Տարբեր քիմիական բնույթի տարբեր միացությունների հսկայական քանակության հաջողվել է լաբորատոր պայմաններում սինթեզել մարդկանց։ Այնուամենայնիվ, միևնույն է, բնական նյութերը եղել են, կան և կմնան ամենակարևորն ու նշանակալիցը բոլոր կենդանի համակարգերի կյանքի համար։ Այսինքն՝ այն մոլեկուլները, որոնք ներգրավված են օրգանիզմների ներսում տեղի ունեցող հազարավոր կենսաքիմիական ռեակցիաներում և պատասխանատու են դրանց բնականոն գործունեության համար։
Դրանց ճնշող մեծամասնությունը պատկանում է «կենսաբանական պոլիմերներ» կոչվող խմբին։
Կենսապոլիմերների ընդհանուր հայեցակարգ
Առաջին հերթին պետք է ասել, որ այս բոլոր միացությունները բարձր մոլեկուլային են, ունեն միլիոնավոր Դալտոնների զանգված։ Այս նյութերը կենդանական և բուսական պոլիմերներ են, որոնք որոշիչ դեր են խաղում բջիջների և դրանց կառուցվածքի կառուցման գործում՝ ապահովելով նյութափոխանակությունը, ֆոտոսինթեզը, շնչառությունը, սնուցումը և ցանկացած կենդանի օրգանիզմի բոլոր կենսական գործառույթները։
Դժվար է գերագնահատել նման միացությունների կարևորությունը: Կենսապոլիմերները բնական ծագման բնական նյութեր են, որոնք ձևավորվում են կենդանի օրգանիզմներում և հանդիսանում են մեր մոլորակի ողջ կյանքի հիմքը: Որո՞նք են դրանց կոնկրետ կապերըպատկանում?
Բջջային բիոպոլիմերներ
Նրանք շատ են: Այսպիսով, հիմնական կենսապոլիմերները հետևյալն են.
- սպիտակուցներ;
- պոլիսախարիդներ;
- նուկլեինաթթուներ (ԴՆԹ և ՌՆԹ).
Ի լրումն դրանց, սա նաև ներառում է բազմաթիվ խառը պոլիմերներ, որոնք ձևավորվել են արդեն թվարկվածների համակցություններից: Օրինակ՝ լիպոպրոտեիններ, լիպոպոլիսաքարիդներ, գլիկոպրոտեիններ և այլն։
Ընդհանուր հատկություններ
Կան մի քանի առանձնահատկություններ, որոնք բնորոշ են բոլոր դիտարկվող մոլեկուլներին: Օրինակ՝ կենսապոլիմերների հետևյալ ընդհանուր հատկությունները՝
- մեծ մոլեկուլային քաշ՝ քիմիական կառուցվածքում ճյուղերով հսկայական մակրոշղթաների ձևավորման պատճառով;
- կապերի տեսակները մակրոմոլեկուլներում (ջրածին, իոնային փոխազդեցություններ, էլեկտրաստատիկ ձգում, դիսուլֆիդային կամուրջներ, պեպտիդային կապեր և այլն);
- յուրաքանչյուր շղթայի կառուցվածքային միավորը մոնոմերային օղակ է;
- կարծրաօրգանականություն կամ դրա բացակայություն շղթայի կառուցվածքում:
Բայց ընդհանուր առմամբ, բոլոր բիոպոլիմերները դեռևս ունեն կառուցվածքի և գործառույթի ավելի շատ տարբերություններ, քան նմանությունները:
Սպիտակուցներ
Սպիտակուցի մոլեկուլները մեծ նշանակություն ունեն ցանկացած կենդանի էակի կյանքում: Նման բիոպոլիմերները ամբողջ կենսազանգվածի հիմքն են։ Իրոք, նույնիսկ Օպարին-Հալդանի տեսության համաձայն, կյանքը Երկրի վրա առաջացել է միացվող կաթիլից, որը սպիտակուց էր։
Այս նյութերի կառուցվածքը կառուցվածքում ենթակա է խիստ կարգի։ Յուրաքանչյուր սպիտակուց բաղկացած է ամինաթթուների մնացորդներից, որոնքկարող է միանալ միմյանց անսահմանափակ շղթայի երկարությամբ: Դա տեղի է ունենում հատուկ կապերի՝ պեպտիդային կապերի ձևավորման միջոցով։ Նման կապ է ձևավորվում չորս տարրերի միջև՝ ածխածնի, թթվածնի, ազոտի և ջրածնի։
Սպիտակուցի մոլեկուլը կարող է պարունակել բազմաթիվ ամինաթթուների մնացորդներ՝ և՛ նույն, և՛ տարբեր (մի քանի տասնյակ հազար կամ ավելի): Ընդհանուր առմամբ, այս միացություններում հայտնաբերված են ամինաթթուների 20 տեսակներ: Այնուամենայնիվ, դրանց բազմազան համակցությունը թույլ է տալիս սպիտակուցներին ծաղկել քանակական և տեսակային առումով:
Սպիտակուցային կենսապոլիմերներն ունեն տարբեր տարածական կոնֆորմացիաներ: Այսպիսով, յուրաքանչյուր ներկայացուցիչ կարող է գոյություն ունենալ որպես առաջնային, երկրորդական, երրորդական կամ չորրորդական կառույց:
Դրանցից ամենապարզն ու գծայինը առաջնայինն է։ Դա պարզապես ամինաթթուների հաջորդականությունների շարք է, որոնք կապված են միմյանց:
Երկրորդային կոնֆորմացիան ավելի բարդ կառուցվածք ունի, քանի որ սպիտակուցի ընդհանուր մակրոշղթան սկսում է պարուրաձև գալ՝ գոյացնելով պարույրներ։ Երկու հարակից մակրոկառուցվածքներ միմյանց մոտ են պահվում իրենց ատոմների խմբերի միջև կովալենտային և ջրածնի փոխազդեցությունների պատճառով: Տարբերակել սպիտակուցների երկրորդական կառուցվածքի ալֆա և բետա պարույրները։
Երրորդական կառուցվածքը սպիտակուցի մեկ մակրոմոլեկուլ է (պոլիպեպտիդային շղթա), որը գլորվել է գնդակի մեջ: Այս գլոբուլի ներսում փոխազդեցությունների շատ բարդ ցանցը թույլ է տալիս նրան լինել բավականին կայուն և պահպանել իր ձևը:
Չորրորդական կոնֆորմացիա՝ մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաներ՝ ոլորված և ոլորվածմի կծիկի մեջ, որը միևնույն ժամանակ ձևավորում է տարբեր տեսակի բազմաթիվ կապեր միմյանց միջև: Ամենաբարդ գնդային կառուցվածքը։
Սպիտակուցի մոլեկուլների ֆունկցիաները
- Տրանսպորտ. Այն իրականացվում է սպիտակուցային բջիջների կողմից, որոնք կազմում են պլազմային թաղանթը: Նրանք ձևավորում են իոնային ալիքներ, որոնց միջով կարող են անցնել որոշակի մոլեկուլներ։ Բացի այդ, շատ սպիտակուցներ մտնում են նախակենդանիների և բակտերիաների շարժման օրգանելների մեջ, հետևաբար նրանք անմիջականորեն մասնակցում են դրանց շարժմանը:
- Էներգիայի ֆունկցիան այս մոլեկուլները շատ ակտիվ են կատարում։ Մեկ գրամ սպիտակուցը նյութափոխանակության գործընթացում կազմում է 17,6 կՋ էներգիա։ Հետևաբար, այս միացություններ պարունակող բուսական և կենդանական մթերքների օգտագործումը կենսական նշանակություն ունի կենդանի օրգանիզմների համար։
- Կառուցման ֆունկցիան սպիտակուցի մոլեկուլների մասնակցությունն է բջջային կառույցների, բուն բջիջների, հյուսվածքների, օրգանների և այլնի կառուցմանը: Գրեթե ցանկացած բջիջ հիմնականում կառուցված է այս մոլեկուլներից (ցիտոպլազմայի ցիտոկմախքը, պլազմային թաղանթը, ռիբոսոմը, միտոքոնդրիումները և այլ կառուցվածքները մասնակցում են սպիտակուցային միացությունների ձևավորմանը):
- Կատալիտիկ ֆունկցիան իրականացնում են ֆերմենտները, որոնք իրենց քիմիական բնույթով ոչ այլ ինչ են, քան սպիտակուցներ։ Առանց ֆերմենտների, օրգանիզմում կենսաքիմիական ռեակցիաների մեծ մասն անհնարին կլիներ, քանի որ դրանք կենսաբանական կատալիզատորներ են կենդանի համակարգերում:
- Receptor (նաև ազդանշանային) ֆունկցիան օգնում է բջիջներին նավարկվել և ճիշտ արձագանքել շրջակա միջավայրի ցանկացած փոփոխության, օրինակ՝մեխանիկական և քիմիական։
Եթե մենք ավելի խորը դիտարկենք սպիտակուցները, կարող ենք առանձնացնել ևս մի քանի երկրորդական գործառույթներ: Այնուամենայնիվ, թվարկվածները գլխավորներն են։
Նուկլեինաթթուներ
Նման բիոպոլիմերները յուրաքանչյուր բջջի կարևոր մասն են՝ լինի դա պրոկարիոտ, թե էուկարիոտ: Իրոք, նուկլեինաթթուները ներառում են ԴՆԹ (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու) և ՌՆԹ (ռիբոնուկլեինաթթու) մոլեկուլներ, որոնցից յուրաքանչյուրը շատ կարևոր օղակ է կենդանի էակների համար։
Իրենց քիմիական բնույթով ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն նուկլեոտիդների հաջորդականություններ են՝ կապված ջրածնային կապերով և ֆոսֆատային կամուրջներով։ ԴՆԹ-ն կազմված է նուկլեոտիդներից, ինչպիսիք են՝
- ադենին;
- թիմին;
- գուանին;
- ցիտոզին;
- 5-ածխածնային շաքարի դեզօքսիռիբոզ:
ՌՆԹ-ն տարբերվում է նրանով, որ թիմինը փոխարինվում է ուրացիլով, իսկ շաքարը՝ ռիբոզով։
ԴՆԹ-ի հատուկ կառուցվածքային կազմակերպվածության շնորհիվ մոլեկուլները կարողանում են կատարել մի շարք կենսական գործառույթներ։ ՌՆԹ-ն նույնպես մեծ դեր է խաղում բջիջում։
Նման թթուների ֆունկցիաները
Նուկլեինաթթուները կենսապոլիմերներ են, որոնք պատասխանատու են հետևյալ գործառույթների համար՝
- ԴՆԹ-ն կենդանի օրգանիզմների բջիջներում գենետիկ տեղեկատվության պահեստն ու փոխանցողն է: Պրոկարիոտների մոտ այս մոլեկուլը բաշխված է ցիտոպլազմայում։ Էուկարիոտիկ բջիջում այն գտնվում է միջուկի ներսում՝ առանձնացված կարիոլեմայով։
- Կրկնաշղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլը բաժանված է հատվածների՝ գեների, որոնք կազմում են քրոմոսոմի կառուցվածքը: Բոլորի գեներըարարածները կազմում են հատուկ գենետիկ կոդ, որում գաղտնագրված են օրգանիզմի բոլոր նշանները։
- ՌՆԹ-ն երեք տեսակի է՝ կաղապար, ռիբոսոմային և տրանսպորտային: Ռիբոսոմը մասնակցում է սպիտակուցի մոլեկուլների սինթեզին և հավաքմանը համապատասխան կառուցվածքների վրա։ Մատրիցային և տրանսպորտի փոխանցման տեղեկատվությունը կարդացվում է ԴՆԹ-ից և վերծանում դրա կենսաբանական նշանակությունը:
պոլիսախարիդներ
Այս միացությունները հիմնականում բուսական պոլիմերներ են, այսինքն՝ հայտնաբերվել են հենց ֆլորայի ներկայացուցիչների բջիջներում։ Նրանց բջջային պատը, որը պարունակում է ցելյուլոզա, հատկապես հարուստ է պոլիսախարիդներով։
Իրենց քիմիական բնույթով պոլիսախարիդները բարդ ածխաջրածին մակրոմոլեկուլներ են։ Դրանք կարող են լինել գծային, շերտավոր, խաչաձեւ կապակցված կոնֆորմացիաներ: Մոնոմերները պարզ հինգ, ավելի հաճախ վեց ածխածնային շաքարներ են՝ ռիբոզա, գլյուկոզա, ֆրուկտոզա։ Նրանք մեծ նշանակություն ունեն կենդանի էակների համար, քանի որ բջիջների մաս են կազմում, բույսերի համար պահեստային սննդանյութ են, քայքայվում են մեծ քանակությամբ էներգիայի արտազատմամբ։
Տարբեր ներկայացուցիչների նշանակությունը
Կենսաբանական պոլիմերները, ինչպիսիք են օսլան, ցելյուլոզը, ինուլինը, գլիկոգենը, խիտինը և այլն, շատ կարևոր են: Նրանք կենդանի օրգանիզմների էներգիայի կարևոր աղբյուրներն են։
Այսպիսով, ցելյուլոզը բույսերի, որոշ բակտերիաների բջջային պատի հիմնական բաղադրիչն է: Տալիս է ուժ, որոշակի ձև։ Արդյունաբերության մեջ մարդը օգտագործվում է թուղթ, արժեքավոր ացետատային մանրաթելեր ստանալու համար։
Օսլան բույսերի պահուստային սննդանյութ է,որը նաև արժեքավոր սննդամթերք է մարդկանց և կենդանիների համար։
Գլիկոգենը կամ կենդանական ճարպը պահուստային սննդանյութ է կենդանիների և մարդկանց համար: Կատարում է ջերմամեկուսացման, էներգիայի աղբյուրի, մեխանիկական պաշտպանության գործառույթներ։
Խառը կենսապոլիմերներ կենդանի էակների մեջ
Բացի մեր դիտարկածներից, կան մակրոմոլեկուլային միացությունների տարբեր համակցություններ: Նման կենսապոլիմերները սպիտակուցների և լիպիդների (լիպոպրոտեիններ) կամ պոլիսախարիդների և սպիտակուցների (գլիկոպրոտեիններ) բարդ խառը կառուցվածքներ են։ Հնարավոր է նաև լիպիդների և պոլիսախարիդների (լիպոպոլիսախարիդների) համակցություն։
Այս բիոպոլիմերներից յուրաքանչյուրն ունի բազմաթիվ տեսակներ, որոնք կատարում են մի շարք կարևոր գործառույթներ կենդանի էակների մեջ՝ տրանսպորտային, ազդանշանային, ընկալիչ, կարգավորող, ֆերմենտային, շինարարական և շատ ուրիշներ: Նրանց կառուցվածքը քիմիապես շատ բարդ է և հեռու է բոլոր ներկայացուցիչների համար վերծանվելուց, հետևաբար, գործառույթները լիովին սահմանված չեն: Այսօր հայտնի են միայն ամենատարածվածները, սակայն զգալի մասը մնում է մարդկային գիտելիքների սահմաններից դուրս։
