ოპარინ-ჰალდანის თეორიის მიხედვით, ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლე წარმოიშვა შერეული წვეთიდან. ის ასევე იყო ცილის მოლეკულა. ანუ, დასკვნა გამომდინარეობს, რომ სწორედ ეს ქიმიური ნაერთებია დღეს არსებული მთელი სიცოცხლის საფუძველი. მაგრამ რა არის ცილის სტრუქტურები? რა როლს ასრულებენ ისინი დღეს სხეულსა და ადამიანების ცხოვრებაში? რა სახის ცილები არსებობს? მოდით ვცადოთ ამის გარკვევა.
პროტეინები: ზოგადი კონცეფცია
ქიმიური სტრუქტურის თვალსაზრისით, მოცემული ნივთიერების მოლეკულა არის ამინომჟავების თანმიმდევრობა, რომლებიც ურთიერთდაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით.
თითოეულ ამინომჟავას აქვს ორი ფუნქციური ჯგუფი:
- კარბოქსილი -COOH;
- ამინო ჯგუფი -NH2.
სწორედ მათ შორის წარმოიქმნება კავშირი სხვადასხვა მოლეკულაში. ამრიგად, პეპტიდურ კავშირს აქვს ფორმა -CO-NH. ცილის მოლეკულა შეიძლება შეიცავდეს ასობით ან ათასობით ასეთ ჯგუფს, ეს დამოკიდებული იქნება კონკრეტულ ნივთიერებაზე. ცილების სახეობები ძალიან მრავალფეროვანია. მათ შორის არის ისეთებიც, რომლებიც შეიცავს ორგანიზმისთვის აუცილებელ ამინომჟავებს, რაც ნიშნავს, რომ ისინი საკვებთან ერთად უნდა იქნას მიღებული. არსებობს ჯიშები, რომლებიც ასრულებენ მნიშვნელოვან ფუნქციებს უჯრედის მემბრანაში დამისი ციტოპლაზმა. ასევე იზოლირებულია ბიოლოგიური კატალიზატორები - ფერმენტები, რომლებიც ასევე ცილის მოლეკულებია. ისინი ფართოდ გამოიყენება ადამიანის ცხოვრებაში და არა მხოლოდ მონაწილეობენ ცოცხალი არსებების ბიოქიმიურ პროცესებში.
განხილული ნაერთების მოლეკულური წონა შეიძლება მერყეობდეს რამდენიმე ათეულიდან მილიონამდე. ყოველივე ამის შემდეგ, მონომერული ერთეულების რაოდენობა დიდ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში შეუზღუდავია და დამოკიდებულია კონკრეტული ნივთიერების ტიპზე. ცილა მისი სუფთა სახით, მისი ბუნებრივი კონფორმაციით, შეგიძლიათ ნახოთ უმი ქათმის კვერცხის შემოწმებისას. ღია ყვითელი, გამჭვირვალე, მკვრივი კოლოიდური მასა, რომლის შიგნითაც გული მდებარეობს - ეს არის სასურველი ნივთიერება. იგივე შეიძლება ითქვას უცხიმო ხაჭოზე, ეს პროდუქტი ასევე თითქმის სუფთა ცილაა მისი ბუნებრივი სახით.
თუმცა, ყველა განხილულ ნაერთს არ აქვს ერთი და იგივე სივრცითი სტრუქტურა. საერთო ჯამში, მოლეკულის ოთხი ორგანიზაცია გამოირჩევა. ცილის სტრუქტურების ტიპები განსაზღვრავს მის თვისებებს და მიუთითებს სტრუქტურის სირთულეზე. ასევე ცნობილია, რომ უფრო სივრცით ჩახლართული მოლეკულები გადიან ფართო დამუშავებას ადამიანებსა და ცხოველებში.
პროტეინის სტრუქტურების ტიპები
სულ ოთხია. იფიქრეთ რა არის თითოეული მათგანი.
- დაწყებითი. წარმოადგენს ამინომჟავების ჩვეულებრივ ხაზოვან თანმიმდევრობას, რომლებიც დაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით. არ არის სივრცითი გადახვევები, არ არის სპირალიზაცია. პოლიპეპტიდში შემავალი ბმულების რაოდენობამ შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე ათასს. ცილების სახეებიმსგავსი სტრუქტურა - გლიცილალანინი, ინსულინი, ჰისტონები, ელასტინი და სხვა.
- მეორადი. იგი შედგება ორი პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან, რომლებიც ხვეულია სპირალის სახით და ერთმანეთისკენ ორიენტირებული ფორმირებული მოხვევებით. ამ შემთხვევაში, წყალბადის ბმები იქმნება მათ შორის, რომლებიც ატარებენ მათ ერთად. ასე იქმნება ერთი ცილის მოლეკულა. ამ ტიპის ცილების სახეობებია: ლიზოზიმი, პეპსინი და სხვა.
- მესამეული კონფორმაცია. ეს არის მჭიდროდ შეფუთული და კომპაქტურად დახვეული მეორადი სტრუქტურა. აქ ჩნდება სხვა სახის ურთიერთქმედება, გარდა წყალბადის ბმებისა - ეს არის ვან დერ ვაალის ურთიერთქმედება და ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალები, ჰიდროფილურ-ჰიდროფობიური კონტაქტი. სტრუქტურების მაგალითებია ალბუმინი, ფიბროინი, აბრეშუმის ცილა და სხვა.
- მეოთხეული. ყველაზე რთული სტრუქტურა, რომელიც არის რამდენიმე პოლიპეპტიდური ჯაჭვი, რომლებიც გადაუგრიხეს სპირალურად, შემოვიდა ბურთად და გაერთიანებულია გლობულად. მაგალითები, როგორიცაა ინსულინი, ფერიტინი, ჰემოგლობინი, კოლაგენი, ასახავს სწორედ ცილის ასეთ კონფორმაციას.
თუ დეტალურად განვიხილავთ მოლეკულების ყველა მოცემულ სტრუქტურას ქიმიური თვალსაზრისით, მაშინ ანალიზს დიდი დრო დასჭირდება. მართლაც, რაც უფრო მაღალია კონფიგურაცია, რაც უფრო რთული და რთულია მისი სტრუქტურა, მით მეტი სახის ურთიერთქმედება შეინიშნება მოლეკულაში.
ცილის მოლეკულების დენატურაცია
პოლიპეპტიდების ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ქიმიური თვისებაა მათი დაშლის უნარი გარკვეული პირობების ან ქიმიური აგენტების გავლენის ქვეშ. Ისე,მაგალითად, ფართოდ არის გავრცელებული ცილის დენატურაციის სხვადასხვა სახეობა. რა არის ეს პროცესი? იგი შედგება ცილის მშობლიური სტრუქტურის განადგურებაში. ანუ, თუ თავდაპირველად მოლეკულას ჰქონდა მესამეული სტრუქტურა, მაშინ სპეციალური აგენტების მოქმედების შემდეგ ის დაიშლება. თუმცა, ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობა უცვლელი რჩება მოლეკულაში. დენატურირებული ცილები სწრაფად კარგავენ ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს.
რა რეაგენტებმა შეიძლება გამოიწვიოს კონფორმაციის განადგურების პროცესი? რამდენიმე მათგანია.
- ტემპერატურა. გაცხელებისას ხდება მოლეკულის მეოთხეული, მესამეული, მეორადი სტრუქტურის თანდათანობით განადგურება. ვიზუალურად, ეს შეიძლება შეინიშნოს, მაგალითად, ჩვეულებრივი ქათმის კვერცხის შეწვისას. მიღებული „ცილა“არის ალბუმინის პოლიპეპტიდის პირველადი სტრუქტურა, რომელიც იყო ნედლეულ პროდუქტში.
- გამოსხივება.
- მოქმედება ძლიერ ქიმიურ აგენტებთან: მჟავებით, ტუტეებით, მძიმე ლითონების მარილები, გამხსნელები (მაგალითად, სპირტები, ეთერები, ბენზოლი და სხვა).
ამ პროცესს ზოგჯერ მოლეკულურ დნობასაც უწოდებენ. ცილის დენატურაციის ტიპები დამოკიდებულია აგენტზე, რომლის მოქმედებით მოხდა ეს. უფრო მეტიც, ზოგიერთ შემთხვევაში, საპირისპირო პროცესი ხდება. ეს არის რენატურაცია. ყველა ცილას არ შეუძლია სტრუქტურის აღდგენა, მაგრამ მათ მნიშვნელოვან ნაწილს ეს შეუძლია. ასე რომ, ავსტრალიიდან და ამერიკიდან ქიმიკოსებმა ჩაატარეს მოხარშული ქათმის კვერცხის რენატურაცია გარკვეული რეაგენტებისა და ცენტრიფუგაციის მეთოდის გამოყენებით.
ეს პროცესი მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის პოლიპეპტიდის სინთეზშირიბოზომების და rRNA ჯაჭვები უჯრედებში.
ცილის მოლეკულის ჰიდროლიზი
დენატურაციასთან ერთად ცილებს ახასიათებს კიდევ ერთი ქიმიური თვისება - ჰიდროლიზი. ეს ასევე არის მშობლიური კონფორმაციის განადგურება, მაგრამ არა პირველადი სტრუქტურისთვის, არამედ მთლიანად ცალკეული ამინომჟავებისთვის. საჭმლის მონელების მნიშვნელოვანი ნაწილია ცილის ჰიდროლიზი. პოლიპეპტიდების ჰიდროლიზის ტიპები შემდეგია.
- ქიმიური. მჟავების ან ტუტეების მოქმედების საფუძველზე.
- ბიოლოგიური ან ფერმენტული.
თუმცა, პროცესის არსი უცვლელი რჩება და არ არის დამოკიდებული იმაზე, თუ რა სახის ცილის ჰიდროლიზი ხდება. შედეგად წარმოიქმნება ამინომჟავები, რომლებიც ტრანსპორტირდება ყველა უჯრედში, ორგანოსა და ქსოვილში. მათი შემდგომი ტრანსფორმაცია შედგება ახალი პოლიპეპტიდების სინთეზში მონაწილეობაში, რომლებიც უკვე აუცილებელია კონკრეტული ორგანიზმისთვის.
მრეწველობაში ცილის მოლეკულების ჰიდროლიზის პროცესი გამოიყენება მხოლოდ სწორი ამინომჟავების მისაღებად.
ცილების ფუნქციები ორგანიზმში
სხვადასხვა სახის ცილები, ნახშირწყლები, ცხიმები სასიცოცხლო მნიშვნელობის კომპონენტებია ნებისმიერი უჯრედის ნორმალური ფუნქციონირებისთვის. და ეს ნიშნავს მთელ ორგანიზმს მთლიანობაში. ამიტომ, მათი როლი დიდწილად განპირობებულია ცოცხალ არსებებში მნიშვნელობისა და ყველგანმყოფობის მაღალი ხარისხით. შეიძლება განვასხვავოთ პოლიპეპტიდური მოლეკულების რამდენიმე ძირითადი ფუნქცია.
- კატალიზური. მას ახორციელებენ ფერმენტები, რომლებსაც აქვთ ცილის სტრუქტურა. მათზე მოგვიანებით ვისაუბრებთ.
- სტრუქტურული. ცილების სახეები და მათისხეულში არსებული ფუნქციები, პირველ რიგში, გავლენას ახდენს თავად უჯრედის სტრუქტურაზე, მის ფორმაზე. გარდა ამისა, პოლიპეპტიდები, რომლებიც ასრულებენ ამ როლს, ქმნიან თმას, ფრჩხილებს, მოლუსკების ნაჭუჭს და ფრინველის ბუმბულს. ისინი ასევე წარმოადგენს გარკვეულ არმატურას უჯრედის სხეულში. ხრტილი ასევე შედგება ამ ტიპის ცილებისგან. მაგალითები: ტუბულინი, კერატინი, აქტინი და სხვა.
- მარეგულირებელი. ეს ფუნქცია გამოიხატება პოლიპეპტიდების მონაწილეობით ისეთ პროცესებში, როგორიცაა: ტრანსკრიფცია, ტრანსლაცია, უჯრედის ციკლი, შერწყმა, mRNA კითხვა და სხვა. ყველა მათგანში ისინი მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ, როგორც მოძრაობის მაკონტროლებელი.
- სიგნალი. ამ ფუნქციას ასრულებენ უჯრედის მემბრანაზე განლაგებული ცილები. ისინი გადასცემენ სხვადასხვა სიგნალებს ერთი ერთეულიდან მეორეზე და ეს იწვევს ქსოვილებს შორის კომუნიკაციას. მაგალითები: ციტოკინები, ინსულინი, ზრდის ფაქტორები და სხვა.
- ტრანსპორტი. ცილების ზოგიერთი სახეობა და მათი ფუნქციები, რომლებსაც ისინი ასრულებენ, უბრალოდ სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია. ეს ხდება, მაგალითად, ცილოვან ჰემოგლობინთან. ის სისხლში გადააქვს ჟანგბადს უჯრედიდან უჯრედში. ადამიანისთვის ის შეუცვლელია.
- სათადარიგო ან სარეზერვო. ასეთი პოლიპეპტიდები გროვდება მცენარეებსა და ცხოველთა კვერცხებში, როგორც დამატებითი კვების და ენერგიის წყარო. ამის მაგალითია გლობულინები.
- მოტივი. ძალიან მნიშვნელოვანი ფუნქცია, განსაკუთრებით უმარტივესი ორგანიზმებისა და ბაქტერიებისთვის. ყოველივე ამის შემდეგ, მათ შეუძლიათ გადაადგილება მხოლოდ flagella ან cilia- ის დახმარებით. და ეს ორგანელები, თავისი ბუნებით, სხვა არაფერია, თუ არა ცილები. ასეთი პოლიპეპტიდების მაგალითებია: მიოზინი, აქტინი, კინესინი და სხვა.
აშკარაა, რომ ცილების ფუნქციები ადამიანის ორგანიზმში და სხვაცოცხალი არსებები ძალიან მრავალრიცხოვანი და მნიშვნელოვანია. ეს კიდევ ერთხელ ადასტურებს, რომ ჩვენს პლანეტაზე სიცოცხლე შეუძლებელია იმ ნაერთების გარეშე, რომლებსაც განვიხილავთ.
ცილების დამცავი ფუნქცია
პოლიპეპტიდებს შეუძლიათ დაიცვან სხვადასხვა გავლენისგან: ქიმიური, ფიზიკური, ბიოლოგიური. მაგალითად, თუ სხეულს საფრთხე ემუქრება ვირუსის ან უცხო ბუნების ბაქტერიის სახით, მაშინ მათთან ბრძოლაში შედიან იმუნოგლობულინები (ანტისხეულები), რომლებიც ასრულებენ დამცავ როლს.
თუ ვსაუბრობთ ფიზიკურ ეფექტებზე, მაშინ აქ დიდ როლს თამაშობს ფიბრინი და ფიბრინოგენი, რომლებიც მონაწილეობენ სისხლის შედედებაში.
საკვების ცილები
დიეტური ცილების ტიპები შემდეგია:
- სრული - ის, რომელიც შეიცავს ორგანიზმისთვის აუცილებელ ყველა ამინომჟავას;
- არასრული - ისინი, რომლებშიც არის არასრული ამინომჟავის შემადგენლობა.
თუმცა, ორივე მნიშვნელოვანია ადამიანის ორგანიზმისთვის. განსაკუთრებით პირველ ჯგუფში. თითოეულმა ადამიანმა, განსაკუთრებით ინტენსიური განვითარების (ბავშვობა და მოზარდობა) და პუბერტატის პერიოდში, უნდა შეინარჩუნოს ცილების მუდმივი დონე საკუთარ თავში. ყოველივე ამის შემდეგ, ჩვენ უკვე განვიხილეთ ის ფუნქციები, რომლებსაც ეს საოცარი მოლეკულები ასრულებენ და ვიცით, რომ პრაქტიკულად არც ერთ პროცესს, არც ერთ ბიოქიმიურ რეაქციას ჩვენში არ შეუძლია პოლიპეპტიდების მონაწილეობის გარეშე.
ამიტომ უნდა მოიხმაროთ ყოველდღიურად ცილების მიღება, რომელსაც შეიცავს შემდეგი პროდუქტები:
- კვერცხი;
- რძე;
- ხაჭო;
- ხორცი და თევზი;
- ლობიო;
- სოიო;
- ლობიო;
- არაქისი;
- ხორბალი;
- შვრია;
- ოსპი და სხვა.
თუ თქვენ მოიხმართ 0,6 გ პოლიპეპტიდს კგ წონაზე დღეში, მაშინ ადამიანს არასოდეს აკლია ეს ნაერთები. თუ ორგანიზმი დიდი ხნის განმავლობაში არ იღებს საჭირო ცილებს, მაშინ ჩნდება დაავადება, რომელსაც ამინომჟავური შიმშილის სახელი აქვს. ეს იწვევს მეტაბოლურ დარღვევებს და, შედეგად, ბევრ სხვა დაავადებას.
პროტეინები გალიაში
ყველა ცოცხალი არსების უმცირესი სტრუქტურული ერთეულის შიგნით - უჯრედები - ასევე არის ცილები. უფრო მეტიც, ისინი ასრულებენ თითქმის ყველა ზემოთ ჩამოთვლილ ფუნქციას იქ. უპირველეს ყოვლისა, იქმნება უჯრედის ციტოჩონჩხი, რომელიც შედგება მიკროტუბულებისგან, მიკროფილამენტებისგან. ის ემსახურება ფორმის შენარჩუნებას, ასევე ორგანელებს შორის ტრანსპორტირებას. სხვადასხვა იონები და ნაერთები მოძრაობენ ცილის მოლეკულების გასწვრივ, მაგალითად, არხების ან რელსების გასწვრივ.
მემბრანაში ჩაძირული და მის ზედაპირზე მდებარე ცილების როლი ასევე მნიშვნელოვანია. აქ ისინი ასრულებენ როგორც რეცეპტორულ, ასევე სასიგნალო ფუნქციებს, მონაწილეობენ თავად მემბრანის აგებაში. ისინი დგანან მცველად, რაც ნიშნავს, რომ ისინი ასრულებენ დამცავ როლს. რა ტიპის ცილები უჯრედში შეიძლება მიეკუთვნოს ამ ჯგუფს? ბევრი მაგალითია, აქ არის რამდენიმე.
- აქტინი და მიოზინი.
- ელასტინი.
- კერატინი.
- კოლაგენი.
- ტუბულინი.
- ჰემოგლობინი.
- ინსულინი.
- ტრანსკობალამინი.
- ტრანსფერინი.
- ალბომი.
არის რამდენიმე ასეულისხვადასხვა ტიპის ცილები, რომლებიც მუდმივად მოძრაობენ თითოეულ უჯრედში.
ცილების ტიპები ორგანიზმში
ისინი, რა თქმა უნდა, უზარმაზარი მრავალფეროვანია. თუ ცდილობთ როგორმე დაყოთ ყველა არსებული ცილა ჯგუფებად, შეგიძლიათ მიიღოთ მსგავსი კლასიფიკაცია.
- გლობული ცილები. ეს არის ის, რაც წარმოდგენილია მესამეული სტრუქტურით, ანუ მჭიდროდ შეფუთული გლობულით. ასეთი სტრუქტურების მაგალითებია: იმუნოგლობულინები, ფერმენტების მნიშვნელოვანი ნაწილი, მრავალი ჰორმონი.
- ფიბრილარული ცილები. ისინი მკაცრად მოწესრიგებული ძაფებია სწორი სივრცითი სიმეტრიით. ამ ჯგუფში შედის პირველადი და მეორადი სტრუქტურის ცილები. მაგალითად, კერატინი, კოლაგენი, ტროპომიოზინი, ფიბრინოგენი.
ზოგადად, ორგანიზმში ცილების კლასიფიკაციის საფუძვლად მრავალი თვისება შეიძლება იქნას მიღებული. ჯერ არავინ არის.
ფერმენტები
ცილოვანი ბუნების ბიოლოგიური კატალიზატორები, რომლებიც მნიშვნელოვნად აჩქარებენ ყველა მიმდინარე ბიოქიმიურ პროცესს. ნორმალური მეტაბოლიზმი უბრალოდ შეუძლებელია ამ ნაერთების გარეშე. სინთეზისა და დაშლის ყველა პროცესი, მოლეკულების შეკრება და მათი რეპლიკაცია, ტრანსლაცია და ტრანსკრიფცია და სხვა, ხორციელდება კონკრეტული ტიპის ფერმენტის გავლენის ქვეშ. ამ მოლეკულების მაგალითებია:
- ოქსიდორედუქტაზა;
- ტრანსფერაზები;
- კატალაზა;
- ჰიდროლაზები;
- იზომერაზა;
- lyases და სხვები.
დღეს ფერმენტები გამოიყენება ყოველდღიურ ცხოვრებაში. ასე რომ, სარეცხის წარმოებაშიფხვნილები ხშირად იყენებენ ეგრეთ წოდებულ ფერმენტებს - ეს არის ბიოლოგიური კატალიზატორები. ისინი აუმჯობესებენ რეცხვის ხარისხს მითითებულ ტემპერატურულ რეჟიმზე დაცვით. ადვილად აკავშირებს ჭუჭყის ნაწილაკებს და აშორებს მათ ქსოვილის ზედაპირიდან.
თუმცა, მათი ცილოვანი ბუნების გამო, ფერმენტები არ მოითმენს ძალიან ცხელ წყალს ან ტუტე ან მჟავე პრეპარატებთან სიახლოვეს. მართლაც, ამ შემთხვევაში მოხდება დენატურაციის პროცესი.
