If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Ծանոթություն. սպիտակուցներ և ամինաթթուներ

Սպիտակուցների տարբեր տեսակները։ Ամինաթթուների կառուցվածքը և հատկությունները։ Պեպտիդային կապերի առաջացումը։

Ներածություն

Մենք սովորաբար մտածում ենք՝ սպիտակուցները անհաշվելի գոյականներ են, ինչ-որ համասեռ զանգված, որը որոշակի քանակությամբ պետք է առկա լինի մեր սննդակարգում: Սակայն եթե երբևէ աշխատես մոլեկուլային կենսաբանության լաբորատորիայում (օրինակ՝ ամառային պրակտիկայի ժամանակ), ապա սպիտակուցների մասին ունեցած պատկերացումդ կարող է փոխվել:
Թերևս քեզ մոտ հարց կառաջանա՝ ինչո՞ւ: Նախ և առաջ դու կտեսնես, որ սպիտակուցը միատեսակ զանգված չէ, այլ օրգանիզմում և անգամ մեկ բջջում կան բազմաթիվ սպիտակուցներ: Դրանք կարող են լինել տարբեր ձևի, չափի և տեսակի և յուրաքանչյուրն ունի իր ուրույն դերը և գործը։ Որոշ սպիտակուցներ ունեն կառուցողական նշանակություն՝ բջիջներին տալիս են ձև և օգնում են տեղաշարժվելու: Այլ սպիտակուցներ ծառայում են որպես ազդանշաններ և լողում են մեկ բջջից մյուսը՝ շշի մեջ տեղավորած նամակների նման: Որոշներն էլ նյութափոխանակությանը մասնակցող ֆերմենտներ են, որ իրար են միացնում կամ իրարից պոկում են բջջի համար անհրաժեշտ կենսամոլեկուլներ: Եվ հետաքրքիրն այն է, որ այս եզակի մոլեկուլներից մեկը գիտական ուսումնասիրությանդ ընթացքում կդառնա քոնը:
Սպիտակուցներն ամենալայն տարածում ունեցող օրգանական մոլեկուլներից են և ունեն շատ ավելի մեծ կառուցվածքային և գործառութային բազմազանություն, քան այլ դասի պատկանող մակրոմոլեկուլներ: Մեկ բջիջը կարող է հազարավոր սպիտակուցներ պարունակել, որոնցից յուրաքանչյուրն ուրույն գործառույթ ունի: Անկախ այն հանգամանքից, որ դրանց կառուցվածքներն ու գործառույթները զգալիորեն տարբերվում են, այնուամենայնիվ, բոլոր սպիտակուցները բաղկացած են մեկ կամ մի քանի ամինաթթվային շղթաներից: Այս հոդվածում մենք հանգամանորեն կուսումնասիրենք սպիտակուցների կառուցվածքային միավորները, կառուցվածքները և դերերը։

Սպիտակուցների տեսակներն ու գործառույթները

Սպիտակուցները բջջում կամ օրգանիզմում մի շարք գործառույթներ կարող են ունենալ։ Այստեղ կներկայացնենք քեզ թերևս արդեն ծանոթ սպիտակուցների մի քանի տեսակներ, որոնք կարևոր դեր են խաղում բազմաթիվ օրգանիզմների կենսաբանության մեջ (այդ թվում և մեր):

Ֆերմենտներ

Ֆերմենտները կենսաքիմիական ռեակցիաներում հանդես են գալիս որպես կատալիզատորներ, այսինքն՝ արագացնում են ռեակցիաները: Յուրաքանչյուր ֆերմենտ ճանաչում է մեկ կամ մի քանի սուբստրատի հետ. դրանք իրենցից ներկայացնում են մոլեկուլներ, որոնք կատալիտիկ ռեակցիաների սկզբնանյութերն են: Տարբեր ֆերմենտներ մասնակցում են տարատեսակ ռեակցիաների և կարող են քանդել, իրար կապել կամ վերադասավորել սուբստրատները:
Քո մարմնում առկա ֆերմենտներից է թքի ամիլազը, որը վերածում է ամիլոզը (նման է օսլայի), ավելի փոքր շաքարների: Ամիլոզն այնքան էլ քաղցր չէ, իսկ ավելի փոքր շաքարներն առավել քաղցր են: Այդ է պատճառը, որ օսլա պարունակող սննդանյութերը հաճախ ավելի քաղցր համ են ձեռք բերում, երբ երկար ես ծամում. այդպիսով թքի ամիլազը ժամանակ է ունենում ներգործելու համար:

Հորմոններ

Հորմոնները ներզատական բջիջների (ինչպիսիք են, օրինակ, քո մակուղեղի բջիջները) կողմից արտադրված հեռավար քիմիական ազդանշաններ են: Դրանք կառավարում են որոշակի ֆիզիոլոգիական գործընթացներ, ինչպիսիք են աճը, զարգացումը, նյութափոխանակությունը և վերարտադրողականությունը: Որոշ հորմոններ ունեն ստերոիդային հիմք (տե՛ս լիպիդների մասին հոդվածը), մյուսները սպիտակուցներն են: Սպիտակուցային հիմք ունեցող հորմոնները հայտնի են որպես պեպտիդային հորմոններ:
Օրինակ՝ ինսուլինը կարևոր պեպտիդային հորմոն է, որն օգնում է արյան մեջ գլյուկոզի մակարդակի կարգավորմանը: Երբ արյան մեջ գլյուկոզը բարձրանում է (օրինակ՝ ուտելուց հետո), ենթաստամոքսային գեղձի մասնագիտացած որոշ բջիջներ արտազատում են ինսուլին: Ինսուլինը կապվում է լյարդի և այլ օրգանների բջիջներին՝ նպաստելով այդ բջիջների կողմից գլյուկոզի յուրացմանը: Այս գործընթացը հանգեցնում է արյան մեջ շաքարի մակարդակի կարգավորմանը:
Սպիտակուցների հավելյալ տեսակների և նրանց գործառույթների մասին տեղեկություններ կգտնես ստորև ներկայացված սանդղակում.
Սպիտակուցների տեսակները և գործառույթները
ԴերըՕրինակներԳործառույթները
Մարսողական ֆերմենտԱմիլազ, լիպազ, պեպսինՍննդի բաղադրիչները վերածում են մանր մասնիկների, որոնք հեշտությամբ ներծծվում են
ՓոխադրումՀեմոգլոբինԱրյան և ավիշի միջոցով նյութերը տեղափոխում են ամբողջ մարմնով
ԿառուցվածքԱկտին, տուբուլին, կերատինՁևավորում են տարբեր կառուցվածքներ, օրինակ՝ բջջակմախքը
Ազդանշանի փոխանցում հորմոնների միջոցովԻնսուլին, գլյուկագոնԿարգավորում են մարմնի տարբեր համակարգերի գործունեությունը
ՊաշտպանությունՀակամարմիններՊաշտպանում են մարմինը օտար ախտածիններից
ԿծկումՄիոզինԻրականացնում է մկանների կծկումը
ՊահեստավորումԼոբազգիներում եղած պահեստային սպիտակուցները, ձվի սպիտակուցը (ալբումին)Սաղմի կամ ծիլի վաղ զարգացման ընթացքում մատակարարում են սնունդով նախնական ձևավորման ժամանակ
Ձևափոխված սանդղակի աղբյուրը՝ OpenStax College, Biology։
Սպիտակուցները կարող են լինել տարբեր ձևի և չափի: Որոշ տեսակներ գլոբուլյար (գրեթե գնդաձև) են, մնացածները նման են երկար ու բարակ մանրաթելերի: Օրինակ՝ հեմոգլոբին սպիտակուցը, որն արյան մեջ թթվածին է տեղափոխում, գլոբուլյար սպիտակուց է, իսկ կոլագենը, որը տեղակայված է մեր մաշկում, ֆիբրիլային սպիտակուց է։
Սպիտակուցի ձևն առանցքային նշանակություն ունի իր գործառույթի համար, և ինչպես կտեսնենք հաջորդիվ, տարատեսակ քիմիական կապեր կարևոր դերակատարություն ունեն սպիտակուցների ձևի պահպանման հարցում: Ջերմաստիճանի և pH-ի տատանումները, ինչպես նաև որոշ քիմիական նյութերի առկայությունը կարող են ձևափոխել սպիտակուցը և հանգեցնել դրա բնականոն գործունեության խաթարմանը: Այդ գործընթացը հայտնի է բնափոխում անվանմամբ:

Ամինաթթուներ

Ամինաթթուները սպիտակուցները կազմավորող մոնոմերներ են: Այսինքն՝ սպիտակուցը բաղկացած է ամինաթթուների մեկ կամ մի քանի գծային շղթաներից, որոնցից յուրաքանչյուրը կոչվում է պոլիպեպտիդ: Այդ անվան առաջացման մասին կիմանանք ստորև: Սպիտակուցների կազմում սովորաբար 20 տարբեր ամինաթթուներ կան:
Ամինաթթվի այս նկարում երևում են ամինախումբը, կարբօքսիլ խումբը, ալֆա ածխածինը և R խումբը:
Նկարի աղբյուրը՝ OpenStax Biology
Ամինաթթուներն ունեն ընդհանուր հիմնական կառուցվածք. բաղկացած են կենտրոնական ածխածնի ատոմից, որը հայտնի է նաև որպես ալֆա (α) ածխածին և ամինախմբի (NH2) մաս է կազմում, կարբօքսիլ խմբից (COOH) և ջրածնի ատոմից:
Թեև վերևում պատկերված ընդհանրացված ամինաթթուն պարզության համար ներկայացված է իր ամինա- և կարբօքսիլ խմբերով, որոնք չեզոք են, սա այն ձևը չէ, որով ամինաթթուները սովորաբար հայտնաբերվում են: Ֆիզիոլոգիական pH-ում (7,2 - 7,4) ամինախումբը սովորաբար պրոտոնացվում և ստանում է դրական լիցք, մինչդեռ կարբօքսիլ խմբից պրոտոնը սովորաբար պոկված է, և այն ունի բացասական լիցք:
Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի մեկ այլ ատոմ կամ ատոմների խումբ, որ միացած է կենտրոնական ատոմին և հայտնի է R խումբ անվամբ, որով որոշվում է ամինաթթվի բնույթը: Օրինակ՝ եթե R խումբը ջրածնի ատոմ է, ուրեմն ամինաթթուն գլիցինն է, իսկ եթե դա մեթիլ (CH3) խումբն է, ուրեմն ամինաթթուն ալանինն է: Ամենատարածված քսան ամինաթթուներին կարող ես ծանոթանալ ստորև ներկայացված գծապատկերում, որտեղ R խմբերը գունավորված են կապույտ:
Գծանկար, որտեղ ներկայացված են ամենատարածված քսան ամինաթթուներն իրենց հիմնական՝ պրոտոնացված վիճակում՝ ֆիզիոլոգիական pH-ում (7,2-7,4):
Նկարի աղբյուրը՝ "Dancojocari"։ Նկարը արտոնագրված է CC BY-SA 3,0 կամ GFDL կողմից և տրամադրված է Wikimedia Commons-ի կողմից:
Կողմնային շղթայի հատկությունները որոշում են ամինաթթվի քիմիական վարքագիծը (այսինքն՝ այն թթվայի՞ն է, հիմնայի՞ն, բևեռայի՞ն է, թե՞ ոչ բևեռային): Օրինակ՝ վալինը և լեյցինը ոչ բևեռային, հիդրոֆոբ ամինաթթուներ են, իսկ սերինը և գլուտամինը հիդրոֆիլ կողմնային շղթաներ ունեն և բևեռային են: Որոշ ամինաթթուներ, ինչպիսիք են լիզինը և արգինինը, ֆիզիոլոգիական pH-ում ունեն դրական լիցքավորված կողմնային շղթաներ և համարվում են հիմային ամինաթթուներ: (Երբեմն հիստիդինը նույնպես դասվում է այս խմբին, չնայած նրան, որ ֆիզիոլոգիական pH-ում հիմնականում կորցնում է պրոտոն): Ասպարտատն ու գլյուտամատն էլ ֆիզիոլոգիական pH-ում բացասական լիցքավորված են և համարվում են թթվային:
Որոշ ամինաթթուներ յուրահատուկ հատկություններ ունեցող R խմբեր ունեն, որոնց կարևորության մասին կիմանաս, երբ ուսումնասիրես սպիտակուցների կառուցվածքը.
  • Պրոլինն ունի R խումբ, որը կապված է իր իսկ ամինախմբին՝ առջաացնելով օղակաձև կառուցվածք: Դա ամինաթթվի սովորական կառուցվածքից շեղում է, քանի որ այն չունի ստանդարտ NH3+ ամինախումբ: Եթե կարծում ես, որ օղակաձև կառուցվածքը տարօրինակ է, ճիշտ ես. ամինաթթվային շղթաներում պրոլինը հաճախ դառնում է կորությունների և հանգույցների պատճառ:
  • Ցիստեինը պարունակում է թիոլային (-SH) խումբ, որը կարող է այլ ցիստեինների հետ կովալենտային կապ առաջացնել։ Սպիտակուցի կառուցվածքի մասին հոդվածում կտեսնենք, թե սպիտակուցի կառուցվածքի և գործառույթի համար ինչու է սա կարևոր։
    Եվ վերջապես՝ կան ևս մի քանի անկանոն ամինաթթուներ, որոնք հայտնաբերվում են սպիտակուցների մեջ որոշակի պայմաններում:

Պեպիդային կապեր

Քո բջիջներում ցանկացած սպիտակուց բաղկացած է մեկ կամ մի քանի պոլիպեպտիդային շղթայից: Այդ պոլիպեպտիդային շղթաներից յուրաքանչյուրը կազմված է ամինաթթուներից, որոնք իրար են միացած հատուկ հերթականությամբ: Պոլիպեպտիդը կարծես երկար բառ լինի, որը գրված է ամինաթթվային տառերով4: Ամինաթթուների քիմիական հատկություններն ու հերթականությունը առանցքային դեր են կատարում ինչպես պոլիպեպտիդների, այնպես էլ դրանց մաս կազմող սպիտակուցի կառուցվածքի և գործառույթի համար, որի մաս են կազմում պոլիպեպտիդները: Սակայն ինչպե՞ս են ամինաթթուները միանցած շղթաներում:
Պոլիպեպտիդի ամինաթթուները իրենց հարևաններին միացած են կովալենտային կապերով, որոնք հայտնի են որպես պեպտիդային կապեր: Յուրաքանչյուր կապ առաջանում է դեհիդրատացմամբ սինթեզի ռեակցիայի (կոնդենսացիա) արդյունքում: Սպիտակուցի սինթեզի ընթացքում ամինաթթվի կարբօքսիլ խումբը երկարող պոլիպեպտիդային շղթայի վերջում շղթայական ռեակցիայի մեջ է մտնում ներմուծվող ամինաթթվի ամինախմբի հետ՝ անջատելով ջրի մոլեկուլ: Ամինաթթուների միջև ձևավորված կապը պեպտիդային կապ է:
Պեպտիդային կապի առաջացումը երկու ամինաթթուների միջև: Պեպտիդային կապում մեկ ամինաթթվի կարբոնիլի C-ն կապվում է մյուս ամինաթթվի ամինախմբի N-ին:
Նկարի աղբյուրը՝ OpenStax Biology
Ամինաթթուների կառուցվածքից ելնելով՝ պոլիպեպտիդային շղթան ունի ուղղություն, որը նշանակում է՝ այն ունի քիմիապես միմյանցից տարբերվող երկու ծայր: Մի ծայրում պոլիպեպտիդն ունի ազատ ամինախումբ, և այդ ծայրը կոչվում է ամինո ծայր (կամ N-ծայր): Ազատ կարբоքսիլ խումբ ունեցող մյուս ծայրն էլ կոչվում է կարբоքսիլային ծայր (կամ C-ծայր): Վերևում պատկերված շատ կարճ պոլիպեպտիդի N-ծայրը ձախ կողմում է, իսկ C-ծայրը՝ աջ կողմում:
Ինչպե՞ս կարող ենք ամինաթթվային հաջորդականությունից հասնել պոլիպեպտիդ և հասուն ու գործող սպիտակուցի եռաչափ կառուցվածք։ Թե ինչպես է ամինաթթուների միջև փոխազդեցությունների պատճառով սպիտակուցը պարուրվում՝ առաջացնելով սպիտակուցի հասուն ձևը, խորհուրդ ենք տալիս դիտել սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեսանյութը։

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: