მოგეხსენებათ, ცილები არის ჩვენი პლანეტის სიცოცხლის წარმოშობის საფუძველი. ოპარინ-ჰალდანის თეორიის მიხედვით, სწორედ პეპტიდის მოლეკულებისგან შემდგარი კოცერვატული წვეთი გახდა ცოცხალი არსებების დაბადების საფუძველი. ეს ეჭვგარეშეა, რადგან ბიომასის ნებისმიერი წარმომადგენლის შიდა შემადგენლობის ანალიზი აჩვენებს, რომ ეს ნივთიერებები გვხვდება ყველაფერში: მცენარეებში, ცხოველებში, მიკროორგანიზმებში, სოკოებში, ვირუსებში. უფრო მეტიც, ისინი ძალიან მრავალფეროვანი და მაკრომოლეკულური ხასიათისაა.
ამ სტრუქტურებს ოთხი სახელი აქვთ, ისინი ყველა სინონიმია:
- ცილები;
- ცილები;
- პოლიპეპტიდები;
- პეპტიდები.
პროტეინის მოლეკულები
მათი რიცხვი მართლაც გამოუთვლელია. უფრო მეტიც, ყველა ცილის მოლეკულა შეიძლება დაიყოს ორ დიდ ჯგუფად:
- მარტივი - შედგება მხოლოდ ამინომჟავების თანმიმდევრობებისაგან, რომლებიც დაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით;
- კომპლექსი - ცილის სტრუქტურა და სტრუქტურა ხასიათდება დამატებითი პროტოლიზური (პროთეზული) ჯგუფებით, რომლებსაც ასევე უწოდებენ კოფაქტორებს.
ამავდროულად, კომპლექსურ მოლეკულებსაც აქვთ საკუთარი კლასიფიკაცია.
კომპლექსური პეპტიდების გრადაცია
- გლიკოპროტეინები ცილებისა და ნახშირწყლების მჭიდროდ დაკავშირებული ნაერთებია. მოლეკულის სტრუქტურაშიმუკოპოლისაქარიდების პროთეზირების ჯგუფები გადახლართულია.
- ლიპოპროტეინები არის ცილის და ლიპიდების რთული ნაერთი.
- მეტალოპროტეინები - ლითონის იონები (რკინა, მანგანუმი, სპილენძი და სხვა) მოქმედებენ როგორც პროთეზირების ჯგუფი.
- ნუკლეოპროტეინები - პროტეინის და ნუკლეინის მჟავების (დნმ, რნმ) კავშირი.
- ფოსფოპროტეინები - ცილის და ორთოფოსფორის მჟავის ნარჩენების კონფორმაცია.
- ქრომოპროტეინები - ძალიან ჰგავს მეტალოპროტეინებს, თუმცა, ელემენტი, რომელიც შედის პროთეზირების ჯგუფში, არის მთლიანი ფერადი კომპლექსი (წითელი - ჰემოგლობინი, მწვანე - ქლოროფილი და ა.შ.).
თითოეულ განხილულ ჯგუფს აქვს ცილების განსხვავებული სტრუქტურა და თვისებები. ფუნქციები, რომლებსაც ისინი ასრულებენ, ასევე განსხვავდება მოლეკულის ტიპის მიხედვით.
ცილების ქიმიური სტრუქტურა
ამ თვალსაზრისით, ცილები არის ამინომჟავების ნარჩენების გრძელი, მასიური ჯაჭვი, რომელიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სპეციფიური ბმებით, რომელსაც პეპტიდური ბმები ეწოდება. მჟავების გვერდითი სტრუქტურებიდან გამოდიან ტოტები - რადიკალები. მოლეკულის ეს სტრუქტურა აღმოაჩინა ე. ფიშერმა 21-ე საუკუნის დასაწყისში.
მოგვიანებით უფრო დეტალურად იქნა შესწავლილი ცილები, ცილების სტრუქტურა და ფუნქციები. გაირკვა, რომ არსებობს მხოლოდ 20 ამინომჟავა, რომლებიც ქმნიან პეპტიდის სტრუქტურას, მაგრამ მათი გაერთიანება შესაძლებელია სხვადასხვა გზით. აქედან გამომდინარეობს პოლიპეპტიდური სტრუქტურების მრავალფეროვნება. გარდა ამისა, სიცოცხლისა და მათი ფუნქციების შესრულების პროცესში, ცილებს შეუძლიათ გაიარონ მთელი რიგი ქიმიური გარდაქმნები. შედეგად, ისინი ცვლის სტრუქტურას და სრულიად ახალსკავშირის ტიპი.
პეპტიდური კავშირის გასატეხად, ანუ ცილის, ჯაჭვების სტრუქტურის გასატეხად, თქვენ უნდა აირჩიოთ ძალიან მკაცრი პირობები (მაღალი ტემპერატურის, მჟავების ან ტუტეების მოქმედება, კატალიზატორი). ეს გამოწვეულია კოვალენტური ბმების მაღალი სიძლიერით მოლეკულაში, კერძოდ პეპტიდურ ჯგუფში.
ლაბორატორიაში ცილის სტრუქტურის გამოვლენა ტარდება ბიურეტის რეაქციის გამოყენებით - პოლიპეპტიდის ზემოქმედება ახლად დალექილ სპილენძის (II) ჰიდროქსიდზე. პეპტიდური ჯგუფისა და სპილენძის იონის კომპლექსი იძლევა ნათელ მეწამულ ფერს.
არსებობს ოთხი ძირითადი სტრუქტურული ორგანიზაცია, რომელთაგან თითოეულს აქვს ცილების საკუთარი სტრუქტურული მახასიათებლები.
ორგანიზაციის დონეები: პირველადი სტრუქტურა
როგორც ზემოთ აღინიშნა, პეპტიდი არის ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობა კოენზიმებით ან მის გარეშე. ასე რომ, პირველადი სახელია მოლეკულის ისეთი სტრუქტურა, რომელიც ბუნებრივია, ბუნებრივია, ნამდვილად არის ამინომჟავები, რომლებიც დაკავშირებულია პეპტიდურ ბმებთან და მეტი არაფერი. ანუ წრფივი სტრუქტურის პოლიპეპტიდი. ამავდროულად, ასეთი გეგმის ცილების სტრუქტურული მახასიათებლებია ის, რომ მჟავების ასეთი კომბინაცია გადამწყვეტია ცილის მოლეკულის ფუნქციების შესასრულებლად. ამ მახასიათებლების არსებობის გამო, შესაძლებელია არა მხოლოდ პეპტიდის იდენტიფიცირება, არამედ სრულიად ახალი, ჯერ არ აღმოჩენილი თვისებების და როლის პროგნოზირება. ბუნებრივი პირველადი სტრუქტურის მქონე პეპტიდების მაგალითებია ინსულინი, პეპსინი, ქიმოტრიფსინი და სხვა.
მეორადი კონფორმაცია
ამ კატეგორიის ცილების სტრუქტურა და თვისებები გარკვეულწილად იცვლება. ასეთი სტრუქტურა შეიძლება წარმოიქმნას თავდაპირველად ბუნებიდან ან პირველადი მყარი ჰიდროლიზის, ტემპერატურის ან სხვა პირობების ზემოქმედებისას.
ამ კონფორმაციას აქვს სამი სახეობა:
- გლუვი, რეგულარული, სტერეორეგულარული ხვეულები, რომლებიც აგებულია ამინომჟავების ნარჩენებისგან, რომლებიც ტრიალებს კავშირის მთავარი ღერძის გარშემო. ისინი ერთმანეთთან იმართება მხოლოდ წყალბადის ბმებით, რომლებიც წარმოიქმნება ერთი პეპტიდური ჯგუფის ჟანგბადსა და მეორის წყალბადს შორის. უფრო მეტიც, სტრუქტურა სწორად ითვლება იმის გამო, რომ მონაცვლეობები თანაბრად მეორდება ყოველ 4 ბმულზე. ასეთი სტრუქტურა შეიძლება იყოს როგორც მემარცხენე, ასევე მემარჯვენე. მაგრამ უმეტეს ცნობილ პროტეინებში დომინირებს დექსტროროტორული იზომერი. ასეთ კონფორმაციებს ალფა სტრუქტურებს უწოდებენ.
- შემდეგი ტიპის ცილების შემადგენლობა და სტრუქტურა განსხვავდება წინასგან იმით, რომ წყალბადის ბმები წარმოიქმნება არა მოლეკულის ერთ მხარეს გვერდიგვერდ მდგარ ნარჩენებს შორის, არამედ მნიშვნელოვნად დაშორებულებს შორის და საკმარისად. დიდი მანძილი. ამ მიზეზით, მთელი სტრუქტურა იღებს რამდენიმე ტალღოვანი, სერპენტინური პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ფორმას. არის ერთი თვისება, რომელიც პროტეინს უნდა გამოავლინოს. ტოტებზე ამინომჟავების სტრუქტურა უნდა იყოს რაც შეიძლება მოკლე, მაგალითად გლიცინი ან ალანინი. ამ ტიპის მეორად კონფორმაციას უწოდებენ ბეტა ფურცლებს, მათი უნარის გამო, რომ შეაერთონ საერთო სტრუქტურის შესაქმნელად.
- ბიოლოგია ეხება ცილის სტრუქტურის მესამე ტიპს, როგორცრთული, გაფანტული, მოუწესრიგებელი ფრაგმენტები, რომლებსაც არ აქვთ სტერეორეგულარობა და შეუძლიათ სტრუქტურის შეცვლა გარე პირობების გავლენით.
ბუნებრივად წარმოქმნილი ცილების მაგალითები არ არის გამოვლენილი.
უმაღლესი განათლება
ეს არის საკმაოდ რთული კონფორმაცია, რომელსაც ეწოდება "გლობული". რა არის ასეთი ცილა? მისი სტრუქტურა დაფუძნებულია მეორად სტრუქტურაზე, მაგრამ ემატება დაჯგუფების ატომებს შორის ურთიერთქმედების ახალი ტიპები და მთელი მოლეკულა თითქოს იკეცება, რითაც ფოკუსირებულია იმაზე, რომ ჰიდროფილური ჯგუფები მიმართულია გლობულის შიგნით, ხოლო ჰიდროფობიური ჯგუფები. მიმართულია გარეთ.
ეს ხსნის ცილის მოლეკულის მუხტს წყლის კოლოიდურ ხსნარებში. რა ტიპის ურთიერთქმედება არსებობს?
- წყალბადის ბმები - რჩება უცვლელი იმავე ნაწილებს შორის, როგორც მეორად სტრუქტურაში.
- ჰიდროფობიური (ჰიდროფილური) ურთიერთქმედება - ხდება მაშინ, როდესაც პოლიპეპტიდი იხსნება წყალში.
- იონური მიზიდულობა - წარმოიქმნება ამინომჟავების ნარჩენების (რადიკალების) საპირისპიროდ დამუხტულ ჯგუფებს შორის.
- კოვალენტური ურთიერთქმედება - შეუძლია წარმოიქმნას მჟავას სპეციფიკურ უბნებს შორის - ცისტეინის მოლეკულები, უფრო სწორად, მათი კუდები.
ამგვარად, მესამეული სტრუქტურის მქონე ცილების შემადგენლობა და სტრუქტურა შეიძლება აღწერილი იყოს, როგორც პოლიპეპტიდური ჯაჭვები დაკეცილი გლობულებად, რომლებიც ინარჩუნებენ და ასტაბილურებენ მათ კონფორმაციას სხვადასხვა სახის ქიმიური ურთიერთქმედების გამო. ასეთი პეპტიდების მაგალითები:ფოსფოგლიცერატი კენაზა, tRNA, ალფა-კერატინი, აბრეშუმის ფიბროინი და სხვა.
კვარტალური სტრუქტურა
ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე რთული გლობული, რომელსაც ცილები ქმნიან. ამ ტიპის ცილების სტრუქტურა და ფუნქციები ძალიან მრავალფეროვანი და სპეციფიკურია.
რა არის ეს კონფორმაცია? ეს არის რამდენიმე (ზოგიერთ შემთხვევაში ათეულობით) დიდი და პატარა პოლიპეპტიდური ჯაჭვები, რომლებიც წარმოიქმნება ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად. მაგრამ შემდეგ, იგივე ურთიერთქმედების გამო, რაც ჩვენ განვიხილეთ მესამეული სტრუქტურისთვის, ყველა ეს პეპტიდი ტრიალებს და ერთმანეთში ირევა. ამ გზით მიიღება რთული კონფორმაციული გლობულები, რომლებიც შეიძლება შეიცავდეს ლითონის ატომებს, ლიპიდურ ჯგუფებს და ნახშირწყლების ჯგუფებს. ასეთი ცილების მაგალითები: დნმ პოლიმერაზა, თამბაქოს ვირუსის ცილოვანი გარსი, ჰემოგლობინი და სხვა.
ყველა პეპტიდურ სტრუქტურას, რომელიც ჩვენ განვიხილეთ, აქვს საკუთარი იდენტიფიკაციის მეთოდები ლაბორატორიაში, რომელიც დაფუძნებულია ქრომატოგრაფიის, ცენტრიფუგაციის, ელექტრონული და ოპტიკური მიკროსკოპის და მაღალი კომპიუტერული ტექნოლოგიების გამოყენების თანამედროვე შესაძლებლობებზე.
შესრულებული ფუნქციები
ცილების სტრუქტურა და ფუნქცია მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან. ანუ თითოეული პეპტიდი ასრულებს გარკვეულ როლს, უნიკალურ და სპეციფიკურს. არიან ისეთებიც, რომლებსაც შეუძლიათ ერთდროულად რამდენიმე მნიშვნელოვანი ოპერაციის შესრულება ერთ ცოცხალ უჯრედში. თუმცა, შესაძლებელია განზოგადებული ფორმით გამოხატოს ცილის მოლეკულების ძირითადი ფუნქციები ცოცხალი არსებების ორგანიზმებში:
- მოძრაობის მხარდაჭერა. ერთუჯრედიანი ორგანიზმები, ორგანელები ან ზოგიერთიუჯრედების ტიპებს შეუძლიათ მოძრაობა, შეკუმშვა, გადაადგილება. ეს უზრუნველყოფილია პროტეინებით, რომლებიც მათი საავტომობილო აპარატის სტრუქტურის ნაწილია: წამწამები, ფლაგელები, ციტოპლაზმური მემბრანა. თუ ვსაუბრობთ უჯრედებზე, რომლებსაც არ შეუძლიათ მოძრაობა, მაშინ ცილებს შეუძლიათ წვლილი შეიტანონ მათ შეკუმშვაში (კუნთების მიოზინი).
- მკვებავი ან სარეზერვო ფუნქცია. ეს არის ცილის მოლეკულების დაგროვება კვერცხებში, ემბრიონებსა და მცენარეების თესლებში, რათა შემდგომ შეავსოს დაკარგული საკვები ნივთიერებები. დაშლისას პეპტიდები იძლევა ამინომჟავებს და ბიოლოგიურად აქტიურ ნივთიერებებს, რომლებიც აუცილებელია ცოცხალი ორგანიზმების ნორმალური განვითარებისთვის.
- ენერგეტიკული ფუნქცია. ნახშირწყლების გარდა, პროტეინებს შეუძლიათ ორგანიზმს სიძლიერე მისცეს. პეპტიდის 1 გ დაშლისას ადენოზინტრიფოსფატის (ATP) სახით გამოიყოფა 17,6 კჯ სასარგებლო ენერგია, რომელიც იხარჯება სასიცოცხლო პროცესებზე.
- სიგნალი და მარეგულირებელი ფუნქცია. იგი მოიცავს მიმდინარე პროცესებზე ფრთხილად კონტროლის განხორციელებას და სიგნალების გადაცემას უჯრედებიდან ქსოვილებზე, მათგან ორგანოებზე, ამ უკანასკნელიდან სისტემებზე და ა.შ. ტიპიური მაგალითია ინსულინი, რომელიც მკაცრად აფიქსირებს სისხლში გლუკოზის რაოდენობას.
- რეცეპტორის ფუნქცია. იგი ხორციელდება მემბრანის ერთ მხარეს პეპტიდის კონფორმაციის შეცვლით და რესტრუქტურიზაციაში მეორე ბოლოს ჩართვით. ამავდროულად, სიგნალი და საჭირო ინფორმაცია გადაიცემა. ყველაზე ხშირად, ასეთი ცილები ჩაშენებულია უჯრედების ციტოპლაზმურ მემბრანებში და ახორციელებენ მკაცრ კონტროლს მასში გამავალ ყველა ნივთიერებაზე. ასევე შეატყობინეთქიმიური და ფიზიკური ცვლილებები გარემოში.
- პეპტიდების სატრანსპორტო ფუნქცია. იგი ხორციელდება არხის პროტეინებით და გადამზიდავი ცილებით. მათი როლი აშკარაა - საჭირო მოლეკულების ტრანსპორტირება დაბალი კონცენტრაციის ადგილებში მაღალი მოლეკულების ნაწილებიდან. ტიპიური მაგალითია ჟანგბადის და ნახშირორჟანგის ტრანსპორტირება ორგანოებისა და ქსოვილების მეშვეობით ცილოვანი ჰემოგლობინის მიერ. ისინი ასევე ახორციელებენ დაბალი მოლეკულური წონის ნაერთების მიწოდებას უჯრედის მემბრანის შიგნით.
- სტრუქტურული ფუნქცია. ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მათგან, რომელსაც ცილა ასრულებს. ყველა უჯრედის სტრუქტურა, მათი ორგანელები უზრუნველყოფილია ზუსტად პეპტიდებით. ისინი, როგორც ჩარჩო, ადგენენ ფორმას და სტრუქტურას. გარდა ამისა, ისინი მხარს უჭერენ მას და საჭიროების შემთხვევაში ცვლიან მას. ამიტომ, ზრდისა და განვითარებისთვის ყველა ცოცხალ ორგანიზმს დიეტაში ცილები სჭირდება. ამ პეპტიდებში შედის ელასტინი, ტუბულინი, კოლაგენი, აქტინი, კერატინი და სხვები.
- კატალიტიკური ფუნქცია. ფერმენტები ამას აკეთებენ. მრავალრიცხოვანი და მრავალფეროვანი, ისინი აჩქარებენ ორგანიზმში ყველა ქიმიურ და ბიოქიმიურ რეაქციას. მათი მონაწილეობის გარეშე, კუჭში ჩვეულებრივი ვაშლის მონელება მხოლოდ ორ დღეში შეიძლებოდა, გაფუჭების დიდი ალბათობით. კატალაზას, პეროქსიდაზას და სხვა ფერმენტების მოქმედებით ამ პროცესს ორი საათი სჭირდება. ზოგადად, ცილების ამ როლის წყალობით ხდება ანაბოლიზმი და კატაბოლიზმი, ანუ პლასტიკური და ენერგეტიკული მეტაბოლიზმი.
დამცავი როლი
არსებობს რამდენიმე სახის საფრთხე, საიდანაც ცილები შექმნილია ორგანიზმის დასაცავად.
პირველი, ქიმიურიტრავმული რეაგენტების, გაზების, მოლეკულების, მოქმედების სხვადასხვა სპექტრის ნივთიერებების შეტევა. პეპტიდებს შეუძლიათ შევიდნენ მათთან ქიმიურ ურთიერთქმედებაში, გარდაქმნან ისინი უვნებელ ფორმად ან უბრალოდ გაანეიტრალონ.
მეორე, ჭრილობების ფიზიკური საფრთხე - თუ ცილა ფიბრინოგენი დროულად არ გარდაიქმნება ფიბრინად დაზიანების ადგილზე, მაშინ სისხლი არ შედედება, რაც ნიშნავს, რომ ბლოკირება არ მოხდება. ამის შემდეგ, პირიქით, დაგჭირდებათ პლაზმინის პეპტიდი, რომელსაც შეუძლია თრომბის დაშლა და ჭურჭლის გამტარობის აღდგენა.
მესამე, იმუნიტეტის საფრთხე. ცილების სტრუქტურა და მნიშვნელობა, რომლებიც ქმნიან იმუნურ დაცვას, ძალზე მნიშვნელოვანია. ანტისხეულები, იმუნოგლობულინები, ინტერფერონები ყველა მნიშვნელოვანი და მნიშვნელოვანი ელემენტია ადამიანის ლიმფური და იმუნური სისტემისთვის. ნებისმიერი უცხო ნაწილაკი, მავნე მოლეკულა, უჯრედის მკვდარი ნაწილი ან მთელი სტრუქტურა ექვემდებარება დაუყოვნებლივ გამოკვლევას პეპტიდური ნაერთის მიერ. ამიტომ ადამიანს შეუძლია დამოუკიდებლად, მედიკამენტების გარეშე, დაიცვას თავი ყოველდღიურად ინფექციებისა და მარტივი ვირუსებისგან.
ფიზიკური თვისებები
უჯრედის ცილის სტრუქტურა ძალიან სპეციფიკურია და დამოკიდებულია შესრულებულ ფუნქციაზე. მაგრამ ყველა პეპტიდის ფიზიკური თვისებები მსგავსია და ჩამოყალიბებულია შემდეგ მახასიათებლებზე.
- მოლეკულის წონაა 1,000,000 დალტონამდე.
- კოლოიდური სისტემები წარმოიქმნება წყალხსნარში. იქ სტრუქტურა იძენს მუხტს, რომელიც შეიძლება განსხვავდებოდეს გარემოს მჟავიანობის მიხედვით.
- მკაცრი პირობების (დასხივება, მჟავა ან ტუტე, ტემპერატურა და ა.შ.) ზემოქმედებისას მათ შეუძლიათ გადავიდნენ კონფორმაციების სხვა დონეებზე, ე.ი.დენატურა. ეს პროცესი შეუქცევადია შემთხვევების 90%-ში. თუმცა, ასევე არსებობს საპირისპირო ცვლა - რენატურაცია.
ეს არის პეპტიდების ფიზიკური მახასიათებლების ძირითადი თვისებები.
