პროტეინები, რომელთა ბიოლოგიური როლი დღეს განიხილება, არის მაკრომოლეკულური ნაერთები, რომლებიც აგებულია ამინომჟავებისგან. ყველა სხვა ორგანულ ნაერთს შორის, ისინი ერთ-ერთი ყველაზე რთულია მათი სტრუქტურით. ელემენტარული შემადგენლობის მიხედვით ცილები განსხვავდება ცხიმებისა და ნახშირწყლებისგან: ჟანგბადის, წყალბადისა და ნახშირბადის გარდა შეიცავს აზოტს. გარდა ამისა, გოგირდი არის უმნიშვნელოვანესი ცილების შეუცვლელი კომპონენტი და ზოგიერთი შეიცავს იოდს, რკინას და ფოსფორს.
პროტეინის ბიოლოგიური როლი ძალიან მაღალია. სწორედ ეს ნაერთები ქმნიან პროტოპლაზმის მასის დიდ ნაწილს, ისევე როგორც ცოცხალი უჯრედების ბირთვებს. ცილები გვხვდება ყველა ცხოველურ და მცენარეულ ორგანიზმში.
ერთი ან მეტი ფუნქცია
მათი სხვადასხვა ნაერთების ბიოლოგიური როლი და ფუნქციები განსხვავებულია. როგორც სპეციფიკური ქიმიური სტრუქტურის მქონე ნივთიერება, თითოეული ცილა ასრულებს უაღრესად სპეციალიზებულ ფუნქციას. მხოლოდ ზოგიერთ შემთხვევაში მას შეუძლია ერთდროულად შეასრულოს რამდენიმე ურთიერთდაკავშირებული. მაგალითად, ადრენალინი, რომელიც წარმოიქმნება მედულაშითირკმელზედა ჯირკვლები, სისხლში შესვლისას, ზრდის არტერიულ წნევას და ჟანგბადის მოხმარებას, სისხლში შაქარს. გარდა ამისა, ნივთიერებათა ცვლის მასტიმულირებელია, ცივსისხლიან ცხოველებში კი ნერვული სისტემის შუამავალიც. როგორც ხედავთ, ის ერთდროულად ბევრ ფუნქციას ასრულებს.
ფერმენტული (კატალიტიკური) ფუნქცია
სხვადასხვა ბიოქიმიური რეაქციები, რომლებიც წარმოიქმნება ცოცხალ ორგანიზმებში, ტარდება რბილ პირობებში, რომლებშიც ტემპერატურა 40°C-მდეა, ხოლო pH-ის მაჩვენებლები თითქმის ნეიტრალურია. ამ პირობებში, ბევრი მათგანის ნაკადის სიჩქარე უმნიშვნელოა. ამიტომ მათი რეალიზებისთვის საჭიროა ფერმენტები - სპეციალური ბიოლოგიური კატალიზატორები. თითქმის ყველა რეაქცია, გარდა წყლის ფოტოლიზისა, კატალიზდება ცოცხალ ორგანიზმებში ფერმენტებით. ეს ელემენტები არის ან პროტეინები ან ცილების კომპლექსები კოფაქტორთან (ორგანული მოლეკულა ან ლითონის იონი). ფერმენტები მოქმედებენ ძალიან შერჩევით, იწყებენ აუცილებელ პროცესს. ასე რომ, ზემოთ განხილული კატალიზური ფუნქცია ერთ-ერთია, რომელსაც ცილები ასრულებენ. თუმცა, ამ ნაერთების ბიოლოგიური როლი არ შემოიფარგლება მისი განხორციელებით. კიდევ ბევრი ფუნქციაა, რომლებსაც ქვემოთ განვიხილავთ.
სატრანსპორტო ფუნქცია
უჯრედის არსებობისთვის აუცილებელია მასში შევიდეს მრავალი ნივთიერება, რომელიც უზრუნველყოფს მას ენერგიით და სამშენებლო მასალით. ყველა ბიოლოგიური მემბრანა აგებულია საერთოპრინციპი. ეს არის ლიპიდების ორმაგი ფენა, მასში ცილებია ჩაძირული. ამავდროულად, მაკრომოლეკულების ჰიდროფილური რეგიონები კონცენტრირებულია მემბრანების ზედაპირზე, ხოლო ჰიდროფობიური "კუდები" კონცენტრირებულია მათ სისქეში. ეს სტრუქტურა რჩება გაუვალი მნიშვნელოვანი კომპონენტების მიმართ: ამინომჟავები, შაქარი, ტუტე ლითონის იონები. ამ ელემენტების უჯრედში შეღწევა ხდება სატრანსპორტო ცილების დახმარებით, რომლებიც უჯრედის მემბრანაშია ჩასმული. მაგალითად, ბაქტერიებს აქვთ სპეციალური ცილა, რომელიც გადააქვს ლაქტოზას (რძის შაქარს) გარე მემბრანაზე.
მრავალუჯრედულ ორგანიზმებს აქვთ სხვადასხვა ნივთიერებების ერთი ორგანოდან მეორეში გადატანის სისტემა. ჩვენ ვსაუბრობთ პირველ რიგში ჰემოგლობინზე (სურათი ზემოთ). გარდა ამისა, შრატის ალბუმინი (სატრანსპორტო ცილა) მუდმივად იმყოფება სისხლის პლაზმაში. მას აქვს უნარი შექმნას ძლიერი კომპლექსები ცხიმოვანი მჟავებით, რომლებიც წარმოიქმნება ცხიმების მონელების დროს, ასევე რიგ ჰიდროფობიურ ამინომჟავებთან (მაგალითად, ტრიპტოფანთან) და ბევრ წამალთან (ზოგიერთი პენიცილინები, სულფონამიდები, ასპირინი). კიდევ ერთი მაგალითია ტრანსფერინი, რომელიც ახორციელებს ორგანიზმში რკინის იონების ტრანსპორტირებას. ასევე შეგვიძლია აღვნიშნოთ ცერუპლაზმინი, რომელიც ატარებს სპილენძის იონებს. ასე რომ, ჩვენ განვიხილეთ სატრანსპორტო ფუნქცია, რომელსაც ცილები ასრულებენ. მათი ბიოლოგიური როლი ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია ამ თვალსაზრისით.
რეცეპტორის ფუნქცია
რეცეპტორულ ცილებს დიდი მნიშვნელობა აქვს, განსაკუთრებით მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმების სიცოცხლის შესანარჩუნებლად. ისინი ჩაშენებულიაპლაზმური უჯრედის მემბრანაში და ემსახურება უჯრედში შემავალი სიგნალების აღქმას და შემდგომ გარდაქმნას. ამ შემთხვევაში, სიგნალები შეიძლება იყოს როგორც სხვა უჯრედებიდან, ასევე გარემოდან. აცეტილქოლინის რეცეპტორები ამჟამად ყველაზე შესწავლილია. ისინი განლაგებულია უჯრედის მემბრანაზე რიგ ინტერნეირონულ კონტაქტებში, მათ შორის ნეირომუსკულარულ შეერთებებზე, თავის ტვინის ქერქში. ეს ცილები ურთიერთქმედებენ აცეტილქოლინთან და გადასცემენ სიგნალს უჯრედში.
ნეიროტრანსმიტერი სიგნალის მისაღებად და მისი გარდაქმნისთვის უნდა მოიხსნას, რათა უჯრედს ჰქონდეს შესაძლებლობა მოემზადოს შემდგომი სიგნალების აღქმისთვის. ამისთვის გამოიყენება აცეტილქოლინესტერაზა - სპეციალური ფერმენტი, რომელიც კატალიზებს აცეტილქოლინის ჰიდროლიზს ქოლინისა და აცეტატისკენ. ხომ არ არის, რომ რეცეპტორული ფუნქციაც, რომელსაც ცილები ასრულებენ, ასევე ძალიან მნიშვნელოვანია? სხეულის შემდეგი, დამცავი ფუნქციის ბიოლოგიური როლი უზარმაზარია. ამას უბრალოდ არ შეიძლება არ დაეთანხმო.
დაცვის ფუნქცია
სხეულში, იმუნური სისტემა რეაგირებს მასში უცხო ნაწილაკების გამოჩენაზე დიდი რაოდენობით ლიმფოციტების წარმოქმნით. მათ შეუძლიათ შერჩევით დააზიანონ ელემენტები. ასეთი უცხო ნაწილაკები შეიძლება იყოს კიბოს უჯრედები, პათოგენური ბაქტერიები, სუპრამოლეკულური ნაწილაკები (მაკრომოლეკულები, ვირუსები და ა.შ.). B-ლიმფოციტები არის ლიმფოციტების ჯგუფი, რომლებიც გამოიმუშავებენ სპეციალურ ცილებს. ეს ცილები გამოიყოფა სისხლის მიმოქცევის სისტემაში. ისინი აღიარებენ უცხო ნაწილაკებს, ხოლო განადგურების ეტაპზე ქმნიან უაღრესად სპეციფიკურ კომპლექსს. ამ ცილებს იმუნოგლობულინებს უწოდებენ. უცხო ნივთიერებებს ანტიგენები ეწოდება.რაც იწვევს იმუნური სისტემის პასუხს.
სტრუქტურული ფუნქცია
ცილების გარდა, რომლებიც ასრულებენ მაღალ სპეციალიზებულ ფუნქციებს, არის ისეთებიც, რომელთა მნიშვნელობა ძირითადად სტრუქტურულია. მათი წყალობით უზრუნველყოფილია მექანიკური სიძლიერე, ისევე როგორც ცოცხალი ორგანიზმების ქსოვილების სხვა თვისებები. ეს პროტეინები მოიცავს, პირველ რიგში, კოლაგენს. კოლაგენი (სურათი ქვემოთ) ძუძუმწოვრებში შეადგენს ცილების მასის დაახლოებით მეოთხედს. ის სინთეზირდება ძირითად უჯრედებში, რომლებიც ქმნიან შემაერთებელ ქსოვილს (ე.წ. ფიბრობლასტები).
თავდაპირველად კოლაგენი წარმოიქმნება პროკოლაგენის სახით - მისი წინამორბედი, რომელიც გადის ქიმიურ დამუშავებას ფიბრობლასტებში. შემდეგ იგი წარმოიქმნება სამი პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სახით, რომლებიც გადაუგრიხეს სპირალურად. ისინი უკვე ფიბრობლასტების გარეთ გაერთიანდებიან კოლაგენის ბოჭკოებად რამდენიმე ასეული ნანომეტრის დიამეტრის. ეს უკანასკნელი ქმნის კოლაგენურ ძაფებს, რომელთა დანახვა უკვე შესაძლებელია მიკროსკოპის ქვეშ. ელასტიურ ქსოვილებში (ფილტვების კედლები, სისხლძარღვები, კანი) უჯრედგარე მატრიცა, გარდა კოლაგენისა, შეიცავს ცილოვან ელასტინს. მას შეუძლია საკმაოდ ფართო დიაპაზონში გადაჭიმულიყო და შემდეგ დაუბრუნდეს პირვანდელ მდგომარეობას. სტრუქტურული ცილის კიდევ ერთი მაგალითი, რომელიც შეიძლება აქ მოვიყვანოთ, არის აბრეშუმის ფიბროინი. იგი იზოლირებულია აბრეშუმის ჭიის ქიაყელის ლეკვის წარმოქმნის დროს. ის აბრეშუმის ძაფების მთავარი კომპონენტია. მოდით გადავიდეთ საავტომობილო ცილების აღწერაზე.
საავტომობილო ცილები
და საავტომობილო პროცესების განხორციელებაში დიდია ცილების ბიოლოგიური როლი.მოკლედ ვისაუბროთ ამ ფუნქციაზე. კუნთების შეკუმშვა არის პროცესი, რომლის დროსაც ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება მექანიკურ სამუშაოდ. მისი უშუალო მონაწილეები არიან ორი ცილა - მიოზინი და აქტინი. მიოსინს აქვს ძალიან უჩვეულო სტრუქტურა. იგი წარმოიქმნება ორი გლობულური თავისა და კუდისგან (გრძელი ძაფისებრი ნაწილი). დაახლოებით 1600 ნმ არის ერთი მოლეკულის სიგრძე. თავები შეადგენს დაახლოებით 200 ნმ.
აქტინი (სურათი ზემოთ) არის გლობულური ცილა მოლეკულური მასით 42000. მას შეუძლია პოლიმერიზაცია შექმნას გრძელი სტრუქტურის შესაქმნელად და ამ ფორმით ურთიერთქმედება მიოზინის თავთან. ამ პროცესის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი დამოკიდებულება ატფ-ის არსებობაზე. თუ მისი კონცენტრაცია საკმარისად მაღალია, მიოზინისა და აქტინის მიერ წარმოქმნილი კომპლექსი ნადგურდება, შემდეგ კი იგი კვლავ აღდგება მას შემდეგ, რაც ხდება ატფ-ის ჰიდროლიზი მიოზინის ატფ-აზას მოქმედების შედეგად. ეს პროცესი შეიძლება შეინიშნოს, მაგალითად, ხსნარში, რომელშიც ორივე ცილაა წარმოდგენილი. ის ბლანტი ხდება მაღალი მოლეკულური წონის კომპლექსის წარმოქმნის შედეგად ატფ-ის არარსებობისას. მისი დამატებისას სიბლანტე მკვეთრად იკლებს შექმნილი კომპლექსის განადგურების გამო, რის შემდეგაც იგი თანდათან იწყებს აღდგენას ATP ჰიდროლიზის შედეგად. კუნთების შეკუმშვის პროცესში ეს ურთიერთქმედება ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს.
ანტიბიოტიკები
ვაგრძელებთ თემის "ცილის ბიოლოგიური როლი ორგანიზმში" გამოვლენას. ძალიან დიდი და ძალიან მნიშვნელოვანი ჯგუფიბუნებრივი ნაერთები ქმნიან ნივთიერებებს, რომლებსაც ანტიბიოტიკები ეწოდება. ისინი მიკრობული წარმოშობისაა. ეს ნივთიერებები გამოიყოფა სპეციალური ტიპის მიკროორგანიზმების მიერ. ამინომჟავების და ცილების ბიოლოგიური როლი უდავოა, მაგრამ ანტიბიოტიკები ასრულებენ განსაკუთრებულ, ძალიან მნიშვნელოვან ფუნქციას. ისინი აფერხებენ მიკროორგანიზმების ზრდას, რომლებიც მათ კონკურენციას უწევენ. 1940-იან წლებში ანტიბიოტიკების აღმოჩენამ და გამოყენებამ რევოლუცია მოახდინა ბაქტერიებით გამოწვეული ინფექციური დაავადებების მკურნალობაში. უნდა აღინიშნოს, რომ უმეტეს შემთხვევაში ანტიბიოტიკები არ მოქმედებს ვირუსებზე, ამიტომ მათი ანტივირუსული საშუალებების გამოყენება არაეფექტურია.
ანტიბიოტიკების მაგალითები
პენიცილინების ჯგუფი პირველი იყო, რომელიც პრაქტიკაში გამოიყენეს. ამ ჯგუფის მაგალითებია ამპიცილინი და ბენზილპენიცილინი. ანტიბიოტიკები მრავალფეროვანია მათი მოქმედების მექანიზმით და ქიმიური ბუნებით. ზოგიერთი მათგანი, რომელიც დღეს ფართოდ გამოიყენება, ურთიერთქმედებს ადამიანის რიბოსომებთან, ხოლო ცილების სინთეზი ინჰიბირებულია ბაქტერიულ რიბოზომებში. ამავე დროს, ისინი თითქმის არ ურთიერთობენ ევკარიოტულ რიბოზომებთან. აქედან გამომდინარე, ისინი დესტრუქციულია ბაქტერიული უჯრედებისთვის და ოდნავ ტოქსიკური ცხოველებისა და ადამიანებისთვის. ეს ანტიბიოტიკები მოიცავს სტრეპტომიცინს და ლევომიცეტინს (ქლორამფენიკოლი).
ცილების ბიოსინთეზის ბიოლოგიური როლი ძალზე მნიშვნელოვანია და თავად ამ პროცესს რამდენიმე ეტაპი აქვს. ამაზე მხოლოდ ზოგადი ტერმინებით ვისაუბრებთ.
პროცესი და ბიოლოგიური როლი ცილის ბიოსინთეზის
ეს პროცესი მრავალსაფეხურიანი და ძალიან რთულია. ეს ხდება რიბოზომებში -სპეციალური ორგანელები. უჯრედი შეიცავს ბევრ რიბოსომას. E. coli, მაგალითად, დაახლოებით 20 ათასი მათგანია.
"აღწერეთ ცილის ბიოსინთეზის პროცესი და მისი ბიოლოგიური როლი" - ასეთი დავალება ბევრმა ჩვენგანმა მიიღო სკოლაში. და ბევრისთვის ეს რთული იყო. კარგი, მოდით, ერთად ვცადოთ ამის გარკვევა.
პროტეინის მოლეკულები პოლიპეპტიდური ჯაჭვებია. ისინი შედგება, როგორც უკვე იცით, ინდივიდუალური ამინომჟავებისგან. თუმცა, ეს უკანასკნელი საკმარისად აქტიური არ არის. იმისათვის, რომ გაერთიანდნენ და შექმნან ცილის მოლეკულა, ისინი საჭიროებენ გააქტიურებას. იგი წარმოიქმნება სპეციალური ფერმენტების მოქმედების შედეგად. თითოეულ ამინომჟავას აქვს თავისი ფერმენტი, რომელიც სპეციალურად მასზეა მორგებული. ამ პროცესის ენერგიის წყაროა ATP (ადენოზინტრიფოსფატი). გააქტიურების შედეგად ამინომჟავა უფრო ლაბილური ხდება და ამ ფერმენტის მოქმედებით უერთდება t-რნმ-ს, რომელიც გადააქვს მას რიბოსომაში (ამის გამო ამ რნმ-ს ტრანსპორტს უწოდებენ). ამრიგად, გააქტიურებული ამინომჟავები, რომლებიც დაკავშირებულია tRNA-სთან, შედის რიბოსომაში. რიბოსომა ერთგვარი კონვეიერია შემომავალი ამინომჟავებიდან ცილოვანი ჯაჭვების ასაწყობად.
პროტეინის სინთეზის როლი ძნელია გადაჭარბებული შეფასება, ვინაიდან სინთეზირებული ნაერთები ასრულებენ ძალიან მნიშვნელოვან ფუნქციებს. თითქმის ყველა ფიჭური სტრუქტურა მათგან შედგება.
მაშ ასე, ჩვენ ზოგადად აღვწერეთ ცილის ბიოსინთეზის პროცესი და მისი ბიოლოგიური როლი. ამით დასრულდა ჩვენი შესავალი ცილების შესახებ. ვიმედოვნებთ, რომ გაგიჩნდებათ ამის გაგრძელების სურვილი.
