Սպիտակուցների կառուցվածքը. Սպիտակուցներ. կառուցվածքը և գործառույթները: Սպիտակուցների հատկությունները Ինչ են կոչվում սպիտակուցի մոլեկուլները:

Սրանք բիոպոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են:

Ամինաթթուներցածր մոլեկուլային քաշ ունեն օրգանական միացություններպարունակող կարբոքսիլ (-COOH) և ամին (-NH 2) խմբեր, որոնք կապված են նույն ածխածնի ատոմի հետ: Ածխածնի ատոմին կցված է կողային շղթա՝ ռադիկալ, որը տալիս է յուրաքանչյուր ամինաթթու որոշակի հատկություններ.

Ամինաթթուների մեծ մասն ունի մեկ կարբոքսիլ խումբ և մեկ ամին խումբ; այս ամինաթթուները կոչվում են չեզոք. Կան, սակայն, նաև հիմնական ամինաթթուներ- մեկից ավելի ամինո խմբերով, ինչպես նաև թթվային ամինաթթուներ- մեկից ավելի կարբոքսիլ խմբերով:

Հայտնի է, որ մոտ 200 ամինաթթուներ կան կենդանի օրգանիզմներում, սակայն դրանցից միայն 20-ն են հայտնաբերված սպիտակուցներում: Սրանք այսպես կոչված հիմնականկամ պրոտեինոգենամինաթթուներ.

Կախված ռադիկալից՝ հիմնային ամինաթթուները բաժանվում են 3 խմբի.

1. Ոչ բևեռային (ալանին, մեթիոնին, վալին, պրոլին, լեյցին, իզոլեյցին, տրիպտոֆան, ֆենիլալանին);
2. Բևեռային չլիցքավորված (ասպարագին, գլուտամին, սերին, գլիցին, թիրոզին, թրեոնին, ցիստեին);
3. Լիցքավորված (արգինին, հիստիդին, լիզին - դրական; ասպարտիկ և գլուտամինաթթու - բացասական):

Ամինաթթուների կողմնակի շղթաները (ռադիկալ) կարող են լինել հիդրոֆոբ կամ հիդրոֆիլ և համապատասխան հատկություններ հաղորդել սպիտակուցներին:

Բույսերն ամեն ինչ ունեն էական ամինաթթուներսինթեզված ֆոտոսինթեզի առաջնային արտադրանքներից: Մարդիկ և կենդանիները ի վիճակի չեն սինթեզել մի շարք պրոտեինոգեն ամինաթթուներ և պետք է դրանք պատրաստի ձևով ստանան սննդի հետ: Նման ամինաթթուները կոչվում են էական: Դրանք ներառում են լիզին, վալին, լեյցին, իզոլեյցին, թրեոնին, ֆենիլալանին, տրիպտոֆան, մեթիոնին; արգինինը և հիստիդինը կարևոր են երեխաների համար:

Լուծման մեջ ամինաթթուները կարող են հանդես գալ և՛ որպես թթուներ, և՛ հիմքեր, այսինքն՝ դրանք ամֆոտերային միացություններ են: Կարբոքսիլ խումբը (-COOH) կարող է նվիրաբերել պրոտոն, որը գործում է որպես թթու, իսկ ամին խումբը (-NH2) կարող է ընդունել պրոտոն՝ այդպիսով ցուցադրելով հիմքի հատկությունները։

Մեկ ամինաթթվի ամինո խումբն ունակ է փոխազդելու մեկ այլ ամինաթթվի կարբոքսիլ խմբի հետ։ Ստացված մոլեկուլն է դիպեպտիդ, իսկ -CO-NH- կապը կոչվում է պեպտիդային կապ։

Դիպեպտիդային մոլեկուլի մի ծայրում կա ազատ ամինախումբ, իսկ մյուսում՝ ազատ կարբոքսիլ խումբ։ Դրա շնորհիվ դիպեպտիդը կարող է իրեն կցել այլ ամինաթթուներ՝ առաջացնելով օլիգոպեպտիդներ։ Եթե ​​շատ ամինաթթուներ (ավելի քան 10) միացվում են այս կերպ, ապա պոլիպեպտիդ.

Պեպտիդները կարևոր դեր են խաղում մարմնում։ Շատ ալիգոպեպտիդներ հորմոններ են: Սրանք են օքսիտոցինը, վազոպրեսինը, թիրոտրոպին ազատող հորմոնը, թիրոտրոպինը և այլն: Օլիգոպեպտիդները ներառում են նաև բրադիկիդինը (ցավի պեպտիդ) և որոշ օփիատներ (մարդկանց «բնական դեղամիջոցներ»), որոնք կատարում են ցավազրկման գործառույթ: Թմրամիջոցների ընդունումը ոչնչացնում է օրգանիզմի օփիատային համակարգը, ուստի թմրամոլն առանց թմրամիջոցների չափաբաժնի զգում է ուժեղ ցավ՝ «հեռացում», որը սովորաբար թեթևացնում է օփիատները:

Օլիգոպեպտիդները ներառում են որոշ հակաբիոտիկներ (օրինակ՝ գրամիցիդին S):

Բազմաթիվ հորմոններ (ինսուլին, ադրենոկորտիկոտրոպ հորմոն և այլն), հակաբիոտիկներ (օրինակ՝ գրամիցիդին A), տոքսիններ (օրինակ՝ դիֆթերիայի տոքսին) պոլիպեպտիդներ են։

Սպիտակուցները պոլիպեպտիդներ են, որոնց մոլեկուլը պարունակում է 50-ից մինչև մի քանի հազար ամինաթթուներ, որոնց մոլեկուլային զանգվածը գերազանցում է 10000-ը:

Յուրաքանչյուր սպիտակուց որոշակի միջավայրում ունի իր հատուկ տարածական կառուցվածքը: Տարածական (եռաչափ) կառուցվածքը բնութագրելիս առանձնանում են սպիտակուցի մոլեկուլների կազմակերպման չորս մակարդակ.

Առաջնային կառուցվածքը- պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների հաջորդականությունը. Առաջնային կառուցվածքը հատուկ է յուրաքանչյուր սպիտակուցին և որոշվում է գենետիկ տեղեկատվություն, այսինքն. կախված է նուկլեոտիդների հաջորդականությունից ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատվածում, որը կոդավորում է սպիտակուցը: Սպիտակուցների բոլոր հատկություններն ու գործառույթները կախված են առաջնային կառուցվածքից: Սպիտակուցի մոլեկուլներում մեկ ամինաթթվի փոխարինումը կամ դրանց դասավորությունը փոխելը սովորաբար հանգեցնում է սպիտակուցի ֆունկցիայի փոփոխության: Քանի որ սպիտակուցները պարունակում են 20 տեսակի ամինաթթուներ, դրանց համակցությունների տարբերակների քանակը ըստ սեռի և պեպտիդային շղթաիսկապես անսահման է՝ կենդանի բջիջներում ապահովելով հսկայական քանակությամբ սպիտակուցների տեսակներ:

Կենդանի բջիջներում սպիտակուցի մոլեկուլները կամ դրանց առանձին հատվածները երկարացված շղթա չեն, այլ ոլորված են պարույրի մեջ՝ հիշեցնելով երկարացված զսպանակ (այսպես կոչված α-խխունջ) կամ ծալված են ծալված շերտի (β-շերտ): Երկրորդական կառուցվածքառաջանում է գոյացման արդյունքում ջրածնային կապերերկու պեպտիդային կապերի -CO- և -NH 2- խմբերի միջև մեկ պոլիպեպտիդային շղթայում (պտուտակաձև կոնֆիգուրացիա) կամ երկու պոլիպեպտիդային շղթաների միջև (ծալված շերտեր):

Կերատինային սպիտակուցը լիովին α-պտուտակաձեւ կոնֆիգուրացիա ունի: Դա մազերի, մորթի, եղունգների, ճանկերի, կտուցների, փետուրների և եղջյուրների կառուցվածքային սպիտակուցն է։ Պարույրային երկրորդական կառուցվածքը, բացի կերատինից, բնորոշ է այնպիսի ֆիբրիլային (թելային) սպիտակուցներին, ինչպիսիք են միոզինը, ֆիբրինոգենը և կոլագենը:

Սպիտակուցների մեծ մասում պոլիպեպտիդային շղթայի պարուրաձև և ոչ պտուտակաձև հատվածները ծալվում են եռաչափ գնդաձև գոյացության՝ գնդիկի (գլոբուլային սպիտակուցներին բնորոշ): Որոշակի կոնֆիգուրացիայի գնդիկ է երրորդական կառուցվածքսկյուռիկ. Երրորդական կառուցվածքը կայունանում է իոնային, ջրածնային կապերով, կովալենտային դիսուլֆիդային կապերով (որոնք առաջանում են ցիստեինը կազմող ծծմբի ատոմների միջև), ինչպես նաև հիդրոֆոբ փոխազդեցություններով։ Երրորդական կառուցվածքի առաջացման մեջ ամենակարևորը հիդրոֆոբ փոխազդեցությունն է. Այս դեպքում սպիտակուցը ծալվում է այնպես, որ նրա հիդրոֆոբ կողային շղթաները թաքնված են մոլեկուլի ներսում, այսինքն՝ պաշտպանված են ջրի հետ շփումից, իսկ հիդրոֆիլ կողային շղթաները, ընդհակառակը, բացահայտվում են դրսում։

Հատկապես բարդ կառուցվածք ունեցող շատ սպիտակուցներ բաղկացած են մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաներից, որոնք միասին պահվում են մոլեկուլում հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների, ինչպես նաև ջրածնի և ջրածնի օգնությամբ: իոնային կապեր- առաջանում է չորրորդական կառուցվածք. Այս կառուցվածքը հայտնաբերված է, օրինակ, գնդային սպիտակուցի հեմոգլոբինում: Նրա մոլեկուլը բաղկացած է չորս առանձին պոլիպեպտիդային ենթամիավորներից (պրոտոմերներ), որոնք գտնվում են երրորդական կառուցվածքում և ոչ սպիտակուցային մասից՝ հեմից։ Միայն նման կառուցվածքում է հեմոգլոբինը կարողանում կատարել իր տրանսպորտային գործառույթը։

Տարբեր քիմիական և ֆիզիկական գործոնների ազդեցության տակ (ալկոհոլով, ացետոնով, թթուներով, ալկալիներով, բարձր ջերմաստիճանով, ճառագայթմամբ, բարձր ճնշումով և այլն), ջրածնի և իոնային կապերի խզման պատճառով սպիտակուցի երրորդական և չորրորդական կառուցվածքը փոխվում է։ . Սպիտակուցի բնիկ (բնական) կառուցվածքի խախտման գործընթացը կոչվում է denaturation. Այս դեպքում նկատվում է սպիտակուցի լուծելիության նվազում, մոլեկուլների ձևի և չափի փոփոխություն, ֆերմենտային ակտիվության կորուստ և այլն։ Դենատուրացիայի գործընթացը երբեմն շրջելի է, այսինքն՝ բնական միջավայրի պայմանների վերադարձը կարող է ուղեկցվել սպիտակուցի բնական կառուցվածքի ինքնաբուխ վերականգնում. Այս գործընթացը կոչվում է վերածնում: Դրանից բխում է, որ սպիտակուցի մակրոմոլեկուլի կառուցվածքի և գործունեության բոլոր առանձնահատկությունները որոշվում են նրա առաջնային կառուցվածքով:

Ըստ քիմիական կազմըտարբերակում է պարզ և բարդ սպիտակուցներ. TO պարզներառում են միայն ամինաթթուներից բաղկացած սպիտակուցներ և համալիր- պարունակում է սպիտակուցային և ոչ սպիտակուցային մաս (շագանակագեղձ) - մետաղական իոններ, ածխաջրեր, լիպիդներ և այլն: Պարզ սպիտակուցներն են շիճուկի ալբումինը, իմունոգլոբուլինը (հակամարմինները), ֆիբրինը, որոշ ֆերմենտներ (տրիպսին) և այլն: Բարդ սպիտակուցները բոլորը պրոտեոլիպիդներ են: և գլիկոպրոտեիններ, հեմոգլոբին, ֆերմենտների մեծ մասը և այլն:

Սպիտակուցների գործառույթները

Կառուցվածքային.

Սպիտակուցները ներառված են բջջային մեմբրաններև բջջային օրգանելները: Պատեր արյան անոթներԲարձրակարգ կենդանիների աճառը, ջլերը, մազերը, եղունգները և ճանկերը հիմնականում բաղկացած են սպիտակուցներից։

Կատալիզատոր (ֆերմենտային):

Ֆերմենտային սպիտակուցները կատալիզացնում են բոլորի հոսքը քիմիական ռեակցիաներմարմնի մեջ. Նրանք ապահովում են պառակտում սննդանյութերմարսողական տրակտում, ֆոտոսինթեզի ժամանակ ածխածնի ֆիքսացիա, մատրիցային սինթեզի ռեակցիաներ և այլն։

Տրանսպորտ.

Սպիտակուցներն ընդունակ են կցել և տեղափոխել տարբեր նյութեր։ Արյան ալբումինները տեղափոխում են ճարպաթթուներ, գլոբուլինները՝ մետաղական իոններ և հորմոններ։ Հեմոգլոբինը կրում է թթվածին և ածխաթթու գազ:

Սպիտակուցի մոլեկուլները, որոնք կազմում են պլազմային թաղանթը, մասնակցում են նյութերի տեղափոխմանը բջիջ և դուրս:

Պաշտպանիչ.

Այն իրականացվում է արյան մեջ իմունոգոլոբուլինների (հակամարմինների) միջոցով, որոնք ապահովում են մարմնի իմունային պաշտպանությունը: Ֆիբրինոգենը և թրոմբինը մասնակցում են արյան մակարդմանը և կանխում արյունահոսությունը:

Կծկվող.

Այն ապահովվում է մկաններում և բջիջների ներսում ակտինի և միոզինի սպիտակուցների միմյանց նկատմամբ հարաբերական թելերի տեղաշարժով։ Սպիտակուցի տուբուլինից կառուցված միկրոխողովակների սահումը բացատրում է թարթիչների և դրոշակների շարժումը:

Կարգավորող.

Շատ հորմոններ օլիգոպեպտիդներ կամ սպիտակուցներ են, օրինակ՝ ինսուլին, գլյուկագոն, ադենոկորտիկոտրոպ հորմոն և այլն։

Ընդունիչ.

Բջջային թաղանթում ներկառուցված որոշ սպիտակուցներ ի վիճակի են փոխել իրենց կառուցվածքը՝ ի պատասխան արտաքին միջավայրի: Ահա թե ինչպես են ազդանշաններ ստանում արտաքին միջավայրից և տեղեկատվությունը փոխանցվում բջիջ: Օրինակ կլինի ֆիտոքրոմ- լուսազգայուն սպիտակուց, որը կարգավորում է բույսերի ֆոտոպարբերական արձագանքը և օպսին - բաղադրիչ ռոդոպսին, պիգմենտ, որը հայտնաբերված է ցանցաթաղանթի բջիջներում։

Ինչպես գիտեք, սպիտակուցները մեր մոլորակի վրա կյանքի ծագման հիմքն են: Բայց հենց պեպտիդային մոլեկուլներից կազմված կոացերվատ կաթիլը դարձավ կենդանի էակների ծագման հիմքը: Սա կասկածից վեր է, քանի որ կենսազանգվածի ցանկացած ներկայացուցչի ներքին կազմի վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ այդ նյութերը առկա են ամեն ինչում՝ բույսերում, կենդանիներում, միկրոօրգանիզմներում, սնկերում, վիրուսներում: Ավելին, դրանք ունեն շատ բազմազան և մակրոմոլեկուլային բնույթ։

Այս կառույցներն ունեն չորս անուն, բոլորն էլ հոմանիշներ են.

• սպիտակուցներ;
• սպիտակուցներ;
• պոլիպեպտիդներ;
• պեպտիդներ.

Սպիտակուցի մոլեկուլներ

Նրանց թիվն իսկապես անթիվ է։ Այս դեպքում բոլոր սպիտակուցային մոլեկուլները կարելի է բաժանել երկու մեծ խմբի.

• պարզ - բաղկացած է միայն ամինաթթուների հաջորդականություններից, որոնք կապված են պեպտիդային կապերով.
• բարդ - սպիտակուցի կառուցվածքը և կառուցվածքը բնութագրվում են լրացուցիչ պրոտոլիտիկ (պրոթեզային) խմբերով, որոնք նաև կոչվում են կոֆակտորներ:

Միևնույն ժամանակ, բարդ մոլեկուլներն ունեն նաև իրենց դասակարգումը։

Բարդ պեպտիդների աստիճանավորում

1. Գլիկոպրոտեինները սպիտակուցների և ածխաջրերի սերտորեն կապված միացություններ են: Մուկոպոլիսաքարիդների պրոթեզային խմբերը հյուսված են մոլեկուլի կառուցվածքում։
2. Լիպոպրոտեիններ - բարդ միացությունսպիտակուցներից և լիպիդներից:
3. Մետալոպրոտեիններ - մետաղական իոններ (երկաթ, մանգան, պղինձ և այլն) գործում են որպես պրոթեզային խումբ:
4. Նուկլեոպրոտեինները սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների (ԴՆԹ, ՌՆԹ) կապն են:
5. Ֆոսֆոպրոտեիններ - սպիտակուցի և օրթոֆոսֆորական թթվի մնացորդի ձևավորում:
6. Քրոմոպրոտեինները շատ նման են մետաղապրոտեիններին, սակայն պրոթեզավորման խմբի մաս կազմող տարրը մի ամբողջ գունավոր համալիր է (կարմիր՝ հեմոգլոբին, կանաչ՝ քլորոֆիլ և այլն)։

Յուրաքանչյուր դիտարկված խմբում սպիտակուցների կառուցվածքը և հատկությունները տարբեր են: Նրանց կատարած գործառույթները նույնպես տարբերվում են՝ կախված մոլեկուլի տեսակից։

Սպիտակուցների քիմիական կառուցվածքը

Այս տեսանկյունից սպիտակուցները ամինաթթուների մնացորդների երկար, զանգվածային շղթա են, որոնք միմյանց հետ կապված են հատուկ կապերով, որոնք կոչվում են պեպտիդային կապեր։ Մասնաճյուղերը՝ ռադիկալները, տարածվում են թթուների կողային կառուցվածքներից։ Այս մոլեկուլային կառուցվածքը հայտնաբերել է Է. Ֆիշերը XXI-ի սկիզբըդարում։

Հետագայում ավելի մանրամասն ուսումնասիրվեցին սպիտակուցները, սպիտակուցների կառուցվածքն ու գործառույթները։ Պարզ է դարձել, որ գոյություն ունեն միայն 20 ամինաթթուներ, որոնք կազմում են պեպտիդի կառուցվածքը, սակայն դրանք կարող են համակցվել տարբեր ձևերով։ Այստեղից էլ պոլիպեպտիդային կառուցվածքների բազմազանությունը։ Բացի այդ, կյանքի գործընթացում և կատարելով իրենց գործառույթները, սպիտակուցները կարողանում են ենթարկվել մի շարք քիմիական փոխակերպումների։ Արդյունքում նրանք փոխում են կառուցվածքը, և հայտնվում է կապի բոլորովին նոր տեսակ։

Պեպտիդային կապը խզելու համար, այսինքն՝ խաթարելու սպիտակուցը և շղթաների կառուցվածքը, պետք է ընտրել շատ խիստ պայմաններ (բարձր ջերմաստիճան, թթուներ կամ ալկալիներ, կատալիզատոր): Դա պայմանավորված է մոլեկուլում, մասնավորապես, պեպտիդային խմբում առկա բարձր ուժով:

Սպիտակուցի կառուցվածքի հայտնաբերումը լաբորատորիայում իրականացվում է բիուրետային ռեակցիայի միջոցով՝ նոր նստվածքային պոլիպեպտիդին (II) ենթարկելը: Պեպտիդային խմբի և պղնձի իոնի կոմպլեքսը տալիս է վառ մանուշակագույն գույն։

Կան չորս հիմնական կառուցվածքային կազմակերպություններ, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի սպիտակուցների իր կառուցվածքային առանձնահատկությունները:

Կազմակերպման մակարդակները՝ առաջնային կառուցվածք

Ինչպես նշվեց վերևում, պեպտիդը ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությունն է՝ ընդգրկումներով կամ առանց կոֆերմենտների: Այսպիսով, առաջնայինը մոլեկուլի կառուցվածքն է, որը բնական, բնական, իսկապես ամինաթթուներ է, որոնք կապված են պեպտիդային կապերով, և ոչ ավելին: Այսինքն՝ գծային կառուցվածքով պոլիպեպտիդ։ Ավելին, այս տեսակի սպիտակուցների կառուցվածքային առանձնահատկություններն այն են, որ թթուների նման համակցությունը որոշիչ է սպիտակուցի մոլեկուլի գործառույթների կատարման համար։ Այս հատկանիշների առկայության շնորհիվ հնարավոր է ոչ միայն բացահայտել պեպտիդը, այլև կանխատեսել բոլորովին նոր, դեռևս չբացահայտվածի հատկություններն ու դերը։ Բնական առաջնային կառուցվածք ունեցող պեպտիդների օրինակներ են ինսուլինը, պեպսինը, քիմոտրիպսինը և այլն։

Երկրորդական կոնֆորմացիա

Այս կատեգորիայի սպիտակուցների կառուցվածքը և հատկությունները որոշ չափով տարբերվում են: Նման կառույց կարող է ձևավորվել սկզբում բնության կողմից կամ երբ առաջնայինը ենթարկվում է ծանր հիդրոլիզի, ջերմաստիճանի կամ այլ պայմանների:

Այս կոնֆորմացիան ունի երեք տեսակ.

1. Հարթ, կանոնավոր, կարծրականոն պտույտներ՝ կառուցված ամինաթթուների մնացորդներից, որոնք պտտվում են միացման հիմնական առանցքի շուրջ։ Նրանք միասին են պահվում միայն նրանց կողմից, որոնք առաջանում են մի պեպտիդային խմբի թթվածնի և մյուսի ջրածնի միջև: Ընդ որում, կառուցվածքը ճիշտ է համարվում այն ​​պատճառով, որ շրջադարձերը հավասարապես կրկնվում են յուրաքանչյուր 4 հղումով։ Նման կառույցը կարող է լինել կամ ձախլիկ կամ աջլիկ: Բայց շատ հայտնի սպիտակուցներում գերակշռում է դեքստրոտորային իզոմերը։ Նման կոնֆորմացիաները սովորաբար կոչվում են ալֆա կառուցվածքներ։
2. Հաջորդ տիպի սպիտակուցների կազմը և կառուցվածքը տարբերվում է նախորդից նրանով, որ ջրածնային կապերը ձևավորվում են ոչ թե մոլեկուլի մի կողմին հարող մնացորդների միջև, այլ զգալիորեն հեռավորների միջև և բավականին մեծ հեռավորության վրա: Այդ իսկ պատճառով ամբողջ կառուցվածքը ստանում է մի քանի ալիքաձև, օձանման պոլիպեպտիդ շղթաների ձև։ Կա մեկ հատկանիշ, որը սպիտակուցը պետք է դրսևորի. Ամինաթթուների կառուցվածքը ճյուղերի վրա պետք է հնարավորինս կարճ լինի, օրինակ՝ գլիցինը կամ ալանինը: Երկրորդային կոնֆորմացիայի այս տեսակը կոչվում է բետա թերթիկներ՝ միմյանց կպչելու ունակության համար՝ ընդհանուր կառուցվածք կազմելու համար:
3. Կենսաբանությունը վերաբերում է սպիտակուցի կառուցվածքի երրորդ տիպին որպես բարդ, տարասեռորեն ցրված, խանգարված բեկորներ, որոնք չունեն կարծրականոնություն և ունակ են փոխել կառուցվածքը արտաքին պայմանների ազդեցության տակ:

Բնականաբար երկրորդական կառուցվածք ունեցող սպիտակուցների օրինակներ չեն հայտնաբերվել:

Բարձրագույն կրթություն

Սա բավականին բարդ կոնֆորմացիա է, որը կոչվում է «գլոբուլ»: Ի՞նչ է այս սպիտակուցը: Նրա կառուցվածքը հիմնված է երկրորդական կառուցվածքի վրա, սակայն խմբերի ատոմների միջև փոխազդեցությունների նոր տեսակներ են ավելացվում, և ամբողջ մոլեկուլը կարծես ծալվում է, այդպիսով կենտրոնանալով այն փաստի վրա, որ հիդրոֆիլ խմբերն ուղղված են գնդիկի մեջ, իսկ հիդրոֆոբը: նրանք արտաքին.

Սա բացատրում է սպիտակուցի մոլեկուլի լիցքը ջրի կոլոիդային լուծույթներում: Ի՞նչ տեսակի փոխազդեցություններ կան այստեղ:

1. Ջրածնային կապեր - մնում են անփոփոխ նույն մասերի միջև, ինչ երկրորդական կառուցվածքում:
2. փոխազդեցություններ - տեղի են ունենում, երբ պոլիպեպտիդը լուծվում է ջրի մեջ:
3. Իոնային ատրակցիոնները ձևավորվում են ամինաթթուների մնացորդների (ռադիկալների) տարբեր լիցքավորված խմբերի միջև։
4. Կովալենտային փոխազդեցություններ - կարող են ձևավորվել թթվային հատուկ վայրերի միջև՝ ցիստեինի մոլեկուլների, ավելի ճիշտ՝ դրանց պոչերի միջև:

Այսպիսով, երրորդական կառուցվածք ունեցող սպիտակուցների բաղադրությունը և կառուցվածքը կարելի է բնութագրել որպես պոլիպեպտիդային շղթաներ, որոնք ծալված են գնդիկների մեջ՝ պահպանելով և կայունացնելով դրանց կոնֆորմացիան՝ շնորհիվ: տարբեր տեսակներքիմիական փոխազդեցություններ. Նման պեպտիդների օրինակներ՝ ֆոսֆոգլիցերատ կենազ, tRNA, ալֆա-կերատին, մետաքսի ֆիբրոին և այլն։

Չորրորդական կառուցվածք

Սա սպիտակուցների ձևավորման ամենաբարդ գնդիկներից մեկն է: Այս տեսակի սպիտակուցների կառուցվածքը և գործառույթները շատ բազմակողմանի են և կոնկրետ:

Ի՞նչ է այս կոնֆորմացիան: Սրանք մի քանի (որոշ դեպքերում տասնյակ) մեծ և փոքր պոլիպեպտիդային շղթաներ են, որոնք ձևավորվում են միմյանցից անկախ: Բայց հետո, նույն փոխազդեցությունների շնորհիվ, որոնք մենք համարում էինք երրորդական կառուցվածքի համար, այս բոլոր պեպտիդները պտտվում և միահյուսվում են միմյանց հետ: Այս կերպ ստացվում են բարդ կոնֆորմացիոն գնդիկներ, որոնք կարող են պարունակել մետաղի ատոմներ, լիպիդային խմբեր, ածխաջրեր։ Նման սպիտակուցների օրինակներ՝ ԴՆԹ պոլիմերազա, ծխախոտի վիրուսի սպիտակուցային շերտ, հեմոգլոբին և այլն։

Բոլոր պեպտիդային կառույցները, որոնք մենք ուսումնասիրել ենք, ունեն իրենց լաբորատոր նույնականացման մեթոդները՝ հիմնված ժամանակակից հնարավորություններքրոմատոգրաֆիայի, ցենտրիֆուգման, էլեկտրոնային և օպտիկական մանրադիտակի և բարձր համակարգչային տեխնոլոգիաների կիրառում։

Կատարված գործառույթներ

Սպիտակուցների կառուցվածքը և գործառույթները սերտորեն փոխկապակցված են միմյանց հետ: Այսինքն՝ յուրաքանչյուր պեպտիդ որոշակի դեր է խաղում՝ եզակի և կոնկրետ։ Կան նաև այնպիսիք, որոնք ունակ են մեկ կենդանի խցում միանգամից մի քանի նշանակալից գործողություններ կատարել։ Այնուամենայնիվ, հնարավոր է ընդհանրացված ձևով արտահայտել կենդանի օրգանիզմների սպիտակուցի մոլեկուլների հիմնական գործառույթները.

1. Շարժման ապահովում. Միաբջիջ օրգանիզմները կամ օրգանելները կամ բջիջների որոշ տեսակներ ունակ են շարժվելու, կծկվելու և շարժվելու։ Դա ապահովում են նրանց շարժիչ ապարատի կառուցվածքը կազմող սպիտակուցները՝ թարթիչները, դրոշակները և ցիտոպլազմային թաղանթը։ Եթե ​​խոսենք շարժման անկարող բջիջների մասին, ապա սպիտակուցները կարող են նպաստել դրանց կծկմանը (մկանային միոզին)։
2. Սննդային կամ պահուստային ֆունկցիա: Դա սպիտակուցի մոլեկուլների կուտակումն է բույսերի ձվերում, սաղմերում և սերմերում՝ պակասող սնուցիչների հետագա լրացման համար: Երբ քայքայվում են, պեպտիդները արտադրում են ամինաթթուներ և կենսաբանորեն ակտիվ նյութեր, որոնք անհրաժեշտ են կենդանի օրգանիզմների բնականոն զարգացման համար։
3. Էներգետիկ գործառույթ: Բացի ածխաջրերից, սպիտակուցները կարող են նաև ուժ տալ մարմնին: 1 գ պեպտիդի քայքայումից ազատվում է 17,6 կՋ օգտակար էներգիա՝ ադենոզին տրիֆոսֆորաթթվի (ATP) տեսքով, որը ծախսվում է կենսական գործընթացների վրա։
4. Ազդանշանավորումը բաղկացած է ընթացող գործընթացների ուշադիր մոնիտորինգից և ազդանշանների փոխանցումից բջիջներից հյուսվածքներ, դրանցից օրգաններ, վերջիններից համակարգեր և այլն: Տիպիկ օրինակ է ինսուլինը, որը խստորեն ֆիքսում է արյան մեջ գլյուկոզայի քանակը։
5. Ընդունիչի գործառույթը. Այն իրականացվում է մեմբրանի մի կողմում պեպտիդի կոնֆորմացիան փոխելով և վերակազմավորման մեջ ներգրավելով մյուս ծայրը: Այստեղ է ազդանշանը փոխանցվում և անհրաժեշտ տեղեկատվություն. Ամենից հաճախ նման սպիտակուցները ներկառուցված են բջիջների ցիտոպլազմային թաղանթներում և խիստ վերահսկողություն են իրականացնում դրա միջով անցնող բոլոր նյութերի նկատմամբ։ Նրանք նաև տեղեկատվություն են տրամադրում շրջակա միջավայրի քիմիական և ֆիզիկական փոփոխությունների մասին:
6. Պեպտիդների փոխադրման գործառույթը. Այն իրականացվում է ալիքային սպիտակուցներով և փոխադրող սպիտակուցներով։ Նրանց դերն ակնհայտ է՝ անհրաժեշտ մոլեկուլները տեղափոխել ցածր կոնցենտրացիա ունեցող վայրեր բարձր կոնցենտրացիա ունեցող մասերից։ Տիպիկ օրինակ է թթվածնի և ածխածնի երկօքսիդի փոխադրումը օրգանների և հյուսվածքների միջոցով սպիտակուցի հեմոգլոբինի միջոցով: Նրանք նաև իրականացնում են ցածր մոլեկուլային քաշ ունեցող միացությունների առաքումը բջջաթաղանթի միջով դեպի ներս։
7. Կառուցվածքային գործառույթ. Ամենակարևոր գործառույթներից մեկը, որը կատարում է սպիտակուցը. Բոլոր բջիջների և նրանց օրգանելների կառուցվածքն ապահովվում է պեպտիդներով։ Նրանք, ինչպես շրջանակը, սահմանում են ձևը և կառուցվածքը: Բացի այդ, նրանք աջակցում են դրան և անհրաժեշտության դեպքում փոփոխում են: Հետևաբար, աճի և զարգացման համար բոլոր կենդանի օրգանիզմները պահանջում են սպիտակուցներ իրենց սննդակարգում: Նման պեպտիդներից են էլաստինը, տուբուլինը, կոլագենը, ակտինը, կերատինը և այլն։
8. Կատալիզատոր ֆունկցիա. Այն իրականացվում է ֆերմենտների միջոցով։ Բազմաթիվ և բազմազան, դրանք արագացնում են մարմնի բոլոր քիմիական և կենսաքիմիական ռեակցիաները: Առանց նրանց մասնակցության, ստամոքսի սովորական խնձորը կարող էր մարսվել ընդամենը երկու օրում՝ ամենայն հավանականությամբ այդ ընթացքում փտելով։ Կատալազի, պերօքսիդազի և այլ ֆերմենտների ազդեցության տակ այս գործընթացը տեղի է ունենում երկու ժամում։ Ընդհանուր առմամբ, հենց սպիտակուցների այս դերի շնորհիվ է իրականացվում անաբոլիզմը և կատաբոլիզմը, այսինքն՝ պլաստիկ և

Պաշտպանիչ դեր

Կան մի քանի տեսակի սպառնալիքներ, որոնցից սպիտակուցները նախատեսված են օրգանիզմը պաշտպանելու համար:

Նախ՝ տրավմատիկ ռեակտիվներ, գազեր, մոլեկուլներ, գործողության տարբեր սպեկտրի նյութեր։ Պեպտիդները կարողանում են փոխազդել նրանց հետ քիմիական ռեակցիա, այն վերածելով անվնաս ձևի կամ պարզապես չեզոքացնելով։

Երկրորդ, վերքերի ֆիզիկական սպառնալիքը. եթե ֆիբրինոգեն սպիտակուցը ժամանակին վնասվածքի տեղում չի վերածվում ֆիբրինի, ապա արյունը չի մակարդվի, ինչը նշանակում է, որ խցանումը չի առաջանա: Այնուհետև, ընդհակառակը, ձեզ անհրաժեշտ կլինի պեպտիդային պլազմին, որը կարող է լուծարել թրոմբը և վերականգնել անոթի անցունակությունը։

Երրորդ, անձեռնմխելիության սպառնալիք. Իմունային պաշտպանություն ձևավորող սպիտակուցների կառուցվածքն ու նշանակությունը չափազանց կարևոր են: Հակամարմիններ, իմունոգոլոբուլիններ, ինտերֆերոններ - այս ամենը մարդու ավշային և իմունային համակարգի կարևոր և նշանակալի տարրեր են: Ցանկացած օտար մասնիկ, վնասակար մոլեկուլ, բջջի մեռած մաս կամ մի ամբողջ կառուցվածք ենթակա է անհապաղ հետազոտության պեպտիդային միացության կողմից: Այդ իսկ պատճառով մարդ կարող է ինքնուրույն, առանց դեղորայքի օգնության, ամեն օր պաշտպանվել վարակներից և պարզ վիրուսներից։

Ֆիզիկական հատկություններ

Բջջի սպիտակուցի կառուցվածքը շատ կոնկրետ է և կախված է կատարվող գործառույթից: Բայց ֆիզիկական հատկություններԲոլոր պեպտիդները նման են և հանգում են հետևյալ բնութագրերին.

1. Մոլեկուլի քաշը կազմում է մինչև 1000000 Դալտոն։
2. Ջրային լուծույթում առաջանում են կոլոիդային համակարգեր։ Այնտեղ կառուցվածքը ձեռք է բերում լիցք, որը կարող է տարբեր լինել՝ կախված շրջակա միջավայրի թթվայնությունից։
3. Երբ ենթարկվում են ծանր պայմաններին (ճառագայթում, թթու կամ ալկալի, ջերմաստիճան և այլն), նրանք ի վիճակի են անցնել կոնֆորմացիաների այլ մակարդակների, այսինքն՝ դենացիա։ Այս գործընթացը 90% դեպքերում անշրջելի է: Այնուամենայնիվ, կա նաև հակադարձ տեղաշարժ՝ ռենատուրացիա:

Սրանք պեպտիդների ֆիզիկական բնութագրերի հիմնական հատկություններն են:

Սկյուռիկներ- բարձր մոլեկուլային քաշի օրգանական միացություններ, որոնք բաղկացած են α-ամինաթթուների մնացորդներից.

IN սպիտակուցի կազմըներառում է ածխածին, ջրածին, ազոտ, թթվածին, ծծումբ։ Որոշ սպիտակուցներ բարդույթներ են կազմում այլ մոլեկուլների հետ, որոնք պարունակում են ֆոսֆոր, երկաթ, ցինկ և պղինձ:

Սպիտակուցները մեծ մոլեկուլային քաշ ունեն՝ ձվի ալբումինը՝ 36000, հեմոգլոբինը 152000, միոզինը 500000 Համեմատության համար՝ սպիրտի մոլեկուլային զանգվածը 46 է, քացախաթթուն՝ 60, բենզոլը՝ 78։

Սպիտակուցների ամինաթթուների կազմը

Սկյուռիկներ- ոչ պարբերական պոլիմերներ, որոնց մոնոմերներն են α-ամինաթթուներ. Սովորաբար, α-ամինաթթուների 20 տեսակներ կոչվում են սպիտակուցային մոնոմերներ, թեև դրանցից ավելի քան 170-ը հայտնաբերված են բջիջներում և հյուսվածքներում:

Կախված նրանից, թե արդյոք ամինաթթուները կարող են սինթեզվել մարդկանց և այլ կենդանիների մարմնում, դրանք առանձնանում են. ոչ էական ամինաթթուներ- կարող է սինթեզվել; էական ամինաթթուներ- չի կարող սինթեզվել: Հիմնական ամինաթթուները օրգանիզմին պետք է մատակարարվեն սննդի միջոցով։ Բույսերը սինթեզում են բոլոր տեսակի ամինաթթուները:

Կախված ամինաթթուների կազմը, սպիտակուցներն են՝ ամբողջական- պարունակում է ամինաթթուների ամբողջ փաթեթը. թերի- որոշ ամինաթթուներ բացակայում են դրանց բաղադրության մեջ: Եթե ​​սպիտակուցները բաղկացած են միայն ամինաթթուներից, ապա դրանք կոչվում են պարզ. Եթե ​​սպիտակուցները, բացի ամինաթթուներից, պարունակում են ոչ ամինաթթու բաղադրիչ (պրոթեզային խումբ), դրանք կոչվում են. համալիր. Պրոթեզավորման խումբը կարող է ներկայացված լինել մետաղներով (մետալոպրոտեիններ), ածխաջրերով (գլիկոպրոտեիններ), լիպիդներով (լիպոպրոտեիններ), նուկլեինաթթուներով (նուկլեոպրոտեիններ)։

Բոլորը ամինաթթուները պարունակում են 1) կարբոքսիլ խումբ (-COOH), 2) ամինո խումբ (-NH 2), 3) ռադիկալ կամ R- խումբ (մոլեկուլի մնացած մասը): Ռադիկալի կառուցվածքը տարբեր տեսակներամինաթթուներ - տարբեր: Կախված ամինաթթուների բաղադրության մեջ ընդգրկված ամինաթթուների և կարբոքսիլ խմբերի քանակից՝ առանձնանում են. չեզոք ամինաթթուներ ունենալով մեկ կարբոքսիլ խումբ և մեկ ամինո խումբ; հիմնական ամինաթթուներմեկից ավելի ամինային խմբեր ունենալը. թթվային ամինաթթուներունենալով մեկից ավելի կարբոքսիլ խմբեր:

Ամինաթթուներն են ամֆոտերային միացություններ, քանի որ լուծույթում դրանք կարող են գործել և որպես թթուներ և հիմքեր: IN ջրային լուծույթներամինաթթուները գոյություն ունեն տարբեր իոնային ձևերով:

Պեպտիդային կապ

Պեպտիդներ — օրգանական նյութեր, որը բաղկացած է ամինաթթուների մնացորդներից՝ կապված պեպտիդային կապով։

Պեպտիդների առաջացումը տեղի է ունենում ամինաթթուների խտացման ռեակցիայի արդյունքում։ Երբ մի ամինաթթվի ամինո խումբը փոխազդում է մյուսի կարբոքսիլ խմբի հետ, նրանց միջև առաջանում է կովալենտ ազոտ-ածխածին կապ, որը կոչվում է. պեպտիդ. Կախված պեպտիդում ներառված ամինաթթուների մնացորդների քանակից՝ կան dipeptides, tripeptides, tetrapeptidesև այլն: Պեպտիդային կապի ձևավորումը կարող է կրկնվել բազմիցս։ Սա հանգեցնում է ձեւավորմանը պոլիպեպտիդներ. Պեպտիդի մի ծայրում կա ազատ ամինային խումբ (որը կոչվում է N-վերջ), իսկ մյուս ծայրում կա ազատ կարբոքսիլ խումբ (կոչվում է C-տերմինալ):

Սպիտակուցի մոլեկուլների տարածական կազմակերպում

Սպիտակուցների կողմից որոշակի հատուկ գործառույթների կատարումը կախված է դրանց մոլեկուլների տարածական կոնֆիգուրացիայից, բացի այդ, բջջի համար անբարենպաստ է սպիտակուցները չծալված վիճակում, շղթայի տեսքով, հետևաբար պոլիպեպտիդային շղթաները ենթարկվում են ծալման, ձեռք բերելով. որոշակի եռաչափ կառուցվածք կամ կոնֆորմացիա։ Առկա է 4 մակարդակ սպիտակուցների տարածական կազմակերպում.

Առաջնային սպիտակուցի կառուցվածքը- ամինաթթուների մնացորդների դասավորության հաջորդականությունը պոլիպեպտիդային շղթայում, որը կազմում է սպիտակուցի մոլեկուլը. Ամինաթթուների միջև կապը պեպտիդային կապ է:

Եթե ​​սպիտակուցի մոլեկուլը բաղկացած է ընդամենը 10 ամինաթթուների մնացորդներից, ապա սպիտակուցի մոլեկուլների տեսականորեն հնարավոր տարբերակների թիվը, որոնք տարբերվում են ամինաթթուների փոփոխության կարգով, 10 20 է։ Ունենալով 20 ամինաթթու՝ կարող եք դրանցից էլ ավելի տարբեր համակցություններ անել։ Մարդու օրգանիզմում մոտ տասը հազար տարբեր սպիտակուցներ են հայտնաբերվել, որոնք տարբերվում են ինչպես միմյանցից, այնպես էլ այլ օրգանիզմների սպիտակուցներից։

Դա սպիտակուցի մոլեկուլի առաջնային կառուցվածքն է, որը որոշում է սպիտակուցի մոլեկուլների հատկությունները և դրա տարածական կոնֆիգուրացիան: Պոլիպեպտիդային շղթայում միայն մեկ ամինաթթվի փոխարինումը մյուսով հանգեցնում է սպիտակուցի հատկությունների և գործառույթների փոփոխության: Օրինակ, հեմոգլոբինի β-ենթաբաժանումում վեցերորդ գլուտամինային ամինաթթուն վալինով փոխարինելը հանգեցնում է նրան, որ հեմոգլոբինի մոլեկուլը որպես ամբողջություն չի կարող կատարել իր հիմնական գործառույթը՝ թթվածնի փոխադրումը. Նման դեպքերում մարդու մոտ առաջանում է հիվանդություն, որը կոչվում է մանգաղ բջջային անեմիա։

Երկրորդական կառուցվածք- պատվիրված է պոլիպեպտիդային շղթայի ծալում պարույրի մեջ (կարծես երկարացված զսպանակ): Խխունջի պտույտներն ամրապնդվում են ջրածնային կապերով, որոնք առաջանում են կարբոքսիլային խմբերի և ամինո խմբերի միջև։ Ջրածնային կապերի առաջացմանը մասնակցում են CO և NH գրեթե բոլոր խմբերը։ Նրանք ավելի թույլ են, քան պեպտիդները, բայց, բազմիցս կրկնվելով, այս կազմաձևին տալիս են կայունություն և կոշտություն: Երկրորդային կառուցվածքի մակարդակում առկա են սպիտակուցներ՝ ֆիբրոին (մետաքս, սարդոստայն), կերատին (մազեր, եղունգներ), կոլագեն (ջլեր)։

Երրորդական կառուցվածք- պոլիպեպտիդային շղթաների փաթեթավորումը գնդիկների մեջ, որը առաջանում է քիմիական կապերի (ջրածին, իոնային, դիսուլֆիդ) ձևավորման և ամինաթթուների մնացորդների ռադիկալների միջև հիդրոֆոբ փոխազդեցությունների հաստատման արդյունքում: Երրորդային կառուցվածքի ձևավորման մեջ հիմնական դերը խաղում են հիդրոֆիլ-հիդրոֆոբ փոխազդեցությունները։ Ջրային լուծույթներում հիդրոֆոբ ռադիկալները հակված են թաքնվել ջրից՝ խմբավորվելով գլոբուլի ներսում, մինչդեռ հիդրոֆիլ ռադիկալները խոնավացման (ջրի դիպոլների հետ փոխազդեցության) արդյունքում հակված են հայտնվել մոլեկուլի մակերեսին։ Որոշ սպիտակուցներում երրորդական կառուցվածքը կայունանում է ցիստեինի երկու մնացորդների ծծմբի ատոմների միջև ձևավորված դիսուլֆիդային կովալենտային կապերով: Երրորդային կառուցվածքի մակարդակում կան ֆերմենտներ, հակամարմիններ և որոշ հորմոններ։

Չորրորդական կառուցվածքբնորոշ բարդ սպիտակուցներին, որոնց մոլեկուլները ձևավորվում են երկու կամ ավելի գնդիկներով: Ենթամիավորները մոլեկուլում պահվում են իոնային, հիդրոֆոբ և էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունների միջոցով։ Երբեմն, չորրորդական կառուցվածքի ձևավորման ժամանակ, ենթամիավորների միջև առաջանում են դիսուլֆիդային կապեր։ Չորրորդական կառուցվածքով ամենաուսումնասիրված սպիտակուցն է հեմոգլոբին. Այն ձևավորվում է երկու α-ենթամիավորներից (141 ամինաթթուների մնացորդներ) և երկու β-ենթամիավորներից (146 ամինաթթուների մնացորդներ)։ Յուրաքանչյուր ենթամիավորի հետ կապված է երկաթ պարունակող հեմ մոլեկուլը:

Եթե ​​ինչ-ինչ պատճառներով սպիտակուցների տարածական կոնֆորմացիան շեղվում է նորմայից, ապա սպիտակուցը չի կարող կատարել իր գործառույթները։ Օրինակ, «կովի խելագարության» (սպունգաձեւ էնցեֆալոպաթիա) պատճառը պրիոնների՝ նյարդային բջիջների մակերեսային սպիտակուցների աննորմալ կոնֆորմացիան է։

Սպիտակուցների հատկությունները

Սպիտակուցի մոլեկուլի ամինաթթվի կազմը և կառուցվածքը որոշում են այն հատկությունները. Սպիտակուցները միավորում են հիմնական և թթվային հատկությունները, որոնք որոշվում են ամինաթթուների ռադիկալներով. որքան շատ թթվային ամինաթթուներ կան սպիտակուցում, այնքան ավելի արտահայտված են նրա թթվային հատկությունները: Որոշված ​​է նվիրաբերելու և H + ավելացնելու հնարավորությունը սպիտակուցների բուֆերային հատկությունները; Ամենահզոր բուֆերներից մեկը կարմիր արյան բջիջներում հեմոգլոբինն է, որը պահպանում է արյան pH-ը մշտական ​​մակարդակում: Կան լուծվող սպիտակուցներ (ֆիբրինոգեն), և կան չլուծվող սպիտակուցներ, որոնք կատարում են մեխանիկական գործառույթներ (ֆիբրոյին, կերատին, կոլագեն)։ Ակտիվ սպիտակուցներ կան քիմիապես(ֆերմենտներ), կան քիմիապես ոչ ակտիվ, շրջակա միջավայրի տարբեր պայմանների նկատմամբ դիմացկուն և չափազանց անկայուն։

Արտաքին գործոններ (ջերմություն, ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում, ծանր մետաղներև դրանց աղերը, pH-ի փոփոխությունները, ճառագայթումը, ջրազրկումը)

կարող է առաջացնել սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքային կազմակերպման խախտում: Տվյալ սպիտակուցի մոլեկուլին բնորոշ եռաչափ կոնֆորմացիայի կորստի գործընթացը կոչվում է. denaturation. Դենատուրացիայի պատճառը կապերի խզումն է, որը կայունացնում է որոշակի սպիտակուցային կառուցվածքը: Սկզբում ամենաթույլ կապերը խզվում են, իսկ պայմանների խստանալուն զուգընթաց խզվում են ավելի ամուր կապերը։ Ուստի սկզբում կորչում են չորրորդական, հետո երրորդական և երկրորդական կառույցները։ Տարածական կոնֆիգուրացիայի փոփոխությունը հանգեցնում է սպիտակուցի հատկությունների փոփոխության և, որպես հետևանք, անհնար է դարձնում սպիտակուցի համար իր բնորոշ գործառույթը: կենսաբանական գործառույթներ. Եթե ​​դենատուրացիան չի ուղեկցվում առաջնային կառուցվածքի քայքայմամբ, ապա դա կարող է լինել շրջելի, այս դեպքում տեղի է ունենում սպիտակուցին բնորոշ կոնֆորմացիայի ինքնավերականգնում։ Օրինակ, մեմբրանի ընկալիչի սպիտակուցները ենթարկվում են նման դենատուրացիայի: Դենատուրացիայից հետո սպիտակուցի կառուցվածքի վերականգնման գործընթացը կոչվում է վերածնում. Եթե ​​սպիտակուցի տարածական կոնֆիգուրացիայի վերականգնումն անհնար է, ապա կոչվում է դենատուրացիա անշրջելի.

Սպիտակուցների գործառույթները

Գործառույթ	Օրինակներ և բացատրություններ
Շինարարություն	Սպիտակուցները մասնակցում են բջջային և արտաբջջային կառուցվածքների ձևավորմանը՝ դրանք բջջային թաղանթների (լիպոպրոտեիններ, գլիկոպրոտեիններ), մազերի (կերատին), ջլերի (կոլագեն) մասն են կազմում։
Տրանսպորտ	Արյան սպիտակուցը հեմոգլոբինը միացնում է թթվածինը և այն թոքերից տեղափոխում բոլոր հյուսվածքներ և օրգաններ, իսկ դրանցից ածխաթթու գազը փոխանցում է թոքեր. Բջջային թաղանթների բաղադրությունը ներառում է հատուկ սպիտակուցներ, որոնք ապահովում են որոշակի նյութերի և իոնների ակտիվ և խիստ ընտրովի փոխանցումը բջջից արտաքին միջավայր և ետ:
Կարգավորող	Սպիտակուցային հորմոնները մասնակցում են նյութափոխանակության գործընթացների կարգավորմանը։ Օրինակ՝ ինսուլին հորմոնը կարգավորում է արյան մեջ գլյուկոզայի մակարդակը, խթանում է գլիկոգենի սինթեզը և ավելացնում ածխաջրերից ճարպերի ձևավորումը։
Պաշտպանիչ	Ի պատասխան օտար սպիտակուցների կամ միկրոօրգանիզմների (հակիգենների) օրգանիզմ ներթափանցմանը, ձևավորվում են հատուկ սպիտակուցներ՝ հակամարմիններ, որոնք կարող են կապել և չեզոքացնել դրանք։ Ֆիբրինը, որը ձևավորվում է ֆիբրինոգենից, օգնում է դադարեցնել արյունահոսությունը:
Շարժիչ	Կծկվող սպիտակուցները՝ ակտինը և միոզինը, ապահովում են մկանների կծկումը բազմաբջիջ կենդանիների մոտ:
Ազդանշան	Բջջի մակերեսային թաղանթում ներկառուցված են սպիտակուցային մոլեկուլներ, որոնք ի վիճակի են փոխել իրենց երրորդական կառուցվածքը՝ ի պատասխան շրջակա միջավայրի գործոնների, այդպիսով ստանալով արտաքին միջավայրից ազդանշաններ և հրամաններ փոխանցելով բջիջին:
Պահպանում	Կենդանիների օրգանիզմում սպիտակուցները, որպես կանոն, չեն պահվում, բացառությամբ ձվի ալբումինի և կաթի կազեինի։ Բայց սպիտակուցների շնորհիվ որոշ նյութեր կարող են պահպանվել մարմնում, օրինակ՝ հեմոգլոբինի քայքայման ժամանակ երկաթը չի հեռացվում օրգանիզմից, այլ կուտակվում է՝ ֆերիտինի սպիտակուցի հետ ստեղծելով բարդույթ։
Էներգիա	Երբ 1 գ սպիտակուցը քայքայվում է վերջնական արտադրանքի, ազատվում է 17,6 կՋ։ Նախ, սպիտակուցները բաժանվում են ամինաթթուների, այնուհետև վերջնական արտադրանքների՝ ջրի, ածխածնի երկօքսիդև ամոնիակ: Այնուամենայնիվ, սպիտակուցները որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործվում են միայն այն դեպքում, երբ այլ աղբյուրներ (ածխաջրեր և ճարպեր) սպառվում են:
Կատալիզատոր	մեկը էական գործառույթներսպիտակուցներ. Տրամադրվում է սպիտակուցներով՝ ֆերմենտներով, որոնք արագացնում են բջիջներում տեղի ունեցող կենսաքիմիական ռեակցիաները: Օրինակ, ribulose biphosphate carboxylase-ը կատալիզացնում է CO 2-ի ֆիքսումը ֆոտոսինթեզի ժամանակ:

Ֆերմենտներ

Ֆերմենտներ, կամ ֆերմենտներ, սպիտակուցների հատուկ դաս են, որոնք կենսաբանական կատալիզատորներ են։ Ֆերմենտների շնորհիվ կենսաքիմիական ռեակցիաները տեղի են ունենում հսկայական արագությամբ։ Ֆերմենտային ռեակցիաների արագությունը տասնյակ հազարավոր անգամներ (և երբեմն միլիոնավոր) ավելի բարձր է, քան անօրգանական կատալիզատորների մասնակցությամբ տեղի ունեցող ռեակցիաների արագությունը։ Այն նյութը, որի վրա գործում է ֆերմենտը, կոչվում է սուբստրատ.

Ֆերմենտները գնդաձև սպիտակուցներ են, կառուցվածքային առանձնահատկություններֆերմենտները կարելի է բաժանել երկու խմբի՝ պարզ և բարդ։ Պարզ ֆերմենտներպարզ սպիտակուցներ են, այսինքն. բաղկացած է միայն ամինաթթուներից: Բարդ ֆերմենտներբարդ սպիտակուցներ են, այսինքն. Բացի սպիտակուցային մասից, դրանք պարունակում են ոչ սպիտակուցային բնույթի խումբ. կոֆակտոր. Որոշ ֆերմենտներ օգտագործում են վիտամիններ որպես կոֆակտորներ: Ֆերմենտի մոլեկուլը պարունակում է հատուկ մաս, որը կոչվում է ակտիվ կենտրոն: Ակտիվ կենտրոն- ֆերմենտի մի փոքր հատված (երեքից մինչև տասներկու ամինաթթուների մնացորդներ), որտեղ սուբստրատի կամ սուբստրատների միացումը տեղի է ունենում ֆերմենտ-սուբստրատ բարդույթի ձևավորման համար: Ռեակցիայի ավարտից հետո ֆերմենտ-սուբստրատ համալիրը քայքայվում է ֆերմենտի և ռեակցիայի արտադրանքի(ների) մեջ: Որոշ ֆերմենտներ ունեն (բացառությամբ ակտիվ) ալոստերիկ կենտրոններ- տարածքներ, որոնց վրա միացված են ֆերմենտի արագության կարգավորիչները ( ալոստերիկ ֆերմենտներ).

Ֆերմենտային կատալիզի ռեակցիաները բնութագրվում են՝ 1) բարձր արդյունավետությամբ, 2) խիստ ընտրողականությամբ և գործողության ուղղությամբ, 3) սուբստրատի սպեցիֆիկությամբ, 4) նուրբ և ճշգրիտ կարգավորմամբ։ Ֆերմենտային կատալիզի ռեակցիաների սուբստրատի և ռեակցիայի առանձնահատկությունը բացատրվում է Է. Ֆիշերի (1890) և Դ. Կոշլանդի (1959) վարկածներով։

Է. Ֆիշեր (բանալի-կողպման վարկած)առաջարկեց, որ ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնի և սուբստրատի տարածական կոնֆիգուրացիաները պետք է ճշգրտորեն համապատասխանեն միմյանց: Ենթաշերտը համեմատվում է «բանալու» հետ, ֆերմենտը «կողպեքի» հետ։

Դ. Կոշլանդ (ձեռքի ձեռնոցների վարկած)առաջարկեց, որ սուբստրատի կառուցվածքի և ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնի միջև տարածական համապատասխանությունը ստեղծվում է միայն միմյանց հետ փոխազդեցության պահին: Այս վարկածը նույնպես կոչվում է առաջացած նամակագրության վարկած.

Ֆերմենտային ռեակցիաների արագությունը կախված է՝ 1) ջերմաստիճանից, 2) ֆերմենտի կոնցենտրացիայից, 3) սուբստրատի կոնցենտրացիայից, 4) pH-ից։ Պետք է ընդգծել, որ քանի որ ֆերմենտները սպիտակուցներ են, նրանց ակտիվությունն ամենաբարձրն է ֆիզիոլոգիապես նորմալ պայմաններում:

Ֆերմենտների մեծ մասը կարող է աշխատել միայն 0-ից 40°C ջերմաստիճանում: Այս սահմաններում ռեակցիայի արագությունը մոտավորապես 2 անգամ ավելանում է ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր 10 °C բարձրացման դեպքում: 40 °C-ից բարձր ջերմաստիճանում սպիտակուցը ենթարկվում է դենատուրացիայի, և ֆերմենտների ակտիվությունը նվազում է: Սառեցմանը մոտ ջերմաստիճանում ֆերմենտներն ապաակտիվացված են:

Քանի որ սուբստրատի քանակությունը մեծանում է, ֆերմենտային ռեակցիայի արագությունը մեծանում է այնքան ժամանակ, մինչև սուբստրատի մոլեկուլների թիվը հավասարվի ֆերմենտի մոլեկուլների թվին: Սուբստրատի քանակի հետագա աճով արագությունը չի ավելանա, քանի որ ֆերմենտի ակտիվ կենտրոնները հագեցած են: Ֆերմենտի կոնցենտրացիայի ավելացումը հանգեցնում է կատալիտիկ ակտիվության բարձրացման, քանի որ սուբստրատի ավելի մեծ թվով մոլեկուլներ ենթարկվում են փոխակերպումների մեկ միավոր ժամանակում:

Յուրաքանչյուր ֆերմենտի համար կա օպտիմալ pH արժեք, որի դեպքում այն ​​ցուցաբերում է առավելագույն ակտիվություն (պեպսին՝ 2,0, թքագեղձի ամիլազ՝ 6,8, ենթաստամոքսային գեղձի լիպազ՝ 9,0)։ Ավելի բարձր կամ ցածր արժեքներՖերմենտի pH ակտիվությունը նվազում է։ pH-ի հանկարծակի փոփոխությունների դեպքում ֆերմենտը դենատուրացիա է անում:

Ալոստերիկ ֆերմենտների արագությունը կարգավորվում է նյութերով, որոնք կցվում են ալոստերային կենտրոններին։ Եթե ​​այդ նյութերը արագացնում են ռեակցիան, ապա դրանք կոչվում են ակտիվացնողներ, եթե նրանք դանդաղեն - արգելակիչներ.

Ֆերմենտների դասակարգում

Ըստ նրանց կատալիզացման քիմիական փոխակերպումների տեսակի՝ ֆերմենտները բաժանվում են 6 դասի.

1. օքսիրեդուկտազներ(ջրածնի, թթվածնի կամ էլեկտրոնային ատոմների փոխանցումը մի նյութից մյուսը՝ դեհիդրոգենազ),
2. տրանսֆերատներ(մեթիլ, ացիլ, ֆոսֆատ կամ ամինո խմբի փոխանցում մի նյութից մյուսը՝ տրանսամինազ),
3. հիդրոլազներ(հիդրոլիզի ռեակցիաներ, որոնցում սուբստրատից առաջանում են երկու արտադրանք՝ ամիլազ, լիպազ),
4. լիազներ(ոչ հիդրոլիտիկ հավելում սուբստրատին կամ դրանից ատոմների խմբի անջատումը, որի դեպքում կարող են կոտրվել C-C, C-N, C-O, C-S կապերը՝ դեկարբոքսիլազ),
5. իզոմերազներ(ներմոլեկուլային վերադասավորում - իզոմերազ),
6. լիգաներ(առաջացման արդյունքում երկու մոլեկուլների միացում C-C միացումներ, C-N, C-O, C-S - սինթետազ):

Դասերը իրենց հերթին բաժանվում են ենթադասերի և ենթադասերի։ Ներկայիս միջազգային դասակարգման մեջ յուրաքանչյուր ֆերմենտ ունի հատուկ կոդ, որը բաղկացած է չորս թվերից, որոնք բաժանված են կետերով: Առաջին համարը դասն է, երկրորդը՝ ենթադասը, երրորդը՝ ենթադասը, չորրորդը՝ այս ենթադասում գտնվող ֆերմենտի սերիական համարը, օրինակ՝ արգինազի կոդը 3.5.3.1 է։

Գնալ դեպի դասախոսություններ թիվ 2«Ածխաջրերի և լիպիդների կառուցվածքը և գործառույթները»

Գնալ դեպի դասախոսություններ թիվ 4«ATP նուկլեինաթթուների կառուցվածքը և գործառույթները»

Օրգանական նյութեր.Կենդանի օրգանիզմները, բացի անօրգանականներից, ներառում են նաև օրգանական նյութերի բազմազանություն։ Կենդանի էակների օրգանական նյութերը ձևավորվում են հիմնականում չորսով քիմիական տարրեր, կանչեց կենսագենիկածխածին, ջրածին, թթվածին և ազոտ: Սպիտակուցներում այդ տարրերին ավելացվում է ծծումբ, իսկ նուկլեինաթթուներում՝ ֆոսֆոր։

Օրգանական նյութերի բազմազանությունը մեծապես պայմանավորված է ածխածնով: Այս տարրը շնորհակալություն եզակի հատկություններկազմում է քիմիական հիմքկյանքը։ Այն կարող է ձևավորվել կովալենտային կապերբազմաթիվ ատոմներով և նրանց խմբերով, ձևավորելով շղթաներ, օղակներ, որոնք կազմում են տարբեր կազմի, կառուցվածքի, երկարության և ձևի կմախք օրգանական մոլեկուլներ. Սրանք էլ իրենց հերթին բարդ են կազմում քիմիական միացություններ, տարբերվում են կառուցվածքով և գործառույթներով։ Օրգանական մոլեկուլների բազմազանության հիմնական պատճառը ոչ այնքան դրանք կազմող ատոմների տարբերությունն է, այլ մոլեկուլում դրանք դասավորվածության տարբեր հաջորդականությունը:

Կենսապոլիմերների հայեցակարգը.Կենդանի օրգանիզմում օրգանական նյութերը ներկայացված են կամ համեմատաբար ցածր մոլեկուլային քաշ ունեցող փոքր մոլեկուլներով կամ մեծ մակրոմոլեկուլներով։ Ցածր մոլեկուլային քաշի միացությունները ներառում են ամինաթթուներ, շաքարներ, օրգանական թթուներ, սպիրտներ, վիտամիններ և այլն:

Սպիտակուցները, պոլիսախարիդները և նուկլեինաթթուները հիմնականում բարձր մոլեկուլային քաշ ունեցող կառույցներ են։ Դրա համար էլ կոչվում են մակրոմոլեկուլներ(հունարենից մակրո- մեծ): Այսպիսով, սպիտակուցների մեծ մասի մոլեկուլային զանգվածը կազմում է 5000-ից մինչև 1000000 բարձր մոլեկուլային օրգանական միացություններ: նուկլեինաթթուներ, պոլիսախարիդներ, որոնց մոլեկուլները բաղկացած են մեծ քանակությամբնույն կամ տարբեր քիմիական կառուցվածքըկրկնվող միավորները կոչվում են բիոպոլիմերներ(հունարենից bios- կյանքը և քաղաքականություն- բազմաթիվ): Պարզ մոլեկուլներ, մնացորդներից, որոնցից կազմված են կենսապոլիմերները, կոչվում են մոնոմերներ. Սպիտակուցների մոնոմերները ամինաթթուներն են, պոլիսախարիդների մոնոմերները՝ մոնոսաքարիդներ, իսկ նուկլեինաթթուների մոնոմերները՝ նուկլեոտիդներ։ Մակրոմոլեկուլները կազմում են բջջի չոր զանգվածի մոտ 90%-ը։

Այս գլուխը ուսումնասիրում է մակրոմոլեկուլների բոլոր երեք դասերը և դրանց մոնոմերային միավորները: Քննությանը ավելացվել են լիպիդներ՝ մոլեկուլներ, որպես կանոն, բիոպոլիմերներից շատ ավելի փոքր, բայց նաև մարմնում ֆունկցիաներ կատարող։

Օրգանական նյութերի հատուկ խումբ են կենսաբանական ակտիվ նյութեր. ֆերմենտներ, հորմոններ, վիտամիններ և այլն։ Կառուցվածքով բազմազան են. ազդում է նյութափոխանակության և էներգիայի փոխակերպման վրա:

Օրգանիզմների տարբեր խմբերի բջիջներում որոշակի օրգանական միացությունների պարունակությունը տարբեր է։ Օրինակ՝ կենդանական բջիջներում գերակշռում են սպիտակուցներն ու ճարպերը, իսկ բուսական բջիջներում՝ ածխաջրերը։ Այնուամենայնիվ, մեջ տարբեր բջիջներորոշ օրգանական միացություններ կատարում են նմանատիպ գործառույթներ:

Սկյուռիկներ.Կենդանի օրգանիզմներում, մակրոմոլեկուլների մեջ, սպիտակուցները առաջատար դեր են խաղում դրանց ֆունկցիոնալ նշանակության մեջ։ Շատ օրգանիզմներում սպիտակուցները գերակշռող և քանակական են: Այսպիսով, կենդանիների օրգանիզմում դրանք կազմում են 40–50%-ը, բույսերի օրգանիզմում՝ չոր զանգվածի 20–35%-ը։ Սպիտակուցները հետերոպոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են:

Ամինաթթուները սպիտակուցի մոլեկուլների «շինանյութն» են։Ամինաթթուներ - օրգանական միացություններ, որոնք պարունակում են և՛ ամինո խումբ (–NH), որը բնութագրվում է հիմնական հատկություններով, և՛ կարբոքսիլ խումբ (–COOH) թթվային հատկություններ. Ամինո խումբը և կարբոքսիլային խմբերը միացված են նույն ածխածնի ատոմին (նկ.): Ըստ այս հատկանիշի՝ բոլոր ամինաթթուները նման են միմյանց։ Սպիտակուցներ ձևավորող ամինաթթուների մեծ մասը ունեն մեկ կարբոքսիլ խումբ և մեկ ամին խումբ; այս ամինաթթուները կոչվում են չեզոք.

Մոլեկուլի մի մասը կոչվում է արմատական (Հ) տարբեր ամինաթթուներ ունեն տարբեր կառուցվածքներ (նկ.): Տարբեր ամինաթթուների ռադիկալը կարող է լինել ոչ բևեռային կամ բևեռային (լիցքավորված կամ լիցքավորված), հիդրոֆոբ կամ հիդրոֆիլ, ինչը սպիտակուցներին տալիս է որոշակի հատկություններ: Բացի չեզոքներից, կան հիմնական ամինաթթուներ- մեկից ավելի ամինո խմբերով, ինչպես նաև թթվային ամինաթթուներ- մեկից ավելի կարբոքսիլ խմբերով: Լրացուցիչ ամինո կամ հիդրօքսիլ խմբի առկայությունը ազդում է ռադիկալի հատկությունների վրա: Ամինաթթուների ռադիկալների բոլոր հատկությունները որոշիչ դեր են խաղում սպիտակուցի տարածական կառուցվածքի ձևավորման գործում։

Ընդհանուր թիվըՀայտնի է մոտ 200 ամինաթթու, և միայն 20 տեսակ է ներգրավված բնական սպիտակուցների ձևավորման մեջ: Այս ամինաթթուները կոչվում են սպիտակուցներ ձևավորող(Աղյուսակ 2. աղյուսակում ներկայացված են ամինաթթուների ամբողջական և կրճատ անվանումները, ոչ թե անգիր):

Աղյուսակ 2. Հիմնական ամինաթթուները և դրանց հապավումները

Բույսերը և բակտերիաները կարող են սինթեզել իրենց անհրաժեշտ բոլոր ամինաթթուները ֆոտոսինթեզի առաջնային արտադրանքներից: Մարդիկ և կենդանիները չեն կարողանում սինթեզել բոլոր ամինաթթուները, հետևաբար, այսպես կոչված էական ամինաթթուներդրանք պետք է պատրաստի ընդունել սննդի հետ։

Մարդու համար հիմնական ամինաթթուներն են. լիզին, վալին, լեյցին, իզոլեյցին, թրեոնին, ֆենիլալանին, տրիպտոֆանԵվ մեթիոնին; երեխաների համար նույնպես անփոխարինելի են արգինինԵվ հիստիդին. Սննդի սպիտակուցները, որոնք պարունակում են բոլոր էական ամինաթթուները, կոչվում են լիիրավ, ի տարբերություն հաշմանդամ, որոնք չունեն որոշակի էական ամինաթթուներ։

Մեկ ամինաթթվի մեջ և՛ հիմնային, և՛ թթվային խմբերի առկայությունը որոշում է դրանց ամֆոտերությունը և բարձր ռեակտիվությունը։ Ամինային խումբ

Մի ամինաթթվի (–NH 2) կարող է փոխազդել մեկ այլ ամինաթթվի կարբոքսիլ խմբի (–COOH) հետ՝ ազատելով ջրի մոլեկուլ։ Ստացված մոլեկուլն է դիպեպտիդ (նկ.), իսկ –CO-NH– կապը կոչվում է պեպտիդ. Դիպեպտիդային մոլեկուլի մի ծայրում կա ազատ ամինախումբ, իսկ մյուսում՝ կարբոքսիլ խումբ։ Դրա շնորհիվ դիպեպտիդը կարող է իրեն կցել այլ ամինաթթուներ՝ առաջացնելով օլիգոպեպտիդներ. Եթե ​​շատ ամինաթթուներ (տասից ավելի) միացված են այս կերպ, ձևավորվում է երկար շղթա. պոլիպեպտիդ.

Պեպտիդները կարևոր դեր են խաղում մարմնում։ Շատ օլիգո- և պոլիպեպտիդներ են հորմոններ, հակաբիոտիկներ և տոքսիններ:

Օլիգոպեպտիդները ներառում են, օրինակ, հիպոֆիզի հորմոնները՝ օքսիտոցին և վազոպրեսին, ինչպես նաև բրադիկինինը (ցավի պեպտիդ) և որոշ օփիատներ (մարդու «բնական դեղամիջոցներ»), որոնք գործում են որպես ցավազրկողներ։ Կանոնավոր օգտագործումը Թմրամիջոցների օգտագործումը շատ վտանգավոր է, այն քայքայում է օրգանիզմի ափիոնային համակարգը, ուստի թմրամոլն առանց թմրամիջոցների չափաբաժնի ուժեղ ցավ է զգում՝ «հեռացում»: Օլիգոպեպտիդները ներառում են որոշ հակաբիոտիկներ, օրինակ՝ գրամիցիդին Ս.

Հորմոնները (ինսուլին, ադրենոկորտիկոտրոպ հորմոն և այլն), հակաբիոտիկները (գրամիցիդին A), տոքսինները (դիֆթերիայի տոքսին) նույնպես պոլիպեպտիդներ են։

Պոլիպեպտիդային շղթաները կարող են լինել շատ երկար և ներառում են ամինաթթուների մի շարք համակցություններ: Պոլիպեպտիդները, որոնց մոլեկուլը պարունակում է 50-ից մինչև մի քանի հազար ամինաթթուների մնացորդներ՝ 6000-ից ավելի մոլեկուլային զանգվածով, կոչվում են սպիտակուցներ։

Յուրաքանչյուր հատուկ սպիտակուցը բնութագրվում է ամինաթթուների մնացորդների խիստ հաստատուն կազմով և հաջորդականությամբ:

Սպիտակուցի մոլեկուլի կազմակերպման մակարդակները.Սպիտակուցի մոլեկուլները կարող են տարբեր տարածական ձևեր ունենալ – կոնֆորմացիա, որոնք ներկայացնում են իրենց կազմակերպության չորս մակարդակները (նկ.)

Պեպտիդային կապերով միացված բազմաթիվ ամինաթթուների մնացորդներից բաղկացած շղթա է առաջնային կառուցվածքըսպիտակուցի մոլեկուլ. Այն ամենակարևոր կառուցվածքն է, քանի որ որոշում է դրա ձևը, հատկությունները և գործառույթները: Առաջնային կառուցվածքի հիման վրա ստեղծվում են այլ տեսակի կառույցներ։ Հենց այս կառուցվածքն է կոդավորված ԴՆԹ-ի մոլեկուլում: Մարմնի յուրաքանչյուր առանձին սպիտակուց ունի յուրահատուկ առաջնային կառուցվածք: Առանձին առանձին սպիտակուցի բոլոր մոլեկուլները (օրինակ՝ ալբումինը) ունեն ամինաթթուների մնացորդների նույն փոփոխականությունը, ինչը տարբերում է ալբումինը ցանկացած այլ առանձին սպիտակուցից։ Առաջնային կառուցվածքի բազմազանությունը որոշվում է պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների մնացորդների կազմով, քանակով և կարգով։

Երկրորդական կառուցվածք սպիտակուցները առաջանում են NH խմբերի ջրածնի ատոմի և պոլիպեպտիդային շղթայի տարբեր ամինաթթուների մնացորդների CO խմբերի թթվածնի ատոմի միջև ջրածնային կապերի ձևավորման արդյունքում։ Պոլիպեպտիդային շղթան ոլորված է պարույրի մեջ: Չնայած ջրածնային կապերը թույլ են, սակայն իրենց զգալի քանակի շնորհիվ ապահովում են այս կառուցվածքի կայունությունը։ Կերատինի սպիտակուցի մոլեկուլներն ունեն ամբողջովին պարուրաձև կոնֆիգուրացիա: Դա մազերի, մորթի, ճանկերի, փետուրների և եղջյուրների կառուցվածքային սպիտակուցն է. այն ողնաշարավորների մաշկի արտաքին շերտի մի մասն է: Բացի կերատինից, պտուտակավոր երկրորդական կառուցվածքը բնորոշ է ֆիբրիլային (թելանման) սպիտակուցներին, ինչպիսիք են միոզինը, ֆիբրինոգենը և կոլագենը։

Սպիտակուցի երկրորդական կառուցվածքը, բացի պարույրից, կարող է ներկայացվել ծալված շերտով։ Ծալված շերտում մի քանի պոլիպեպտիդ շղթաներ (կամ մեկ պոլիպեպտիդ շղթայի հատվածներ) ընկած են զուգահեռ՝ կազմելով ակորդեոնի նման ծալված հարթ կոնֆիգուրացիա (նկ. b6): Օրինակ, սպիտակուցի ֆիբրոինը, որը կազմում է մետաքսի մանրաթելի հիմնական մասը, որը արտազատվում է մետաքսի թրթուրի մետաքսե թրթուրի մետաքսե գեղձերի կողմից կոկոնների հյուսման ժամանակ, ունի երկրորդական կառուցվածք՝ ծալված շերտի տեսքով։

Երրորդական կառուցվածքստեղծվում է S-S կապերով («դիսուլֆիդային կամուրջներ») ցիստեինի մնացորդների (ծծումբ պարունակող ամինաթթու), ինչպես նաև ջրածնի, իոնային և այլ փոխազդեցությունների միջև։ Երրորդական կառուցվածքը որոշում է սպիտակուցի մոլեկուլների առանձնահատկությունը և դրանց կենսաբանական ակտիվությունը: Սպիտակուցներ, ինչպիսիք են միոգլոբինը (մկաններում հայտնաբերված սպիտակուց, որը մասնակցում է թթվածնի պաշարների ստեղծմանը) և տրիպսին (ֆերմենտ, որը քայքայում է սպիտակուցները աղիքներում), ունեն երրորդական կառուցվածք։

Որոշ դեպքերում երրորդական կառուցվածքով մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաներ միավորվում են մեկ համալիրի մեջ՝ դրանով իսկ ձևավորելով. չորրորդական կառուցվածք. Նրանում սպիտակուցային ենթամիավորները կովալենտորեն կապված չեն, իսկ ամրությունն ապահովվում է թույլ միջմոլեկուլային ուժերի փոխազդեցությամբ։ Օրինակ, չորրորդական կառուցվածքը բնորոշ է հեմոգլոբինի սպիտակուցին, որը բաղկացած է չորս սպիտակուցային ենթամիավորներից և ոչ սպիտակուցային մասից՝ հեմից։

ս 1. Ի՞նչ են սպիտակուցները: 2. Ո՞րն է սպիտակուցների կառուցվածքը: 3. Որոնք են ամինաթթուները: 4. Ինչպե՞ս են ամինաթթուները կապվում պոլիպեպտիդային շղթա ձևավորելու համար: 5. Սպիտակուցների կառուցվածքային կազմակերպման ի՞նչ մակարդակներ կան: 6. Որը քիմիական կապերորոշել սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցվածքային կազմակերպման տարբեր մակարդակները: 7. Կան երեք տեսակի ամինաթթուներ A.B.C. Հինգ ամինաթթուներից բաղկացած պոլիպեպտիդային շղթաների քանի՞ տարբերակ կարելի է կառուցել: Արդյո՞ք պոլիպեպտիդները կունենան նույն հատկությունները:

1. Ինչու՞ են սպիտակուցները համարվում պոլիմերներ:

Պատասխանել. Սպիտակուցները պոլիմերներ են, այսինքն՝ շղթաների պես կառուցված մոլեկուլներ՝ կրկնվող մոնոմերային միավորներից կամ ենթամիավորներից, որոնք բաղկացած են որոշակի հաջորդականությամբ պեպտիդային կապով միացված ամինաթթուներից։ Դրանք բոլոր օրգանիզմների հիմնական և անհրաժեշտ բաղադրիչներն են։

Կան պարզ սպիտակուցներ (սպիտակուցներ) և բարդ սպիտակուցներ (սպիտակուցներ): Սպիտակուցները սպիտակուցներ են, որոնց մոլեկուլները պարունակում են միայն սպիտակուցային բաղադրիչներ: Երբ դրանք ամբողջությամբ հիդրոլիզացված են, առաջանում են ամինաթթուներ։

Սպիտակուցները բարդ սպիտակուցներ են, որոնց մոլեկուլները զգալիորեն տարբերվում են սպիտակուցի մոլեկուլներից, քանի որ, բացի իրական սպիտակուցային բաղադրիչից, դրանք պարունակում են ոչ սպիտակուցային բնույթի ցածր մոլեկուլային քաշի բաղադրիչ:

2. Սպիտակուցների ի՞նչ գործառույթներ գիտեք:

Պատասխանել. Սպիտակուցները կատարում են հետևյալ գործառույթները՝ շինարարական, էներգետիկ, կատալիտիկ, պաշտպանիչ, տրանսպորտային, կծկվող, ազդանշանային և այլն։

Հարցեր § 11-ից հետո

1. Ո՞ր նյութերն են կոչվում սպիտակուցներ:

Պատասխանել. Սպիտակուցները կամ սպիտակուցները կենսաբանական պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բոլոր ամինաթթուներն ունեն ամինո խումբ (-NH2) և կարբոքսիլային խումբ (-COOH) և տարբերվում են ռադիկալների կառուցվածքով և հատկություններով։ Ամինաթթուները միմյանց հետ կապված են պեպտիդային կապերով, այդ իսկ պատճառով սպիտակուցները կոչվում են նաև պոլիպեպտիդներ։

Պատասխանել. Սպիտակուցի մոլեկուլները կարող են ընդունել տարբեր տարածական ձևեր՝ կոնֆորմացիաներ, որոնք ներկայացնում են դրանց կազմակերպման չորս մակարդակ։ Պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների գծային հաջորդականությունը ներկայացնում է սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը: Այն յուրահատուկ է ցանկացած սպիտակուցի համար և որոշում է դրա ձևը, հատկությունները և գործառույթները:

3. Ինչպե՞ս են առաջանում երկրորդական, երրորդային և չորրորդական սպիտակուցային կառուցվածքները:

Պատասխանել. Սպիտակուցի երկրորդական կառուցվածքը ձևավորվում է -CO- և -NH- խմբերի միջև ջրածնային կապերի ձևավորմամբ: Այս դեպքում պոլիպեպտիդային շղթան պտտվում է պարույրի մեջ։ Խխունջը կարող է ձեռք բերել գնդաձև կոնֆիգուրացիա, քանի որ տարբեր կապեր են առաջանում պարույրի ամինաթթուների ռադիկալների միջև: Գնդիկը սպիտակուցի երրորդական կառուցվածքն է։ Եթե ​​մի քանի գլոբուլներ միավորվում են մեկ բարդ համալիրի մեջ, ապա առաջանում է չորրորդական կառուցվածք: Օրինակ՝ մարդու արյան մեջ հեմոգլոբինը ձևավորվում է չորս գնդիկներով։

4. Ի՞նչ է սպիտակուցի դենատուրացիան:

Պատասխանել. Սպիտակուցի բնական կառուցվածքի խախտումը կոչվում է դենատուրացիա։ Մի շարք գործոնների ազդեցությամբ (քիմիական, ռադիոակտիվ, ջերմաստիճան և այլն) կարող են ոչնչացվել սպիտակուցի չորրորդական, երրորդական և երկրորդական կառուցվածքները։ Եթե ​​գործոնի ազդեցությունը դադարում է, ապա սպիտակուցը կարող է վերականգնել իր կառուցվածքը։ Եթե ​​գործոնի ազդեցությունը մեծանում է, ապա ոչնչանում է նաև սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը՝ պոլիպեպտիդային շղթան։ Դա արդեն անշրջելի գործընթաց- սպիտակուցը չի կարող վերականգնել իր կառուցվածքը

5. Ինչի՞ հիման վրա են սպիտակուցները բաժանվում պարզի և բարդի:

Պատասխանել. Պարզ սպիտակուցները բաղկացած են բացառապես ամինաթթուներից: Բարդ սպիտակուցները կարող են ներառել այլ օրգանական նյութեր՝ ածխաջրեր (այն ժամանակ կոչվում էին գլիկոպրոտեիններ), ճարպեր (լիպոպրոտեիններ), նուկլեինաթթուներ (նուկլեոպրոտեիններ):

6. Սպիտակուցների ի՞նչ գործառույթներ գիտեք:

Պատասխանել. Շինարարական (պլաստիկ) ֆունկցիա: Սպիտակուցներն են կառուցվածքային բաղադրիչ կենսաբանական թաղանթներև բջջային օրգանելները, ինչպես նաև մարմնի, մազերի, եղունգների և արյան անոթների օժանդակ կառույցների մի մասն են: Ֆերմենտային ֆունկցիա. Սպիտակուցները ծառայում են որպես ֆերմենտներ, այսինքն՝ կենսաբանական կատալիզատորներ, որոնք տասնյակ և հարյուրավոր միլիոնավոր անգամներ արագացնում են կենսաքիմիական ռեակցիաների արագությունը։ Օրինակ է ամիլազը, որը քայքայում է օսլան մոնոսաքարիդների։ Կծկվող (շարժիչ) ֆունկցիա: Այն իրականացվում է հատուկ կծկվող սպիտակուցներով, որոնք ապահովում են բջիջների և ներբջջային կառուցվածքների շարժումը։ Դրանց շնորհիվ քրոմոսոմները շարժվում են բջիջների բաժանման ժամանակ, իսկ դրոշակները և թարթիչները՝ նախակենդանիների բջիջները։ Ակտինի և միոզինի սպիտակուցների կծկվող հատկությունները մկանային ֆունկցիայի հիմքում են: Տրանսպորտային գործառույթ: Սպիտակուցները մասնակցում են մոլեկուլների և իոնների տեղափոխմանը մարմնի ներսում (հեմոգլոբինը թթվածինը տեղափոխում է թոքերից օրգաններ և հյուսվածքներ, շիճուկի ալբումինը մասնակցում է ճարպաթթուների տեղափոխմանը): Պաշտպանիչ գործառույթ. Այն բաղկացած է մարմինը պաշտպանելուց և օտար սպիտակուցների և բակտերիաների ներխուժումից: Լիմֆոցիտների կողմից արտադրված հակամարմինները ստեղծում են մարմնի պաշտպանություն օտար վարակի դեմ, իսկ ֆիբրինը ներգրավված է արյան մակարդուկի ձևավորման մեջ՝ դրանով իսկ օգնելով օրգանիզմին խուսափել արյան մեծ կորուստներից: Կարգավորող գործառույթ. Այն իրականացվում է հորմոնալ սպիտակուցներով։ Նրանք մասնակցում են բջիջների գործունեության կարգավորմանը և օրգանիզմի բոլոր կենսական գործընթացներին։ Այսպիսով, ինսուլինը կարգավորում է արյան շաքարի մակարդակը և պահպանում է դրանք որոշակի մակարդակի վրա։ Ազդանշանի գործառույթ: Բջջային թաղանթում ներկառուցված սպիտակուցներն ի վիճակի են փոխել իրենց կառուցվածքը՝ ի պատասխան գրգռվածության: Այսպիսով, ազդանշանները փոխանցվում են արտաքին միջավայրից դեպի բջիջ: Էներգետիկ գործառույթ: Այն իրականացվում է սպիտակուցներով չափազանց հազվադեպ: 1 գ սպիտակուցի ամբողջական քայքայման դեպքում կարող է ազատվել 17,6 կՋ էներգիա։ Այնուամենայնիվ, սպիտակուցները շատ արժեքավոր միացություն են մարմնի համար: Հետեւաբար, սպիտակուցի քայքայումը սովորաբար տեղի է ունենում ամինաթթուների մոտ, որոնցից կառուցվում են նոր պոլիպեպտիդային շղթաներ։ Հորմոնային սպիտակուցները կարգավորում են բջջի գործունեությունը և օրգանիզմի բոլոր կենսագործունեությունները։ Այսպիսով, մարդու մարմնում սոմատոտրոպինը մասնակցում է մարմնի աճի կարգավորմանը, ինսուլինը պահպանում է արյան գլյուկոզի մակարդակը մշտական ​​մակարդակում։

7. Ի՞նչ դեր են խաղում հորմոնային սպիտակուցները:

Պատասխանել. Կարգավորող գործառույթը բնորոշ է հորմոնային սպիտակուցներին (կարգավորիչներ): Նրանք կարգավորում են տարբեր ֆիզիոլոգիական պրոցեսներ։ Օրինակ, ամենահայտնի հորմոնը ինսուլինն է, որը կարգավորում է արյան մեջ գլյուկոզայի մակարդակը։ Երբ օրգանիզմում ինսուլինի պակաս կա, առաջանում է հիվանդություն, որը հայտնի է որպես շաքարային դիաբետ:

8. Ի՞նչ ֆունկցիա են կատարում ֆերմենտային սպիտակուցները:

Պատասխանել. Ֆերմենտները կենսաբանական կատալիզատորներ են, այսինքն՝ հարյուր միլիոնավոր անգամներ արագացնում են քիմիական ռեակցիաները։ Ֆերմենտները խիստ յուրահատկություն ունեն այն նյութի համար, որը արձագանքում է: Յուրաքանչյուր ռեակցիա կատալիզացվում է իր սեփական ֆերմենտի միջոցով:

9. Ինչու՞ են սպիտակուցները հազվադեպ օգտագործվում որպես էներգիայի աղբյուր:

Պատասխանել. Ամինաթթուների սպիտակուցի մոնոմերները արժեքավոր հումք են սպիտակուցի նոր մոլեկուլների կառուցման համար: Հետևաբար, պոլիպեպտիդների ամբողջական քայքայումը դեպի անօրգանական նյութերհազվադեպ է պատահում: Հետևաբար, էներգետիկ ֆունկցիան, որը բաղկացած է էներգիայի ամբողջական քայքայման ժամանակ ազատելու մեջ, բավականին հազվադեպ է կատարվում սպիտակուցների կողմից:

Ձվի սպիտակուցը բնորոշ սպիտակուց է: Պարզեք, թե ինչ կլինի նրա հետ, եթե այն ենթարկվի ջրի, ալկոհոլի, ացետոնի, թթվի, ալկալիի, բուսական յուղի, բարձր ջերմաստիճանի և այլն:

Պատասխանել. Ակցիայի արդյունքում բարձր ջերմաստիճանսպիտակուցի դենատուրացիա տեղի կունենա ձվի սպիտակուցի վրա: Երբ ենթարկվում ենք ալկոհոլի, ացետոնի, թթուների կամ ալկալիների, մոտավորապես նույն բանը տեղի է ունենում՝ սպիտակուցը կոագուլացվում է։ Սա պրոցես է, երբ սպիտակուցի երրորդ և չորրորդական կառուցվածքը խախտվում է ջրածնի և իոնային կապերի խզման պատճառով։

Ջրի և բուսական յուղի մեջ սպիտակուցը պահպանում է իր կառուցվածքը։

Հում կարտոֆիլի պալարը մանրացրեք՝ վերածվելով միջուկի: Վերցրեք երեք փորձանոթներ և յուրաքանչյուրի մեջ լցրեք փոքր քանակությամբ թակած կարտոֆիլ:

Առաջին փորձանոթը դրեք սառնարանի սառնարանում, երկրորդը՝ սառնարանի ներքևի դարակին, իսկ երրորդը՝ տարայի մեջ։ տաք ջուր(t = 40 °C): 30 րոպե հետո հանեք փորձանոթները և յուրաքանչյուրի մեջ մի փոքր քանակությամբ ջրածնի պերօքսիդ գցեք: Դիտեք, թե ինչ է տեղի ունենում յուրաքանչյուր փորձանոթում: Բացատրեք ձեր արդյունքները

Պատասխանել. Այս փորձը ցույց է տալիս կենդանի բջիջում կատալազ ֆերմենտի ակտիվությունը ջրածնի պերօքսիդի վրա: Ռեակցիայի արդյունքում թթվածին է ազատվում։ Փուչիկների արձակման դինամիկան կարող է օգտագործվել ֆերմենտի ակտիվության մասին դատելու համար:

Փորձը մեզ թույլ տվեց արձանագրել հետևյալ արդյունքները.

Կատալազի ակտիվությունը կախված է ջերմաստիճանից.

1. Փորձանոթ 1. չկան փուչիկներ, քանի որ ցածր ջերմաստիճանի դեպքում կարտոֆիլի բջիջները փլուզվել են:

2. Փորձանոթ 2. կան փոքր քանակությամբ փուչիկներ, քանի որ ցածր ջերմաստիճաններում ֆերմենտի ակտիվությունը ցածր է:

3. Փորձանոթ 3. փուչիկները շատ են, ջերմաստիճանը օպտիմալ է, կատալազը շատ ակտիվ է։

Կարտոֆիլով առաջին փորձանոթի մեջ մի քանի կաթիլ ջուր գցեք, երկրորդի մեջ մի քանի կաթիլ թթու (սեղանի քացախ) և երրորդի մեջ ալկալի:

Դիտեք, թե ինչ է տեղի ունենում յուրաքանչյուր փորձանոթում: Բացատրեք ձեր արդյունքները: Եզրակացություններ արեք.

Պատասխանել. Երբ ջուրը ավելացվում է, ոչինչ չի պատահում, երբ թթու ավելացվում է, որոշ մթնում է տեղի ունենում, երբ ալկալի է ավելանում, առաջանում է «փրփրում»՝ ալկալային հիդրոլիզ: