მაკრომოლეკულა არის მოლეკულა, რომელსაც აქვს მაღალი მოლეკულური წონა. მისი სტრუქტურა წარმოდგენილია განმეორებით განმეორებადი ბმულების სახით. განვიხილოთ ასეთი ნაერთების თვისებები, მათი მნიშვნელობა ცოცხალი არსებების სიცოცხლისთვის.
კომპოზიციის მახასიათებლები
ბიოლოგიური მაკრომოლეკულები წარმოიქმნება ასობით ათასი მცირე საწყისი მასალისგან. ცოცხალ ორგანიზმებს ახასიათებთ მაკრომოლეკულების სამი ძირითადი ტიპი: ცილები, პოლისაქარიდები, ნუკლეინის მჟავები.
მათთვის საწყისი მონომერებია მონოსაქარიდები, ნუკლეოტიდები, ამინომჟავები. მაკრომოლეკულა არის უჯრედის მასის თითქმის 90 პროცენტი. ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობიდან გამომდინარე იქმნება სპეციფიკური ცილის მოლეკულა.
მაღალი მოლეკულური წონა არის ის ნივთიერებები, რომელთა მოლური მასა აღემატება 103 Da.
ტერმინის ისტორია
როდის გაჩნდა მაკრომოლეკულა? ეს კონცეფცია შემოიღო ქიმიის ნობელის პრემიის ლაურეატმა ჰერმან შტაუდინგერმა 1922 წელს.
პოლიმერული ბურთი შეიძლება ჩაითვალოს ჩახლართულ ძაფად, რომელიც წარმოიქმნა შემთხვევითი გადახვევის შედეგადმთელ კოჭის ოთახში. ეს ხვეული სისტემატურად ცვლის თავის კონფორმაციას; ეს არის მაკრომოლეკულის სივრცითი კონფიგურაცია. იგი წააგავს ბრაუნის მოძრაობის ტრაექტორიას.
ასეთი ხვეულის წარმოქმნა ხდება იმის გამო, რომ გარკვეულ მანძილზე პოლიმერული ჯაჭვი "კარგავს" ინფორმაციას მიმართულების შესახებ. ხვეულზე საუბარი შესაძლებელია იმ შემთხვევაში, როდესაც მაღალმოლეკულური ნაერთები სტრუქტურული ფრაგმენტის სიგრძეზე გაცილებით გრძელია.
გლობულური კონფიგურაცია
მაკრომოლეკულა არის მკვრივი კონფორმაცია, რომელშიც შეიძლება პოლიმერის მოცულობითი ფრაქციის შედარება ერთეულთან. გლობულური მდგომარეობა რეალიზდება იმ შემთხვევებში, როდესაც ცალკეული პოლიმერული ერთეულების ურთიერთმოქმედებით მათსა და გარე გარემოს შორის ხდება ურთიერთმიზიდულობა.
მაკრომოლეკულის სტრუქტურის რეპლიკა არის წყლის ის ნაწილი, რომელიც ჩართულია, როგორც ასეთი სტრუქტურის ელემენტი. ეს არის მაკრომოლეკულის უახლოესი დამატენიანებელი გარემო.
პროტეინის მოლეკულის დახასიათება
პროტეინის მაკრომოლეკულები ჰიდროფილური ნივთიერებებია. როდესაც მშრალი ცილა იხსნება წყალში, ის თავდაპირველად ადიდებს, შემდეგ შეინიშნება თანდათანობით გადასვლა ხსნარში. შეშუპების დროს წყლის მოლეკულები შეაღწევენ ცილას, აკავშირებენ მის სტრუქტურას პოლარულ ჯგუფებთან. ეს ხსნის პოლიპეპტიდური ჯაჭვის მკვრივ შეფუთვას. ადიდებულმა ცილის მოლეკულა განიხილება უკანა ხსნარად. წყლის მოლეკულების შემდგომი შეწოვით, შეინიშნება ცილის მოლეკულების გამოყოფა მთლიანი მასისგან დაასევე არსებობს დაშლის პროცესი.
მაგრამ ცილის მოლეკულის შეშუპება ყველა შემთხვევაში არ იწვევს დაშლას. მაგალითად, კოლაგენი წყლის მოლეკულების შეწოვის შემდეგ რჩება შეშუპებულ მდგომარეობაში.
ჰიდრატის თეორია
მაღალმოლეკულური ნაერთები ამ თეორიის მიხედვით არა მხოლოდ ადსორბირებენ, არამედ ელექტროსტატიკურად აკავშირებენ წყლის მოლეკულებს ამინომჟავების გვერდითი რადიკალების პოლარულ ფრაგმენტებთან, რომლებსაც აქვთ უარყოფითი მუხტი, ისევე როგორც ძირითადი ამინომჟავები, რომლებსაც აქვთ დადებითი მუხტი.
ნაწილობრივ დატენიანებულ წყალს უკავშირდება პეპტიდური ჯგუფები, რომლებიც ქმნიან წყალბადურ კავშირებს წყლის მოლეკულებთან.
მაგალითად, პოლიპეპტიდები, რომლებსაც აქვთ არაპოლარული გვერდითი ჯგუფები, შეშუპებულია. პეპტიდურ ჯგუფებთან შეკავშირებისას ის აშორებს პოლიპეპტიდურ ჯაჭვებს. ჯაჭვთაშორისი ხიდების არსებობა არ იძლევა ცილის მოლეკულებს მთლიანად დაშლის საშუალებას, გადავიდეს ხსნარის სახით.
მაკრომოლეკულების სტრუქტურა ნადგურდება გაცხელებისას, რის შედეგადაც იშლება და პოლიპეპტიდური ჯაჭვები გამოიყოფა.
ჟელატინის თვისებები
ჟელატინის ქიმიური შემადგენლობა კოლაგენის მსგავსია, წყალთან ერთად ბლანტი სითხეს ქმნის. ჟელატინის დამახასიათებელ თვისებებს შორის არის მისი გელის უნარი.
ამ ტიპის მოლეკულები გამოიყენება როგორც ჰემოსტატიკური და პლაზმის შემცვლელი აგენტები. ჟელატინის გელების წარმოქმნის უნარი გამოიყენება ფარმაცევტულ ინდუსტრიაში კაფსულების წარმოებაში.
ხსნადობის ფუნქციამაკრომოლეკულები
ამ ტიპის მოლეკულებს წყალში განსხვავებული ხსნადობა აქვთ. იგი განისაზღვრება ამინომჟავის შემადგენლობით. სტრუქტურაში პოლარული ამინომჟავების არსებობისას წყალში დაშლის უნარი მნიშვნელოვნად იზრდება.
ასევე, ამ თვისებაზე გავლენას ახდენს მაკრომოლეკულის ორგანიზაციის თავისებურება. გლობულურ პროტეინებს უფრო მაღალი ხსნადობა აქვთ, ვიდრე ფიბრილურ მაკრომოლეკულებს. მრავალი ექსპერიმენტის დროს დადგინდა დაშლის დამოკიდებულება გამოყენებული გამხსნელის მახასიათებლებზე.
თითოეული ცილის მოლეკულის პირველადი სტრუქტურა განსხვავებულია, რაც ცილას აძლევს ინდივიდუალურ თვისებებს. პოლიპეპტიდურ ჯაჭვებს შორის ჯვარედინი კავშირების არსებობა ამცირებს ხსნადობას.
პროტეინის მოლეკულების პირველადი სტრუქტურა წარმოიქმნება პეპტიდური (ამიდური) ბმების გამო; როდესაც ის განადგურებულია, ხდება ცილის დენატურაცია.
დამარილება
ცილის მოლეკულების ხსნადობის გასაზრდელად გამოიყენება ნეიტრალური მარილების ხსნარები. მაგალითად, ანალოგიურად, შეიძლება განხორციელდეს ცილების შერჩევითი დალექვა, მათი დანაწილება. მიღებული მოლეკულების რაოდენობა დამოკიდებულია ნარევის საწყის შემადგენლობაზე.
პროტეინების თავისებურება, რომლებიც მიიღება დამარილების შედეგად, არის ბიოლოგიური მახასიათებლების შენარჩუნება მარილის სრული მოცილების შემდეგ.
პროცესის არსი არის ანიონებისა და კატიონების მიერ ჰიდრატირებული ცილის გარსის მარილის მოცილება, რაც უზრუნველყოფს მაკრომოლეკულის სტაბილურობას. სულფატების გამოყენებისას ცილის მოლეკულების მაქსიმალური რაოდენობა მარილიანია. ეს მეთოდი გამოიყენება ცილის მაკრომოლეკულების გასაწმენდად და განცალკევებისთვის, რადგან ისინი არსებითად არიანგანსხვავდება მუხტის სიდიდით, დამატენიანებელი გარსის პარამეტრებით. თითოეულ პროტეინს აქვს დამარილების საკუთარი ზონა, ანუ ამისთვის თქვენ უნდა აირჩიოთ მოცემული კონცენტრაციის მარილი.
ამინომჟავები
ამჟამად ცნობილია ორასამდე ამინომჟავა, რომლებიც ცილის მოლეკულების ნაწილია. სტრუქტურიდან გამომდინარე, ისინი იყოფა ორ ჯგუფად:
- პროტეინოგენური, რომელიც მაკრომოლეკულების ნაწილია;
- არაპროტეინოგენური, აქტიურად არ მონაწილეობს ცილების ფორმირებაში.
მეცნიერებმა მოახერხეს ამინომჟავების თანმიმდევრობის გაშიფვრა ცხოველური და მცენარეული წარმოშობის ბევრ ცილის მოლეკულაში. ამინომჟავებს შორის, რომლებიც საკმაოდ ხშირად გვხვდება ცილის მოლეკულების შემადგენლობაში, აღვნიშნავთ სერინს, გლიცინს, ლეიცინს, ალანინს. თითოეულ ბუნებრივ ბიოპოლიმერს აქვს საკუთარი ამინომჟავის შემადგენლობა. მაგალითად, პროტამინები შეიცავს დაახლოებით 85 პროცენტს არგინინს, მაგრამ ისინი არ შეიცავს მჟავე, ციკლურ ამინომჟავებს. ფიბროინი არის ბუნებრივი აბრეშუმის ცილის მოლეკულა, რომელიც შეიცავს გლიცინის დაახლოებით ნახევარს. კოლაგენი შეიცავს ისეთ იშვიათ ამინომჟავებს, როგორიცაა ჰიდროქსიპროლინი, ჰიდროქსილიზინი, რომლებიც არ არის სხვა ცილის მაკრომოლეკულებში.
ამინომჟავების შემადგენლობა განისაზღვრება არა მხოლოდ ამინომჟავების მახასიათებლებით, არამედ ცილის მაკრომოლეკულების ფუნქციებითა და დანიშნულებით. მათი თანმიმდევრობა განისაზღვრება გენეტიკური კოდით.
ბიოპოლიმერების სტრუქტურული ორგანიზაციის დონეები
არსებობს ოთხი დონე: პირველადი, მეორადი, მესამეული და ასევე მეოთხეული. თითოეული სტრუქტურაარსებობს გამორჩეული მახასიათებლები.
პროტეინის მოლეკულების პირველადი სტრუქტურა არის ამინომჟავების ნარჩენების ხაზოვანი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი, რომელიც დაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით.
ეს სტრუქტურაა ყველაზე სტაბილური, ვინაიდან შეიცავს პეპტიდურ კოვალენტურ კავშირებს ერთი ამინომჟავის კარბოქსილის ჯგუფსა და სხვა მოლეკულის ამინოჯგუფს შორის.
მეორადი სტრუქტურა მოიცავს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის დაწყობას წყალბადის ბმების დახმარებით ხვეული სახით.
ბიოპოლიმერის მესამეული ტიპი მიიღება პოლიპეპტიდის სივრცითი შეფუთვით. ისინი ჰყოფენ მესამეული სტრუქტურების სპირალურ და ფენად დაკეცილ ფორმებს.
გლობულურ პროტეინებს აქვთ ელიფსური ფორმა, ხოლო ფიბრილარულ მოლეკულებს აქვთ წაგრძელებული ფორმა.
თუ მაკრომოლეკულა შეიცავს მხოლოდ ერთ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს, ცილას აქვს მხოლოდ მესამეული სტრუქტურა. მაგალითად, ეს არის კუნთოვანი ქსოვილის ცილა (მიოგლობინი), რომელიც აუცილებელია ჟანგბადის დასაკავშირებლად. ზოგიერთი ბიოპოლიმერი აგებულია რამდენიმე პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან, რომელთაგან თითოეულს აქვს მესამეული სტრუქტურა. ამ შემთხვევაში, მაკრომოლეკულას აქვს მეოთხეული სტრუქტურა, რომელიც შედგება რამდენიმე გლობულისგან, რომლებიც გაერთიანებულია დიდ სტრუქტურაში. ჰემოგლობინი შეიძლება ჩაითვალოს ერთადერთ მეოთხეულ ცილად, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 8 პროცენტს ჰისტიდინს. სწორედ ის არის აქტიური უჯრედშიდა ბუფერი ერითროციტებში, რაც საშუალებას იძლევა შეინარჩუნოს სტაბილური სისხლის pH მნიშვნელობა.
ნუკლეინის მჟავები
ეს არის მაკრომოლეკულური ნაერთები, რომლებიც წარმოიქმნება ფრაგმენტებითნუკლეოტიდები. რნმ და დნმ გვხვდება ყველა ცოცხალ უჯრედში, ისინი ასრულებენ მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვის, გადაცემის და ასევე განხორციელების ფუნქციას. ნუკლეოტიდები მოქმედებენ როგორც მონომერები. თითოეული მათგანი შეიცავს აზოტოვანი ფუძის ნარჩენებს, ნახშირწყლებს და ასევე ფოსფორის მჟავას. კვლევებმა აჩვენა, რომ კომპლემენტარობის (კომპლიმენტარობის) პრინციპი შეინიშნება სხვადასხვა ცოცხალი ორგანიზმის დნმ-ში. ნუკლეინის მჟავები წყალში ხსნადია, მაგრამ ორგანულ გამხსნელებში უხსნადი. ეს ბიოპოლიმერები ნადგურდება ტემპერატურის მატებით, ულტრაიისფერი გამოსხივებით.
დასკვნის ნაცვლად
სხვადასხვა ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების გარდა, ნახშირწყლები მაკრომოლეკულებია. პოლისაქარიდები მათ შემადგენლობაში შეიცავს ასობით მონომერს, რომლებსაც აქვთ სასიამოვნო მოტკბო გემო. მაკრომოლეკულების იერარქიული სტრუქტურის მაგალითები მოიცავს ცილების და ნუკლეინის მჟავების უზარმაზარ მოლეკულებს რთული ქვედანაყოფებით.
მაგალითად, გლობულური ცილის მოლეკულის სივრცითი სტრუქტურა არის ამინომჟავების იერარქიული მრავალდონიანი ორგანიზაციის შედეგი. ცალკეულ დონეებს შორის მჭიდრო კავშირია, უფრო მაღალი დონის ელემენტები დაკავშირებულია ქვედა ფენებთან.
ყველა ბიოპოლიმერი ასრულებს მნიშვნელოვან მსგავს ფუნქციას. ისინი წარმოადგენენ ცოცხალი უჯრედების სამშენებლო მასალას, პასუხისმგებელნი არიან მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვასა და გადაცემაზე. თითოეულ ცოცხალ არსებას ახასიათებს სპეციფიკური ცილები, ამიტომ ბიოქიმიკოსებს აწყდებათ რთული და საპასუხისმგებლო ამოცანა, რომლის გადაჭრაც ცოცხალ ორგანიზმებს გარკვეული სიკვდილისგან იხსნის.
