Սպիտակուցները բարդ կառուցվածքով կենսաբանական պոլիմերներ են: Նրանք ունեն բարձր մոլեկուլային քաշ և բաղկացած են ամինաթթուներից, պրոթեզային խմբերից, որոնք ներկայացված են վիտամիններով, լիպիդային և ածխաջրային ներդիրներով։ Ածխաջրեր, վիտամիններ, մետաղներ կամ լիպիդներ պարունակող սպիտակուցները կոչվում են բարդ։ Պարզ սպիտակուցները բաղկացած են միայն ամինաթթուներից, որոնք կապված են պեպտիդային կապերով:
Պեպտիդներ
Անկախ նրանից, թե ինչ կառուցվածք ունի նյութը, սպիտակուցների մոնոմերները ամինաթթուներ են: Նրանք կազմում են հիմնական պոլիպեպտիդային շղթան, որից հետո ձևավորվում է սպիտակուցի ֆիբրիլային կամ գնդաձև կառուցվածքը։ Միևնույն ժամանակ, սպիտակուցը կարող է սինթեզվել միայն կենդանի հյուսվածքներում՝ բույսերի, բակտերիաների, սնկային, կենդանական և այլ բջիջներում։
Միակ օրգանիզմները, որոնք չեն կարողանում միավորել սպիտակուցի մոնոմերները, վիրուսներն են և նախակենդանիները: Մնացած բոլորն ունակ են կառուցվածքային սպիտակուցներ ձևավորելու։ Բայց ի՞նչ նյութեր են սպիտակուցային մոնոմերները և ինչպե՞ս են դրանք առաջանում: Կարդացեք այս և սպիտակուցների կենսասինթեզի, պոլիպեպտիդների և բարդ սպիտակուցային կառուցվածքի ձևավորման, ամինաթթուների և դրանց հատկությունների մասին:ստորև։
Սպիտակուցի մոլեկուլի միակ մոնոմերը ցանկացած ալֆա-ամինաթթու է: Սպիտակուցը պոլիպեպտիդ է՝ կապված ամինաթթուների շղթայով։ Կախված դրա ձևավորման մեջ ներգրավված ամինաթթուների քանակից՝ առանձնացվում են դիպեպտիդներ (2 մնացորդ), տրիպեպտիդներ (3), օլիգոպեպտիդներ (պարունակում է 2-10 ամինաթթուներ) և պոլիպեպտիդներ (շատ ամինաթթուներ):
Սպիտակուցի կառուցվածքի ակնարկ
Սպիտակուցի կառուցվածքը կարող է լինել առաջնային, մի փոքր ավելի բարդ՝ երկրորդական, նույնիսկ ավելի բարդ՝ երրորդական և ամենաբարդը՝ չորրորդական։
Առաջնային կառուցվածքը պարզ շղթա է, որի մեջ սպիտակուցի մոնոմերները (ամինաթթուները) կապված են պեպտիդային կապի (CO-NH) միջոցով: Երկրորդական կառուցվածքը ալֆա խխունջ կամ բետա ծալքերն են: Երրորդականն էլ ավելի բարդ եռաչափ սպիտակուցային կառուցվածք է, որը առաջացել է երկրորդականից՝ կովալենտային, իոնային և ջրածնային կապերի ձևավորման, ինչպես նաև հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների պատճառով։
Չորրորդական կառուցվածքը ամենաբարդն է և բնորոշ է բջջային թաղանթների վրա տեղակայված ընկալիչների սպիտակուցներին: Սա վերմոլեկուլային (տիրույթի) կառուցվածք է, որը ձևավորվել է երրորդական կառուցվածքով մի քանի մոլեկուլների համակցման արդյունքում՝ համալրված ածխաջրային, լիպիդային կամ վիտամինային խմբերով։ Այս դեպքում, ինչպես առաջնային, երկրորդային և երրորդական կառուցվածքների դեպքում, սպիտակուցների մոնոմերներն ալֆա-ամինաթթուներն են։ Դրանք կապված են նաև պեպտիդային կապերով։ Միակ տարբերությունը կառուցվածքի բարդությունն է։
Ամինաթթուներ
Միակ մոնոմերներըսպիտակուցի մոլեկուլները ալֆա ամինաթթուներ են: Դրանք ընդամենը 20-ն են, և դրանք գրեթե կյանքի հիմքն են։ Պեպտիդային կապի արտաքին տեսքի շնորհիվ հնարավոր դարձավ սպիտակուցի սինթեզը։ Իսկ ինքը՝ սպիտակուցը, դրանից հետո սկսեց կատարել կառուցվածքաստեղծ, ընկալիչ, ֆերմենտային, տրանսպորտային, միջնորդ և այլ գործառույթներ։ Դրա շնորհիվ կենդանի օրգանիզմը գործում է և կարողանում է վերարտադրվել։
Ալֆա ամինաթթուն ինքնին օրգանական կարբոքսիլաթթու է, որի ամին խումբը կցված է ալֆա ածխածնի ատոմին: Վերջինս գտնվում է կարբոքսիլ խմբի կողքին։ Այս դեպքում սպիտակուցային մոնոմերները համարվում են օրգանական նյութեր, որոնցում ածխածնի վերջնական ատոմը կրում է և՛ ամին, և՛ կարբոքսիլ խումբ:
Ամինաթթուների միացում պեպտիդներում և սպիտակուցներում
Ամինաթթուները կապվում են դիմերների, տրիմերների և պոլիմերների մեջ պեպտիդային կապի միջոցով: Այն ձևավորվում է մեկ ալֆա-ամինաթթվի կարբոքսիլային տեղամասից հիդրօքսիլ (-OH) խմբի և մեկ այլ ալֆա-ամինաթթվի ամինային խմբից ջրածնի (-H) բաժանման արդյունքում: Փոխազդեցության արդյունքում ջուրը պառակտվում է, և կարբոքսիլային մնացորդի ածխածնի մոտ ազատ էլեկտրոն ունեցող C=O տեղանքը մնում է կարբոքսիլ վերջում։ Մեկ այլ թթվի ամինո խմբում կա մնացորդ (NH) ազոտի ատոմում գոյություն ունեցող ազատ ռադիկալով: Սա թույլ է տալիս երկու ռադիկալներին միացնել կապը (CONH): Այն կոչվում է պեպտիդ:
Ալֆա ամինաթթուների տարբերակներ
Գոյություն ունեն 23 հայտնի ալֆա-ամինաթթուներ: Նրանք ենթվարկված են որպես՝ գլիցին, վալին, ալանին, իզոլեցին, լեյցին, գլուտամատ, ասպարտատ, օրնիտին, տրեոնին, սերին, լիզին, ցիստին, ցիստեին, ֆենիլալանին, մեթիոնին, թիրոզին, պրոլին, տրիպտոֆան, հիդրօքսիպրոգին, արգինին, հիդրօքսիպրոգին, արգինին և գլյուտին: Կախված նրանից, թե արդյոք դրանք կարող են սինթեզվել մարդու մարմնի կողմից, այս ամինաթթուները բաժանվում են ոչ էական և ոչ էական:
Ոչ էական և էական ամինաթթուների հայեցակարգը
Փոխարինելիները կարող են սինթեզվել մարդու օրգանիզմի կողմից, մինչդեռ առաջին անհրաժեշտությունը պետք է ստացվի միայն սննդից: Միաժամանակ սպիտակուցների կենսասինթեզի համար կարևոր են և՛ էական, և՛ ոչ էական թթուները, քանի որ առանց դրանց սինթեզը չի կարող ավարտվել։ Առանց մեկ ամինաթթվի, նույնիսկ եթե բոլոր մյուսները առկա են, անհնար է կառուցել հենց այն սպիտակուցը, որն անհրաժեշտ է բջիջին իր գործառույթները կատարելու համար:
Մեկ սխալ կենսասինթեզի որևէ փուլում, և սպիտակուցն այլևս հարմար չէ, քանի որ այն չի կարողանա հավաքվել ցանկալի կառուցվածքի մեջ էլեկտրոնային խտությունների և միջատոմային փոխազդեցությունների խախտման պատճառով: Ուստի մարդու (և այլ օրգանիզմների) համար կարևոր է օգտագործել սպիտակուցային սննդամթերք, որոնք պարունակում են էական ամինաթթուներ: Սննդի մեջ դրանց բացակայությունը հանգեցնում է մի շարք սպիտակուցային նյութափոխանակության խանգարումների։
Պեպտիդային կապի ձևավորման գործընթացը
Սպիտակուցների միակ մոնոմերները ալֆա-ամինաթթուներն են: Դրանք աստիճանաբար միավորվում են պոլիպեպտիդային շղթայի մեջ, որի կառուցվածքը նախապես պահպանվում է ԴՆԹ-ի (կամ ՌՆԹ-ի, եթե դիտարկվում է բակտերիաների կենսասինթեզը) գենետիկական կոդում։ Սպիտակուցը ամինաթթուների մնացորդների խիստ հաջորդականություն է: Սա որոշակի շղթա է պատվիրվածկառուցվածք, որը կատարում է նախապես ծրագրավորված ֆունկցիա բջջում։
Սպիտակուցների կենսասինթեզի փուլային հաջորդականություն
Սպիտակուցի ձևավորման գործընթացը բաղկացած է մի շղթայից՝ ԴՆԹ-ի (կամ ՌՆԹ-ի) հատվածի կրկնօրինակում, ՌՆԹ-ի տեղեկատվական տիպի սինթեզ, միջուկից բջջի ցիտոպլազմա դրա արտազատում, ռիբոսոմի հետ կապ և ամինաթթուների մնացորդների աստիճանական կցումը, որոնք մատակարարվում են փոխանցման ՌՆԹ-ով: Նյութը, որը սպիտակուցի մոնոմեր է, մասնակցում է հիդրօքսիլ խմբի և ջրածնի պրոտոնի հեռացման ֆերմենտային ռեակցիային, այնուհետև միանում է աճող պոլիպեպտիդային շղթային։
Այսպիսով, ստացվում է պոլիպեպտիդային շղթա, որն արդեն բջջային էնդոպլազմիկ ցանցում դասավորվում է որոշ կանխորոշված կառուցվածքի և, անհրաժեշտության դեպքում, լրացվում է ածխաջրային կամ լիպիդային մնացորդով: Սա կոչվում է սպիտակուցի «հասունացման» գործընթաց, որից հետո այն տրանսպորտային բջջային համակարգի կողմից ուղարկվում է իր նպատակակետ։
Սինթեզված սպիտակուցների գործառույթները
Սպիտակուցային մոնոմերներն այն ամինաթթուներն են, որոնք անհրաժեշտ են իրենց առաջնային կառուցվածքը կառուցելու համար: Երկրորդական, երրորդային և չորրորդական կառուցվածքն արդեն ինքնին ձևավորվում է, թեև երբեմն այն պահանջում է նաև ֆերմենտների և այլ նյութերի մասնակցություն։ Այնուամենայնիվ, դրանք այլևս էական չեն, թեև դրանք անհրաժեշտ են սպիտակուցների համար իրենց գործառույթը կատարելու համար:
Ամինաթթուն, որը սպիտակուցի մոնոմեր է, կարող է ունենալ ածխաջրերի, մետաղների կամ վիտամինների կցման վայրեր: Երրորդական կամ չորրորդական կառուցվածքի ձևավորումը հնարավորություն է տալիս ավելի շատ տեղեր գտնել ներդիր խմբերի համար։ Սա թույլ է տալիս ստեղծելսպիտակուցի ածանցյալ, որը խաղում է ֆերմենտի, ընկալիչի, բջիջի մեջ կամ դուրս բերող նյութերի, իմունոգոլոբուլինի, մեմբրանի կամ բջջի օրգանելի կառուցվածքային բաղադրիչի, մկանային սպիտակուցի դերը:
Սպիտակուցները, որոնք ձևավորվում են ամինաթթուներից, կյանքի միակ հիմքն են: Իսկ այսօր համարվում է, որ կյանքը հենց նոր է առաջացել ամինաթթվի հայտնվելուց հետո և դրա պոլիմերացման արդյունքում։ Ի վերջո, հենց սպիտակուցների միջմոլեկուլային փոխազդեցությունն է կյանքի սկիզբը, ներառյալ խելացի կյանքը: Մնացած բոլոր կենսաքիմիական պրոցեսները, այդ թվում՝ էներգետիկ, անհրաժեշտ են սպիտակուցի կենսասինթեզի իրականացման և արդյունքում՝ կյանքի հետագա շարունակության համար։
