სიცოცხლის ერთ-ერთი განმარტება ასეთია: "სიცოცხლე არის ცილის სხეულების არსებობის გზა." ჩვენს პლანეტაზე, გამონაკლისის გარეშე, ყველა ორგანიზმი შეიცავს ისეთ ორგანულ ნივთიერებებს, როგორიცაა ცილები. ეს სტატია აღწერს მარტივ და რთულ ცილებს, იდენტიფიცირებს განსხვავებებს მოლეკულურ სტრუქტურაში და ასევე განიხილავს მათ ფუნქციებს უჯრედში.
რა არის ცილები
ბიოქიმიის თვალსაზრისით, ეს არის მაღალმოლეკულური ორგანული პოლიმერები, რომელთა მონომერებია 20 სახის სხვადასხვა ამინომჟავა. ისინი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული კოვალენტური ქიმიური ბმებით, სხვაგვარად უწოდებენ პეპტიდურ ბმებს. ვინაიდან ცილის მონომერები ამფოტერული ნაერთებია, ისინი შეიცავს როგორც ამინოჯგუფს, ასევე კარბოქსილის ფუნქციურ ჯგუფს. მათ შორის წარმოიქმნება CO-NH ქიმიური ბმა.
თუ პოლიპეპტიდი შედგება ამინომჟავის ნარჩენებისგან, ის ქმნის მარტივ ცილას. პოლიმერული მოლეკულები, რომლებიც დამატებით შეიცავს ლითონის იონებს, ვიტამინებს, ნუკლეოტიდებს, ნახშირწყლებს, რთული ცილებია. შემდეგი ჩვენგანვიხილოთ პოლიპეპტიდების სივრცითი სტრუქტურა.
პროტეინის მოლეკულების ორგანიზების დონეები
ისინი მოდის ოთხ სხვადასხვა კონფიგურაციაში. პირველი სტრუქტურა წრფივია, ის უმარტივესია და აქვს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ფორმა, მისი სპირალიზაციის დროს წარმოიქმნება დამატებითი წყალბადის ბმები. ისინი ასტაბილურებენ სპირალს, რომელსაც მეორად სტრუქტურას უწოდებენ. ორგანიზაციის მესამე დონეს აქვს მარტივი და რთული ცილები, მცენარეული და ცხოველური უჯრედების უმეტესობა. ბოლო კონფიგურაცია, მეოთხეული, წარმოიქმნება კოენზიმებით გაერთიანებული ბუნებრივი სტრუქტურის რამდენიმე მოლეკულის ურთიერთქმედებიდან, ეს არის რთული ცილების სტრუქტურა, რომლებიც ასრულებენ სხვადასხვა ფუნქციებს სხეულში.
მარტივი ცილების მრავალფეროვნება
პოლიპეპტიდების ეს ჯგუფი არ არის მრავალრიცხოვანი. მათი მოლეკულები მხოლოდ ამინომჟავების ნარჩენებისგან შედგება. პროტეინებში შედის, მაგალითად, ჰისტონები და გლობულინები. პირველი წარმოდგენილია ბირთვის სტრუქტურაში და გაერთიანებულია დნმ-ის მოლეკულებთან. მეორე ჯგუფი - გლობულინები - განიხილება სისხლის პლაზმის ძირითად კომპონენტებად. ცილა, როგორიცაა გამა გლობულინი, ასრულებს იმუნური დაცვის ფუნქციებს და წარმოადგენს ანტისხეულს. ამ ნაერთებს შეუძლიათ შექმნან კომპლექსები, რომლებიც შეიცავს რთულ ნახშირწყლებს და ცილებს. ფიბრილარული მარტივი ცილები, როგორიცაა კოლაგენი და ელასტინი, შემაერთებელი ქსოვილის, ხრტილის, მყესების და კანის ნაწილია. მათი ძირითადი ფუნქციებია კონსტრუქცია და მხარდაჭერა.
პროტეინის ტუბულინი არის მიკროტუბულების ნაწილი, რომლებიც წარმოადგენენ წამწამების და დროშების კომპონენტებს ისეთი უჯრედული ორგანიზმების, როგორიცაა წამწამები, ევგლენა, პარაზიტული ფლაგელატები.იგივე ცილა გვხვდება მრავალუჯრედიან ორგანიზმებში (სპერმის დროშები, კვერცხუჯრედის წამწამები, წვრილი ნაწლავის მოციმციმე ეპითელიუმი).
ალბუმინის ცილა ასრულებს შენახვის ფუნქციას (მაგალითად, კვერცხის ცილა). მარცვლეული მცენარეების - ჭვავის, ბრინჯის, ხორბლის თესლის ენდოსპერმაში გროვდება ცილის მოლეკულები. მათ უწოდებენ ფიჭურ ჩანართებს. ამ ნივთიერებებს თესლის ჩანასახი იყენებს მისი განვითარების დასაწყისში. გარდა ამისა, ხორბლის მარცვლებში ცილის მაღალი შემცველობა ფქვილის ხარისხის ძალიან მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია. გლუტენით მდიდარი ფქვილისგან გამომცხვარ პურს აქვს მაღალი გემო და უფრო ჯანსაღი. გლუტენს შეიცავს ეგრეთ წოდებული მყარი ხორბლის ჯიშები. ღრმა ზღვის თევზის სისხლის პლაზმა შეიცავს ცილებს, რომლებიც ხელს უშლის მათ სიცივისგან სიკვდილს. მათ აქვთ ანტიფრიზის თვისებები, ხელს უშლიან სხეულის სიკვდილს წყლის დაბალ ტემპერატურაზე. მეორეს მხრივ, გეოთერმულ წყაროებში მცხოვრები თერმოფილური ბაქტერიების უჯრედის კედელი შეიცავს ცილებს, რომლებსაც შეუძლიათ შეინარჩუნონ თავიანთი ბუნებრივი კონფიგურაცია (მესამე ან მეოთხეული სტრუქტურა) და არ დენატირდეს ტემპერატურის დიაპაზონში +50-დან +90 °С-მდე.
პროტეიდები
ეს არის რთული პროტეინები, რომლებიც ხასიათდებიან დიდი მრავალფეროვნებით, მათ მიერ შესრულებული განსხვავებული ფუნქციების გამო. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, პოლიპეპტიდების ეს ჯგუფი, გარდა ცილოვანი ნაწილისა, შეიცავს პროთეზიურ ჯგუფს. სხვადასხვა ფაქტორების გავლენის ქვეშ, როგორიცაა მაღალი ტემპერატურა, მძიმე მეტალების მარილები, კონცენტრირებული ტუტეები და მჟავები, კომპლექსურ ცილებს შეუძლიათ შეცვალონ მათისივრცითი ფორმა, მისი გამარტივება. ამ მოვლენას დენატურაცია ეწოდება. რთული ცილების სტრუქტურა ირღვევა, წყალბადის ბმები ირღვევა და მოლეკულები კარგავენ თვისებებსა და ფუნქციებს. როგორც წესი, დენატურაცია შეუქცევადია. მაგრამ ზოგიერთი პოლიპეპტიდისთვის, რომლებიც ასრულებენ კატალიზურ, საავტომობილო და სასიგნალო ფუნქციებს, შესაძლებელია რენატურაცია - ცილის ბუნებრივი სტრუქტურის აღდგენა.
თუ დესტაბილიზაციის ფაქტორის მოქმედება დიდი ხნის განმავლობაში ხდება, ცილის მოლეკულა მთლიანად განადგურებულია. ეს იწვევს პირველადი სტრუქტურის პეპტიდური ობლიგაციების გაწყვეტას. ცილის და მისი ფუნქციების აღდგენა უკვე შეუძლებელია. ამ ფენომენს განადგურება ეწოდება. მაგალითად ქათმის კვერცხის მოხარშვა: თხევადი ცილა - ალბუმინი, რომელიც მესამეულ სტრუქტურაშია, მთლიანად განადგურებულია.
პროტეინის ბიოსინთეზი
კიდევ ერთხელ შეგახსენებთ, რომ ცოცხალი ორგანიზმების პოლიპეპტიდების შემადგენლობაში შედის 20 ამინომჟავა, რომელთა შორის არის არსებითი. ესენია ლიზინი, მეთიონინი, ფენილალანინი და ა.შ. ისინი სისხლში წვრილი ნაწლავიდან შედიან მასში შემავალი ცილოვანი პროდუქტების დაშლის შემდეგ. არაარსებითი ამინომჟავების (ალანინი, პროლინი, სერინი) სინთეზირებისთვის სოკოები და ცხოველები იყენებენ აზოტის შემცველ ნაერთებს. მცენარეები, როგორც ავტოტროფები, დამოუკიდებლად ქმნიან ყველა საჭირო ნაერთ მონომერს, რომლებიც წარმოადგენენ რთულ ცილებს. ამისათვის ისინი იყენებენ ნიტრატებს, ამიაკს ან თავისუფალ აზოტს ასიმილაციის რეაქციებში. მიკროორგანიზმებში ზოგიერთი სახეობა უზრუნველყოფს ამინომჟავების სრულ კომპლექტს, ზოგიერთში კი მხოლოდ ზოგიერთი მონომერი სინთეზირებულია. ეტაპებიცილის ბიოსინთეზი ხდება ყველა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში. ტრანსკრიფცია ხდება ბირთვში, ხოლო ტრანსლაცია ხდება უჯრედის ციტოპლაზმაში.
პირველი ეტაპი - mRNA წინამორბედის სინთეზი ხდება ფერმენტ რნმ პოლიმერაზას მონაწილეობით. ის არღვევს წყალბადურ კავშირებს დნმ-ის ჯაჭვებს შორის და ერთ-ერთ მათგანზე, კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით, აგროვებს პრე-რნმ-ის მოლეკულას. ის ექვემდებარება დაჭრას, ანუ მწიფდება და შემდეგ გამოდის ბირთვიდან ციტოპლაზმაში და ქმნის მატრიცის რიბონუკლეინის მჟავას.
მეორე ეტაპის განსახორციელებლად აუცილებელია სპეციალური ორგანელების - რიბოზომების, აგრეთვე საინფორმაციო და სატრანსპორტო რიბონუკლეინის მჟავების მოლეკულები. კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი პირობა არის ATP მოლეკულების არსებობა, რადგან პლასტიკური გაცვლის რეაქციები, რომელიც მოიცავს ცილის ბიოსინთეზს, ხდება ენერგიის შთანთქმის დროს.
ფერმენტები, მათი სტრუქტურა და ფუნქციები
ეს არის ცილების დიდი ჯგუფი (დაახლოებით 2000), რომლებიც მოქმედებენ როგორც ნივთიერებები, რომლებიც გავლენას ახდენენ უჯრედებში ბიოქიმიური რეაქციების სიჩქარეზე. ისინი შეიძლება იყოს მარტივი (ტრეფსინი, პეპსინი) ან რთული. რთული ცილები შედგება კოენზიმისა და აპოენზიმისგან. თავად ცილის სპეციფიკა იმ ნაერთებთან მიმართებაში, რომლებზეც იგი მოქმედებს, განსაზღვრავს კოენზიმს, ხოლო ცილების აქტივობა შეინიშნება მხოლოდ მაშინ, როდესაც ცილოვანი კომპონენტი ასოცირდება აპოენზიმთან. ფერმენტის კატალიზური აქტივობა არ არის დამოკიდებული მთელ მოლეკულაზე, არამედ მხოლოდ აქტიურ ადგილზე. მისი სტრუქტურა პრინციპის მიხედვით შეესაბამება კატალიზებული ნივთიერების ქიმიურ სტრუქტურას"გასაღები ჩაკეტვა", ამიტომ ფერმენტების მოქმედება მკაცრად სპეციფიკურია. რთული ცილების ფუნქციები არის როგორც მონაწილეობა მეტაბოლურ პროცესებში, ასევე მათი გამოყენება როგორც მიმღები.
კომპლექსური ცილების კლასები
ისინი შეიმუშავეს ბიოქიმიკოსებმა 3 კრიტერიუმის საფუძველზე: ფიზიკური და ქიმიური თვისებები, ფუნქციური მახასიათებლები და ცილების სპეციფიკური სტრუქტურული მახასიათებლები. პირველ ჯგუფში შედის პოლიპეპტიდები, რომლებიც განსხვავდებიან ელექტროქიმიური თვისებებით. ისინი იყოფა ძირითად, ნეიტრალურ და მჟავეებად. წყალთან მიმართებაში ცილები შეიძლება იყოს ჰიდროფილური, ამფიფილური და ჰიდროფობიური. მეორე ჯგუფში შედის ფერმენტები, რომლებიც ჩვენ მიერ ადრე იყო განხილული. მესამე ჯგუფში შედის პოლიპეპტიდები, რომლებიც განსხვავდებიან პროთეზირების ჯგუფების ქიმიური შემადგენლობით (ეს არის ქრომოპროტეინები, ნუკლეოპროტეინები, მეტალოპროტეინები).
მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ რთული ცილების თვისებები. მაგალითად, მჟავე ცილა, რომელიც რიბოზომების ნაწილია, შეიცავს 120 ამინომჟავას და უნივერსალურია. ის გვხვდება როგორც პროკარიოტული, ასევე ევკარიოტული უჯრედების პროტეინის სინთეზირებელ ორგანელებში. ამ ჯგუფის კიდევ ერთი წარმომადგენელი, ცილა S-100, შედგება ორი ჯაჭვისგან, რომლებიც დაკავშირებულია კალციუმის იონთან. ის არის ნეირონებისა და ნეიროგლიის ნაწილი - ნერვული სისტემის დამხმარე ქსოვილი. ყველა მჟავე ცილის საერთო თვისებაა ორფუძიანი კარბოქსილის მჟავების: გლუტამინისა და ასპარტინის მაღალი შემცველობა. ტუტე ცილებს მიეკუთვნება ჰისტონები - ცილები, რომლებიც დნმ-ისა და რნმ-ის ნუკლეინის მჟავების ნაწილია. მათი ქიმიური შემადგენლობის თავისებურებაა დიდი რაოდენობით ლიზინი და არგინინი.ჰისტონები ბირთვის ქრომატინთან ერთად ქმნიან ქრომოსომებს - უჯრედის მემკვიდრეობის უმნიშვნელოვანეს სტრუქტურებს. ეს ცილები მონაწილეობენ ტრანსკრიფციისა და ტრანსლაციის პროცესებში. ამფიფილური ცილები ფართოდ არის წარმოდგენილი უჯრედის მემბრანებში, რომლებიც ქმნიან ლიპოპროტეინების ორ ფენას. ამრიგად, ზემოთ განხილული რთული ცილების ჯგუფების შესწავლის შემდეგ, დავრწმუნდით, რომ მათი ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები განისაზღვრება ცილოვანი კომპონენტის სტრუქტურით და პროთეზირების ჯგუფებით.
უჯრედის მემბრანის ზოგიერთ რთულ ცილას შეუძლია ამოიცნოს და რეაგირება მოახდინოს სხვადასხვა ქიმიურ ნაერთებზე, როგორიცაა ანტიგენები. ეს არის ცილების სასიგნალო ფუნქცია, ძალიან მნიშვნელოვანია გარე გარემოდან მომდინარე ნივთიერებების შერჩევითი შეწოვის პროცესებისთვის და მისი დაცვისთვის.
გლიკოპროტეინები და პროტეოგლიკანები
ისინი რთული პროტეინებია, რომლებიც ერთმანეთისგან განსხვავდებიან პროთეზირების ჯგუფების ბიოქიმიური შემადგენლობით. თუ ქიმიური ბმები ცილოვან კომპონენტსა და ნახშირწყლების ნაწილს შორის კოვალენტურ-გლიკოზიდურია, ასეთ ნივთიერებებს გლიკოპროტეინებს უწოდებენ. მათი აპოენზიმი წარმოდგენილია მონო- და ოლიგოსაქარიდების მოლეკულებით, ასეთი ცილების მაგალითებია პროთრომბინი, ფიბრინოგენი (ცილები, რომლებიც მონაწილეობენ სისხლის კოაგულაციაში). კორტიკო- და გონადოტროპული ჰორმონები, ინტერფერონები, მემბრანული ფერმენტები ასევე გლიკოპროტეინებია. პროტეოგლიკანის მოლეკულებში ცილოვანი ნაწილი მხოლოდ 5%-ია, დანარჩენი მოდის პროთეზიურ ჯგუფზე (ჰეტეროპოლისაქარიდი). ორივე ნაწილი დაკავშირებულია OH-თრეონინისა და არგინინის ჯგუფების და NH2-გლუტამინისა და ლიზინის ჯგუფების გლიკოზიდური კავშირით. პროტეოგლიკანის მოლეკულები ძალიან მნიშვნელოვან როლს თამაშობენ უჯრედის წყალ-მარილის მეტაბოლიზმში. Ქვევითწარმოგიდგენთ ჩვენს მიერ შესწავლილი რთული ცილების ცხრილს.
| გლიკოპროტეინები | პროტეოგლიკანები |
| პროთეზირების ჯგუფების სტრუქტურული კომპონენტები | |
| 1. მონოსაქარიდები (გლუკოზა, გალაქტოზა, მანოზა) | 1. ჰიალურონის მჟავა |
| 2. ოლიგოსაქარიდები (მალტოზა, ლაქტოზა, საქაროზა) | 2. ქონდროიტის მჟავა. |
| 3. მონოსაქარიდების აცეტილირებული ამინო წარმოებულები | 3. ჰეპარინი |
| 4. დეოქსისაქარიდები | |
| 5. ნევრამული და სიალიუმის მჟავები | |
მეტალოპროტეინები
ეს ნივთიერებები შეიცავს მათ მოლეკულებში ერთი ან მეტი ლითონის იონებს. განვიხილოთ კომპლექსური ცილების მაგალითები, რომლებიც მიეკუთვნება ზემოთ მოცემულ ჯგუფს. ეს არის ძირითადად ფერმენტები, როგორიცაა ციტოქრომ ოქსიდაზა. ის განლაგებულია მიტოქონდრიის კრისტაზე და ააქტიურებს ატფ-ის სინთეზს. ფერინი და ტრანსფერინი არის ცილები, რომლებიც შეიცავს რკინის იონებს. პირველი ათავსებს მათ უჯრედებში, ხოლო მეორე არის სატრანსპორტო ცილა სისხლში. კიდევ ერთი მეტალოპროტეინი არის ალფა-ამელაზა, ის შეიცავს კალციუმის იონებს, არის ნერწყვისა და პანკრეასის წვენის ნაწილი, რომელიც მონაწილეობს სახამებლის დაშლაში. ჰემოგლობინი არის როგორც მეტალოპროტეინი, ასევე ქრომოპროტეინი. იგი ასრულებს სატრანსპორტო ცილის ფუნქციებს, ატარებს ჟანგბადს. შედეგად წარმოიქმნება ნაერთი ოქსიჰემოგლობინი. ნახშირბადის მონოქსიდის ჩასუნთქვისას, რომელსაც სხვაგვარად ნახშირბადის მონოქსიდს უწოდებენ, მისი მოლეკულები ქმნიან ძალიან სტაბილურ ნაერთს ერითროციტების ჰემოგლობინთან. ის სწრაფად ვრცელდება ორგანოებსა და ქსოვილებში, რაც იწვევს მოწამვლას.უჯრედები. შედეგად, ნახშირბადის მონოქსიდის გახანგრძლივებული ინჰალაციის დროს, სიკვდილი ხდება დახრჩობისგან. ჰემოგლობინი ასევე ნაწილობრივ გადასცემს კატაბოლიზმის პროცესში წარმოქმნილ ნახშირორჟანგს. სისხლის ნაკადით ნახშირორჟანგი ხვდება ფილტვებში და თირკმელებში, მათგან კი - გარე გარემოში. ზოგიერთ კიბოსნაირებსა და მოლუსკებში ჰემოციანინი არის ჟანგბადის მატარებელი ცილა. რკინის ნაცვლად შეიცავს სპილენძის იონებს, ამიტომ ცხოველების სისხლი არ არის წითელი, არამედ ლურჯი.
ქლოროფილის ფუნქციები
როგორც უკვე აღვნიშნეთ, კომპლექსურ ცილებს შეუძლიათ შექმნან კომპლექსები პიგმენტებთან - ფერადი ორგანული ნივთიერებებით. მათი ფერი დამოკიდებულია ქრომოფორმულ ჯგუფებზე, რომლებიც შერჩევით შთანთქავენ მზის სინათლის გარკვეულ სპექტრებს. მცენარეთა უჯრედებში არის მწვანე პლასტიდები - ქლოროპლასტები, რომლებიც შეიცავს პიგმენტ ქლოროფილს. იგი შედგება მაგნიუმის ატომებისა და პოლიჰიდრული ალკოჰოლის ფიტოლისგან. ისინი დაკავშირებულია ცილის მოლეკულებთან, ხოლო თავად ქლოროპლასტები შეიცავს თილაკოიდებს (ფირფიტებს), ანუ გროვად დაკავშირებულ გარსებს - გრანას. ისინი შეიცავს ფოტოსინთეზურ პიგმენტებს - ქლოროფილებს - და დამატებით კაროტინოიდებს. აქ არის ყველა ფერმენტი, რომელიც გამოიყენება ფოტოსინთეზურ რეაქციებში. ამრიგად, ქრომოპროტეინები, რომლებიც მოიცავს ქლოროფილს, ასრულებენ ყველაზე მნიშვნელოვან ფუნქციებს მეტაბოლიზმში, კერძოდ, ასიმილაციის და დისიმილაციის რეაქციებში.
ვირუსული ცილები
მათ ინახავენ არაუჯრედული სიცოცხლის ფორმების წარმომადგენლები, რომლებიც ვირა სამეფოს ნაწილია. ვირუსებს არ აქვთ საკუთარი ცილის სინთეზის აპარატი. ნუკლეინის მჟავებმა, დნმ ან რნმ-მა შეიძლება გამოიწვიოს სინთეზივირუსით ინფიცირებული თავად უჯრედის მიერ საკუთარი ნაწილაკები. მარტივი ვირუსები შედგება მხოლოდ ცილის მოლეკულებისგან, რომლებიც კომპაქტურად აწყობილია ხვეული ან პოლიედრულ სტრუქტურებში, როგორიცაა თამბაქოს მოზაიკის ვირუსი. კომპლექსურ ვირუსებს აქვთ დამატებითი მემბრანა, რომელიც წარმოადგენს მასპინძელი უჯრედის პლაზმური მემბრანის ნაწილს. ის შეიძლება შეიცავდეს გლიკოპროტეინებს (B ჰეპატიტის ვირუსი, ჩუტყვავილას ვირუსი). გლიკოპროტეინების ძირითადი ფუნქციაა მასპინძლის უჯრედის მემბრანაზე სპეციფიკური რეცეპტორების ამოცნობა. დამატებითი ვირუსული კონვერტები ასევე შეიცავს ფერმენტ პროტეინებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ დნმ-ის რეპლიკაციას ან რნმ-ის ტრანსკრიფციას. ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, შეიძლება გამოვიტანოთ შემდეგი დასკვნა: ვირუსული ნაწილაკების კონვერტის პროტეინებს აქვთ სპეციფიკური სტრუქტურა, რომელიც დამოკიდებულია მასპინძელი უჯრედის მემბრანულ ცილებზე.
ამ სტატიაში ჩვენ დავახასიათეთ რთული ცილები, შევისწავლეთ მათი სტრუქტურა და ფუნქციები სხვადასხვა ცოცხალი ორგანიზმის უჯრედებში.
