Մեր հոդվածը նվիրված կլինի Երկրի վրա կյանքի երևույթի հիմքում ընկած նյութերի հատկությունների ուսումնասիրությանը։ Սպիտակուցի մոլեկուլները առկա են ոչ բջջային ձևերով՝ վիրուսներով, մտնում են պրոկարիոտ և միջուկային բջիջների ցիտոպլազմայի և օրգանելների մեջ։ Նրանք նուկլեինաթթուների հետ կազմում են ժառանգական նյութը՝ քրոմատինը և կազմում են միջուկի հիմնական բաղադրիչները՝ քրոմոսոմները։ Ազդանշանային, շինարարական, կատալիտիկ, պաշտպանիչ, էներգիա - սա կենսաբանական գործառույթների ցանկն է, որոնք կատարում են սպիտակուցները: Սպիտակուցների ֆիզիկաքիմիական հատկությունները դրանց լուծարման, նստվածքի և աղի դուրս գալու ունակությունն է: Բացի այդ, նրանք ունակ են դենատուրացիայի ենթարկվելու և իրենց քիմիական բնույթով ամֆոտերային միացություններ են։ Եկեք հետագայում ուսումնասիրենք սպիտակուցների այս հատկությունները։
Սպիտակուցային մոնոմերների տեսակները
20 տեսակի α-ամինաթթուները սպիտակուցի կառուցվածքային միավորներն են: Բացի ածխաջրածնային ռադիկալից, դրանք պարունակում են NH2- ամինո խումբ և COOH-կարբոքսիլ խումբ. Ֆունկցիոնալ խմբերը որոշում են սպիտակուցային մոնոմերների թթվային և հիմնային հատկությունները։ Ուստի օրգանական քիմիայում այս դասի միացությունները կոչվում են ամֆոտերային նյութեր։ Մոլեկուլի ներսում կարբոքսիլ խմբի ջրածնի իոնները կարող են պառակտվել և կապվել ամինային խմբերի հետ: Արդյունքը ներքին աղ է: Եթե մոլեկուլում առկա են մի քանի կարբոքսիլ խմբեր, ապա միացությունը կլինի թթվային, օրինակ՝ գլուտամին կամ ասպարտիկ թթուն: Եթե ամինային խմբերը գերակշռում են, ապա ամինաթթուները հիմնային են (հիստիդին, լիզին, արգինին): Հավասար թվով ֆունկցիոնալ խմբերի դեպքում պեպտիդային լուծույթն ունի չեզոք ռեակցիա։ Պարզվել է, որ բոլոր երեք տեսակի ամինաթթուների առկայությունը ազդում է այն հատկանիշների վրա, որոնք կունենան սպիտակուցները։ Սպիտակուցների ֆիզիկաքիմիական հատկությունները՝ լուծելիություն, pH, մակրոմոլեկուլային լիցք, որոշվում են թթվային և հիմնային ամինաթթուների հարաբերակցությամբ։
Ինչ գործոններ են ազդում պեպտիդների լուծելիության վրա
Եկեք պարզենք բոլոր այն անհրաժեշտ չափանիշները, որոնցից կախված են սպիտակուցի մակրոմոլեկուլների խոնավացման կամ լուծարման գործընթացները։ Դրանք են՝ տարածական կոնֆիգուրացիան և մոլեկուլային քաշը, որը որոշվում է ամինաթթուների մնացորդների քանակով։ Այն նաև հաշվի է առնում բևեռային և ոչ բևեռային մասերի հարաբերակցությունը` ռադիկալները, որոնք տեղակայված են երրորդական կառուցվածքում սպիտակուցի մակերեսին և պոլիպեպտիդային մակրոմոլեկուլի ընդհանուր լիցքը: Վերոհիշյալ բոլոր հատկությունները ուղղակիորեն ազդում են սպիտակուցի լուծելիության վրա: Եկեք մանրամասն նայենք դրանց։
Գլոբուլները և դրանց խոնավացման ունակությունը
Եթե պեպտիդի արտաքին կառուցվածքը գնդաձեւ է, ապա ընդունված է խոսել նրա գնդաձեւ կառուցվածքի մասին։ Այն կայունանում է ջրածնի և հիդրոֆոբ կապերով, ինչպես նաև մակրոմոլեկուլի հակառակ լիցքավորված մասերի էլեկտրաստատիկ ձգողականության ուժերով։ Օրինակ՝ հեմոգլոբինը, որը թթվածնի մոլեկուլները տեղափոխում է արյան միջոցով, իր չորրորդական ձևով բաղկացած է միոգլոբինի չորս բեկորներից՝ միավորված հեմով։ Արյան սպիտակուցները, ինչպիսիք են ալբումինները, α- և ϒ-գլոբուլինները հեշտությամբ փոխազդում են արյան պլազմայի նյութերի հետ: Ինսուլինը մեկ այլ գնդաձև պեպտիդ է, որը կարգավորում է արյան գլյուկոզի մակարդակը կաթնասունների և մարդկանց մոտ: Նման պեպտիդային համալիրների հիդրոֆոբ մասերը գտնվում են կոմպակտ կառուցվածքի մեջտեղում, իսկ հիդրոֆիլ մասերը՝ դրա մակերեսին։ Սա նրանց ապահովում է բնական հատկությունների պահպանում մարմնի հեղուկ միջավայրում և դրանք միավորում է ջրի լուծվող սպիտակուցների խմբի մեջ: Բացառություն են կազմում գնդաձեւ սպիտակուցները, որոնք կազմում են մարդու և կենդանիների բջիջների թաղանթների խճանկարային կառուցվածքը։ Դրանք կապված են գլիկոլիպիդների հետ և անլուծելի են միջբջջային հեղուկում, ինչն ապահովում է դրանց պատնեշային դերը բջջում։
ֆիբրիլային պեպտիդներ
Կոլագենը և էլաստինը, որոնք դերմիսի մաս են կազմում և որոշում են դրա ամրությունն ու առաձգականությունը, ունեն թելիկ կառուցվածք։ Նրանք կարողանում են ձգվել՝ փոխելով իրենց տարածական կոնֆիգուրացիան։ Ֆիբրոինը բնական մետաքսի սպիտակուց է, որը արտադրվում է մետաքսի թրթուրների կողմից: Այն պարունակում է կարճ կառուցվածքային մանրաթելեր՝ բաղկացած փոքր զանգվածով և մոլեկուլային երկարությամբ ամինաթթուներից։ Դրանք են, առաջին հերթին, սերինը, ալանինը և գլիկինը։ Նրանպոլիպեպտիդային շղթաները տարածության մեջ ուղղված են ուղղահայաց և հորիզոնական ուղղություններով: Նյութը պատկանում է կառուցվածքային պոլիպեպտիդներին և ունի շերտավոր ձև։ Ի տարբերություն գնդաձև պոլիպեպտիդների, մանրաթելերից բաղկացած սպիտակուցի լուծելիությունը շատ ցածր է, քանի որ նրա ամինաթթուների հիդրոֆոբ ռադիկալները գտնվում են մակրոմոլեկուլի մակերեսին և վանում բևեռային լուծիչի մասնիկները:
Կերատինները և դրանց կառուցվածքի առանձնահատկությունները
Հաշվի առնելով ֆիբրիլային ձևի կառուցվածքային սպիտակուցների խումբը, ինչպիսիք են ֆիբրոնը և կոլագենը, անհրաժեշտ է կանգ առնել բնության մեջ լայնորեն տարածված պեպտիդների ևս մեկ խմբի՝ կերատինների վրա։ Նրանք հիմք են հանդիսանում մարդու և կենդանիների մարմնի այնպիսի մասերի համար, ինչպիսիք են մազերը, եղունգները, փետուրները, բուրդը, սմբակները և ճանկերը: Ի՞նչ է կերատինը իր կենսաքիմիական կառուցվածքով: Պարզվել է, որ պեպտիդների երկու տեսակ կա. Առաջինն ունի պարուրաձև երկրորդական կառուցվածքի ձև (α-կերատին) և հանդիսանում է մազերի հիմքը։ Մյուսը ներկայացված է ավելի կոշտ շերտավոր մանրաթելերով. սա β-կերատին է: Այն կարելի է գտնել կենդանիների մարմնի կոշտ մասերում՝ սմբակներ, թռչնի կտուց, սողունների թեփուկներ, գիշատիչ կաթնասունների և թռչունների ճանկեր։ Ի՞նչ է կերատինը, հիմնվելով այն փաստի վրա, որ նրա ամինաթթուները, ինչպիսիք են վալինը, ֆենիլալանինը, իզոլեյցինը, պարունակում են մեծ քանակությամբ հիդրոֆոբ ռադիկալներ: Այն ջրում և այլ բևեռային լուծիչներում չլուծվող սպիտակուց է, որն իրականացնում է պաշտպանիչ և կառուցվածքային գործառույթներ։
միջավայրի pH-ի ազդեցությունը սպիտակուցային պոլիմերի լիցքի վրա
Ավելի վաղ նշել էինք, որ սպիտակուցի ֆունկցիոնալ խմբերըմոնոմերներ - ամինաթթուներ, որոշեք դրանց հատկությունները: Այժմ ավելացնում ենք, որ պոլիմերի լիցքը նույնպես կախված է դրանցից։ Իոնային ռադիկալները՝ գլուտամիկ և ասպարտիկ թթուների կարբոքսիլային խմբերը և արգինինի և հիստիդինի ամինային խմբերը, ազդում են պոլիմերի ընդհանուր լիցքի վրա: Նրանք նաև տարբեր կերպ են վարվում թթվային, չեզոք կամ ալկալային լուծույթներում: Այս գործոններից է կախված նաեւ սպիտակուցի լուծելիությունը։ Այսպիսով, <7 pH-ի դեպքում լուծույթը պարունակում է ջրածնի պրոտոնների ավելցուկային կոնցենտրացիան, որոնք արգելակում են կարբոքսիլի քայքայումը, ուստի սպիտակուցի մոլեկուլի ընդհանուր դրական լիցքը մեծանում է։
Սպիտակուցի մեջ կատիոնների կուտակումն ավելանում է նաև չեզոք լուծույթի միջավայրի և արգինինի, հիստիդինի և լիզինի մոնոմերների ավելցուկի դեպքում։ Ալկալային միջավայրում պոլիպեպտիդային մոլեկուլի բացասական լիցքը մեծանում է, քանի որ ջրածնի իոնների ավելցուկը ծախսվում է ջրի մոլեկուլների ձևավորման վրա՝ կապելով հիդրօքսիլ խմբերը։
Գործոններ, որոնք որոշում են սպիտակուցների լուծելիությունը
Եկեք պատկերացնենք մի իրավիճակ, երբ սպիտակուցային պարույրի վրա դրական և բացասական լիցքերի թիվը նույնն է: Միջավայրի pH-ն այս դեպքում կոչվում է իզոէլեկտրական կետ: Պեպտիդային մակրոմոլեկուլի ընդհանուր լիցքը ինքնին դառնում է զրոյական, և դրա լուծելիությունը ջրի կամ այլ բևեռային լուծիչի մեջ կլինի նվազագույն: Էլեկտրոլիտիկ տարանջատման տեսության դրույթները նշում են, որ դիպոլներից կազմված բևեռային լուծիչում նյութի լուծելիությունը կլինի այնքան բարձր, այնքան ավելի բևեռացված կլինեն լուծված միացության մասնիկները։ Նրանք նաև բացատրում են լուծելիությունը որոշող գործոններըսպիտակուցներ. դրանց իզոէլեկտրական կետը և պեպտիդի հիդրացիայի կամ լուծույթի կախվածությունը նրա մակրոմոլեկուլի ընդհանուր լիցքից: Այս դասի պոլիմերներից շատերը պարունակում են -COO- խմբերի ավելցուկ և ունեն մի փոքր թթվային հատկություններ: Բացառություն են լինելու նախկինում նշված թաղանթային սպիտակուցներն ու պեպտիդները, որոնք հանդիսանում են ժառանգական միջուկային նյութի՝ քրոմատինի մաս։ Վերջիններս կոչվում են հիստոններ և ունեն ընդգծված հիմնական հատկություններ՝ շնորհիվ պոլիմերային շղթայում մեծ թվով ամինային խմբերի առկայության։
Սպիտակուցների վարքագիծը էլեկտրական դաշտում
Գործնական նպատակների համար հաճախ անհրաժեշտ է դառնում առանձնացնել, օրինակ, արյան սպիտակուցները ֆրակցիաների կամ առանձին մակրոմոլեկուլների: Դա անելու համար դուք կարող եք օգտագործել լիցքավորված պոլիմերային մոլեկուլների հնարավորությունը՝ որոշակի արագությամբ շարժվել դեպի էլեկտրական դաշտի էլեկտրոդներ: Տարբեր զանգվածի և լիցքի պեպտիդներ պարունակող լուծույթը դրվում է կրիչի վրա՝ թղթի կամ հատուկ գելի։ Անցնելով էլեկտրական ազդակներ, օրինակ, արյան պլազմայի մի մասի միջով, ստացվում է առանձին սպիտակուցների մինչև 18 ֆրակցիա։ Նրանց թվում են բոլոր տեսակի գլոբուլինները, ինչպես նաև սպիտակուցային ալբումինը, որը ոչ միայն ամենակարևոր բաղադրիչն է (այն կազմում է արյան պլազմայի պեպտիդների զանգվածի մինչև 60%-ը), այլև կենտրոնական դեր է խաղում օսմոսի գործընթացներում։ և արյան շրջանառությունը։
Ինչպես է աղի կոնցենտրացիան ազդում սպիտակուցի լուծելիության վրա
Պեպտիդների՝ ոչ միայն գելեր, փրփուրներ և էմուլսիաներ, այլև լուծույթներ ձևավորելու ունակությունը կարևոր հատկություն է, որն արտացոլում է դրանց ֆիզիկաքիմիական բնութագրերը: Օրինակ՝ նախկինում ուսումնասիրվածՀացահատիկի սերմերի, կաթի և արյան շիճուկի էնդոսպերմում հայտնաբերված ալբումինները արագորեն ձևավորում են ջրային լուծույթներ՝ չեզոք աղերի, օրինակ՝ նատրիումի քլորիդի կոնցենտրացիայով, 3-ից 10 տոկոսի սահմաններում: Նույն ալբումինների օրինակով կարելի է պարզել սպիտակուցի լուծելիության կախվածությունը աղի կոնցենտրացիայից։ Նրանք լավ են լուծվում ամոնիումի սուլֆատի չհագեցած լուծույթում, իսկ գերհագեցած լուծույթում շրջելիորեն նստում են և մի չափաբաժին ջրի ավելացմամբ աղի կոնցենտրացիայի հետագա նվազմամբ վերականգնում են իրենց խոնավացման թաղանթը։
Աղում
Պեպտիդների վերը նկարագրված քիմիական ռեակցիաները ուժեղ թթուների և ալկալիների կողմից առաջացած աղերի լուծույթների հետ կոչվում են աղակալում: Այն հիմնված է սպիտակուցի լիցքավորված ֆունկցիոնալ խմբերի աղի իոնների՝ մետաղական կատիոնների և թթվային մնացորդների անիոնների փոխազդեցության մեխանիզմի վրա։ Այն ավարտվում է պեպտիդի մոլեկուլի լիցքի կորստով, նրա ջրային թաղանթի նվազմամբ և սպիտակուցի մասնիկների կպչունությամբ։ Արդյունքում դրանք նստում են, ինչի մասին կքննարկենք ավելի ուշ։
Տեղումներ և դենատուրացիա
Ացետոնը և էթիլային սպիրտը ոչնչացնում են երրորդական կառուցվածքում սպիտակուցը շրջապատող ջրային թաղանթը: Սակայն դա չի ուղեկցվում դրա վրա ընդհանուր լիցքի չեզոքացմամբ։ Այս գործընթացը կոչվում է տեղումներ, սպիտակուցի լուծելիությունը կտրուկ նվազում է, բայց չի ավարտվում դենատուրացիայով։
Պեպտիդների մոլեկուլները իրենց բնածին վիճակում շատ զգայուն են շրջակա միջավայրի բազմաթիվ պարամետրերի նկատմամբ, օրինակ՝քիմիական միացությունների ջերմաստիճանը և կոնցենտրացիան՝ աղեր, թթուներ կամ ալկալիներ: Այս երկու գործոնների գործողության ուժեղացումը իզոէլեկտրական կետում հանգեցնում է կայունացնող ներմոլեկուլային (դիսուլֆիդային կամուրջներ, պեպտիդային կապեր), կովալենտային և ջրածնային կապերի ամբողջական ոչնչացմանը պոլիպեպտիդում: Հատկապես արագ նման պայմաններում գնդային պեպտիդները ապականվում են՝ միևնույն ժամանակ ամբողջությամբ կորցնելով իրենց ֆիզիկաքիմիական և կենսաբանական հատկությունները։
