինտերֆերոնները մարդու ավշային և իմունային համակարգի կարևոր և նշանակալի տարրերն են: Ցանկացած օտար մասնիկ, վնասակար մոլեկուլ, բջջի մեռած մաս կամ ամբողջ կառուցվածքը ենթարկվում է անհապաղ հետազոտության պեպտիդային միացության կողմից: Այդ իսկ պատճառով մարդ կարող է ինքնուրույն, առանց դեղերի օգնության, ամեն օր պաշտպանվել վարակներից և պարզ վիրուսներից։
Ֆիզիկական հատկություններ
Բջջային սպիտակուցի կառուցվածքը շատ կոնկրետ է և կախված է կատարվող գործառույթից: Բայց բոլոր պեպտիդների ֆիզիկական հատկությունները նման են և հանգում են հետևյալ բնութագրերին:
- Մոլեկուլի քաշը մինչև 1,000,000 Դալտոն է։
- Կոլոիդային համակարգերը ձևավորվում են ջրային լուծույթում: Այնտեղ կառուցվածքը ձեռք է բերում լիցք, որը կարող է տարբեր լինել՝ կախված շրջակա միջավայրի թթվայնությունից:
- Երբ ենթարկվում են ծանր պայմանների (ճառագայթում, թթու կամ ալկալի, ջերմաստիճան և այլն), նրանք ի վիճակի են տեղափոխվել այլ մակարդակների, այսինքն.denature. Այս գործընթացը 90% դեպքերում անշրջելի է: Այնուամենայնիվ, կա նաև հակադարձ տեղաշարժ՝ վերափոխում։
Սրանք պեպտիդների ֆիզիկական բնութագրերի հիմնական հատկություններն են:
