Սպիտակուցները, որոնց կենսաբանական դերը կքննարկվի այսօր, մակրոմոլեկուլային միացություններ են, որոնք կառուցված են ամինաթթուներից: Բոլոր մյուս օրգանական միացությունների շարքում դրանք իրենց կառուցվածքով ամենաբարդներից են։ Ըստ տարրական բաղադրության՝ սպիտակուցները տարբերվում են ճարպերից և ածխաջրերից՝ բացի թթվածնից, ջրածնից և ածխածնից, պարունակում են նաև ազոտ։ Բացի այդ, ծծումբը ամենակարևոր սպիտակուցների անփոխարինելի բաղադրիչն է, իսկ որոշները պարունակում են յոդ, երկաթ և ֆոսֆոր:
Սպիտակուցի կենսաբանական դերը շատ բարձր է. Հենց այս միացություններն են կազմում պրոտոպլազմայի զանգվածի մեծ մասը, ինչպես նաև կենդանի բջիջների միջուկները։ Սպիտակուցներ կան բոլոր կենդանիների և բույսերի օրգանիզմներում։
Մեկ կամ ավելի գործառույթ
Նրանց տարբեր միացությունների կենսաբանական դերն ու գործառույթները տարբեր են: Որպես կոնկրետ քիմիական կառուցվածք ունեցող նյութ՝ յուրաքանչյուր սպիտակուց կատարում է խիստ մասնագիտացված գործառույթ։ Միայն որոշ դեպքերում այն կարող է կատարել միանգամից մի քանի փոխկապակցված: Օրինակ՝ ադրենալինը, որն արտադրվում է մեդուլլայումմակերիկամները, մտնելով արյան մեջ, մեծացնում են արյան ճնշումը և թթվածնի սպառումը, արյան շաքարը: Բացի այդ, այն նյութափոխանակության խթանիչ է, իսկ սառնասրտ կենդանիների մոտ՝ նաև նյարդային համակարգի միջնորդ։ Ինչպես տեսնում եք, այն միանգամից բազմաթիվ գործառույթներ է կատարում։
Ֆերմենտային (կատալիտիկ) ֆունկցիա
Կենդանի օրգանիզմներում տեղի ունեցող բազմազան կենսաքիմիական ռեակցիաները կատարվում են մեղմ պայմաններում, որոնցում ջերմաստիճանը մոտ է 40°C-ին, իսկ pH-ի արժեքները գրեթե չեզոք են: Այս պայմաններում դրանցից շատերի հոսքի արագությունը չնչին է: Ուստի, որպեսզի դրանք իրացվեն, անհրաժեշտ են ֆերմենտներ՝ հատուկ կենսաբանական կատալիզատորներ։ Գրեթե բոլոր ռեակցիաները, բացառությամբ ջրի ֆոտոլիզի, կենդանի օրգանիզմներում կատալիզացվում են ֆերմենտներով։ Այս տարրերը կա՛մ սպիտակուցներ են, կա՛մ սպիտակուցների համալիրներ՝ կոֆակտորով (օրգանական մոլեկուլ կամ մետաղական իոն): Ֆերմենտները գործում են շատ ընտրողաբար՝ սկսելով անհրաժեշտ գործընթացը։ Այսպիսով, վերը քննարկված կատալիտիկ ֆունկցիան մեկն է նրանցից, որոնք կատարում են սպիտակուցները: Այս միացությունների կենսաբանական դերը, սակայն, չի սահմանափակվում դրա իրականացմամբ։ Կան շատ այլ առանձնահատկություններ, որոնք մենք կանդրադառնանք ստորև:
Տրանսպորտային ֆունկցիա
Բջջի գոյության համար անհրաժեշտ է, որ դրա մեջ մտնեն բազմաթիվ նյութեր, որոնք ապահովում են նրան էներգիա և շինանյութ։ Բոլոր կենսաբանական թաղանթները կառուցված են ընդհանուրսկզբունքը։ Սա լիպիդների կրկնակի շերտ է, դրա մեջ ընկղմված են սպիտակուցներ։ Միաժամանակ մակրոմոլեկուլների հիդրոֆիլ շրջանները կենտրոնացած են թաղանթների մակերեսին, իսկ հիդրոֆոբ «պոչերը»՝ դրանց հաստությամբ։ Այս կառուցվածքը անթափանց է մնում կարևոր բաղադրիչների համար՝ ամինաթթուներ, շաքարներ, ալկալիական մետաղների իոններ: Այս տարրերի ներթափանցումը բջիջ տեղի է ունենում տրանսպորտային սպիտակուցների օգնությամբ, որոնք ներկառուցված են բջջային թաղանթում։ Բակտերիաները, օրինակ, ունեն հատուկ սպիտակուց, որը տեղափոխում է լակտոզա (կաթնային շաքար) արտաքին թաղանթով:
Բազմաբջիջ օրգանիզմներն ունեն տարբեր նյութերի մի օրգանից մյուսը տեղափոխելու համակարգ: Խոսքն առաջին հերթին հեմոգլոբինի մասին է (վերևում նկարում): Բացի այդ, արյան պլազմայում մշտապես առկա է շիճուկի ալբումինը (տրանսպորտային սպիտակուցը): Այն ունի ճարպերի մարսման ժամանակ առաջացած ճարպաթթուների, ինչպես նաև մի շարք հիդրոֆոբ ամինաթթուների (օրինակ՝ տրիպտոֆանի հետ) և բազմաթիվ դեղամիջոցների (որոշ պենիցիլիններ, սուլֆոնամիդներ, ասպիրին) ուժեղ բարդույթներ ձևավորելու հատկություն։ Տրանսֆերինը, որը միջնորդում է մարմնում երկաթի իոնների տեղափոխումը, ևս մեկ օրինակ է: Կարելի է նշել նաև ցերուպլազմինը, որը կրում է պղնձի իոններ։ Այսպիսով, մենք դիտարկել ենք այն տրանսպորտային գործառույթը, որը կատարում են սպիտակուցները: Նրանց կենսաբանական դերն այս տեսանկյունից նույնպես շատ նշանակալի է։
Ռեցեպտորների ֆունկցիա
Ռեցեպտորային սպիտակուցները մեծ նշանակություն ունեն հատկապես բազմաբջիջ օրգանիզմների կենսագործունեության համար: Նրանք ներկառուցված ենմտնում է պլազմային բջջային թաղանթ և ծառայում է բջիջ մտնող ազդանշանների ընկալմանը և հետագա վերափոխմանը: Այս դեպքում ազդանշանները կարող են լինել ինչպես այլ բջիջներից, այնպես էլ շրջակա միջավայրից: Ներկայումս ամենաշատ ուսումնասիրված են ացետիլխոլինի ընկալիչները: Դրանք տեղակայված են բջջային թաղանթի մի շարք միջնեյրոնային շփումներում, այդ թվում՝ նյարդամկանային հանգույցներում, ուղեղի կեղևում։ Այս սպիտակուցները փոխազդում են ացետիլխոլինի հետ և ազդանշան են փոխանցում բջիջ:
Ազդանշանը ստանալու և այն փոխակերպելու համար նեյրոհաղորդիչը պետք է հեռացվի, որպեսզի բջիջը հնարավորություն ունենա պատրաստվելու հետագա ազդանշանների ընկալմանը: Դրա համար օգտագործվում է ացետիլխոլինէսթերազ՝ հատուկ ֆերմենտ, որը կատալիզացնում է ացետիլխոլինի հիդրոլիզը դեպի քոլին և ացետատ: Չէ՞ որ ընկալիչի ֆունկցիան, որը կատարում են սպիտակուցները, նույնպես շատ կարևոր է: Օրգանիզմի համար հաջորդ, պաշտպանիչ ֆունկցիայի կենսաբանական դերը հսկայական է։ Սրա հետ ուղղակի չի կարելի չհամաձայնվել։
Պաշտպանության ֆունկցիա
Օրգանիզմում իմունային համակարգը արձագանքում է նրանում օտար մասնիկների առաջացմանը՝ արտադրելով մեծ քանակությամբ լիմֆոցիտներ։ Նրանք կարողանում են ընտրողաբար վնասել տարրերը։ Այդպիսի օտար մասնիկներ կարող են լինել քաղցկեղային բջիջները, պաթոգեն բակտերիաները, վերմոլեկուլային մասնիկները (մակրոմոլեկուլներ, վիրուսներ և այլն)։ B-լիմֆոցիտները լիմֆոցիտների խումբ են, որոնք արտադրում են հատուկ սպիտակուցներ: Այս սպիտակուցները ազատվում են շրջանառության համակարգում: Նրանք ճանաչում են օտար մասնիկները, մինչդեռ ոչնչացման փուլում ձևավորում են խիստ հատուկ բարդույթ: Այս սպիտակուցները կոչվում են իմունոգոլոբուլիններ: Օտար նյութերը կոչվում են անտիգեններ:որոնք հրահրում են իմունային համակարգի արձագանքը։
Կառուցվածքային ֆունկցիա
Բացի բարձր մասնագիտացված գործառույթներ կատարող սպիտակուցներից, կան նաև այնպիսիք, որոնց նշանակությունը հիմնականում կառուցվածքային է։ Դրանց շնորհիվ ապահովվում է մեխանիկական ամրություն, ինչպես նաև կենդանի օրգանիզմների հյուսվածքների այլ հատկություններ։ Այս սպիտակուցները ներառում են, առաջին հերթին, կոլագենը: Կաթնասունների մոտ կոլագենը (ստորև նկարը) կազմում է սպիտակուցների զանգվածի մոտ մեկ քառորդը: Այն սինթեզվում է շարակցական հյուսվածքը կազմող հիմնական բջիջներում (որոնք կոչվում են ֆիբրոբլաստներ):
Սկզբում կոլագենը ձևավորվում է որպես պրոկոլագեն՝ դրա նախադրյալը, որը ենթարկվում է քիմիական վերամշակման ֆիբրոբլաստներում: Այնուհետև այն ձևավորվում է պարույրի մեջ ոլորված երեք պոլիպեպտիդ շղթաների տեսքով։ Նրանք միանում են արդեն ֆիբրոբլաստներից դուրս՝ մի քանի հարյուր նանոմետր տրամագծով կոլագենի մանրաթելերի մեջ: Վերջիններս ձեւավորում են կոլագենային թելեր, որոնք արդեն կարելի է տեսնել մանրադիտակի տակ։ Էլաստիկ հյուսվածքներում (թոքերի պատեր, արյունատար անոթներ, մաշկ) արտաբջջային մատրիցը, բացի կոլագենից, պարունակում է նաև էլաստին սպիտակուց։ Այն կարող է ձգվել բավականին լայն տիրույթում, իսկ հետո վերադառնալ իր սկզբնական վիճակին: Կառուցվածքային սպիտակուցի մեկ այլ օրինակ, որը կարելի է տալ այստեղ, մետաքսի ֆիբրոինն է: Մեկուսանում է մետաքսյա թրթուրի ձագուկի առաջացման ժամանակ։ Այն մետաքսե թելերի հիմնական բաղադրիչն է։ Անցնենք շարժիչային սպիտակուցների նկարագրությանը։
Շարժիչային սպիտակուցներ
Իսկ շարժիչային պրոցեսների իրականացման գործում մեծ է սպիտակուցների կենսաբանական դերը։Համառոտ խոսենք այս ֆունկցիայի մասին։ Մկանների կծկումը գործընթաց է, որի ընթացքում քիմիական էներգիան վերածվում է մեխանիկական աշխատանքի: Նրա անմիջական մասնակիցներն են երկու սպիտակուցներ՝ միոզին և ակտին։ Միոզինը շատ անսովոր կառուցվածք ունի։ Այն ձևավորվում է երկու գնդաձև գլխից և պոչից (երկար թելանման հատված)։ Մոտ 1600 նմ-ը մեկ մոլեկուլի երկարությունն է։ Գլխիկները կազմում են մոտավորապես 200 նմ։
Ակտինը (վերևում նկարը) 42000 մոլեկուլային քաշով գնդաձև սպիտակուց է: Այն կարող է պոլիմերացվել՝ ձևավորելով երկար կառուցվածք և այս ձևով փոխազդել միոզինի գլխի հետ: Այս գործընթացի կարևոր առանձնահատկությունը նրա կախվածությունն է ATP-ի առկայությունից: Եթե դրա կոնցենտրացիան բավականաչափ բարձր է, ապա միոզինի և ակտինի կողմից ձևավորված բարդույթը քայքայվում է, այնուհետև այն նորից վերականգնվում է այն բանից հետո, երբ միոզին ATPase-ի գործողության արդյունքում տեղի է ունենում ATP հիդրոլիզ: Այս գործընթացը կարելի է դիտարկել, օրինակ, լուծույթում, որտեղ երկու սպիտակուցներն էլ առկա են: Այն դառնում է մածուցիկ՝ ATP-ի բացակայության դեպքում բարձր մոլեկուլային բարդույթի առաջացման արդյունքում։ Երբ ավելացվում է, մածուցիկությունը կտրուկ նվազում է ստեղծված համալիրի քայքայման պատճառով, որից հետո այն աստիճանաբար սկսում է վերականգնվել ATP հիդրոլիզի արդյունքում։ Մկանների կծկման գործընթացում այս փոխազդեցությունները շատ կարևոր դեր են խաղում։
Հակաբիոտիկներ
Շարունակում ենք բացահայտել «Սպիտակուցի կենսաբանական դերն օրգանիզմում» թեման։ Շատ մեծ և շատ կարևոր խումբբնական միացությունները կազմում են հակաբիոտիկներ կոչվող նյութեր: Նրանք մանրէաբանական ծագում ունեն։ Այս նյութերը արտազատվում են հատուկ տեսակի միկրոօրգանիզմների կողմից։ Ամինաթթուների և սպիտակուցների կենսաբանական դերն անվիճելի է, սակայն հակաբիոտիկները կատարում են հատուկ, շատ կարևոր գործառույթ։ Նրանք արգելակում են իրենց հետ մրցող միկրոօրգանիզմների աճը։ 1940-ական թվականներին հակաբիոտիկների հայտնաբերումն ու օգտագործումը հեղափոխություն կատարեցին բակտերիայից առաջացած վարակիչ հիվանդությունների բուժման գործում: Հարկ է նշել, որ շատ դեպքերում հակաբիոտիկները չեն գործում վիրուսների վրա, ուստի դրանք որպես հակավիրուսային դեղամիջոց օգտագործելն անարդյունավետ է։
Հակաբիոտիկների օրինակներ
Պենիցիլինի խումբն առաջինն էր, որ կիրառվեց: Այս խմբի օրինակներն են ամպիցիլինը և բենզիլպենիցիլինը: Հակաբիոտիկները տարբեր են իրենց գործողության մեխանիզմով և քիմիական բնույթով: Նրանցից ոմանք, որոնք այսօր լայնորեն օգտագործվում են, փոխազդում են մարդու ռիբոսոմների հետ, մինչդեռ սպիտակուցի սինթեզը արգելակվում է բակտերիալ ռիբոսոմներում: Միևնույն ժամանակ, նրանք գրեթե չեն փոխազդում էուկարիոտիկ ռիբոսոմների հետ։ Հետեւաբար, դրանք կործանարար են բակտերիաների բջիջների համար, իսկ թեթևակի թունավոր են կենդանիների և մարդկանց համար: Այս հակաբիոտիկները ներառում են ստրեպտոմիցին և լևոմիցետին (քլորամֆենիկոլ):
Սպիտակուցների կենսասինթեզի կենսաբանական դերը շատ կարևոր է, և այս գործընթացն ինքնին ունի մի քանի փուլ։ Մենք դրա մասին կխոսենք միայն ընդհանուր գծերով։
Սպիտակուցների կենսասինթեզի գործընթացը և կենսաբանական դերը
Այս գործընթացը բազմաքայլ է և շատ բարդ: Այն առաջանում է ռիբոսոմներում.հատուկ օրգանելներ. Բջիջը պարունակում է բազմաթիվ ռիբոսոմներ։ E. coli-ն, օրինակ, ունի մոտ 20 հազար այդպիսիք։
«Նկարագրեք սպիտակուցների կենսասինթեզի գործընթացը և դրա կենսաբանական դերը»՝ այսպիսի առաջադրանք մեզանից շատերը ստացել են դպրոցում։ Եվ շատերի համար դժվար է եղել։ Դե, եկեք փորձենք դա միասին պարզել։
Սպիտակուցի մոլեկուլները պոլիպեպտիդային շղթաներ են: Նրանք, ինչպես արդեն գիտեք, բաղկացած են առանձին ամինաթթուներից: Սակայն վերջիններս բավականաչափ ակտիվ չեն։ Որպեսզի միավորվեն և ձևավորեն սպիտակուցի մոլեկուլ, նրանք պահանջում են ակտիվացում: Այն առաջանում է հատուկ ֆերմենտների գործողության արդյունքում։ Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի իր սեփական ֆերմենտը, որը հատուկ հարմարեցված է դրան: Այս գործընթացի էներգիայի աղբյուրը ATP-ն է (ադենոզին տրիֆոսֆատ): Ակտիվացման արդյունքում ամինաթթուն դառնում է ավելի անկայուն և այս ֆերմենտի ազդեցության տակ կապվում է t-RNA-ին, որն այն փոխանցում է ռիբոսոմին (դրա պատճառով այս ՌՆԹ-ն կոչվում է տրանսպորտ)։ Այսպիսով, tRNA-ի հետ կապված ակտիվացված ամինաթթուները մտնում են ռիբոսոմ: Ռիբոսոմը մի տեսակ փոխակրիչ է՝ մուտքային ամինաթթուներից սպիտակուցային շղթաներ հավաքելու համար։
Սպիտակուցների սինթեզի դերը դժվար է գերագնահատել, քանի որ սինթեզված միացությունները կատարում են շատ կարևոր գործառույթներ։ Գրեթե բոլոր բջջային կառուցվածքները կազմված են դրանցից։
Այսպիսով, մենք ընդհանուր առմամբ նկարագրել ենք սպիտակուցի կենսասինթեզի գործընթացը և դրա կենսաբանական դերը: Սա ավարտում է մեր ծանոթությունը սպիտակուցներին: Հուսով ենք, որ դուք ցանկություն կունենաք այն շարունակելու։
