პროტეინები ორგანული ნივთიერებებია. ეს მაკრომოლეკულური ნაერთები ხასიათდება გარკვეული შემადგენლობით და ჰიდროლიზის დროს იშლება ამინომჟავებად. ცილის მოლეკულებს აქვთ მრავალფეროვანი ფორმები, რომელთაგან ბევრი შედგება მრავალი პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან. ცილის სტრუქტურის შესახებ ინფორმაცია დაშიფრულია დნმ-ში და ცილის სინთეზის პროცესს ტრანსლაცია ეწოდება.
ცილების ქიმიური შემადგენლობა
საშუალო ცილა შეიცავს:
- 52% ნახშირბადი;
- 7% წყალბადი;
- 12% აზოტი;
- 21% ჟანგბადი;
- 3% გოგირდი.
პროტეინის მოლეკულები არის პოლიმერები. მათი სტრუქტურის გასაგებად, აუცილებელია ვიცოდეთ, რა არის მათი მონომერები, ამინომჟავები.
ამინომჟავები
ისინი ჩვეულებრივ იყოფა ორ კატეგორიად: მუდმივად წარმოქმნილი და ხანდახან. პირველი მოიცავს 18 ცილის მონომერს და კიდევ 2 ამიდს: ასპარტინის და გლუტამინის მჟავებს. ზოგჯერ მხოლოდ სამი მჟავაა.
ეს მჟავები შეიძლება კლასიფიცირდეს მრავალი გზით: გვერდითი ჯაჭვების ბუნებით ან მათი რადიკალების მუხტით, ისინი ასევე შეიძლება დაიყოს CN და COOH ჯგუფების რაოდენობაზე.
პროტეინის პირველადი სტრუქტურა
ამინომჟავების თანმიმდევრობა ცილოვან ჯაჭვში განსაზღვრავსმისი ორგანიზაციის შემდგომი დონეები, თვისებები და ფუნქციები. მონომერებს შორის კავშირის ძირითადი ტიპი არის პეპტიდი. იგი წარმოიქმნება წყალბადის გამოყოფით ერთი ამინომჟავისგან და OH ჯგუფის მეორისგან.
პროტეინის მოლეკულის ორგანიზაციის პირველი დონე არის მასში არსებული ამინომჟავების თანმიმდევრობა, უბრალოდ ჯაჭვი, რომელიც განსაზღვრავს ცილის მოლეკულების სტრუქტურას. იგი შედგება „ჩონჩხისაგან“, რომელსაც აქვს რეგულარული სტრუქტურა. ეს არის განმეორებადი თანმიმდევრობა -NH-CH-CO-. ცალკეული გვერდითი ჯაჭვები წარმოდგენილია ამინომჟავის რადიკალებით (R), მათი თვისებები განსაზღვრავს ცილების სტრუქტურის შემადგენლობას.
თუნდაც ცილის მოლეკულების სტრუქტურა იგივეა, ისინი შეიძლება განსხვავდებოდეს თვისებებით მხოლოდ იმ ფაქტით, რომ მათ მონომერებს აქვთ განსხვავებული თანმიმდევრობა ჯაჭვში. ამინომჟავების განლაგება ცილაში განისაზღვრება გენებით და კარნახობს გარკვეულ ბიოლოგიურ ფუნქციებს ცილას. ერთსა და იმავე ფუნქციაზე პასუხისმგებელ მოლეკულებში მონომერების თანმიმდევრობა ხშირად ახლოა სხვადასხვა სახეობებში. ასეთი მოლეკულები - იგივე ან მსგავსი ორგანიზებით და ასრულებენ ერთსა და იმავე ფუნქციებს სხვადასხვა ტიპის ორგანიზმებში - ჰომოლოგიური პროტეინებია. მომავალი მოლეკულების სტრუქტურა, თვისებები და ფუნქციები უკვე ჩამოყალიბებულია ამინომჟავების ჯაჭვის სინთეზის ეტაპზე.
ზოგიერთი საერთო მახასიათებელი
ცილების სტრუქტურა დიდი ხნის განმავლობაში იყო შესწავლილი და მათი პირველადი სტრუქტურის ანალიზმა გარკვეული განზოგადების გაკეთების საშუალება მოგვცა. ცილების უმეტესობას ახასიათებს ოცივე ამინომჟავის არსებობა, რომელთაგან განსაკუთრებით ბევრია გლიცინი, ალანინი, ასპარტინის მჟავა, გლუტამინი და ცოტა ტრიპტოფანი, არგინინი, მეთიონინი.ჰისტიდინი. ერთადერთი გამონაკლისი არის ცილების გარკვეული ჯგუფები, მაგალითად, ჰისტონები. ისინი საჭიროა დნმ-ის შესაფუთად და შეიცავს უამრავ ჰისტიდინს.
მეორე განზოგადება: გლობულურ პროტეინებში არ არსებობს ამინომჟავების მონაცვლეობის ზოგადი ნიმუშები. მაგრამ ბიოლოგიურ აქტივობაში შორეულ პოლიპეპტიდებსაც კი აქვთ მოლეკულების მცირე იდენტური ფრაგმენტები.
მეორადი სტრუქტურა
პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ორგანიზაციის მეორე დონე არის მისი სივრცითი მოწყობა, რომელსაც მხარს უჭერს წყალბადის ბმები. გამოყავით α-სპირალი და β-ნაკეც. ჯაჭვის ნაწილს არ აქვს მოწესრიგებული სტრუქტურა, ასეთ ზონებს ამორფულს უწოდებენ.
ყველა ბუნებრივი ცილის ალფა სპირალი მემარჯვენეა. ამინომჟავების გვერდითი რადიკალები სპირალში ყოველთვის მიმართულია გარედან და განლაგებულია მისი ღერძის მოპირდაპირე მხარეს. თუ ისინი არაპოლარულია, ისინი დაჯგუფებულია სპირალის ერთ მხარეს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება რკალი, რომელიც ქმნის პირობებს სხვადასხვა სპირალური მონაკვეთების კონვერგენციისთვის.
ბეტა-ნაკეცები - ძლიერ წაგრძელებული სპირალები - როგორც წესი, განლაგებულია გვერდიგვერდ ცილის მოლეკულაში და ქმნის პარალელურ და არაპარალელურ β-ნაკეციან ფენებს.
პროტეინის მესამეული სტრუქტურა
პროტეინის მოლეკულის ორგანიზების მესამე დონე არის სპირალების, ნაკეცების და ამორფული მონაკვეთების დაკეცვა კომპაქტურ სტრუქტურაში. ეს გამოწვეულია მონომერების გვერდითი რადიკალების ერთმანეთთან ურთიერთქმედებით. ასეთი კავშირები იყოფა რამდენიმე ტიპად:
- წყალბადის ბმები წარმოიქმნება პოლარულ რადიკალებს შორის;
- ჰიდროფობიური- არაპოლარულ R-ჯგუფებს შორის;
- მიზიდვის ელექტროსტატიკური ძალები (იონური ბმები) – ჯგუფებს შორის, რომელთა მუხტები საპირისპიროა;
- დისულფიდური ხიდები ცისტეინის რადიკალებს შორის.
კავშირის ბოლო ტიპი (–S=S-) არის კოვალენტური ურთიერთქმედება. დისულფიდური ხიდები აძლიერებს ცილებს, მათი სტრუქტურა უფრო გამძლე ხდება. მაგრამ ასეთი კავშირები არ არის საჭირო. მაგალითად, პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში შეიძლება იყოს ძალიან ცოტა ცისტეინი, ან მისი რადიკალები ახლოს იყოს და ვერ შექმნან "ხიდი".
ორგანიზაციის მეოთხე დონე
ყველა ცილა არ ქმნის მეოთხეულ სტრუქტურას. მეოთხე დონეზე ცილების სტრუქტურა განისაზღვრება პოლიპეპტიდური ჯაჭვების (პროტომერების) რაოდენობით. ისინი ერთმანეთთან დაკავშირებულია იგივე ობლიგაციებით, როგორც ორგანიზაციის წინა დონე, გარდა დისულფიდური ხიდებისა. მოლეკულა შედგება რამდენიმე პროტომერისგან, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი სპეციალური (ან იდენტური) მესამეული სტრუქტურა.
ორგანიზაციის ყველა დონე განსაზღვრავს ფუნქციებს, რომლებსაც შეასრულებენ მიღებული ცილები. ცილების სტრუქტურა ორგანიზაციის პირველ დონეზე ძალიან ზუსტად განსაზღვრავს მათ შემდგომ როლს უჯრედში და მთლიანად სხეულში.
პროტეინის ფუნქციები
ძნელი წარმოსადგენია, რამდენად მნიშვნელოვანია ცილების როლი უჯრედების აქტივობაში. ზემოთ, ჩვენ განვიხილეთ მათი სტრუქტურა. ცილების ფუნქციები პირდაპირ დამოკიდებულია მასზე.
ასრულებენ სამშენებლო (სტრუქტურულ) ფუნქციას, ისინი ქმნიან ნებისმიერი ცოცხალი უჯრედის ციტოპლაზმის საფუძველს. ეს პოლიმერები არის ყველა უჯრედის მემბრანის ძირითადი მასალა, როდესაცკომპლექსურია ლიპიდებით. ეს ასევე მოიცავს უჯრედის ნაწილებად დაყოფას, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი რეაქცია. ფაქტია, რომ ფიჭური პროცესების თითოეული კომპლექსი მოითხოვს საკუთარ პირობებს, განსაკუთრებით კი საშუალო pH მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. პროტეინები ქმნიან თხელ ტიხრებს, რომლებიც უჯრედს ყოფს ე.წ. და თავად ფენომენს ნაწილებადობა ჰქვია.
კატალიტიკური ფუნქცია არის უჯრედის ყველა რეაქციის რეგულირება. ყველა ფერმენტი წარმოშობის მარტივი ან რთული ცილაა.
ორგანიზმების ნებისმიერი სახის მოძრაობა (კუნთების მუშაობა, პროტოპლაზმის მოძრაობა უჯრედში, წამწამების ციმციმი პროტოზოებში და ა.შ.) ხორციელდება ცილების მიერ. ცილების სტრუქტურა მათ საშუალებას აძლევს გადაადგილდნენ, შექმნან ბოჭკოები და რგოლები.
სატრანსპორტო ფუნქცია არის ის, რომ მრავალი ნივთიერება ტრანსპორტირდება უჯრედის მემბრანაში სპეციალური მატარებელი ცილების საშუალებით.
ამ პოლიმერების ჰორმონალური როლი მყისიერად ცხადი ხდება: რიგი ჰორმონები სტრუქტურაში პროტეინებია, მაგალითად, ინსულინი, ოქსიტოცინი.
სათადარიგო ფუნქცია განისაზღვრება იმით, რომ ცილებს შეუძლიათ დეპოზიტების წარმოქმნა. მაგალითად, კვერცხის ვალგუმინი, რძის კაზეინი, მცენარის თესლის ცილები - ისინი ინახავს დიდი რაოდენობით საკვებ ნივთიერებებს.
ყველა მყესები, სასახსრე სახსარი, ჩონჩხის ძვლები, ჩლიქები წარმოიქმნება ცილებისგან, რაც მიგვიყვანს მათ შემდეგ ფუნქციამდე - დამხმარე.
პროტეინის მოლეკულები არის რეცეპტორები, რომლებიც ახორციელებენ გარკვეული ნივთიერებების შერჩევით ამოცნობას. ამ როლში განსაკუთრებით ცნობილია გლიკოპროტეინები და ლექტინები.
ყველაზე მნიშვნელოვანიიმუნიტეტის ფაქტორები - ანტისხეულები და კომპლემენტის სისტემა წარმოშობის მიხედვით არის ცილები. მაგალითად, სისხლის შედედების პროცესი ეფუძნება ფიბრინოგენის ცილის ცვლილებებს. საყლაპავისა და კუჭის შიდა კედლები დაფარულია ლორწოვანი ცილების დამცავი ფენით - ლიცინები. ტოქსინები ასევე წარმოშობის ცილებია. კანის საფუძველი, რომელიც იცავს ცხოველების სხეულს, არის კოლაგენი. ცილის ყველა ეს ფუნქცია დამცავია.
კარგი, ბოლო ფუნქცია მარეგულირებელია. არსებობს ცილები, რომლებიც აკონტროლებენ გენომის მუშაობას. ანუ ისინი არეგულირებენ ტრანსკრიფციას და თარგმნას.
რაოდენ მნიშვნელოვანიც არ უნდა იყოს ცილების როლი, ცილების სტრუქტურა მეცნიერებმა დიდი ხნის განმავლობაში აღმოაჩინეს. ახლა კი ისინი აღმოაჩენენ ამ ცოდნის გამოყენების ახალ გზებს.
