სხვადასხვა ქიმიური ბუნების სხვადასხვა ნაერთების დიდმა რაოდენობამ მოახერხა ადამიანების სინთეზირება ლაბორატორიაში. თუმცა, ერთი და იგივე, ბუნებრივი ნივთიერებები იყო, არის და დარჩება ყველაზე მნიშვნელოვანი და მნიშვნელოვანი ყველა ცოცხალი სისტემის სიცოცხლისთვის. ეს არის ის მოლეკულები, რომლებიც მონაწილეობენ ორგანიზმების ათასობით ბიოქიმიურ რეაქციაში და პასუხისმგებელნი არიან მათ ნორმალურ ფუნქციონირებაზე.
მათი აბსოლუტური უმრავლესობა ეკუთვნის ჯგუფს, რომელსაც ეწოდება "ბიოლოგიური პოლიმერები".
ბიოპოლიმერების ზოგადი კონცეფცია
პირველ რიგში, უნდა ითქვას, რომ ყველა ეს ნაერთი მაღალმოლეკულურია და მასა მილიონობით დალტონს აღწევს. ეს ნივთიერებები არის ცხოველური და მცენარეული პოლიმერები, რომლებიც გადამწყვეტ როლს ასრულებენ უჯრედებისა და მათი სტრუქტურების მშენებლობაში, უზრუნველყოფენ ნივთიერებათა ცვლას, ფოტოსინთეზს, სუნთქვას, კვებას და ნებისმიერი ცოცხალი ორგანიზმის ყველა სხვა სასიცოცხლო ფუნქციას.
ძნელია გადაჭარბებული შეფასება ასეთი ნაერთების მნიშვნელობის შესახებ. ბიოპოლიმერები არის ბუნებრივი წარმოშობის ბუნებრივი ნივთიერებები, რომლებიც წარმოიქმნება ცოცხალ ორგანიზმებში და წარმოადგენს ჩვენს პლანეტაზე მთელი სიცოცხლის საფუძველს. რა კონკრეტული კავშირებია მათთანეკუთვნის?
უჯრედული ბიოპოლიმერები
ბევრია. ამრიგად, ძირითადი ბიოპოლიმერები შემდეგია:
- ცილები;
- პოლისაქარიდები;
- ნუკლეინის მჟავები (დნმ და რნმ).
მათ გარდა, ეს ასევე მოიცავს ბევრ შერეულ პოლიმერს, რომლებიც წარმოიქმნება უკვე ჩამოთვლილი კომბინაციებიდან. მაგალითად, ლიპოპროტეინები, ლიპოპოლისაქარიდები, გლიკოპროტეინები და სხვა.
ზოგადი თვისებები
არის რამდენიმე თვისება, რომელიც თანდაყოლილია ყველა განხილულ მოლეკულაში. მაგალითად, ბიოპოლიმერების შემდეგი ზოგადი თვისებები:
- დიდი მოლეკულური წონა უზარმაზარი მაკროჯაჭვების წარმოქმნის გამო ტოტებით ქიმიურ სტრუქტურაში;
- ბმების სახეები მაკრომოლეკულებში (წყალბადი, იონური ურთიერთქმედება, ელექტროსტატიკური მიზიდულობა, დისულფიდური ხიდები, პეპტიდური ბმები და სხვა);
- თითოეული ჯაჭვის სტრუქტურული ერთეული არის მონომერული რგოლი;
- სტერეორეგულარობა ან მისი არარსებობა ჯაჭვის სტრუქტურაში.
მაგრამ ზოგადად, ყველა ბიოპოლიმერს ჯერ კიდევ აქვს უფრო მეტი განსხვავება სტრუქტურასა და ფუნქციაში, ვიდრე მსგავსება.
პროტეინები
პროტეინის მოლეკულებს დიდი მნიშვნელობა აქვს ნებისმიერი ცოცხალი არსების ცხოვრებაში. ასეთი ბიოპოლიმერები ყველა ბიომასის საფუძველია. მართლაც, ოპარინ-ჰალდანის თეორიის მიხედვითაც კი, სიცოცხლე დედამიწაზე წარმოიშვა შერეული წვეთიდან, რომელიც წარმოადგენდა ცილას.
ამ ნივთიერებების სტრუქტურა სტრუქტურაში მკაცრ წესრიგს ექვემდებარება. თითოეული ცილა შედგება ამინომჟავების ნარჩენებისგან, რომლებიცშეუძლია ერთმანეთთან დაკავშირება შეუზღუდავი ჯაჭვის სიგრძით. ეს ხდება სპეციალური ობლიგაციების - პეპტიდური ბმების წარმოქმნით. ასეთი ბმა იქმნება ოთხ ელემენტს შორის: ნახშირბადს, ჟანგბადს, აზოტსა და წყალბადს შორის.
ცილის მოლეკულა შეიძლება შეიცავდეს უამრავ ამინომჟავის ნარჩენებს, როგორც ერთნაირს, ისე განსხვავებულს (რამდენიმე ათეულ ათასობით ან მეტს). საერთო ჯამში, ამ ნაერთებში ნაპოვნია ამინომჟავების 20 სახეობა, თუმცა მათი მრავალფეროვანი კომბინაცია ცილებს საშუალებას აძლევს აყვავდნენ რაოდენობრივად და სახეობრივად.
პროტეინის ბიოპოლიმერებს აქვთ განსხვავებული სივრცითი კონფორმაციები. ამრიგად, თითოეული წარმომადგენელი შეიძლება არსებობდეს როგორც პირველადი, მეორადი, მესამეული ან მეოთხეული სტრუქტურა.
მათგან ყველაზე მარტივი და წრფივი არის პირველადი. ეს არის უბრალოდ ერთმანეთთან დაკავშირებული ამინომჟავების თანმიმდევრობების სერია.
მეორად კონფორმაციას აქვს უფრო რთული სტრუქტურა, ვინაიდან ცილის მთლიანი მაკროჯაჭვი იწყებს სპირალურ მოძრაობას და ქმნის ხვეულებს. ორი მიმდებარე მაკროსტრუქტურა ერთმანეთთან ახლოს არის მოთავსებული მათი ატომების ჯგუფებს შორის კოვალენტური და წყალბადის ურთიერთქმედების გამო. განასხვავებენ ცილების მეორადი სტრუქტურის ალფა და ბეტა ხვეულებს.
მესამე სტრუქტურა არის ცილის ერთი მაკრომოლეკულა (პოლიპეპტიდური ჯაჭვი), რომელიც შემოვიდა ბურთულად. ამ გლობულის შიგნით ურთიერთქმედებების ძალიან რთული ქსელი საშუალებას აძლევს მას იყოს საკმაოდ სტაბილური და შეინარჩუნოს ფორმა.
მეოთხეული კონფორმაცია - რამდენიმე პოლიპეპტიდური ჯაჭვი, დახვეული და დაგრეხილიხვეულში, რომლებიც ამავდროულად ქმნიან სხვადასხვა ტიპის მრავალ კავშირს ერთმანეთთან. ყველაზე რთული გლობულური სტრუქტურა.
ცილის მოლეკულების ფუნქციები
- ტრანსპორტი. მას ახორციელებენ ცილოვანი უჯრედები, რომლებიც ქმნიან პლაზმურ მემბრანას. ისინი ქმნიან იონურ არხებს, რომლებშიც გარკვეულ მოლეკულებს შეუძლიათ გავლა. ასევე, ბევრი ცილა არის პროტოზოებისა და ბაქტერიების მოძრაობის ორგანელების ნაწილი, ამიტომ ისინი უშუალოდ მონაწილეობენ მათ მოძრაობაში.
- ენერგეტიკულ ფუნქციას ეს მოლეკულები ძალიან აქტიურად ასრულებენ. ერთი გრამი ცილა მეტაბოლიზმის პროცესში ქმნის 17,6 კჯ ენერგიას. ამიტომ, ამ ნაერთების შემცველი მცენარეული და ცხოველური პროდუქტების მოხმარება სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ცოცხალი ორგანიზმებისთვის.
- შენობის ფუნქცია არის ცილის მოლეკულების მონაწილეობა უმეტესი უჯრედული სტრუქტურების, თავად უჯრედების, ქსოვილების, ორგანოების და ა.შ. თითქმის ნებისმიერი უჯრედი ძირითადად აგებულია ამ მოლეკულებისგან (ციტოპლაზმის ციტოჩონჩხი, პლაზმური მემბრანა, რიბოსომა, მიტოქონდრია და სხვა სტრუქტურები მონაწილეობენ ცილის ნაერთების ფორმირებაში).
- კატალიტიკურ ფუნქციას ახორციელებენ ფერმენტები, რომლებიც ქიმიური ბუნებით სხვა არაფერია თუ არა ცილები. ფერმენტების გარეშე ორგანიზმში ბიოქიმიური რეაქციების უმეტესობა შეუძლებელი იქნებოდა, რადგან ისინი ბიოლოგიურ კატალიზატორებს წარმოადგენენ ცოცხალ სისტემებში.
- რეცეპტორის (ასევე სიგნალის) ფუნქცია ეხმარება უჯრედებს ნავიგაციაში და სწორად რეაგირებენ გარემოში არსებულ ნებისმიერ ცვლილებაზე, მაგ.მექანიკური და ქიმიური.
თუ ცილებს უფრო ღრმად განვიხილავთ, შეგვიძლია გამოვყოთ კიდევ რამდენიმე მეორადი ფუნქცია. თუმცა, ჩამოთვლილი არის მთავარი.
ნუკლეინის მჟავები
ასეთი ბიოპოლიმერები ყველა უჯრედის მნიშვნელოვანი ნაწილია, იქნება ეს პროკარიოტული თუ ევკარიოტული. მართლაც, ნუკლეინის მჟავებში შედის დნმ (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა) და რნმ (რიბონუკლეინის მჟავა) მოლეკულები, რომელთაგან თითოეული ძალიან მნიშვნელოვანი რგოლია ცოცხალი არსებებისთვის.
ქიმიური ბუნებით, დნმ და რნმ არის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა, რომლებიც დაკავშირებულია წყალბადის ბმებითა და ფოსფატური ხიდებით. დნმ შედგება ნუკლეოტიდებისგან, როგორიცაა:
- ადენინი;
- თიმინი;
- გუანინი;
- ციტოზინი;
- 5-ნახშირბადის შაქრის დეოქსირიბოზა.
რნმ განსხვავდება იმით, რომ თიმინი იცვლება ურაცილით, ხოლო შაქარი რიბოზათ.
დნმ-ის სპეციალური სტრუქტურული ორგანიზაციის გამო, მოლეკულებს შეუძლიათ შეასრულონ მთელი რიგი სასიცოცხლო ფუნქციები. რნმ ასევე დიდ როლს ასრულებს უჯრედში.
ასეთი მჟავების ფუნქციები
ნუკლეინის მჟავები არის ბიოპოლიმერები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან შემდეგ ფუნქციებზე:
- დნმ არის გენეტიკური ინფორმაციის შესანახი და გადამცემი ცოცხალი ორგანიზმების უჯრედებში. პროკარიოტებში ეს მოლეკულა ნაწილდება ციტოპლაზმაში. ევკარიოტულ უჯრედში ის მდებარეობს ბირთვის შიგნით, გამოყოფილია კარიოლემით.
- ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულა იყოფა სექციებად - გენებად, რომლებიც ქმნიან ქრომოსომის სტრუქტურას. ყველას გენიარსებები ქმნიან სპეციალურ გენეტიკურ კოდს, რომელშიც დაშიფრულია ორგანიზმის ყველა ნიშანი.
- რნმ არის სამი სახის - შაბლონი, რიბოსომური და ტრანსპორტი. Ribosomal მონაწილეობს ცილის მოლეკულების სინთეზსა და აწყობაში შესაბამის სტრუქტურებზე. მატრიცისა და ტრანსპორტის გადაცემის ინფორმაცია წაკითხული დნმ-დან და მისი ბიოლოგიური მნიშვნელობის გაშიფვრა.
პოლისაქარიდები
ეს ნაერთები უპირატესად მცენარეული პოლიმერებია, ანუ ისინი გვხვდება ზუსტად ფლორის წარმომადგენელთა უჯრედებში. მათი უჯრედის კედელი, რომელიც შეიცავს ცელულოზას, განსაკუთრებით მდიდარია პოლისაქარიდებით.
ქიმიური ბუნებით პოლისაქარიდები რთული ნახშირწყლების მაკრომოლეკულებია. ისინი შეიძლება იყოს წრფივი, ფენიანი, ჯვარედინი კონფორმაციები. მონომერები მარტივი ხუთ, უფრო ხშირად ექვსნახშირბადიანი შაქარია - რიბოზა, გლუკოზა, ფრუქტოზა. მათ დიდი მნიშვნელობა აქვთ ცოცხალი არსებებისთვის, რადგან ისინი უჯრედების ნაწილია, მცენარეების სარეზერვო საკვებია, იშლება დიდი რაოდენობით ენერგიის გამოყოფით.
სხვადასხვა წარმომადგენლის მნიშვნელობა
ბიოლოგიური პოლიმერები, როგორიცაა სახამებელი, ცელულოზა, ინულინი, გლიკოგენი, ქიტინი და სხვა ძალიან მნიშვნელოვანია. ისინი ენერგიის მნიშვნელოვანი წყაროა ცოცხალ ორგანიზმებში.
ასე რომ, ცელულოზა მცენარეთა უჯრედის კედლის, ზოგიერთი ბაქტერიის აუცილებელი კომპონენტია. აძლევს ძალას, გარკვეულ ფორმას. ინდუსტრიაში ადამიანი გამოიყენება ქაღალდის, ღირებული აცეტატური ბოჭკოების მოსაპოვებლად.
სახამებელი არის მცენარის სარეზერვო საკვები ნივთიერება,რომელიც ასევე ღირებული საკვები პროდუქტია ადამიანებისა და ცხოველებისთვის.
გლიკოგენი, ანუ ცხოველური ცხიმი, სარეზერვო საკვები ნივთიერებაა ცხოველებისა და ადამიანებისთვის. ასრულებს თბოიზოლაციის, ენერგიის წყაროს, მექანიკური დაცვის ფუნქციებს.
შერეული ბიოპოლიმერები ცოცხალ არსებებში
გარდა მათ, რაც ჩვენ განვიხილეთ, არსებობს მაკრომოლეკულური ნაერთების სხვადასხვა კომბინაცია. ასეთი ბიოპოლიმერები წარმოადგენს ცილებისა და ლიპიდების (ლიპოპროტეინები) ან პოლისაქარიდების და ცილების (გლიკოპროტეინების) კომპლექსურ შერეულ სტრუქტურებს. ასევე შესაძლებელია ლიპიდების და პოლისაქარიდების (ლიპოპოლისაქარიდების) კომბინაცია.
თითოეულ ამ ბიოპოლიმერს აქვს მრავალი სახეობა, რომლებიც ასრულებენ უამრავ მნიშვნელოვან ფუნქციას ცოცხალ არსებებში: ტრანსპორტირება, სიგნალიზაცია, რეცეპტორი, მარეგულირებელი, ფერმენტული, სამშენებლო და მრავალი სხვა. მათი სტრუქტურა ქიმიურად ძალიან რთულია და ყველა წარმომადგენლისთვის შორს არის გაშიფრული, ამიტომ ფუნქციები ბოლომდე არ არის განსაზღვრული. დღეს ცნობილია მხოლოდ ყველაზე გავრცელებული, მაგრამ მნიშვნელოვანი ნაწილი რჩება ადამიანის ცოდნის საზღვრებს მიღმა.
