ჩვენი სტატია დაეთმობა იმ ნივთიერებების თვისებების შესწავლას, რომლებიც საფუძვლად უდევს დედამიწაზე სიცოცხლის ფენომენს. ცილის მოლეკულები წარმოდგენილია არაუჯრედული ფორმებით - ვირუსებით, არის პროკარიოტული და ბირთვული უჯრედების ციტოპლაზმისა და ორგანელების ნაწილი. ნუკლეინის მჟავებთან ერთად ისინი ქმნიან მემკვიდრეობითობის ნივთიერებას - ქრომატინს და ქმნიან ბირთვის ძირითად კომპონენტებს - ქრომოსომებს. სიგნალიზაცია, აღმშენებლობა, კატალიზური, დამცავი, ენერგია - ეს არის ბიოლოგიური ფუნქციების ჩამონათვალი, რომლებსაც ცილები ასრულებენ. ცილების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებებია მათი დაშლის, დალექვის და მარილის უნარი. გარდა ამისა, მათ შეუძლიათ დენატურაცია და, მათი ქიმიური ბუნებით, ამფოტერულ ნაერთებს წარმოადგენენ. მოდით გამოვიკვლიოთ ცილების ეს თვისებები შემდგომში.
პროტეინის მონომერების სახეები
20 სახის α-ამინომჟავები ცილის სტრუქტურული ერთეულებია. ნახშირწყალბადის რადიკალის გარდა, ისინი შეიცავს NH2- ამინო ჯგუფს და COOH-კარბოქსილის ჯგუფი. ფუნქციური ჯგუფები განსაზღვრავენ ცილის მონომერების მჟავე და ძირითად თვისებებს. ამიტომ ორგანულ ქიმიაში ამ კლასის ნაერთებს ამფოტერულ ნივთიერებებს უწოდებენ. მოლეკულაში კარბოქსილის ჯგუფის წყალბადის იონები შეიძლება გაიყოს და დაუკავშირდეს ამინო ჯგუფებს. შედეგი არის შიდა მარილი. თუ მოლეკულაში რამდენიმე კარბოქსილის ჯგუფია, მაშინ ნაერთი იქნება მჟავე, როგორიცაა გლუტამინის ან ასპარტინის მჟავა. თუ ამინო ჯგუფები ჭარბობს, ამინომჟავები არის ძირითადი (ჰისტიდინი, ლიზინი, არგინინი). ფუნქციური ჯგუფების თანაბარი რაოდენობით პეპტიდის ხსნარს აქვს ნეიტრალური რეაქცია. დადგენილია, რომ სამივე ტიპის ამინომჟავების არსებობა გავლენას ახდენს იმაზე, თუ რა თვისებები ექნება ცილებს. ცილების ფიზიკურ-ქიმიური თვისებები: ხსნადობა, pH, მაკრომოლეკულის მუხტი, განისაზღვრება მჟავე და ძირითადი ამინომჟავების თანაფარდობით.
რა ფაქტორები მოქმედებს პეპტიდების ხსნადობაზე
მოდით გავარკვიოთ ყველა ის აუცილებელი კრიტერიუმი, რომელზედაც დამოკიდებულია ცილის მაკრომოლეკულების დატენიანების ან ხსნარების პროცესები. ესენია: სივრცითი კონფიგურაცია და მოლეკულური წონა, რომელიც განისაზღვრება ამინომჟავების ნარჩენების რაოდენობით. იგი ასევე ითვალისწინებს პოლარული და არაპოლარული ნაწილების თანაფარდობას - რადიკალებს, რომლებიც მდებარეობს ცილის ზედაპირზე მესამეულ სტრუქტურაში და პოლიპეპტიდური მაკრომოლეკულის მთლიანი მუხტი. ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი თვისება პირდაპირ გავლენას ახდენს ცილის ხსნადობაზე. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ მათ.
გლობულები და მათი დატენიანების უნარი
თუ პეპტიდის გარე სტრუქტურას აქვს სფერული ფორმა, მაშინ ჩვეულებრივად უნდა ვისაუბროთ მის გლობულურ სტრუქტურაზე. იგი სტაბილიზირებულია წყალბადისა და ჰიდროფობიური ბმებით, აგრეთვე მაკრომოლეკულის საპირისპიროდ დამუხტული ნაწილების ელექტროსტატიკური მიზიდულობის ძალებით. მაგალითად, ჰემოგლობინი, რომელიც ატარებს ჟანგბადის მოლეკულებს სისხლში, მეოთხეული ფორმით შედგება მიოგლობინის ოთხი ფრაგმენტისგან, რომლებიც გაერთიანებულია ჰემით. სისხლის ცილები, როგორიცაა ალბუმინები, α- და ϒ-გლობულინები ადვილად ურთიერთქმედებენ სისხლის პლაზმის ნივთიერებებთან. ინსულინი არის კიდევ ერთი გლობულური პეპტიდი, რომელიც არეგულირებს სისხლში გლუკოზის დონეს ძუძუმწოვრებში და ადამიანებში. ასეთი პეპტიდური კომპლექსების ჰიდროფობიური ნაწილები განლაგებულია კომპაქტური სტრუქტურის შუაში, ხოლო ჰიდროფილური ნაწილები მის ზედაპირზე. ეს უზრუნველყოფს მათ ბუნებრივი თვისებების შენარჩუნებას სხეულის თხევად გარემოში და აერთიანებს მათ წყალში ხსნადი ცილების ჯგუფში. გამონაკლისი არის გლობულური ცილები, რომლებიც ქმნიან ადამიანის და ცხოველის უჯრედების მემბრანების მოზაიკურ სტრუქტურას. ისინი დაკავშირებულია გლიკოლიპიდებთან და უხსნადია უჯრედშორის სითხეში, რაც უზრუნველყოფს მათ ბარიერულ როლს უჯრედში.
ფიბრილარული პეპტიდები
კოლაგენი და ელასტინი, რომლებიც დერმის ნაწილია და განსაზღვრავენ მის სიმტკიცესა და ელასტიურობას, აქვთ ძაფისებრი სტრუქტურა. მათ შეუძლიათ გაჭიმვა, სივრცითი კონფიგურაციის შეცვლა. ფიბროინი არის ბუნებრივი აბრეშუმის ცილა, რომელიც წარმოიქმნება აბრეშუმის ჭიის ლარვების მიერ. იგი შეიცავს მოკლე სტრუქტურულ ბოჭკოებს, რომლებიც შედგება მცირე მასისა და მოლეკულური სიგრძის ამინომჟავებისგან. ეს არის, პირველ რიგში, სერინი, ალანინი და გლიცინი. მისიპოლიპეპტიდური ჯაჭვები სივრცეში ორიენტირებულია ვერტიკალური და ჰორიზონტალური მიმართულებით. ნივთიერება მიეკუთვნება სტრუქტურულ პოლიპეპტიდებს და აქვს ფენიანი ფორმა. გლობულური პოლიპეპტიდებისგან განსხვავებით, ფიბრილებისაგან შემდგარი ცილის ხსნადობა ძალიან დაბალია, რადგან მისი ამინომჟავების ჰიდროფობიური რადიკალები დევს მაკრომოლეკულის ზედაპირზე და აცილებენ გამხსნელის პოლარულ ნაწილაკებს.
კერატინები და მათი სტრუქტურის მახასიათებლები
ფიბრილარული ფორმის სტრუქტურული ცილების ჯგუფის გათვალისწინებით, როგორიცაა ფიბროინი და კოლაგენი, აუცილებელია შეჩერება ბუნებაში ფართოდ გავრცელებულ პეპტიდების კიდევ ერთ ჯგუფზე - კერატინებზე. ისინი ემსახურებიან ადამიანის და ცხოველის სხეულის ისეთ ნაწილებს, როგორიცაა თმა, ფრჩხილები, ბუმბული, მატყლი, ჩლიქები და კლანჭები. რა არის კერატინი მისი ბიოქიმიური სტრუქტურის მიხედვით? დადგენილია, რომ არსებობს ორი სახის პეპტიდი. პირველს აქვს სპირალური მეორადი სტრუქტურის ფორმა (α-კერატინი) და წარმოადგენს თმის საფუძველს. მეორე წარმოდგენილია უფრო ხისტი ფენიანი ფიბრილებით - ეს არის β-კერატინი. ის გვხვდება ცხოველთა სხეულის მყარ ნაწილებში: ჩლიქები, ფრინველის წვერები, ქვეწარმავლების ქერცლები, მტაცებელი ძუძუმწოვრებისა და ფრინველების კლანჭები. რა არის კერატინი, გამომდინარე იქიდან, რომ მისი ამინომჟავები, როგორიცაა ვალინი, ფენილალანინი, იზოლეიცინი, შეიცავს დიდი რაოდენობით ჰიდროფობიურ რადიკალებს? ეს არის წყალში და სხვა პოლარულ გამხსნელებში უხსნადი ცილა, რომელიც ასრულებს დამცავ და სტრუქტურულ ფუნქციებს.
საშუალების pH-ის გავლენა ცილოვანი პოლიმერის დამუხტვაზე
ადრე აღვნიშნეთ, რომ ცილის ფუნქციური ჯგუფებიმონომერები - ამინომჟავები, განსაზღვრავს მათ თვისებებს. ახლა დავამატებთ, რომ პოლიმერის დამუხტვაც მათზეა დამოკიდებული. იონური რადიკალები - გლუტამინისა და ასპარტინის მჟავების კარბოქსილის ჯგუფები და არგინინისა და ჰისტიდინის ამინო ჯგუფები - გავლენას ახდენენ პოლიმერის მთლიან მუხტზე. ისინი ასევე განსხვავებულად იქცევიან მჟავე, ნეიტრალურ ან ტუტე ხსნარებში. ამ ფაქტორებზეა დამოკიდებული ცილის ხსნადობაც. ამრიგად, pH <7-ზე, ხსნარი შეიცავს წყალბადის პროტონების ჭარბ კონცენტრაციას, რომლებიც აფერხებენ კარბოქსილის დაშლას, ამიტომ ცილის მოლეკულაზე მთლიანი დადებითი მუხტი იზრდება.
ცილაში კათიონების დაგროვება ასევე იზრდება ნეიტრალური ხსნარის გარემოში და არგინინის, ჰისტიდინისა და ლიზინის მონომერების ჭარბი რაოდენობით. ტუტე გარემოში პოლიპეპტიდის მოლეკულის უარყოფითი მუხტი იზრდება, ვინაიდან წყალბადის იონების ჭარბი რაოდენობა იხარჯება წყლის მოლეკულების წარმოქმნაზე ჰიდროქსილის ჯგუფების შებოჭვით.
ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ ცილების ხსნადობას
წარმოვიდგინოთ სიტუაცია, რომელშიც დადებითი და უარყოფითი მუხტების რაოდენობა ცილის სპირალზე ერთნაირია. ამ შემთხვევაში გარემოს pH-ს იზოელექტრული წერტილი ეწოდება. თავად პეპტიდის მაკრომოლეკულის მთლიანი მუხტი ნულოვანი ხდება და მისი ხსნადობა წყალში ან სხვა პოლარულ გამხსნელში მინიმალური იქნება. ელექტროლიტური დისოციაციის თეორიის დებულებებში ნათქვამია, რომ ნივთიერების ხსნადობა დიპოლებისგან შემდგარ პოლარულ გამხსნელში იქნება რაც უფრო მაღალია, მით უფრო პოლარიზებულია გახსნილი ნაერთის ნაწილაკები. ისინი ასევე განმარტავენ ფაქტორებს, რომლებიც განსაზღვრავენ ხსნადობასცილები: მათი იზოელექტრული წერტილი და პეპტიდის ჰიდრატაციის ან ხსნარის დამოკიდებულება მისი მაკრომოლეკულის მთლიან მუხტზე. ამ კლასის პოლიმერების უმეტესობა შეიცავს -COO- ჯგუფს და აქვს ოდნავ მჟავე თვისებები. გამონაკლისი იქნება ადრე ნახსენები მემბრანის ცილები და პეპტიდები, რომლებიც მემკვიდრეობითი ბირთვული ნივთიერების - ქრომატინის ნაწილია. ამ უკანასკნელებს ჰისტონებს უწოდებენ და აქვთ გამოხატული ძირითადი თვისებები პოლიმერულ ჯაჭვში დიდი რაოდენობით ამინოჯგუფების არსებობის გამო.
ცილების ქცევა ელექტრულ ველში
პრაქტიკული მიზნებისთვის ხშირად ხდება საჭირო, მაგალითად, სისხლის ცილების გამოყოფა ფრაქციებად ან ცალკეულ მაკრომოლეკულებად. ამისათვის თქვენ შეგიძლიათ გამოიყენოთ დამუხტული პოლიმერის მოლეკულების უნარი გარკვეული სიჩქარით გადაადგილდნენ ელექტროდებში ელექტრო ველში. სხვადასხვა მასისა და მუხტის პეპტიდების შემცველი ხსნარი მოთავსებულია მატარებელზე: ქაღალდზე ან სპეციალურ გელზე. ელექტრული იმპულსების გავლისას, მაგალითად, სისხლის პლაზმის ნაწილის მეშვეობით, მიიღება ცალკეული ცილების 18-მდე ფრაქცია. მათ შორის: ყველა სახის გლობულინი, ასევე ცილოვანი ალბუმინი, რომელიც არა მხოლოდ ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია (ის შეადგენს სისხლის პლაზმის პეპტიდების მასის 60%-მდე), არამედ ცენტრალურ როლს ასრულებს ოსმოსის პროცესებში. და სისხლის მიმოქცევა.
როგორ მოქმედებს მარილის კონცენტრაცია ცილების ხსნადობაზე
პეპტიდების უნარი შექმნან არა მხოლოდ გელები, ქაფი და ემულსიები, არამედ ხსნარებიც მნიშვნელოვანი თვისებაა, რომელიც ასახავს მათ ფიზიკურ-ქიმიურ მახასიათებლებს. მაგალითად, ადრე შესწავლილიალბუმინები, რომლებიც გვხვდება მარცვლეულის თესლის, რძეში და სისხლის შრატში ენდოსპერმაში, სწრაფად ქმნიან წყალხსნარებს ნეიტრალური მარილების კონცენტრაციით, როგორიცაა ნატრიუმის ქლორიდი, 3-დან 10 პროცენტამდე დიაპაზონში. იგივე ალბუმინების მაგალითის გამოყენებით, შეიძლება გაირკვეს ცილის ხსნადობის დამოკიდებულება მარილის კონცენტრაციაზე. ისინი კარგად იხსნება ამონიუმის სულფატის უჯერი ხსნარში, ხოლო ზეგაჯერებულ ხსნარში ისინი შექცევად გროვდება და მარილის კონცენტრაციის შემდგომი შემცირებით წყლის ნაწილის დამატებით, აღადგენს მათ დამატენიანებელ გარსს.
დამარილება
პეპტიდების ზემოაღწერილ ქიმიურ რეაქციებს ძლიერი მჟავებისა და ტუტეების მიერ წარმოქმნილი მარილების ხსნარებთან ეწოდება დამარილება. იგი ეფუძნება ცილის დამუხტული ფუნქციური ჯგუფების მარილის იონებთან ურთიერთქმედების მექანიზმს - ლითონის კათიონებსა და მჟავას ნარჩენების ანიონებს. ის მთავრდება პეპტიდის მოლეკულაზე მუხტის დაკარგვით, მისი წყლის გარსის შემცირებით და ცილის ნაწილაკების ადჰეზიით. შედეგად, ისინი გროვდება, რაზეც მოგვიანებით ვისაუბრებთ.
ნალექი და დენატურაცია
აცეტონი და ეთილის სპირტი ანადგურებს ცილის მიმდებარე წყლის გარსს მესამეულ სტრუქტურაში. თუმცა ამას არ ახლავს მასზე მთლიანი მუხტის განეიტრალება. ამ პროცესს ნალექი ჰქვია, ცილის ხსნადობა მკვეთრად მცირდება, მაგრამ არ სრულდება დენატურაციით.
პეპტიდის მოლეკულები მშობლიურ მდგომარეობაში ძალიან მგრძნობიარეა მრავალი გარემოს პარამეტრის მიმართ, მაგალითად,ქიმიური ნაერთების ტემპერატურა და კონცენტრაცია: მარილები, მჟავები ან ტუტეები. ორივე ამ ფაქტორის მოქმედების გაძლიერება იზოელექტრულ წერტილში იწვევს პოლიპეპტიდში სტაბილიზირებული ინტრამოლეკულური (დისულფიდური ხიდები, პეპტიდური ბმები), კოვალენტური და წყალბადის ბმების სრულ განადგურებას. განსაკუთრებით სწრაფად ასეთ პირობებში, გლობულური პეპტიდები დენატურდება, ხოლო მთლიანად კარგავს ფიზიკურ-ქიმიურ და ბიოლოგიურ თვისებებს.
