პროტეინი არის უჯრედებისა და სხეულის სიცოცხლის საფუძველი. ცოცხალ ქსოვილებში უამრავ ფუნქციას ასრულებს, ის ახორციელებს თავის ძირითად შესაძლებლობებს: ზრდას, სასიცოცხლო აქტივობას, მოძრაობას და რეპროდუქციას. ამ შემთხვევაში უჯრედი თავად ასინთეზებს ცილას, რომლის მონომერი არის ამინომჟავა. მისი პოზიცია ცილის პირველად სტრუქტურაში დაპროგრამებულია გენეტიკური კოდით, რომელიც მემკვიდრეობით მიიღება. გენების გადატანა დედა უჯრედიდან ქალიშვილ უჯრედში მხოლოდ ცილის სტრუქტურის შესახებ ინფორმაციის გადაცემის მაგალითია. ეს აქცევს მას მოლეკულად, რომელიც არის ბიოლოგიური სიცოცხლის საფუძველი.
ცილის სტრუქტურის ზოგადი მახასიათებლები
უჯრედში სინთეზირებული ცილის მოლეკულები ბიოლოგიური პოლიმერებია.
ცილაში მონომერი ყოველთვის ამინომჟავაა და მათი კომბინაცია ქმნის მოლეკულის პირველად ჯაჭვს. მას უწოდებენ ცილის მოლეკულის პირველად სტრუქტურას, რომელიც მოგვიანებით სპონტანურად ან ბიოლოგიური კატალიზატორების მოქმედებით იცვლება მეორად, მესამეულ ან დომენურ სტრუქტურად.
მეორადი და მესამეული სტრუქტურა
მეორადი ცილასტრუქტურა არის პირველადი ჯაჭვის სივრცითი მოდიფიკაცია, რომელიც დაკავშირებულია წყალბადის ბმების წარმოქმნასთან პოლარულ რეგიონებში. ამ მიზეზით ჯაჭვი იკეცება მარყუჟებად ან ხვეულია სპირალურად, რაც ნაკლებ ადგილს იკავებს. ამ დროს იცვლება მოლეკულის მონაკვეთების ლოკალური მუხტი, რაც იწვევს მესამეული სტრუქტურის - გლობულურის წარმოქმნას. შეკუმშული ან სპირალური სექციები დისულფიდური ბმების დახმარებით ბურთებად ტრიალდება.
ბურთები თავად გაძლევთ საშუალებას შექმნათ სპეციალური სტრუქტურა, რომელიც საჭიროა დაპროგრამებული ფუნქციების შესასრულებლად. მნიშვნელოვანია, რომ ასეთი მოდიფიკაციის შემდეგაც კი, ცილის მონომერი არის ამინომჟავა. ეს ასევე ადასტურებს, რომ ცილის მეორადი, შემდეგ კი მესამეული და მეოთხეული სტრუქტურის ფორმირებისას პირველადი ამინომჟავების თანმიმდევრობა არ იცვლება.
პროტეინის მონომერების დახასიათება
ყველა ცილა არის პოლიმერი, რომლის მონომერები არის ამინომჟავები. ეს არის ორგანული ნაერთები, რომლებიც ან სინთეზირებულია ცოცხალი უჯრედის მიერ ან შედის მასში, როგორც საკვები ნივთიერებები. მათგან ცილის მოლეკულა სინთეზირდება რიბოსომებზე მესინჯერი რნმ-ის მატრიცის გამოყენებით ენერგიის უზარმაზარი დახარჯვით. თავად ამინომჟავები არის ნაერთები ორი აქტიური ქიმიური ჯგუფით: კარბოქსილის რადიკალი და ამინო ჯგუფი, რომელიც მდებარეობს ალფა ნახშირბადის ატომში. სწორედ ეს სტრუქტურა საშუალებას აძლევს მოლეკულას ეწოდოს ალფა-ამინომჟავა, რომელსაც შეუძლია შექმნას პეპტიდური ბმები. ცილის მონომერები მხოლოდ ალფა-ამინომჟავებია.
პეპტიდური ბმის ფორმირება
პეპტიდური ბმა არის მოლეკულური ქიმიური ჯგუფი, რომელიც წარმოიქმნება ნახშირბადის, ჟანგბადის, წყალბადის და აზოტის ატომებით. იგი წარმოიქმნება წყლის გაყოფის პროცესში ერთი ალფა-ამინომჟავის კარბოქსილის ჯგუფიდან და მეორის ამინო ჯგუფიდან. ამ შემთხვევაში, ჰიდროქსილის რადიკალი იშლება კარბოქსილის რადიკალისგან, რომელიც, ამინო ჯგუფის პროტონთან შერწყმით, ქმნის წყალს. შედეგად, ორი ამინომჟავა დაკავშირებულია კოვალენტური პოლარული ბმით CONH.
მხოლოდ ალფა-ამინომჟავებს, ცოცხალი ორგანიზმების ცილების მონომერებს შეუძლიათ მისი შექმნა. ლაბორატორიაში შესაძლებელია პეპტიდური ბმის წარმოქმნაზე დაკვირვება, თუმცა ხსნარში მცირე მოლეკულის შერჩევითი სინთეზი რთულია. ცილის მონომერები ამინომჟავებია და მისი სტრუქტურა დაპროგრამებულია გენეტიკური კოდით. ამიტომ, ამინომჟავები უნდა იყოს დაკავშირებული მკაცრად განსაზღვრული თანმიმდევრობით. ეს შეუძლებელია ხსნარში ქაოტური წონასწორობის პირობებში და ამიტომ რთული ცილის ხელოვნურად სინთეზირება ჯერ კიდევ შეუძლებელია. თუ არსებობს მოწყობილობა, რომელიც იძლევა მოლეკულის შეკრების მკაცრ წესრიგს, მისი მოვლა საკმაოდ ძვირი დაჯდება.
პროტეინის სინთეზი ცოცხალ უჯრედში
ცოცხალ უჯრედში სიტუაცია საპირისპიროა, რადგან მას აქვს განვითარებული ბიოსინთეზის აპარატი. აქ ცილის მოლეკულების მონომერები შეიძლება შეიკრიბონ მოლეკულებად მკაცრი თანმიმდევრობით. ის დაპროგრამებულია ქრომოსომებში შენახული გენეტიკური კოდით. თუ საჭიროა გარკვეული სტრუქტურული ცილის ან ფერმენტის სინთეზი, დნმ-ის კოდის წაკითხვის პროცესი და მატრიცის ფორმირება (დარნმ), საიდანაც სინთეზირდება ცილა. მონომერი თანდათან შეუერთდება მზარდ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს რიბოსომურ აპარატზე. ამ პროცესის დასრულების შემდეგ შეიქმნება ამინომჟავების ნარჩენების ჯაჭვი, რომელიც სპონტანურად ან ფერმენტული პროცესის დროს წარმოქმნის მეორად, მესამეულ ან დომენურ სტრუქტურას.
ბიოსინთეზის კანონზომიერებები
აღნიშნული უნდა იყოს ცილის ბიოსინთეზის ზოგიერთი თავისებურება, მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემა და მისი განხორციელება. ისინი იმაში მდგომარეობს, რომ დნმ და რნმ არის ერთგვაროვანი ნივთიერებები, რომლებიც შედგება მსგავსი მონომერებისგან. კერძოდ, დნმ შედგება ნუკლეოტიდებისგან, ისევე როგორც რნმ. ეს უკანასკნელი წარმოდგენილია საინფორმაციო, სატრანსპორტო და რიბოსომური რნმ-ის სახით. ეს ნიშნავს, რომ მთელი უჯრედული აპარატი, რომელიც პასუხისმგებელია მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შესანახად და ცილების ბიოსინთეზზე, არის ერთი მთლიანობა. ამიტომ, უჯრედის ბირთვი რიბოზომებით, რომლებიც ასევე დომენის რნმ-ის მოლეკულებია, უნდა ჩაითვალოს გენების შესანახად და მათი განხორციელების ერთ მთლიან აპარატად.
პროტეინის ბიოსინთეზის მეორე თავისებურება, რომლის მონომერი არის ალფა-ამინომჟავა, არის მათი მიმაგრების მკაცრი რიგის დადგენა. თითოეულმა ამინომჟავამ თავისი ადგილი უნდა დაიკავოს პირველადი ცილის სტრუქტურაში. ამას უზრუნველყოფს მემკვიდრული ინფორმაციის შენახვისა და განხორციელების ზემოთ აღწერილი აპარატი. მასში შეიძლება იყოს შეცდომები, მაგრამ ისინი აღმოიფხვრება. არასწორი შეკრების შემთხვევაში მოლეკულა განადგურდება და ბიოსინთეზი კვლავ დაიწყება.
