Պոլիպեպտիդային շղթա տանող ամինաթթուների խտացումը լավ ուսումնասիրված գործընթաց է: Հնարավոր է իրականացնել, օրինակ, ցանկացած մեկ ամինաթթվի կամ թթուների խառնուրդի խտացում և, համապատասխանաբար, ստանալ միևնույն միավորները կամ տարբեր միավորներ պարունակող պոլիմեր, որոնք փոխարինվում են պատահական կարգով: Նման պոլիմերները քիչ նմանություն ունեն բնական պոլիպեպտիդների հետ և չունեն կենսաբանական ակտիվություն: Հիմնական խնդիրն է միացնել ամինաթթուները խստորեն սահմանված, նախապես պլանավորված կարգով, որպեսզի վերարտադրեն բնական սպիտակուցներում ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությունը: Ամերիկացի գիտնական Ռոբերտ Մերրիֆիլդն առաջարկել է օրիգինալ մեթոդ, որը հնարավորություն է տվել լուծել նման խնդիր։ Մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ առաջին ամինաթթուն կցվում է չլուծվող պոլիմերային գելին, որը պարունակում է ռեակտիվ խմբեր, որոնք կարող են միավորվել ամինաթթվի -COOH- խմբերի հետ: Որպես այդպիսի պոլիմերային ենթաշերտ վերցվել է խաչակցված պոլիստիրոլը՝ դրա մեջ մտցված քլորոմեթիլ խմբերով: Որպեսզի ռեակցիայի համար վերցված ամինաթթուն ինքն իրեն չփոխազդի և H2N խումբը չմիացնի սուբստրատին, այս թթվի ամին խումբը նախապես արգելափակվում է մեծածավալ փոխարինողով [(C4H9)3]3OC(O): ) - խումբ. Ամինաթթուը պոլիմերային հենարանին միանալուց հետո արգելափակող խումբը հանվում է և մեկ այլ ամինաթթու ներմուծվում է ռեակցիայի խառնուրդի մեջ, որում նախապես արգելափակված է նաև H2N խումբը։ Նման համակարգում հնարավոր է միայն առաջին ամինաթթվի H2N խմբի և երկրորդ թթվի -COOH խմբի փոխազդեցությունը, որն իրականացվում է կատալիզատորների (ֆոսֆոնիումի աղերի) առկայությամբ։ Այնուհետեւ կրկնվում է ամբողջ սխեման՝ ներկայացնելով երրորդ ամինաթթուն (նկ. 26):
Վերջին քայլում ստացված պոլիպեպտիդային շղթաները բաժանվում են պոլիստիրոլի հենարանից։ Այժմ ամբողջ գործընթացը ավտոմատացված է, կան ավտոմատ պեպտիդային սինթեզատորներ, որոնք գործում են ըստ նկարագրված սխեմայի։ Բժշկության և գյուղատնտեսության մեջ օգտագործվող բազմաթիվ պեպտիդներ սինթեզվել են այս մեթոդով։ Հնարավոր է նաև ձեռք բերել բնական պեպտիդների բարելավված անալոգներ՝ ընտրովի և ուժեղացված գործողությամբ: Սինթեզվել են որոշ փոքր սպիտակուցներ, օրինակ՝ ինսուլին հորմոնը և որոշ ֆերմենտներ։
Բրինձ. 26.
Կան նաև սպիտակուցների սինթեզի մեթոդներ, որոնք կրկնում են բնական պրոցեսները. նրանք սինթեզում են նուկլեինաթթուների բեկորներ, որոնք կազմաձևված են որոշակի սպիտակուցներ արտադրելու համար, այնուհետև այդ բեկորները տեղադրվում են կենդանի օրգանիզմի մեջ (օրինակ՝ բակտերիաների մեջ), որից հետո մարմինը սկսում է արտադրել ցանկալի սպիտակուց: Այս կերպ այժմ ստացվում են զգալի քանակությամբ դժվար հասանելի սպիտակուցներ և պեպտիդներ, ինչպես նաև դրանց անալոգներ։
Սպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:10. Առաջին սպիտակուցը, որը արհեստականորեն սինթեզվեց, ինսուլինն էր, ինչպես նաև սոյայի սպիտակուցը։
Պատասխանել ՋնջելՍպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:9. Տրիպսին, Պեպսին։
Պատասխանել ՋնջելՍպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Պատասխանել Ջնջել
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:
3. Ծծումբը կերատինի մատակարարն է, որից կառուցվում են մազերի թեփուկները։ Ծծմբի պակասի դեպքում մազերը դառնում են ձանձրալի և անկենդան, կորցնում են իրենց առաձգականությունը:Սպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:6. Աճող օրգանիզմը սպիտակուցների կարիք ունի, իսկ մսային ապուրի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է:
Պատասխանել ՋնջելՍպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:2) Արյունը պարունակում է սպիտակուց, որը մակարդվում է 42 աստիճանից բարձր ջերմաստիճանում
Պատասխանել ՋնջելՍպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:6. Մսային ապուրի մեջ սպիտակուց կա, այն անհրաժեշտ է մկանային զանգված աճեցնելու համար։
Պատասխանել ՋնջելՍպիտակուցները անկանոն պոլիմերներ են, որոնց մոնոմերները ամինաթթուներ են։ Բնական սպիտակուցների կազմը ներառում է 20 ամինաթթու, որոնցից 8-ը անփոխարինելի են, այսինքն. չեն սինթեզվում օրգանիզմում և պետք է ընդունվեն օրգանիզմ սննդի հետ միասին։
Սպիտակուցները, փոխազդելով ազոտական թթվի հետ, տալիս են դեղին գույն։ Այս ռեակցիան կոչվում է xantoprotein ռեակցիա:Սպիտակուցների առաջնային կառուցվածքը ամինաթթուների փոփոխումն է գծային կառուցվածքում: Դենատուրացիան սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքի փոփոխման գործընթացն է: Ձվի մեջ սպիտակուցի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան կաթում և կաթնամթերքում։ Երբ եփում է, սպիտակուցը փոխում է իր գույնը:7. Կաթը կարող է կաթնաշոռվել թթվայնացման գործընթացի պատճառով: Ամբողջ կաթը պարունակում է հատուկ կաթնաթթվային բակտերիաներ։ Եթե կաթը պաղեցված է, ուրեմն մի տեսակ քնած վիճակում են։ Երբ արտադրանքը գտնվում է սենյակային ջերմաստիճանին մոտ ջերմաստիճանում, բակտերիաները սկսում են ակտիվորեն բազմանալ: Այս գործընթացի արդյունքում կաթը փոխում է իր հատկությունները՝ հյուսվածքն ու համը։ Թթվայնությունը սովորաբար առաջանում է ոչ պատշաճ պահպանման պատճառով: Ընդ որում, դրա մեղավորը միշտ չէ, որ սպառողը ունի՝ եթե գործարանում կամ խանութում կաթը երկար ժամանակ սխալ ջերմաստիճանում է մնացել, այն կարող է շատ արագ թթվել։
2. Արյունը պարունակում է սպիտակուց, երբ սպիտակուցը տաքացվում կամ մշակվում է, սկսվում է դենատուրացիայի պրոցեսը, հեմոգլոբինի սպիտակուցային հիմքը քայքայվում է, իսկ հագուստի վրա մնում են երկաթի օքսիդի բծերը, իրականում ժանգը, որը դժվար է լվանալ։
Պատասխանել ՋնջելՀոդվածի բովանդակությունը
ՍՊԻՏԱԿՈՒՆՆԵՐ (հոդված 1)- յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմում առկա կենսաբանական պոլիմերների դաս: Սպիտակուցների մասնակցությամբ տեղի են ունենում օրգանիզմի կենսագործունեությունն ապահովող հիմնական գործընթացները՝ շնչառություն, մարսողություն, մկանների կծկում, նյարդային ազդակների փոխանցում։ Կենդանի էակների ոսկրային հյուսվածքը, մաշկը, մազերը, եղջյուրները կազմված են սպիտակուցներից։ Կաթնասունների մեծ մասի համար օրգանիզմի աճն ու զարգացումը տեղի է ունենում որպես սննդի բաղադրիչ սպիտակուցներ պարունակող մթերքների շնորհիվ։ Սպիտակուցների դերն օրգանիզմում և, համապատասխանաբար, դրանց կառուցվածքը շատ բազմազան է։
Սպիտակուցների կազմը.
Բոլոր սպիտակուցները պոլիմերներ են, որոնց շղթաները հավաքվում են ամինաթթուների բեկորներից։ Ամինաթթուները օրգանական միացություններ են, որոնք իրենց բաղադրության մեջ (անվանման համաձայն) պարունակում են NH 2 ամինախումբ և օրգանական թթու, այսինքն. կարբոքսիլ, COOH խումբ: Գոյություն ունեցող ամինաթթուների ամբողջ բազմազանությունից (տեսականորեն, հնարավոր ամինաթթուների թիվը անսահմանափակ է), սպիտակուցների ձևավորմանը մասնակցում են միայն նրանք, որոնք ունեն միայն մեկ ածխածնի ատոմ ամինո խմբի և կարբոքսիլ խմբի միջև: Ընդհանուր առմամբ, սպիտակուցների ձևավորման մեջ ներգրավված ամինաթթուները կարող են ներկայացվել բանաձևով. H 2 N–CH(R)–COOH: Ածխածնի ատոմին կցված R խումբը (ամինա և կարբոքսիլ խմբերի միջև) որոշում է սպիտակուցները կազմող ամինաթթուների միջև եղած տարբերությունը։ Այս խումբը կարող է բաղկացած լինել միայն ածխածնի և ջրածնի ատոմներից, բայց ավելի հաճախ, բացի C-ից և H-ից, պարունակում է տարբեր ֆունկցիոնալ (հետագա փոխակերպումների ունակ) խմբեր, օրինակ՝ HO-, H2N- և այլն։ տարբերակ, երբ R \u003d H.
Կենդանի էակների օրգանիզմները պարունակում են ավելի քան 100 տարբեր ամինաթթուներ, սակայն ոչ բոլորն են օգտագործվում սպիտակուցների կառուցման մեջ, այլ միայն 20-ը, այսպես կոչված, «հիմնարար»: Աղյուսակում. 1-ը ցույց է տալիս նրանց անունները (անունների մեծ մասը զարգացել է պատմականորեն), կառուցվածքային բանաձևը, ինչպես նաև լայնորեն օգտագործվող հապավումը։ Բոլոր կառուցվածքային բանաձևերը դասավորված են աղյուսակում այնպես, որ ամինաթթվի հիմնական բեկորը գտնվում է աջ կողմում:
| Անուն | Կառուցվածք | Նշանակում |
| ԳԼԻՑԻՆ | GLI | |
| ԱԼԱՆԻՆ | ԱԼԱ | |
| ՎԱԼԻՆ | լիսեռ | |
| ԼԵՅՑԻՆ | LEI | |
| ԻՍՈԼԵՈՒՑԻՆ | ILE | |
| ՍԵՐԻՆ | SER | |
| ԹՐԵՈՆԻՆ | TRE | |
| ՑԻՍՏԵԻՆ | ԱՊՀ | |
| ՄԵՑԻՈՆԻՆ | ՄԵՏ | |
| ԼԻԶԻՆ | ԼԻԶ | |
| ԱՐԳԻՆԻՆ | Հայռուսգազ | |
| ԾԵՆԵԾԵՂԻ ԹԹՈՒ | ACH | |
| ԱՍՊԱՐԱԳԻՆ | ACH | |
| ԳԼՈՒՏԱՄԱԿԱՆ ԹԹՈՒ | GLU | |
| ԳԼՈՒՏԱՄԻՆ | GLN | |
| ֆենիլալանին | Ֆեն | |
| ՏԻՐՈԶԻՆ | TIR | |
| տրիպտոֆան | ԵՐԵՔ | |
| ՀԻՍՏԻԴԻՆ | GIS | |
| ՊՐՈԼԻՆ | ՊՐՈ | |
| Միջազգային պրակտիկայում ընդունված է թվարկված ամինաթթուների կրճատ նշանակումը՝ օգտագործելով լատիներեն եռատառ կամ մեկ տառ հապավումներ, օրինակ՝ գլիցին - Gly կամ G, ալանին - Ala կամ A: | ||
Այս քսան ամինաթթուներից (Աղյուսակ 1) միայն պրոլինը պարունակում է NH խումբ (NH 2-ի փոխարեն) COOH կարբոքսիլ խմբի կողքին, քանի որ այն ցիկլային հատվածի մի մասն է:
Աղյուսակում մոխրագույն ֆոնի վրա դրված ութ ամինաթթուները (վալին, լեյցին, իզոլեյցին, թրեոնին, մեթիոնին, լիզին, ֆենիլալանին և տրիպտոֆան) կոչվում են էական, քանի որ նորմալ աճի և զարգացման համար մարմինը պետք է անընդհատ ստանա դրանք սպիտակուցային սնունդով:
Ամինաթթուների հաջորդական միացման արդյունքում ձևավորվում է սպիտակուցի մոլեկուլ, մինչդեռ մեկ թթվի կարբոքսիլ խումբը փոխազդում է հարևան մոլեկուլի ամինախմբի հետ, որի արդյունքում առաջանում է –CO–NH– պեպտիդային կապ և ջուր։ մոլեկուլն ազատվում է. Նկ. 1-ը ցույց է տալիս ալանինի, վալինի և գլիցինի սերիական կապը:
Բրինձ. 1 ԱՄԻՆՈԹԹՎՆԵՐԻ ՍԵՐԻԱԿԱՆ ՄԻԱՑՈՒՄսպիտակուցի մոլեկուլի ձևավորման ժամանակ: Որպես պոլիմերային շղթայի հիմնական ուղղություն ընտրվել է H 2 N տերմինալ ամինո խմբից մինչև COOH տերմինալ կարբոքսիլ խումբը:
Սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքը կոմպակտ նկարագրելու համար օգտագործվում են պոլիմերային շղթայի ձևավորման մեջ ներգրավված ամինաթթուների հապավումները (Աղյուսակ 1, երրորդ սյունակ): Մոլեկուլի բեկորը, որը ներկայացված է Նկ. 1-ը գրվում է հետևյալ կերպ՝ H 2 N-ALA-VAL-GLY-COOH.
Սպիտակուցի մոլեկուլները պարունակում են 50-ից 1500 ամինաթթուների մնացորդներ (ավելի կարճ շղթաները կոչվում են պոլիպեպտիդներ): Սպիտակուցի անհատականությունը որոշվում է պոլիմերային շղթան կազմող ամինաթթուների բազմությամբ և, ոչ պակաս կարևոր, շղթայի երկայնքով դրանց փոփոխության կարգով։ Օրինակ, ինսուլինի մոլեկուլը բաղկացած է 51 ամինաթթուների մնացորդներից (դա ամենակարճ շղթայի սպիտակուցներից է) և բաղկացած է անհավասար երկարությամբ երկու փոխկապակցված զուգահեռ շղթաներից։ Ամինաթթուների բեկորների հաջորդականությունը ներկայացված է նկ. 2.
Բրինձ. 2 ԻՆՍՈՒԼԻՆԻ ՄՈԼԵԿՈՒԼ, կառուցված 51 ամինաթթուների մնացորդներից, նույն ամինաթթուների բեկորները նշվում են համապատասխան ֆոնի գույնով։ Շղթայում պարունակվող ցիստեին ամինաթթուների մնացորդները (կրճատված անվանումը CIS) կազմում են դիսուլֆիդային կամուրջներ -S-S-, որոնք կապում են երկու պոլիմերային մոլեկուլներ կամ ձևավորում են ցատկերներ մեկ շղթայի մեջ:
Ամինաթթվի ցիստեինի մոլեկուլները (Աղյուսակ 1) պարունակում են ռեակտիվ սուլֆիհիդրիդ խմբեր -SH, որոնք փոխազդում են միմյանց հետ՝ ձևավորելով դիսուլֆիդային կամուրջներ -S-S-: Առանձնահատուկ է ցիստեինի դերը սպիտակուցների աշխարհում, որի մասնակցությամբ պոլիմերային սպիտակուցի մոլեկուլների միջև առաջանում են խաչաձև կապեր։
Ամինաթթուների միացումը պոլիմերային շղթայի մեջ տեղի է ունենում կենդանի օրգանիզմում նուկլեինաթթուների հսկողության ներքո, հենց նրանք են ապահովում հավաքման խիստ կարգը և կարգավորում պոլիմերային մոլեկուլի ֆիքսված երկարությունը ( սմ. նուկլեինաթթուներ):
Սպիտակուցների կառուցվածքը.
Սպիտակուցի մոլեկուլի բաղադրությունը, որը ներկայացված է փոխարինող ամինաթթուների մնացորդների տեսքով (նկ. 2), կոչվում է սպիտակուցի առաջնային կառուցվածք։ Ջրածնային կապերն առաջանում են պոլիմերային շղթայում առկա HN իմինո խմբերի և CO կարբոնիլ խմբերի միջև ( սմ. ՋՐԱԾՆԱՅԻՆ ԿԱՊ), արդյունքում սպիտակուցի մոլեկուլը ձեռք է բերում որոշակի տարածական ձև, որը կոչվում է երկրորդական կառուցվածք։ Ամենատարածվածը սպիտակուցների երկրորդական կառուցվածքի երկու տեսակներն են.
Առաջին տարբերակը, որը կոչվում է α-helix, իրականացվում է ջրածնային կապերի միջոցով մեկ պոլիմերային մոլեկուլում: Մոլեկուլի երկրաչափական պարամետրերը, որոնք որոշվում են կապի երկարությամբ և կապի անկյուններով, այնպիսին են, որ ջրածնային կապերի առաջացումը հնարավոր է H-N և C=O խմբերի համար, որոնց միջև կան երկու պեպտիդային բեկորներ H-N-C=O (նկ. 3): .
Պոլիպեպտիդային շղթայի կազմը ցույց է տրված նկ. 3-ը կրճատ ձևով գրվում է հետևյալ կերպ.
Հ 2 Ն-ԱԼԱ ՎԱԼ-ԱԼԱ-ԼԵՅ-ԱԼԱ-ԱԼԱ-ԱԼԱ-ԱԼԱ-ՎԱԼ-ԱԼԱ-ԱԼԱ-ԱԼԱ-ՔՈՒ.
Ջրածնային կապերի կծկվող գործողության արդյունքում մոլեկուլը ստանում է պարույրի ձև՝ այսպես կոչված α-պարույր, այն պատկերված է որպես կոր պարուրաձև ժապավեն, որն անցնում է պոլիմերային շղթան կազմող ատոմների միջով (նկ. 4):
Բրինձ. 4 ՍՊԵՏՈՒՆԻ ՄՈԼԵԿՈՒԼԻ 3D ՄՈԴԵԼα-խխունջի տեսքով։ Ջրածնային կապերը ցուցադրվում են որպես կանաչ կետավոր գծեր: Պտտման որոշակի անկյան տակ տեսանելի է պարույրի գլանաձև ձևը (ջրածնի ատոմները պատկերված չեն): Առանձին ատոմների գույնը տրվում է միջազգային կանոններին համապատասխան, որոնք խորհուրդ են տալիս ածխածնի ատոմների համար սև, ազոտի համար՝ կապույտ, թթվածնի համար՝ կարմիր և ծծմբի համար՝ դեղին (սպիտակ գույնը խորհուրդ է տրվում ջրածնի ատոմների համար, որոնք ներկայացված չեն նկարում, այս դեպքում՝ ամբողջ կառուցվածքը պատկերված է մուգ ֆոնի վրա):
Երկրորդական կառուցվածքի մեկ այլ տարբերակ, որը կոչվում է β կառուցվածք, նույնպես ձևավորվում է ջրածնային կապերի մասնակցությամբ, տարբերությունն այն է, որ զուգահեռաբար տեղակայված երկու կամ ավելի պոլիմերային շղթաների H-N և C=O խմբերը փոխազդում են։ Քանի որ պոլիպեպտիդային շղթան ունի ուղղություն (նկ. 1), տարբերակները հնարավոր են, երբ շղթաների ուղղությունը նույնն է (զուգահեռ β կառուցվածք, Նկար 5), կամ դրանք հակառակ են (հակ զուգահեռ β- կառուցվածք, նկ. 6): .
Տարբեր բաղադրության պոլիմերային շղթաները կարող են մասնակցել β- կառուցվածքի ձևավորմանը, մինչդեռ պոլիմերային շղթան շրջանակող օրգանական խմբերը (Ph, CH 2 OH և այլն) շատ դեպքերում երկրորդական դեր են խաղում՝ H-N-ի և C-ի փոխադարձ դասավորությունը: =O խմբերը որոշիչ են: Քանի որ H-N և C=O խմբերն ուղղված են պոլիմերային շղթայի նկատմամբ տարբեր ուղղություններով (նկարում վեր ու վար), հնարավոր է դառնում երեք կամ ավելի շղթաների միաժամանակ փոխազդեցությունը:
Առաջին պոլիպեպտիդ շղթայի կազմը Նկ. 5:
H 2 N-LEI-ALA-FEN-GLI-ALA-ALA-COOH
Երկրորդ և երրորդ շղթայի կազմը.
H 2 N-GLY-ALA-SER-GLY-TRE-ALA-COOH
Պոլիպեպտիդային շղթաների կազմը ցույց է տրված նկ. 6, նույնը, ինչ Նկ. 5, տարբերությունն այն է, որ երկրորդ շղթան ունի հակառակ (նկար 5-ի համեմատ) ուղղություն։
Հնարավոր է մեկ մոլեկուլի ներսում β-կառույց ձևավորել, երբ որոշակի հատվածում շղթայի բեկորը պտտվել է 180°-ով, այս դեպքում մեկ մոլեկուլի երկու ճյուղ ունեն հակառակ ուղղություն, արդյունքում՝ հակազուգահեռ. ձեւավորվում է β-կառույց (նկ. 7):
Կառուցվածքը ցույց է տրված նկ. 7 հարթ պատկերում, ցույց է տրված նկ. 8 եռաչափ մոդելի տեսքով։ β- կառուցվածքի հատվածները սովորաբար պարզեցված կերպով նշվում են հարթ ալիքաձև ժապավենով, որն անցնում է ատոմների միջով, որոնք կազմում են պոլիմերային շղթան։
Բազմաթիվ սպիտակուցների կառուցվածքում փոխարինվում են α-խխունջի և ժապավենանման β կառուցվածքների հատվածները, ինչպես նաև առանձին պոլիպեպտիդային շղթաներ։ Պոլիմերային շղթայում դրանց փոխադարձ դասավորությունը և փոփոխությունը կոչվում է սպիտակուցի երրորդական կառուցվածք։
Սպիտակուցների կառուցվածքը պատկերելու մեթոդները ներկայացված են ստորև՝ օգտագործելով բուսական սպիտակուցը որպես օրինակ: Սպիտակուցների կառուցվածքային բանաձևերը, որոնք հաճախ պարունակում են մինչև հարյուրավոր ամինաթթու բեկորներ, բարդ են, ծանր և դժվար հասկանալի, հետևաբար երբեմն օգտագործվում են պարզեցված կառուցվածքային բանաձևեր՝ առանց քիմիական տարրերի նշանների (նկ. 9, տարբերակ Ա), բայց միևնույն ժամանակ. այն ժամանակ, երբ նրանք պահպանում են վալենտային հարվածների գույնը միջազգային կանոններին համապատասխան (նկ. 4): Այս դեպքում բանաձեւը ներկայացված է ոչ թե հարթ, այլ տարածական պատկերով, որը համապատասխանում է մոլեկուլի իրական կառուցվածքին։ Այս մեթոդը հնարավորություն է տալիս, օրինակ, տարբերակել դիսուլֆիդային կամուրջները (նման ինսուլինում հայտնաբերվածներին, Նկար 2), ֆենիլային խմբերը շղթայի կողային շրջանակում և այլն: Մոլեկուլների պատկերը եռաչափ տեսքով մոդելները (գնդիկները միացված են ձողերով) որոշ չափով ավելի պարզ է (նկ. 9, տարբերակ Բ): Այնուամենայնիվ, երկու մեթոդներն էլ թույլ չեն տալիս ցույց տալ երրորդական կառուցվածքը, ուստի ամերիկացի կենսաֆիզիկոս Ջեյն Ռիչարդսոնն առաջարկեց α-կառուցվածքները պատկերել որպես պարուրաձև ոլորված ժապավեններ (տես նկ. 4), β- կառուցվածքները որպես հարթ ալիքաձև ժապավեններ (նկ. 8) և միացնող: դրանք միայնակ շղթաներ - բարակ կապոցների տեսքով, կառուցվածքի յուրաքանչյուր տեսակ ունի իր գույնը: Այժմ լայնորեն կիրառվում է սպիտակուցի երրորդական կառուցվածքը պատկերելու այս մեթոդը (նկ. 9, տարբերակ Բ): Երբեմն, ավելի մեծ տեղեկատվական բովանդակության համար, երրորդական կառուցվածքը և պարզեցված կառուցվածքային բանաձևը ցուցադրվում են միասին (նկ. 9, տարբերակ D): Կան նաև Ռիչարդսոնի առաջարկած մեթոդի մոդիֆիկացիաները՝ α-պտուտակները պատկերված են որպես բալոններ, իսկ β-կառույցները՝ հարթ սլաքների տեսքով, որոնք ցույց են տալիս շղթայի ուղղությունը (նկ. 9, տարբերակ E): Ավելի քիչ տարածված է այն մեթոդը, որով ամբողջ մոլեկուլը պատկերված է որպես կապոց, որտեղ անհավասար կառուցվածքները տարբերվում են տարբեր գույներով, իսկ դիսուլֆիդային կամուրջները ցուցադրվում են որպես դեղին կամուրջներ (նկ. 9, տարբերակ E):
Բ տարբերակն ամենահարմարն է ընկալման համար, երբ երրորդական կառուցվածքը պատկերելիս նշվում են սպիտակուցի կառուցվածքային առանձնահատկությունները (ամինաթթուների բեկորները, դրանց փոփոխման կարգը, ջրածնային կապերը), մինչդեռ ենթադրվում է, որ բոլոր սպիտակուցները պարունակում են «դետալներ»: վերցված քսան ամինաթթուների ստանդարտ հավաքածուից (Աղյուսակ 1): Երրորդական կառուցվածքը պատկերելու հիմնական խնդիրն է ցույց տալ երկրորդական կառույցների տարածական դասավորությունը և հերթափոխը:
Բրինձ. 9 ԿՐՈՒՄԲԻՆ ՍՊԵՏՈՒՆԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԻ ՊԱՏԿԵՐԻ ՏԱՐԲԵՐ ՏԱՐԲԵՐԱԿՆԵՐ.
A-ն կառուցվածքային բանաձև է տարածական պատկերում:
B - կառուցվածքը եռաչափ մոդելի տեսքով:
B-ն մոլեկուլի երրորդական կառուցվածքն է:
G - A և B տարբերակների համադրություն:
E - երրորդական կառուցվածքի պարզեցված պատկեր:
E - երրորդային կառուցվածք դիսուլֆիդային կամուրջներով:
Ընկալման համար ամենահարմարը եռաչափ երրորդական կառուցվածքն է (տարբերակ B)՝ ազատված կառուցվածքային բանաձեւի մանրամասներից։
Երրորդական կառուցվածք ունեցող սպիտակուցի մոլեկուլը, որպես կանոն, ստանում է որոշակի կոնֆիգուրացիա, որը ձևավորվում է բևեռային (էլեկտրոստատիկ) փոխազդեցությունների և ջրածնային կապերի արդյունքում։ Արդյունքում մոլեկուլը ստանում է կոմպակտ կծիկի ձև՝ գնդաձև սպիտակուցներ (գլոբուլներ, լատ. գնդիկ), կամ թելիկ-ֆիբրիլային սպիտակուցներ (ֆիբրա, լատ. մանրաթել):
Գնդաձեւ կառուցվածքի օրինակ է սպիտակուցային ալբումինը, հավի ձվի սպիտակուցը պատկանում է ալբումինների դասին։ Ալբումինի պոլիմերային շղթան հավաքվում է հիմնականում ալանինից, ասպարտիկ թթվից, գլիցինից և ցիստեինից՝ հերթափոխով որոշակի հերթականությամբ։ Երրորդական կառուցվածքը պարունակում է α-պարուրակներ, որոնք միացված են մեկ շղթաներով (նկ. 10):
Բրինձ. 10 ԱԼԲՈՒՄԻՆԻ ԳԼՈԲՈՒԼԱՅԻՆ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ
Ֆիբրիլային կառուցվածքի օրինակ է ֆիբրոին սպիտակուցը: Դրանք պարունակում են մեծ քանակությամբ գլիցինի, ալանինի և սերինի մնացորդներ (ամինաթթուների յուրաքանչյուր երկրորդ մնացորդը գլիցին է); Սուլֆիհիդրիդ խմբեր պարունակող ցիստեինի մնացորդները բացակայում են: Ֆիբրոինը` բնական մետաքսի և սարդոստայնի հիմնական բաղադրիչը, պարունակում է β-կառուցվածքներ, որոնք կապված են միայնակ շղթաներով (նկ. 11):
Բրինձ. տասնմեկ FIBRILLY PROTEIN ՖԻԲՐՈԻՆ
Որոշակի տիպի երրորդական կառուցվածքի ձևավորման հնարավորությունը բնորոշ է սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքին, այսինքն. նախապես որոշվում է ամինաթթուների մնացորդների փոփոխման կարգով. Նման մնացորդների որոշակի խմբերից հիմնականում առաջանում են α-պարուրակներ (այդպիսի հավաքածուները բավականին շատ են), մեկ այլ խումբ հանգեցնում է β- կառուցվածքների առաջացմանը, առանձին շղթաները բնութագրվում են իրենց կազմով։
Որոշ սպիտակուցային մոլեկուլներ, պահպանելով երրորդական կառուցվածքը, կարող են միավորվել մեծ վերմոլեկուլային ագրեգատների մեջ, մինչդեռ դրանք միասին են պահվում բևեռային փոխազդեցությունների, ինչպես նաև ջրածնային կապերի միջոցով: Նման գոյացությունները կոչվում են սպիտակուցի չորրորդական կառուցվածք։ Օրինակ, ֆերիտինի սպիտակուցը, որը բաղկացած է հիմնականում լեյցինից, գլուտամինաթթվից, ասպարտիկ թթվից և հիստիդինից (ֆերիկինը պարունակում է բոլոր 20 ամինաթթուների մնացորդները տարբեր քանակությամբ) կազմում է չորս զուգահեռ դրված α-սպիրալների երրորդական կառուցվածք։ Երբ մոլեկուլները միավորվում են մեկ անսամբլի մեջ (նկ. 12), ձևավորվում է չորրորդական կառուցվածք, որը կարող է ներառել մինչև 24 ֆերիտինի մոլեկուլ։
Նկ.12 ՖԵՐԻՏԻՆԻ ԳԼՈԲՈՒԼԱՅԻՆ ՍՊԻՏՈՒՏԻՆԻ ՔԱՌՈՐԴԱԿԱՆ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԻ ՁԵՎԱՎՈՐՈՒՄԸ
Գերմոլեկուլային գոյացությունների մեկ այլ օրինակ է կոլագենի կառուցվածքը։ Այն ֆիբրիլային սպիտակուց է, որի շղթաները հիմնականում կառուցված են գլիցինից՝ փոխարինելով պրոլինով և լիզինով: Կառուցվածքը պարունակում է միայնակ շղթաներ, եռակի α-պարույրներ, որոնք հերթափոխվում են ժապավենանման β-կառուցվածքներով, որոնք շարված են զուգահեռ կապոցներով (նկ. 13):
Նկ.13 ԿՈԼԱԳԵՆԻ ՖԻԲՐԻԼԱՅԻՆ ՍՊԻՏՈՒՆԻ ԳԵՐԱՄՈԼԵԿՈՒԼԱՅԻՆ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ
Սպիտակուցների քիմիական հատկությունները.
Օրգանական լուծիչների ազդեցության տակ որոշ բակտերիաների թափոններ (կաթնաթթվային խմորում) կամ ջերմաստիճանի բարձրացմամբ, երկրորդական և երրորդական կառուցվածքները ոչնչանում են՝ չվնասելով դրա առաջնային կառուցվածքը, արդյունքում՝ սպիտակուցը կորցնում է լուծելիությունը և կորցնում կենսաբանական ակտիվությունը։ գործընթացը կոչվում է դենատուրացիա, այսինքն՝ բնական հատկությունների կորուստ, օրինակ՝ թթու կաթի կաթնաշոռը, խաշած հավի ձվի մակարդված սպիտակուցը։ Բարձր ջերմաստիճանի դեպքում կենդանի օրգանիզմների (մասնավորապես՝ միկրոօրգանիզմների) սպիտակուցները արագ դեֆորմացվում են։ Նման սպիտակուցները չեն կարողանում մասնակցել կենսաբանական գործընթացներին, արդյունքում միկրոօրգանիզմները մահանում են, ուստի եփած (կամ պաստերիզացված) կաթը կարելի է ավելի երկար պահել։
Պեպտիդային կապերը H-N-C=O, որոնք կազմում են սպիտակուցի մոլեկուլի պոլիմերային շղթան, հիդրոլիզվում են թթուների կամ ալկալիների առկայության դեպքում, և պոլիմերային շղթան կոտրվում է, ինչը, ի վերջո, կարող է հանգեցնել սկզբնական ամինաթթուների: Պեպտիդային կապերը, որոնք α-սպիրալների կամ β- կառուցվածքների մաս են կազմում, ավելի դիմացկուն են հիդրոլիզի և տարբեր քիմիական ազդեցությունների նկատմամբ (համեմատած միայնակ շղթաների նույն կապերի հետ): Սպիտակուցի մոլեկուլի ավելի նուրբ ապամոնտաժումը նրա բաղկացուցիչ ամինաթթուների մեջ իրականացվում է անջուր միջավայրում՝ օգտագործելով հիդրազին H 2 N–NH 2, մինչդեռ բոլոր ամինաթթուների բեկորները, բացառությամբ վերջինի, կազմում են այսպես կոչված կարբոքսիլաթթվի հիդրազիդներ, որոնք պարունակում են. C (O)–HN–NH 2 հատվածը (նկ. 14):
Բրինձ. 14. ՊՈԼԻՊԵՊՏԻԴԱՅԻՆ ԿԱՌԱՎԱՐՈՒՄ
Նման վերլուծությունը կարող է տեղեկատվություն տրամադրել սպիտակուցի ամինաթթուների բաղադրության մասին, սակայն ավելի կարևոր է իմանալ դրանց հաջորդականությունը սպիտակուցի մոլեկուլում։ Այս նպատակով լայնորեն կիրառվող մեթոդներից է ֆենիլիսոթիոցիանատի (FITC) ազդեցությունը պոլիպեպտիդային շղթայի վրա, որը ալկալային միջավայրում կպչում է պոլիպեպտիդին (ամին խումբը պարունակող ծայրից), և երբ միջավայրի ռեակցիան փոխվում է։ դառնալով թթվային, այն անջատվում է շղթայից՝ իր հետ վերցնելով մեկ ամինաթթվի բեկոր (նկ. 15):
Բրինձ. 15 ՀԵՐԹԱԿԱՆ ՊՈԼԻՊԵՊՏԻԴ ՊԱՏՃԱՌ
Նման վերլուծության համար մշակվել են բազմաթիվ հատուկ մեթոդներ, այդ թվում՝ նրանք, որոնք սկսում են «ապամոնտաժել» սպիտակուցի մոլեկուլը նրա բաղկացուցիչ բաղադրիչների մեջ՝ սկսած կարբոքսիլային ծայրից:
S-S խաչաձև դիսուլֆիդային կամուրջները (ձևավորվել են ցիստեինի մնացորդների փոխազդեցությունից, նկ. 2 և 9) ճեղքվում են՝ դրանք վերածելով HS-խմբերի տարբեր վերականգնող նյութերի ազդեցությամբ: Օքսիդացնող նյութերի (թթվածին կամ ջրածնի պերօքսիդ) գործողությունը կրկին հանգեցնում է դիսուլֆիդային կամուրջների առաջացմանը (նկ. 16):
Բրինձ. 16. Դիսուլֆիդային կամուրջների ճեղքում
Սպիտակուցներում հավելյալ խաչաձեւ կապեր ստեղծելու համար օգտագործվում է ամինո և կարբոքսիլ խմբերի ռեակտիվությունը։ Տարբեր փոխազդեցությունների համար առավել հասանելի են ամինո խմբերը, որոնք գտնվում են շղթայի կողային շրջանակում՝ լիզինի, ասպարագինի, լիզինի, պրոլինի բեկորները (Աղյուսակ 1): Երբ նման ամինո խմբերը փոխազդում են ֆորմալդեհիդի հետ, տեղի է ունենում խտացման գործընթացը և առաջանում են խաչաձև կամուրջներ –NH–CH2–NH– (նկ. 17):
Բրինձ. 17 ՍՊԵՏՈՒՆԱԿԱՆ ՄՈԼԵԿՈՒԼՆԵՐԻ ՄԻՋԵՎ ԼՐԱՑՈՒՑԻՉ ԱՆՑԱԿԱՆ ԿԱՄՈՒՐՋՆԵՐԻ ՍՏԵՂԾՈՒՄ..
Սպիտակուցի տերմինալ կարբոքսիլային խմբերը կարողանում են արձագանքել որոշ բազմավալենտ մետաղների բարդ միացությունների հետ (ավելի հաճախ օգտագործվում են քրոմի միացություններ), ինչպես նաև առաջանում են խաչաձև կապեր։ Երկու գործընթացներն էլ կիրառվում են կաշվի դաբաղման մեջ։
Սպիտակուցների դերը մարմնում.
Օրգանիզմում սպիտակուցների դերը բազմազան է.
Ֆերմենտներ(ֆերմենտացիա լատ. - խմորում), նրանց մյուս անվանումն է ֆերմենտներ (en zumh հունական. - խմորիչի մեջ) - սրանք կատալիտիկ ակտիվությամբ սպիտակուցներ են, նրանք ի վիճակի են հազարավոր անգամ բարձրացնել կենսաքիմիական գործընթացների արագությունը: Ֆերմենտների ազդեցության տակ սննդի բաղկացուցիչ բաղադրիչները՝ սպիտակուցները, ճարպերը և ածխաջրերը, տրոհվում են ավելի պարզ միացությունների, որոնցից հետո սինթեզվում են նոր մակրոմոլեկուլներ, որոնք անհրաժեշտ են որոշակի տեսակի օրգանիզմի համար։ Ֆերմենտները մասնակցում են նաև սինթեզի բազմաթիվ կենսաքիմիական գործընթացներին, օրինակ՝ սպիտակուցների սինթեզում (որոշ սպիտակուցներ օգնում են սինթեզել մյուսները)։ Սմ. ՖԵՐՄԵՆՏՆԵՐ
Ֆերմենտները ոչ միայն բարձր արդյունավետ կատալիզատորներ են, այլև ընտրովի (ուղղորդում են ռեակցիան խիստ տվյալ ուղղությամբ)։ Դրանց առկայության դեպքում ռեակցիան ընթանում է գրեթե 100% ելքով՝ առանց ենթամթերքի առաջացման և, միևնույն ժամանակ, հոսքի պայմանները մեղմ են՝ նորմալ մթնոլորտային ճնշում և կենդանի օրգանիզմի ջերմաստիճան։ Համեմատության համար նշենք, որ ամոնիակի սինթեզը ջրածնից և ազոտից ակտիվացված երկաթի կատալիզատորի առկայությամբ իրականացվում է 400–500°C և 30 ՄՊա ճնշման պայմաններում, ամոնիակի ելքը 15–25% է մեկ ցիկլում։ Ֆերմենտները համարվում են անգերազանցելի կատալիզատորներ:
Ֆերմենտների ինտենսիվ ուսումնասիրությունը սկսվել է 19-րդ դարի կեսերին, այժմ ուսումնասիրվել են ավելի քան 2000 տարբեր ֆերմենտներ, սա սպիտակուցների ամենատարբեր դասն է:
Ֆերմենտների անվանումները հետևյալն են՝ ռեագենտի անվանումը, որի հետ փոխազդում է ֆերմենտը, կամ կատալիզացված ռեակցիայի անվանումը, ավելացվում է -aza վերջավորությամբ, օրինակ՝ արգինազը քայքայում է արգինինը (Աղյուսակ 1), դեկարբոքսիլազը՝ կատալիզացնում է դեկարբոքսիլացումը, այսինքն. CO 2-ի վերացում կարբոքսիլ խմբից.
– COOH → – CH + CO 2
Հաճախ ֆերմենտի դերն ավելի ճշգրիտ նշելու համար նրա անվան մեջ նշվում են և՛ առարկան, և՛ ռեակցիայի տեսակը, օրինակ՝ սպիրտային դեհիդրոգենազը սպիրտները ջրազրկող ֆերմենտ է։
Բավականին վաղուց հայտնաբերված որոշ ֆերմենտների համար պահպանվել է պատմական անվանումը (առանց վերջավորության -aza), օրինակ՝ պեպսին (pepsis, հունարեն. մարսողություն) և տրիպսին (թրիպսիս հունարեն. հեղուկացում), այս ֆերմենտները քայքայում են սպիտակուցները:
Համակարգման համար ֆերմենտները միավորվում են մեծ դասերի, դասակարգումը հիմնված է ռեակցիայի տեսակի վրա, դասերը անվանվում են ընդհանուր սկզբունքով՝ ռեակցիայի անվանումը և վերջավորությունը՝ aza։ Այս դասերից մի քանիսը թվարկված են ստորև:
Օքսիդորեդուկտազֆերմենտներ են, որոնք կատալիզացնում են ռեդոքս ռեակցիաները։ Այս դասում ընդգրկված դեհիդրոգենազներն իրականացնում են պրոտոնի փոխանցում, օրինակ՝ սպիրտային դեհիդրոգենազը (ADH) սպիրտները օքսիդացնում է ալդեհիդների, իսկ ալդեհիդների հետագա օքսիդացումը դեպի կարբոքսիլաթթուներ կատալիզացվում է ալդեհիդդեհիդրոգենազներով (ALDH): Երկու գործընթացներն էլ տեղի են ունենում մարմնում էթանոլը քացախաթթվի վերածելու ժամանակ (նկ. 18):
Բրինձ. 18 ԷԹԱՆՈԼԻ ԵՐԿՔԱՓ ՕՔՍԻԴԱՑՈՒՄդեպի քացախաթթու
Թմրամիջոցն ունի ոչ թե էթանոլը, այլ միջանկյալ արտադրանքը՝ ացետալդեհիդը, որքան ցածր է ALDH ֆերմենտի ակտիվությունը, այնքան դանդաղ է անցնում երկրորդ փուլը՝ ացետալդեհիդի օքսիդացումը քացախաթթվի, և որքան երկար և ուժեղ է կուլ տալու թունավորող ազդեցությունը։ էթանոլից։ Վերլուծությունը ցույց է տվել, որ դեղին ռասայի ներկայացուցիչների ավելի քան 80%-ն ունի ALDH-ի համեմատաբար ցածր ակտիվություն և, հետևաբար, նկատելիորեն ավելի խիստ ալկոհոլային հանդուրժողականություն: ALDH-ի այս բնածին նվազեցված ակտիվության պատճառն այն է, որ «թուլացած» ALDH մոլեկուլում գլուտամինաթթվի մնացորդների մի մասը փոխարինվում է լիզինի բեկորներով (Աղյուսակ 1):
Փոխանցումներ- ֆերմենտներ, որոնք կատալիզացնում են ֆունկցիոնալ խմբերի փոխանցումը, օրինակ՝ տրանսիմինազը կատալիզացնում է ամինախմբի փոխանցումը։
Հիդրոլազներհիդրոլիզը կատալիզացնող ֆերմենտներ են։ Նախկինում նշված տրիփսինը և պեպսինը հիդրոլիզացնում են պեպտիդային կապերը, իսկ լիպազները ճեղքում են էսթերային կապը ճարպերում.
–RC(O)OR 1 + H 2 O → –RC(O)OH + HOR 1
Լիազ- ֆերմենտներ, որոնք կատալիզացնում են ռեակցիաները, որոնք տեղի են ունենում ոչ հիդրոլիտիկ եղանակով, նման ռեակցիաների արդյունքում կոտրվում են C-C, C-O, C-N կապերը և ձևավորվում են նոր կապեր. Այս դասին է պատկանում դեկարբոքսիլազա ֆերմենտը
Իզոմերազներ- ֆերմենտներ, որոնք կատալիզացնում են իզոմերացումը, օրինակ՝ մալեյնաթթվի փոխարկումը ֆումարաթթվի (նկ. 19), սա ցիս-տրանս իզոմերացման օրինակ է (տես ԻՍՈՄԵՐԻԱ):
Բրինձ. 19. ՄԱՂԹԹԹՈՒԻ ԻՍՈՄԵՐԻՑՈՒՄֆումարաթթվի մեջ՝ ֆերմենտի առկայության դեպքում:
Ֆերմենտների աշխատանքում պահպանվում է ընդհանուր սկզբունքը, ըստ որի ֆերմենտի և արագացված ռեակցիայի ռեագենտի միջև միշտ կա կառուցվածքային համապատասխանություն։ Ըստ ֆերմենտների ուսմունքի հիմնադիրներից մեկի՝ Է.Ֆիշերի փոխաբերական արտահայտության՝ ռեագենտը մոտենում է ֆերմենտին, ինչպես կողպեքի բանալին։ Այս առումով յուրաքանչյուր ֆերմենտ կատալիզացնում է որոշակի քիմիական ռեակցիա կամ նույն տեսակի ռեակցիաների խումբ։ Երբեմն ֆերմենտը կարող է ազդել մեկ միացության վրա, ինչպիսին է ուրեազը (ուրոն հունարեն. - մեզի) կատալիզացնում է միայն միզանյութի հիդրոլիզը.
(H 2 N) 2 C \u003d O + H 2 O \u003d CO 2 + 2NH 3
Լավագույն ընտրողականությունը ցույց են տալիս այն ֆերմենտները, որոնք տարբերակում են օպտիկական ակտիվ հակապոդները՝ ձախ և աջակողմյան իզոմերները: L-arginase-ը գործում է միայն levorotatory արգինինի վրա և չի ազդում dextrorotatory isomer-ի վրա: L-լակտատ դեհիդրոգենազը գործում է միայն կաթնաթթվի վերևորոտիչ էսթերների, այսպես կոչված, լակտատների (lactis) վրա լատ. կաթ), մինչդեռ D-lactate dehydrogenase-ը քայքայում է միայն D-lactates-ը:
Ֆերմենտների մեծ մասը գործում է ոչ թե մեկի, այլ հարակից միացությունների խմբի վրա, օրինակ՝ տրիպսինը «նախընտրում է» ճեղքել լիզինի և արգինինի կողմից ձևավորված պեպտիդային կապերը (Աղյուսակ 1):
Որոշ ֆերմենտների, օրինակ՝ հիդրոլազների, կատալիտիկ հատկությունները որոշվում են բացառապես հենց սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցվածքով, ֆերմենտների մեկ այլ դաս՝ օքսիդորեդուկտազներ (օրինակ՝ ալկոհոլային դեհիդրոգենազ) կարող է ակտիվ լինել միայն ոչ սպիտակուցային մոլեկուլների առկայության դեպքում, որոնք կապված են դրա հետ։ դրանք - վիտամիններ, որոնք ակտիվացնում են Mg, Ca, Zn, Mn և նուկլեինաթթուների բեկորներ (նկ. 20):
Բրինձ. 20 Ալկոհոլի ԴՀԻԴՐՈԳԵՆԱԶԻ ՄՈԼԵԿՈՒԼ
Տրանսպորտային սպիտակուցները կապում և տեղափոխում են տարբեր մոլեկուլներ կամ իոններ բջջային թաղանթների միջոցով (ինչպես բջջի ներսում, այնպես էլ դրսում), ինչպես նաև մի օրգանից մյուսը։
Օրինակ, հեմոգլոբինը կապում է թթվածինը, երբ արյունը անցնում է թոքերի միջով և այն հասցնում մարմնի տարբեր հյուսվածքներ, որտեղ թթվածինը ազատվում է, այնուհետև օգտագործվում է սննդի բաղադրիչները օքսիդացնելու համար, այս գործընթացը ծառայում է որպես էներգիայի աղբյուր (երբեմն օգտագործում են «այրում» տերմինը: սնունդը մարմնում):
Բացի սպիտակուցային մասից, հեմոգլոբինը պարունակում է երկաթի բարդ միացություն՝ ցիկլային պորֆիրինի մոլեկուլով (պորֆիրոս) հունարեն. - մանուշակագույն), որը որոշում է արյան կարմիր գույնը: Հենց այս համալիրը (նկ. 21, ձախ) կատարում է թթվածնի կրիչի դերը։ Հեմոգլոբինում երկաթի պորֆիրինային համալիրը գտնվում է սպիտակուցի մոլեկուլի ներսում և պահպանվում է բևեռային փոխազդեցությունների, ինչպես նաև ազոտի հետ կոորդինացիոն կապի միջոցով՝ հիստիդինում (Աղյուսակ 1), որը սպիտակուցի մի մասն է: O2 մոլեկուլը, որը կրում է հեմոգլոբինը, կոորդինացիոն կապի միջոցով կցվում է երկաթի ատոմին հակառակ կողմից, որին կցված է հիստիդինը (նկ. 21, աջ):
Բրինձ. 21 ԵՐԿԱԹԻ ՀԱՄԱԼԻՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ
Համալիրի կառուցվածքը ներկայացված է աջ կողմում՝ եռաչափ մոդելի տեսքով։ Համալիրը պահպանվում է սպիտակուցի մոլեկուլում կոորդինացիոն կապով (կտրված կապույտ գիծ) Fe ատոմի և հիստիդինի N ատոմի միջև, որը սպիտակուցի մի մասն է: O 2 մոլեկուլը, որը կրում է հեմոգլոբինը, կոորդինացվում է (կարմիր կետավոր գիծ) հարթ համալիրի հակառակ երկրից Fe ատոմին։
Հեմոգլոբինը ամենաուսումնասիրված սպիտակուցներից է, այն բաղկացած է մեկ շղթաներով միացված ա-պխուրներից և պարունակում է չորս երկաթի բարդույթներ։ Այսպիսով, հեմոգլոբինը նման է ծավալուն փաթեթի՝ միանգամից չորս թթվածնի մոլեկուլների փոխանցման համար։ Հեմոգլոբինի ձևը համապատասխանում է գնդիկավոր սպիտակուցներին (նկ. 22):
Բրինձ. 22 ՀԵՄՈԳԼՈԲԻՆԻ ԳԼՈԲՈՒԼԱՅԻՆ ՁԵՎԸ
Հեմոգլոբինի հիմնական «առավելությունն» այն է, որ թթվածնի ավելացումը և դրա հետագա պառակտումը տարբեր հյուսվածքների և օրգանների փոխանցման ժամանակ արագ է տեղի ունենում: Ածխածնի երկօքսիդը՝ CO (ածխածնի մոնօքսիդ), հեմոգլոբինում Fe-ի հետ կապվում է նույնիսկ ավելի արագ, բայց, ի տարբերություն O 2-ի, կազմում է բարդույթ, որը դժվար է քայքայվել։ Արդյունքում, նման հեմոգլոբինը չի կարողանում կապել O 2-ը, ինչը հանգեցնում է (երբ ներշնչվում է մեծ քանակությամբ ածխածնի օքսիդ) մարմնի մահը շնչահեղձությունից։
Հեմոգլոբինի երկրորդ ֆունկցիան արտաշնչված CO 2-ի փոխանցումն է, բայց ոչ թե երկաթի ատոմը, այլ սպիտակուցի N-խմբի H 2-ը մասնակցում է ածխաթթու գազի ժամանակավոր կապակցման գործընթացին։
Սպիտակուցների «գործունեությունը» կախված է դրանց կառուցվածքից, օրինակ՝ հեմոգլոբինի պոլիպեպտիդ շղթայում գլուտամինաթթվի միակ ամինաթթվի մնացորդի փոխարինումը վալինի մնացորդով (հազվադեպ դիտվող բնածին անոմալիա) հանգեցնում է հիվանդության, որը կոչվում է մանգաղ բջջային անեմիա:
Կան նաև փոխադրող սպիտակուցներ, որոնք կարող են կապել ճարպերը, գլյուկոզան, ամինաթթուները և տեղափոխել դրանք բջիջների ներսում և դրսում:
Հատուկ տեսակի տրանսպորտային սպիտակուցները չեն կրում նյութերն իրենք, այլ գործում են որպես «տրանսպորտային կարգավորիչ»՝ որոշակի նյութեր անցնելով մեմբրանի միջով (բջջի արտաքին պատը): Նման սպիտակուցները հաճախ կոչվում են թաղանթային սպիտակուցներ: Նրանք ունեն սնամեջ գլանի ձև և, խրվելով թաղանթային պատի մեջ, ապահովում են որոշ բևեռային մոլեկուլների կամ իոնների տեղաշարժը բջիջ։ Մեմբրանի սպիտակուցի օրինակ է պորինը (նկ. 23):
Բրինձ. 23 ՊՈՐԻՆ ՍՊԻՏՈՒՏԻՆ
Սննդի և պահեստավորման սպիտակուցները, ինչպես ենթադրում է անվանումը, ծառայում են որպես ներքին սնուցման աղբյուրներ, ավելի հաճախ բույսերի և կենդանիների սաղմերի, ինչպես նաև երիտասարդ օրգանիզմների զարգացման վաղ փուլերում։ Սննդային սպիտակուցներից են ալբումինը (նկ. 10)՝ ձվի սպիտակուցի հիմնական բաղադրիչը, ինչպես նաև կազեինը՝ կաթի հիմնական սպիտակուցը։ Պեպսին ֆերմենտի ազդեցության տակ կազեինը կաթնաշոռ է առաջանում ստամոքսում, որն ապահովում է դրա պահպանումը մարսողական տրակտում և արդյունավետ կլանումը: Կազեինը պարունակում է մարմնին անհրաժեշտ բոլոր ամինաթթուների բեկորներ:
Ֆերիտինում (նկ. 12), որը պարունակվում է կենդանիների հյուսվածքներում, պահվում են երկաթի իոնները։
Միոգլոբինը նաև պահեստային սպիտակուց է, որն իր կազմով և կառուցվածքով նման է հեմոգլոբինին։ Միոգլոբինը կենտրոնացած է հիմնականում մկաններում, նրա հիմնական դերը թթվածնի կուտակումն է, որը նրան տալիս է հեմոգլոբինը։ Այն արագորեն հագեցած է թթվածնով (շատ ավելի արագ, քան հեմոգլոբինը), այնուհետև այն աստիճանաբար տեղափոխում է տարբեր հյուսվածքներ։
Կառուցվածքային սպիտակուցները կատարում են պաշտպանիչ ֆունկցիա (մաշկ) կամ հենարան՝ մարմինը միասին պահում և ուժ են տալիս (աճառ և ջլեր): Դրանց հիմնական բաղադրիչը ֆիբրիլյար սպիտակուցի կոլագենն է (նկ. 11)՝ կենդանական աշխարհի ամենատարածված սպիտակուցը, կաթնասունների օրգանիզմում, այն կազմում է սպիտակուցների ընդհանուր զանգվածի գրեթե 30%-ը։ Կոլագենն ունի բարձր առաձգական ուժ (մաշկի ամրությունը հայտնի է), սակայն մաշկի կոլագենում խաչաձեւ կապերի ցածր պարունակության պատճառով կենդանիների կաշին իրենց հում վիճակում այնքան էլ հարմար չէ տարբեր ապրանքների արտադրության համար: Ջրի մեջ մաշկի այտուցը նվազեցնելու, չորացման ժամանակ կծկվելը, ինչպես նաև ջրած վիճակում ամրությունը մեծացնելու և կոլագենի առաձգականությունը բարձրացնելու համար ստեղծվում են լրացուցիչ խաչաձև կապեր (նկ. 15ա), սա այսպես կոչված. կաշվի դաբաղման գործընթաց.
Կենդանի օրգանիզմներում կոլագենի մոլեկուլները, որոնք առաջացել են օրգանիզմի աճի և զարգացման գործընթացում, չեն թարմացվում և չեն փոխարինվում նոր սինթեզվածներով։ Քանի որ մարմինը ծերանում է, կոլագենում խաչաձեւ կապերի քանակը մեծանում է, ինչը հանգեցնում է նրա առաձգականության նվազմանը, և քանի որ նորացում չի լինում, առաջանում են տարիքային փոփոխություններ՝ աճառի և ջլերի փխրունության ավելացում, կնճիռներ մաշկի վրա.
Հոդային կապանները պարունակում են էլաստին, կառուցվածքային սպիտակուց, որը հեշտությամբ ձգվում է երկու հարթություններում: Առավելագույն առաձգականություն ունի ռեզիլինի սպիտակուցը, որը գտնվում է որոշ միջատների թեւերի կրունկների ամրացման կետերում։
Եղջյուրի գոյացություններ՝ մազեր, եղունգներ, փետուրներ, որոնք հիմնականում կազմված են կերատինային սպիտակուցից (նկ. 24): Դրա հիմնական տարբերությունը ցիստեինի մնացորդների նկատելի պարունակությունն է, որոնք կազմում են դիսուլֆիդային կամուրջներ, ինչը մազերին, ինչպես նաև բրդյա գործվածքներին հաղորդում է բարձր առաձգականություն (դեֆորմացիայից հետո իր սկզբնական ձևը վերականգնելու ունակությունը):
Բրինձ. 24. FIBRILLAR PROTEIN ԿԵՐԱՏԻՆԻ ՀԱՏՎԱԾ
Կերատինե առարկայի ձևի անդառնալի փոփոխության համար նախ պետք է վերականգնող նյութի օգնությամբ քանդել դիսուլֆիդային կամուրջները, տալ նոր ձև, այնուհետև օքսիդացնող նյութի օգնությամբ նորից ստեղծել դիսուլֆիդային կամուրջները (նկ. . 16), այսպես է արվում, օրինակ, մազերի հարդարումը։
Կերատինում ցիստեինի մնացորդների պարունակության ավելացմամբ և, համապատասխանաբար, դիսուլֆիդային կամուրջների քանակի ավելացմամբ, անհետանում է դեֆորմացման ունակությունը, բայց միևնույն ժամանակ հայտնվում է բարձր ուժ (սմբակավոր կենդանիների եղջյուրները և կրիայի պատյանները պարունակում են մինչև ցիստեինի բեկորների 18%-ը): Կաթնասուններն ունեն մինչև 30 տարբեր տեսակի կերատին:
Կերատինի հետ կապված ֆիբրիլային սպիտակուցի ֆիբրոինը, որը արտազատվում է մետաքսի թրթուրների կողմից կոկոնի գանգրացման ժամանակ, ինչպես նաև սարդերի կողմից ցանցի հյուսման ժամանակ, պարունակում է միայն β-կառուցվածքներ, որոնք կապված են մեկ շղթաներով (նկ. 11): Ի տարբերություն կերատինի, ֆիբրոինը չունի լայնակի դիսուլֆիդային կամուրջներ, այն ունի շատ ուժեղ առաձգական ուժ (որոշ վեբ նմուշների մեկ միավորի խաչմերուկի ուժն ավելի բարձր է, քան պողպատե մալուխների): Խաչաձեւ կապերի բացակայության պատճառով ֆիբրոնն անառաձգական է (հայտնի է, որ բրդյա գործվածքները գրեթե անջնջելի են, իսկ մետաքսե գործվածքները՝ հեշտությամբ կնճռոտվում)։
կարգավորող սպիտակուցներ.
Կարգավորող սպիտակուցները, որոնք ավելի հաճախ կոչվում են հորմոններ, ներգրավված են տարբեր ֆիզիոլոգիական գործընթացներում: Օրինակ՝ ինսուլին հորմոնը (նկ. 25) բաղկացած է երկու α-շղթաներից, որոնք միացված են դիսուլֆիդային կամուրջներով։ Ինսուլինը կարգավորում է գլյուկոզայի հետ կապված նյութափոխանակության գործընթացները, դրա բացակայությունը հանգեցնում է շաքարախտի:
Բրինձ. 25 ՍՊՏՈՒՏԻՆԻ ԻՆՍՈՒԼԻՆ
Ուղեղի հիպոֆիզի գեղձը սինթեզում է հորմոն, որը կարգավորում է մարմնի աճը։ Կան կարգավորող սպիտակուցներ, որոնք վերահսկում են օրգանիզմում տարբեր ֆերմենտների կենսասինթեզը։
Կծկվող և շարժիչ սպիտակուցները մարմնին կծկվելու, ձևափոխելու և շարժվելու ունակություն են տալիս, առաջին հերթին խոսքը մկանների մասին է: Մկաններում պարունակվող բոլոր սպիտակուցների զանգվածի 40%-ը կազմում է միոզինը (mys, myos, հունարեն. - մկանային): Դրա մոլեկուլը պարունակում է և՛ ֆիբրիլային, և՛ գնդաձև մաս (նկ. 26):
Բրինձ. 26 ՄՅՈՍԻՆԻ ՄՈԼԵԿՈՒԼ
Նման մոլեկուլները միավորվում են խոշոր ագրեգատների մեջ, որոնք պարունակում են 300–400 մոլեկուլ։
Երբ կալցիումի իոնների կոնցենտրացիան փոխվում է մկանային մանրաթելերը շրջապատող տարածության մեջ, տեղի է ունենում մոլեկուլների կոնֆորմացիայի շրջելի փոփոխություն՝ շղթայի ձևի փոփոխություն՝ վալենտային կապերի շուրջ առանձին բեկորների պտտման պատճառով: Սա հանգեցնում է մկանների կծկման և թուլացման, կալցիումի իոնների կոնցենտրացիան փոխելու ազդանշանը գալիս է մկանային մանրաթելերի նյարդային վերջավորություններից: Արհեստական մկանային կծկումը կարող է առաջանալ էլեկտրական իմպուլսների ազդեցությամբ՝ հանգեցնելով կալցիումի իոնների կոնցենտրացիայի կտրուկ փոփոխության, սա հիմք է հանդիսանում սրտի մկանների խթանման համար՝ վերականգնելու սրտի աշխատանքը:
Պաշտպանիչ սպիտակուցները թույլ են տալիս պաշտպանել մարմինը գրոհող բակտերիաների, վիրուսների ներխուժումից և օտար սպիտակուցների ներթափանցումից (օտար մարմինների ընդհանրացված անվանումը հակագեն է): Պաշտպանիչ սպիտակուցների դերը կատարում են իմունոգլոբուլինները (նրանց մյուս անունը հակամարմիններ են), նրանք ճանաչում են օրգանիզմ թափանցած անտիգենները և ամուր կապվում դրանց հետ։ Կաթնասունների, այդ թվում՝ մարդկանց օրգանիզմում կան իմունոգոլոբուլինների հինգ դաս՝ M, G, A, D և E, նրանց կառուցվածքը, ինչպես անունն է ենթադրում, գնդաձև է, բացի այդ, դրանք բոլորը կառուցված են նույն ձևով։ Հակամարմինների մոլեկուլային կազմակերպումը ներկայացված է ստորև՝ օգտագործելով G դասի իմունոգլոբուլինը որպես օրինակ (նկ. 27): Մոլեկուլը պարունակում է չորս պոլիպեպտիդ շղթաներ, որոնք միացված են երեք S-S դիսուլֆիդային կամուրջներով (նկ. 27-ում դրանք ցուցադրված են հաստացած վալենտային կապերով և մեծ S նշաններով), բացի այդ, յուրաքանչյուր պոլիմերային շղթա պարունակում է ներշղթայական դիսուլֆիդային կամուրջներ։ Երկու խոշոր պոլիմերային շղթաներ (ընդգծված կապույտով) պարունակում են 400–600 ամինաթթուների մնացորդներ։ Մյուս երկու շղթաները (ընդգծված կանաչով) գրեթե կիսով չափ երկար են, պարունակում են մոտավորապես 220 ամինաթթուների մնացորդ: Բոլոր չորս շղթաները տեղակայված են այնպես, որ տերմինալային H 2 N- խմբերը ուղղված են մեկ ուղղությամբ:
Բրինձ. 27 ԻՄՈՒՆՈԳԼՈԲՈՒԼԻՆԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԻ ՍԽԵՄԱՏԱԿԱՆ Նկարագրություն
Այն բանից հետո, երբ մարմինը շփվում է օտար սպիտակուցի (հակագենի) հետ, իմունային համակարգի բջիջները սկսում են արտադրել իմունոգոլոբուլիններ (հակամարմիններ), որոնք կուտակվում են արյան շիճուկում։ Առաջին փուլում հիմնական աշխատանքը կատարվում է H 2 N տերմինալ պարունակող շղթայական հատվածներով (նկ. 27-ում համապատասխան հատվածները նշված են բաց կապույտ և բաց կանաչ գույներով): Սրանք անտիգենների գրավման վայրեր են: Իմունոգոլոբուլինի սինթեզի գործընթացում այս տեղամասերը ձևավորվում են այնպես, որ դրանց կառուցվածքը և կոնֆիգուրացիան հնարավորինս համապատասխանեն մոտեցող անտիգենի կառուցվածքին (ինչպես կողպեքի բանալին, ինչպես ֆերմենտները, բայց այս դեպքում առաջադրանքները հետևյալն են. տարբեր): Այսպիսով, յուրաքանչյուր անտիգենի համար ստեղծվում է խիստ անհատական հակամարմին՝ որպես իմունային պատասխան։ Ոչ մի հայտնի սպիտակուց չի կարող այդքան «պլաստիկորեն» փոխել իր կառուցվածքը՝ ի լրումն իմունոգլոբուլինների, կախված արտաքին գործոններից: Ֆերմենտները ռեագենտին կառուցվածքային համապատասխանության խնդիրը լուծում են այլ կերպ՝ բոլոր հնարավոր դեպքերի համար տարբեր ֆերմենտների հսկայական հավաքածուի օգնությամբ, իսկ իմունոգլոբուլինները ամեն անգամ վերակառուցում են «աշխատանքային գործիքը»: Ավելին, իմունոգլոբուլինի կրունկի շրջանը (Նկար 27) ապահովում է երկու գրավման շրջանները որոշակի անկախ շարժունակությամբ, ինչի արդյունքում իմունոգլոբուլինի մոլեկուլը կարող է անմիջապես «գտնել» անտիգենում գրավելու համար երկու ամենահարմար շրջանները՝ ապահով կերպով ամրացնելու համար: դա նման է խեցգետնակերպ արարածի գործողություններին:
Այնուհետև միացվում է մարմնի իմունային համակարգի հաջորդական ռեակցիաների շղթան, միացվում են այլ դասերի իմունոգոլոբուլիններ, արդյունքում օտարերկրյա սպիտակուցը ապաակտիվացվում է, իսկ հետո անտիգենը (օտար միկրոօրգանիզմ կամ տոքսին) ոչնչացվում և հեռացվում է։
Հակագենի հետ շփումից հետո իմունոգլոբուլինի առավելագույն կոնցենտրացիան հասնում է (կախված անտիգենի բնույթից և բուն օրգանիզմի անհատական բնութագրերից) մի քանի ժամվա ընթացքում (երբեմն մի քանի օրվա ընթացքում): Մարմինը պահպանում է նման շփման հիշողությունը, և երբ նորից հարձակվում են նույն անտիգենով, իմունոգոլոբուլինները կուտակվում են արյան շիճուկում շատ ավելի արագ և ավելի մեծ քանակությամբ՝ առաջանում է ձեռքբերովի իմունիտետ:
Սպիտակուցների վերը նշված դասակարգումը որոշ չափով պայմանական է, օրինակ, պաշտպանիչ սպիտակուցների շարքում նշված թրոմբինային սպիտակուցը, ըստ էության, ֆերմենտ է, որը կատալիզացնում է պեպտիդային կապերի հիդրոլիզը, այսինքն, այն պատկանում է պրոթեզերոնի դասին:
Պաշտպանիչ սպիտակուցները հաճախ կոչվում են օձի թույնի սպիտակուցներ և որոշ բույսերի թունավոր սպիտակուցներ, քանի որ նրանց խնդիրն է պաշտպանել մարմինը վնասից:
Կան սպիտակուցներ, որոնց գործառույթներն այնքան յուրահատուկ են, որ դժվարացնում են դրանց դասակարգումը։ Օրինակ՝ աֆրիկյան բույսում հայտնաբերված մոնելին սպիտակուցը շատ քաղցր համ է և ուսումնասիրության առարկա է դարձել որպես ոչ թունավոր նյութ, որը կարող է օգտագործվել շաքարի փոխարեն՝ գիրությունը կանխելու համար: Անտարկտիդայի որոշ ձկների արյան պլազման պարունակում է հակասառեցնող հատկություն ունեցող սպիտակուցներ, որոնք թույլ չեն տալիս այդ ձկների արյունը սառչել:
Սպիտակուցների արհեստական սինթեզ.
Պոլիպեպտիդային շղթա տանող ամինաթթուների խտացումը լավ ուսումնասիրված գործընթաց է: Հնարավոր է իրականացնել, օրինակ, ցանկացած մեկ ամինաթթվի կամ թթուների խառնուրդի խտացում և, համապատասխանաբար, ստանալ միևնույն միավորները կամ տարբեր միավորներ պարունակող պոլիմեր, որոնք փոխարինվում են պատահական կարգով: Նման պոլիմերները քիչ նմանություն ունեն բնական պոլիպեպտիդների հետ և չունեն կենսաբանական ակտիվություն: Հիմնական խնդիրն է միացնել ամինաթթուները խստորեն սահմանված, նախապես պլանավորված կարգով, որպեսզի վերարտադրեն բնական սպիտակուցներում ամինաթթուների մնացորդների հաջորդականությունը: Ամերիկացի գիտնական Ռոբերտ Մերրիֆիլդն առաջարկել է օրիգինալ մեթոդ, որը հնարավորություն է տվել լուծել նման խնդիր։ Մեթոդի էությունն այն է, որ առաջին ամինաթթուն կցվում է չլուծվող պոլիմերային գելին, որը պարունակում է ռեակտիվ խմբեր, որոնք կարող են միավորվել ամինաթթվի –COOH– խմբերի հետ: Որպես այդպիսի պոլիմերային ենթաշերտ վերցվել է խաչակցված պոլիստիրոլը՝ դրա մեջ մտցված քլորոմեթիլ խմբերով: Որպեսզի ռեակցիայի համար վերցված ամինաթթուն ինքն իրեն չփոխազդի և որպեսզի այն չմիանա H 2 N- խմբին սուբստրատին, այս թթվի ամինո խումբը նախապես արգելափակված է մեծածավալ փոխարինողով [(C 4 H 9) 3] 3 OS (O) -խմբ. Ամինաթթուը պոլիմերային հենարանին միանալուց հետո արգելափակող խումբը հանվում է և մեկ այլ ամինաթթու ներմուծվում է ռեակցիայի խառնուրդի մեջ, որում նախապես արգելափակված է նաև H 2 N խումբը: Նման համակարգում հնարավոր է միայն առաջին ամինաթթվի H 2 N- խմբի և երկրորդ թթվի –COOH խմբի փոխազդեցությունը, որն իրականացվում է կատալիզատորների (ֆոսֆոնիումի աղերի) առկայությամբ։ Այնուհետեւ կրկնվում է ամբողջ սխեման՝ ներկայացնելով երրորդ ամինաթթուն (նկ. 28):
Բրինձ. 28. ՊՈԼԻՊԵՊՏԻԴԱՅԻՆ Շղթաների ՍԻՆԹԵԶԻ ՍԽԵՄԱ
Վերջին քայլում ստացված պոլիպեպտիդային շղթաները բաժանվում են պոլիստիրոլի հենարանից։ Այժմ ամբողջ գործընթացը ավտոմատացված է, կան ավտոմատ պեպտիդային սինթեզատորներ, որոնք գործում են ըստ նկարագրված սխեմայի։ Բժշկության և գյուղատնտեսության մեջ օգտագործվող բազմաթիվ պեպտիդներ սինթեզվել են այս մեթոդով։ Հնարավոր է նաև ձեռք բերել բնական պեպտիդների բարելավված անալոգներ՝ ընտրովի և ուժեղացված գործողությամբ: Սինթեզվել են որոշ փոքր սպիտակուցներ, օրինակ՝ ինսուլին հորմոնը և որոշ ֆերմենտներ։
Կան նաև սպիտակուցների սինթեզի մեթոդներ, որոնք կրկնում են բնական պրոցեսները. նրանք սինթեզում են նուկլեինաթթուների բեկորներ, որոնք կազմաձևված են որոշակի սպիտակուցներ արտադրելու համար, այնուհետև այդ բեկորները տեղադրվում են կենդանի օրգանիզմի մեջ (օրինակ՝ բակտերիաների մեջ), որից հետո մարմինը սկսում է արտադրել ցանկալի սպիտակուց: Այս կերպ այժմ ստացվում են զգալի քանակությամբ դժվար հասանելի սպիտակուցներ և պեպտիդներ, ինչպես նաև դրանց անալոգներ։
Սպիտակուցները՝ որպես սննդի աղբյուր.
Կենդանի օրգանիզմի սպիտակուցները մշտապես տրոհվում են իրենց սկզբնական ամինաթթուների (ֆերմենտների անփոխարինելի մասնակցությամբ), որոշ ամինաթթուներ անցնում են մյուսների մեջ, այնուհետև սպիտակուցները նորից սինթեզվում են (նաև ֆերմենտների մասնակցությամբ), այսինքն. մարմինը անընդհատ վերականգնվում է: Որոշ սպիտակուցներ (մաշկի կոլագեն, մազի) չեն վերականգնվում, մարմինը անընդհատ կորցնում է դրանք և փոխարենը սինթեզում նորերը։ Սպիտակուցները, որպես սննդի աղբյուրներ, կատարում են երկու հիմնական գործառույթ՝ նրանք մարմնին մատակարարում են շինանյութ՝ սպիտակուցի նոր մոլեկուլների սինթեզի համար և, ի լրումն, մարմնին մատակարարում են էներգիա (կալորիականության աղբյուրներ):
Մսակեր կաթնասունները (այդ թվում՝ մարդիկ) անհրաժեշտ սպիտակուցները ստանում են բուսական և կենդանական մթերքներից։ Սննդից ստացված սպիտակուցներից ոչ մեկը անփոփոխ ձևով չի ինտեգրվում օրգանիզմին։ Մարսողական տրակտում բոլոր կլանված սպիտակուցները տրոհվում են ամինաթթուների, և դրանցից արդեն կառուցված են որոշակի օրգանիզմի համար անհրաժեշտ սպիտակուցներ, մինչդեռ մնացած 12-ը կարող են սինթեզվել մարմնի 8 էական թթուներից (Աղյուսակ 1), եթե դրանք չեն: մատակարարվում է բավարար քանակությամբ սննդով, բայց եթերային թթուները պետք է անպայման մատակարարվեն սննդի հետ: Ցիստեինում առկա ծծմբի ատոմները օրգանիզմը ստանում է էական ամինաթթվի մեթիոնինով: Սպիտակուցների մի մասը քայքայվում է՝ ազատելով կյանքի պահպանման համար անհրաժեշտ էներգիան, իսկ դրանցում պարունակվող ազոտն օրգանիզմից դուրս է գալիս մեզի հետ։ Սովորաբար մարդու օրգանիզմը օրական կորցնում է 25–30 գ սպիտակուց, ուստի սպիտակուցային մթերքները միշտ պետք է լինեն ճիշտ քանակությամբ։ Սպիտակուցի նվազագույն օրական պահանջարկը տղամարդկանց համար 37 գ է, իսկ կանանց համար՝ 29 գ, սակայն առաջարկվող չափաբաժինը գրեթե երկու անգամ ավելի բարձր է: Մթերքները գնահատելիս կարևոր է հաշվի առնել սպիտակուցի որակը: Եթերային ամինաթթուների բացակայության կամ ցածր պարունակության դեպքում սպիտակուցը համարվում է ցածր արժեք, ուստի նման սպիտակուցները պետք է սպառվեն ավելի մեծ քանակությամբ: Այսպիսով, լոբազգիների սպիտակուցները պարունակում են քիչ մեթիոնին, իսկ ցորենի և եգիպտացորենի սպիտակուցները քիչ են լիզինով (երկու ամինաթթուներն էլ կարևոր են): Կենդանական սպիտակուցները (բացառությամբ կոլագենների) դասակարգվում են որպես ամբողջական սննդամթերք: Բոլոր էական թթուների ամբողջական հավաքածուն պարունակում է կաթի կազեին, ինչպես նաև դրանից պատրաստված կաթնաշոռ և պանիր, ուստի բուսակերների դիետան, եթե այն շատ խիստ է, այսինքն. «Առանց կաթնամթերքի», պահանջում է լոբազգիների, ընկույզների և սնկերի սպառման ավելացում՝ մարմնին անհրաժեշտ քանակությամբ անհրաժեշտ ամինաթթուներով ապահովելու համար:
Սինթետիկ ամինաթթուները և սպիտակուցները նույնպես օգտագործվում են որպես սննդամթերք՝ դրանք ավելացնելով կերերին, որոնք փոքր քանակությամբ պարունակում են էական ամինաթթուներ։ Կան բակտերիաներ, որոնք կարող են մշակել և յուրացնել նավթային ածխաջրածինները, այս դեպքում սպիտակուցների լիարժեք սինթեզի համար անհրաժեշտ է դրանք սնվել ազոտ պարունակող միացություններով (ամոնիակ կամ նիտրատներ): Այս եղանակով ստացված սպիտակուցն օգտագործվում է որպես անասունների և թռչնամսի կեր։ Կենդանիներին հաճախ ավելացնում են մի շարք ֆերմենտներ՝ ածխաջրեր, որոնք կատալիզացնում են ածխաջրածին սննդի բաղադրիչների հիդրոլիզը, որոնք դժվար է քայքայվել (հացահատիկային մշակաբույսերի բջջային պատերը), ինչի արդյունքում բուսական մթերքները ավելի լիարժեք են ներծծվում։
Միխայիլ Լևիցկի
ՍՊՏՈՒՏԻՆՆԵՐ (հոդված 2)
(սպիտակուցներ), ազոտ պարունակող բարդ միացությունների դաս, կենդանի նյութի ամենաբնորոշ և կարևոր (նուկլեինաթթուների հետ մեկտեղ) բաղադրիչները։ Սպիտակուցները կատարում են բազմաթիվ և բազմազան գործառույթներ: Սպիտակուցների մեծ մասը ֆերմենտներ են, որոնք կատալիզացնում են քիմիական ռեակցիաները: Ֆիզիոլոգիական պրոցեսները կարգավորող շատ հորմոններ նույնպես սպիտակուցներ են։ Կառուցվածքային սպիտակուցները, ինչպիսիք են կոլագենը և կերատինը, ոսկրային հյուսվածքի, մազերի և եղունգների հիմնական բաղադրիչներն են: Մկանների կծկվող սպիտակուցներն ունեն իրենց երկարությունը փոխելու հատկություն՝ օգտագործելով քիմիական էներգիան մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար։ Սպիտակուցները հակամարմիններ են, որոնք կապում և չեզոքացնում են թունավոր նյութերը: Որոշ սպիտակուցներ, որոնք կարող են արձագանքել արտաքին ազդեցություններին (լույս, հոտ) ծառայում են որպես գրգռվածություն ընկալող զգայական օրգանների ընկալիչներ: Բջջի ներսում և բջջաթաղանթի վրա տեղակայված բազմաթիվ սպիտակուցներ կատարում են կարգավորիչ գործառույթներ։
19-րդ դարի առաջին կեսին Շատ քիմիկոսներ, և նրանց թվում հիմնականում Ջ. ֆոն Լիբիգը, աստիճանաբար եկան այն եզրակացության, որ սպիտակուցները ազոտային միացությունների հատուկ դաս են: «Սպիտակուցներ» անվանումը (հունարեն պրոտոսից՝ առաջինը) առաջարկվել է 1840 թվականին հոլանդացի քիմիկոս Գ.Մուլդերի կողմից։
ՖԻԶԻԿԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ
Սպիտակուցները պինդ վիճակում սպիտակ են, բայց լուծույթով անգույն, եթե դրանք չեն կրում քրոմոֆոր (գունավոր) խումբ, ինչպիսին է հեմոգլոբինը: Տարբեր սպիտակուցների ջրի լուծելիությունը մեծապես տարբերվում է: Այն նաև տատանվում է ըստ pH-ի և լուծույթում աղերի կոնցենտրացիայից, այնպես որ կարելի է ընտրել այն պայմանները, որոնց դեպքում մեկ սպիտակուցը ընտրողաբար կտեղավորվի այլ սպիտակուցների առկայության դեպքում: Այս «աղը հանելու» մեթոդը լայնորեն կիրառվում է սպիտակուցների մեկուսացման և մաքրման համար: Մաքրված սպիտակուցը հաճախ նստում է լուծույթից բյուրեղների տեսքով:
Այլ միացությունների համեմատ, սպիտակուցների մոլեկուլային քաշը շատ մեծ է՝ մի քանի հազարից մինչև միլիոնավոր դալտոններ։ Հետեւաբար, ուլտրակենտրոնացման ժամանակ սպիտակուցները նստում են, ընդ որում՝ տարբեր արագություններով։ Սպիտակուցների մոլեկուլներում դրական և բացասական լիցքավորված խմբերի առկայության պատճառով էլեկտրական դաշտում դրանք շարժվում են տարբեր արագությամբ։ Սա էլեկտրաֆորեզի հիմքն է՝ մեթոդ, որն օգտագործվում է առանձին սպիտակուցները բարդ խառնուրդներից մեկուսացնելու համար։ Սպիտակուցների մաքրումն իրականացվում է նաև քրոմատոգրաֆիայի միջոցով։
ՔԻՄԻԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐ
Կառուցվածք.
Սպիտակուցները պոլիմերներ են, այսինքն. մոլեկուլներ, որոնք կառուցված են որպես շղթաներ կրկնվող մոնոմերային միավորներից կամ ենթամիավորներից, որոնց դերը խաղում են ալֆա-ամինաթթուները: Ամինաթթուների ընդհանուր բանաձևը
որտեղ R-ը ջրածնի ատոմ է կամ որոշ օրգանական խումբ։
Սպիտակուցի մոլեկուլը (պոլիպեպտիդային շղթա) կարող է բաղկացած լինել միայն համեմատաբար փոքր թվով ամինաթթուներից կամ մի քանի հազար մոնոմերային միավորներից։ Ամինաթթուների միացումը շղթայում հնարավոր է, քանի որ դրանցից յուրաքանչյուրն ունի երկու տարբեր քիմիական խմբեր՝ հիմնական հատկություններով ամինախումբ՝ NH2 և թթվային կարբոքսիլ խումբ՝ COOH։ Այս երկու խմբերն էլ կապված են ածխածնի ատոմին: Մեկ ամինաթթվի կարբոքսիլ խումբը կարող է ձևավորել ամիդային (պեպտիդ) կապ մեկ այլ ամինաթթվի ամինո խմբի հետ.
Երկու ամինաթթուներ այս կերպ միացնելուց հետո շղթան կարող է երկարացվել՝ երկրորդ ամինաթթուն ավելացնելով երրորդը և այլն։ Ինչպես երևում է վերը նշված հավասարումից, երբ ձևավորվում է պեպտիդային կապ, ազատվում է ջրի մոլեկուլ։ Թթուների, ալկալիների կամ պրոտեոլիտիկ ֆերմենտների առկայության դեպքում ռեակցիան ընթանում է հակառակ ուղղությամբ՝ պոլիպեպտիդային շղթան ջրի ավելացումով տրոհվում է ամինաթթուների։ Այս ռեակցիան կոչվում է հիդրոլիզ։ Հիդրոլիզն ընթանում է ինքնաբուխ, և էներգիա է պահանջվում ամինաթթուները պոլիպեպտիդային շղթայի մեջ միավորելու համար:
Կարբոքսիլ խումբը և ամիդային խումբը (կամ դրան նման իմիդային խումբը, ամինաթթվի պրոլինի դեպքում) առկա են բոլոր ամինաթթուներում, մինչդեռ ամինաթթուների միջև տարբերությունը որոշվում է այդ խմբի բնույթով կամ «կողմով». շղթա», որը վերևում նշված է R տառով: Կողմնակի շղթայի դերը կարող է խաղալ ջրածնի ատոմը, ինչպես ամինաթթու գլիկինը, և որոշ մեծ խմբավորումներ, ինչպիսիք են հիստիդինը և տրիպտոֆանը: Որոշ կողային շղթաներ քիմիապես իներտ են, իսկ մյուսները՝ բարձր ռեակտիվ:
Շատ հազարավոր տարբեր ամինաթթուներ կարող են սինթեզվել, և շատ տարբեր ամինաթթուներ են հանդիպում բնության մեջ, սակայն սպիտակուցի սինթեզի համար օգտագործվում են միայն 20 տեսակի ամինաթթուներ՝ ալանին, արգինին, ասպարագին, ասպարթաթթու, վալին, հիստիդին, գլիցին, գլուտամին, գլուտամին: թթու, իզոլեյցին, լեյցին, լիզին, մեթիոնին, պրոլին, սերին, թիրոզին, թրեոնին, տրիպտոֆան, ֆենիլալանին և ցիստեին (սպիտակուցներում ցիստեինը կարող է առկա լինել որպես դիմեր - ցիստին): Ճիշտ է, որոշ սպիտակուցներում կան նաև այլ ամինաթթուներ, որոնք ի լրումն կանոնավոր հանդիպող 20-ի, բայց դրանք ձևավորվում են թվարկված քսանից որևէ մեկի փոփոխության արդյունքում այն սպիտակուցի մեջ ներառվելուց հետո:
օպտիկական ակտիվություն.
Բոլոր ամինաթթուները, բացառությամբ գլիցինի, ունեն չորս տարբեր խմբեր, որոնք կցված են α-ածխածնի ատոմին։ Երկրաչափության առումով չորս տարբեր խմբեր կարող են կցվել երկու եղանակով, և, համապատասխանաբար, կան երկու հնարավոր կոնֆիգուրացիաներ կամ երկու իզոմերներ, որոնք կապված են միմյանց հետ՝ որպես առարկա իր հայելային պատկերին, այսինքն. ինչպես ձախ ձեռքը աջ: Մի կոնֆիգուրացիան կոչվում է ձախ կամ ձախակողմյան (L), իսկ մյուսը աջակողմյան կամ աջակողմյան (D), քանի որ երկու նման իզոմերներ տարբերվում են բևեռացված լույսի հարթության պտտման ուղղությամբ։ Սպիտակուցներում հանդիպում են միայն L-ամինաթթուները (բացառություն է գլիցինը, այն կարող է ներկայացվել միայն մեկ ձևով, քանի որ նրա չորս խմբերից երկուսը նույնն են), և նրանք բոլորն ունեն օպտիկական ակտիվություն (քանի որ կա միայն մեկ իզոմեր): D-ամինաթթուները բնության մեջ հազվադեպ են. դրանք հայտնաբերված են որոշ հակաբիոտիկների և բակտերիաների բջջային պատի մեջ:
Ամինաթթուների հաջորդականությունը.
Պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուները դասավորված են ոչ թե պատահական, այլ որոշակի ֆիքսված հերթականությամբ, և հենց այս կարգն է որոշում սպիտակուցի գործառույթներն ու հատկությունները։ Փոփոխելով ամինաթթուների 20 տեսակների հերթականությունը՝ դուք կարող եք ստանալ հսկայական քանակությամբ տարբեր սպիտակուցներ, ինչպես այբուբենի տառերից շատ տարբեր տեքստեր կարող եք կազմել:
Նախկինում սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությունը որոշելը հաճախ տևում էր մի քանի տարի: Ուղղակի որոշումը դեռևս բավականին աշխատատար խնդիր է, թեև ստեղծվել են սարքեր, որոնք թույլ են տալիս այն իրականացնել ավտոմատ կերպով։ Սովորաբար ավելի հեշտ է որոշել համապատասխան գենի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը և դրանից ստանալ սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությունը։ Մինչ օրս արդեն որոշված են հարյուրավոր սպիտակուցների ամինաթթուների հաջորդականությունը։ Վերծանված սպիտակուցների գործառույթները սովորաբար հայտնի են, և դա օգնում է պատկերացնել նմանատիպ սպիտակուցների հնարավոր գործառույթները, որոնք ձևավորվում են, օրինակ, չարորակ նորագոյացություններում:
Բարդ սպիտակուցներ.
Միայն ամինաթթուներից բաղկացած սպիտակուցները կոչվում են պարզ: Հաճախ, սակայն, մետաղի ատոմը կամ որոշ քիմիական միացություն, որը ամինաթթու չէ, կցվում է պոլիպեպտիդային շղթային։ Նման սպիտակուցները կոչվում են բարդ: Օրինակ՝ հեմոգլոբինը. այն պարունակում է երկաթի պորֆիրին, որը տալիս է նրա կարմիր գույնը և թույլ է տալիս նրան հանդես գալ որպես թթվածնի կրիչ։
Բարդ սպիտակուցների անունները պարունակում են կցված խմբերի բնույթի նշում. շաքարներ առկա են գլիկոպրոտեիններում, ճարպերը՝ լիպոպրոտեիններում: Եթե ֆերմենտի կատալիտիկ ակտիվությունը կախված է կցված խմբից, ապա այն կոչվում է պրոթեզային խումբ։ Հաճախ որոշ վիտամիններ պրոթեզային խմբի դեր են կատարում կամ դրա մաս են կազմում։ Վիտամին A-ն, օրինակ, կապված ցանցաթաղանթի սպիտակուցներից մեկին, որոշում է նրա զգայունությունը լույսի նկատմամբ։
Երրորդական կառուցվածք.
Կարևորը ոչ այնքան սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությունն է (առաջնային կառուցվածքը), այլ այն, թե ինչպես է այն տեղադրվում տիեզերքում: Պոլիպեպտիդային շղթայի ողջ երկարությամբ ջրածնի իոնները կազմում են կանոնավոր ջրածնային կապեր, որոնք նրան տալիս են պարույրի կամ շերտի (երկրորդական կառուցվածք) տեսք։ Նման խխունջների և շերտերի համադրությունից առաջանում է հաջորդ կարգի կոմպակտ ձև՝ սպիտակուցի երրորդական կառուցվածք։ Շղթայի մոնոմերային օղակները պահող կապերի շուրջ հնարավոր են պտույտներ փոքր անկյուններով։ Հետևաբար, զուտ երկրաչափական տեսանկյունից, ցանկացած պոլիպեպտիդային շղթայի համար հնարավոր կոնֆիգուրացիաների թիվը անսահման մեծ է: Իրականում յուրաքանչյուր սպիտակուց սովորաբար գոյություն ունի միայն մեկ կոնֆիգուրացիայի մեջ, որը որոշվում է իր ամինաթթուների հաջորդականությամբ: Այս կառուցվածքը կոշտ չէ, այն կարծես «շնչում է»՝ այն տատանվում է որոշակի միջին կոնֆիգուրացիայի շուրջ։ Շղթան ծալվում է այնպիսի կոնֆիգուրացիայի մեջ, որում ազատ էներգիան (աշխատանք կատարելու ունակությունը) նվազագույն է, ճիշտ այնպես, ինչպես բաց թողնված զսպանակը սեղմվում է միայն այն վիճակին, որը համապատասխանում է ազատ էներգիայի նվազագույնին: Հաճախ շղթայի մի մասը կոշտորեն կապված է մյուսի հետ երկու ցիստեին մնացորդների միջև դիսուլֆիդային (–S–S–) կապերով։ Մասամբ սա է պատճառը, որ ամինաթթուների մեջ ցիստեինը հատկապես կարևոր դեր է խաղում:
Սպիտակուցների կառուցվածքի բարդությունն այնքան մեծ է, որ դեռևս հնարավոր չէ հաշվարկել սպիտակուցի երրորդական կառուցվածքը, նույնիսկ եթե հայտնի է նրա ամինաթթուների հաջորդականությունը։ Բայց եթե հնարավոր է ստանալ սպիտակուցային բյուրեղներ, ապա դրա երրորդական կառուցվածքը կարելի է որոշել ռենտգենյան դիֆրակցիայով։
Կառուցվածքային, կծկվող և որոշ այլ սպիտակուցներում շղթաները երկարաձգվում են, և կողք կողքի ընկած մի քանի փոքր ծալված շղթաներ առաջացնում են մանրաթելեր. մանրաթելերը, իր հերթին, ծալվում են ավելի մեծ գոյացությունների՝ մանրաթելերի։ Այնուամենայնիվ, լուծույթում գտնվող սպիտակուցների մեծ մասը գնդաձև է. շղթաները ոլորված են գնդիկի մեջ, ինչպես մանվածքը գնդակի մեջ: Այս կազմաձևով ազատ էներգիան նվազագույն է, քանի որ հիդրոֆոբ («ջուր վանող») ամինաթթուները թաքնված են գլոբուլի ներսում, իսկ հիդրոֆիլ («ջուր գրավող») ամինաթթուները՝ դրա մակերեսին։
Շատ սպիտակուցներ մի քանի պոլիպեպտիդ շղթաների համալիրներ են: Այս կառուցվածքը կոչվում է սպիտակուցի չորրորդական կառուցվածք։ Հեմոգլոբինի մոլեկուլը, օրինակ, կազմված է չորս ենթամիավորներից, որոնցից յուրաքանչյուրը գնդաձեւ սպիտակուց է։
Կառուցվածքային սպիտակուցներն իրենց գծային կոնֆիգուրացիայի շնորհիվ ձևավորում են մանրաթելեր, որոնցում առաձգական ուժը շատ բարձր է, մինչդեռ գնդաձև կոնֆիգուրացիան թույլ է տալիս սպիտակուցներին հատուկ փոխազդեցության մեջ մտնել այլ միացությունների հետ: Գնդիկի մակերեսին, շղթաների ճիշտ տեղադրմամբ, հայտնվում են որոշակի ձևի խոռոչներ, որոնցում տեղակայված են ռեակտիվ քիմիական խմբեր: Եթե այս սպիտակուցը ֆերմենտ է, ապա ինչ-որ նյութի մեկ այլ, սովորաբար ավելի փոքր, մոլեկուլ մտնում է նման խոռոչ, ինչպես որ բանալին մտնում է կողպեք; այս դեպքում մոլեկուլի էլեկտրոնային ամպի կոնֆիգուրացիան փոխվում է խոռոչում տեղակայված քիմիական խմբերի ազդեցության տակ, և դա ստիպում է նրան արձագանքել որոշակի ձևով: Այս կերպ ֆերմենտը կատալիզացնում է ռեակցիան։ Հակամարմինների մոլեկուլներն ունեն նաև խոռոչներ, որոնցում կապվում են տարբեր օտար նյութեր և դրանով իսկ անվնաս են դառնում։ «Բանալին և կողպեք» մոդելը, որը բացատրում է սպիտակուցների փոխազդեցությունը այլ միացությունների հետ, հնարավորություն է տալիս հասկանալ ֆերմենտների և հակամարմինների առանձնահատկությունը, այսինքն. միայն որոշակի միացությունների հետ արձագանքելու նրանց ունակությունը:
Սպիտակուցներ տարբեր տեսակի օրգանիզմներում.
Սպիտակուցները, որոնք կատարում են նույն գործառույթը տարբեր բույսերի և կենդանիների տեսակների մեջ և, հետևաբար, կրում են նույն անվանումը, նույնպես ունեն նմանատիպ կոնֆիգուրացիա: Նրանք, սակայն, որոշ չափով տարբերվում են իրենց ամինաթթուների հաջորդականությամբ: Քանի որ տեսակները տարբերվում են ընդհանուր նախնուց, որոշ ամինաթթուներ որոշակի դիրքերում փոխարինվում են մյուսների հետ մուտացիաներով: Վնասակար մուտացիաները, որոնք առաջացնում են ժառանգական հիվանդություններ, անտեսվում են բնական ընտրության միջոցով, սակայն կարող են պահպանվել օգտակար կամ առնվազն չեզոքները: Որքան ավելի մոտ են երկու կենսաբանական տեսակներ միմյանց, այնքան քիչ տարբերություններ են հայտնաբերվում նրանց սպիտակուցներում:
Որոշ սպիտակուցներ փոխվում են համեմատաբար արագ, մյուսները բավականին պահպանողական են: Վերջիններս ներառում են, օրինակ, ցիտոքրոմ c, շնչառական ֆերմենտ, որը հայտնաբերված է կենդանի օրգանիզմների մեծ մասում: Մարդկանց և շիմպանզեների մոտ նրա ամինաթթուների հաջորդականությունը նույնական է, մինչդեռ ցորենի ցիտոքրոմ c-ում ամինաթթուների միայն 38%-ն է տարբեր: Նույնիսկ մարդկանց և բակտերիաների համեմատելիս, ցիտոքրոմների նմանությունը (այստեղ տարբերությունները ազդում են ամինաթթուների 65%-ի հետ) դեռևս կարելի է տեսնել, թեև բակտերիաների և մարդկանց ընդհանուր նախնին ապրել է Երկրի վրա մոտ երկու միլիարդ տարի առաջ: Մեր օրերում ամինաթթուների հաջորդականությունների համեմատությունը հաճախ օգտագործվում է ֆիլոգենետիկ (ծագումնաբանական) ծառ կառուցելու համար, որն արտացոլում է տարբեր օրգանիզմների միջև էվոլյուցիոն հարաբերությունները:
Դենատուրացիա.
Սինթեզված սպիտակուցի մոլեկուլը՝ ծալովի, ձեռք է բերում իր կոնֆիգուրացիան։ Այս կոնֆիգուրացիան, սակայն, կարող է ոչնչացվել տաքացնելով, փոխելով pH-ը, օրգանական լուծիչների ազդեցությամբ և նույնիսկ լուծույթը պարզապես խառնելով, մինչև դրա մակերեսին փուչիկները հայտնվեն: Այս կերպ փոփոխված սպիտակուցը կոչվում է դենատուրացված; այն կորցնում է իր կենսաբանական ակտիվությունը և սովորաբար դառնում է անլուծելի։ Դենատուրացված սպիտակուցի հայտնի օրինակներ են խաշած ձվերը կամ հարած սերուցքը: Փոքր սպիտակուցները, որոնք պարունակում են ընդամենը մոտ հարյուր ամինաթթուներ, կարող են վերածվել, այսինքն. նորից ձեռք բերել սկզբնական կոնֆիգուրացիան: Բայց սպիտակուցների մեծ մասը պարզապես վերածվում է խճճված պոլիպեպտիդային շղթաների զանգվածի և չի վերականգնում իրենց նախկին կոնֆիգուրացիան։
Ակտիվ սպիտակուցների մեկուսացման հիմնական դժվարություններից մեկը նրանց ծայրահեղ զգայունությունն է դենատուրացիայի նկատմամբ: Սպիտակուցների այս հատկությունը օգտակար կիրառություն է գտնում սննդամթերքի պահպանման գործում. բարձր ջերմաստիճանն անդառնալիորեն դենատուրացիա է անում միկրոօրգանիզմների ֆերմենտները, և միկրոօրգանիզմները մահանում են:
ՍՊՏՈՒՏԻՆՆԵՐԻ ՍԻՆԹԵԶ
Սպիտակուցի սինթեզի համար կենդանի օրգանիզմը պետք է ունենա ֆերմենտների համակարգ, որն ընդունակ է միացնել ամինաթթուն մյուսին։ Անհրաժեշտ է նաև տեղեկատվության աղբյուր, որը կորոշի, թե որ ամինաթթուները պետք է միացվեն: Քանի որ մարմնում կան հազարավոր տեսակի սպիտակուցներ, և դրանցից յուրաքանչյուրը բաղկացած է միջինը մի քանի հարյուր ամինաթթուներից, պահանջվող տեղեկատվությունը պետք է իսկապես հսկայական լինի: Այն պահվում է (նման է, թե ինչպես է գրառումը պահվում մագնիսական ժապավենի վրա) գեները կազմող նուկլեինաթթվի մոլեկուլներում։
Ֆերմենտների ակտիվացում.
Ամինաթթուներից սինթեզված պոլիպեպտիդային շղթան միշտ չէ, որ սպիտակուց է իր վերջնական ձևով: Շատ ֆերմենտներ սկզբում սինթեզվում են որպես ոչ ակտիվ պրեկուրսորներ և ակտիվանում են միայն այն բանից հետո, երբ մեկ այլ ֆերմենտ հեռացնում է մի քանի ամինաթթուներ շղթայի մի ծայրից: Որոշ մարսողական ֆերմենտներ, ինչպիսիք են տրիպսինը, սինթեզվում են այս ոչ ակտիվ ձևով. այս ֆերմենտները ակտիվանում են մարսողական տրակտում շղթայի տերմինալ հատվածի հեռացման արդյունքում։ Ինսուլին հորմոնը, որի մոլեկուլն իր ակտիվ ձևով բաղկացած է երկու կարճ շղթայից, սինթեզվում է մեկ շղթայի տեսքով, այսպես կոչված. պրոինսուլին. Այնուհետև այս շղթայի միջին մասը հանվում է, իսկ մնացած բեկորները կապվում են միմյանց հետ՝ ձևավորելով ակտիվ հորմոնի մոլեկուլը։ Կոմպլեքս սպիտակուցները ձևավորվում են միայն այն բանից հետո, երբ որոշակի քիմիական խումբ կցվում է սպիտակուցին, և այդ կցումը հաճախ պահանջում է նաև ֆերմենտ:
Նյութափոխանակության շրջանառություն.
Ածխածնի, ազոտի կամ ջրածնի ռադիոակտիվ իզոտոպներով պիտակավորված ամինաթթուներով կենդանուն կերակրելուց հետո պիտակը արագորեն ներառվում է նրա սպիտակուցների մեջ: Եթե պիտակավորված ամինաթթուները դադարում են մտնել օրգանիզմ, ապա սպիտակուցներում պիտակի քանակությունը սկսում է նվազել: Այս փորձերը ցույց են տալիս, որ ստացված սպիտակուցները օրգանիզմում չեն պահպանվում մինչև կյանքի վերջը։ Նրանք բոլորը, մի քանի բացառություններով, գտնվում են դինամիկ վիճակում, անընդհատ քայքայվում են ամինաթթուների, իսկ հետո նորից սինթեզվում։
Որոշ սպիտակուցներ քայքայվում են, երբ բջիջները մահանում են և ոչնչացվում: Դա տեղի է ունենում անընդհատ, օրինակ, կարմիր արյան բջիջների և էպիթելային բջիջների դեպքում, որոնք ծածկում են աղիքի ներքին մակերեսը: Բացի այդ, սպիտակուցների քայքայումն ու վերասինթեզը տեղի են ունենում նաև կենդանի բջիջներում։ Որքան էլ տարօրինակ է, ավելի քիչ է հայտնի սպիտակուցների քայքայման, քան դրանց սինթեզի մասին: Ակնհայտ է, սակայն, որ պրոտեոլիտիկ ֆերմենտները ներգրավված են տրոհման մեջ, ինչպես նրանք, որոնք մարսողական տրակտում սպիտակուցները տրոհում են ամինաթթուների:
Տարբեր սպիտակուցների կիսամյակը տարբեր է՝ մի քանի ժամից մինչև շատ ամիսներ: Միակ բացառությունը կոլագենի մոլեկուլներն են: Ձևավորվելուց հետո դրանք մնում են կայուն և չեն թարմացվում կամ փոխարինվում: Սակայն ժամանակի ընթացքում դրանց որոշ հատկություններ, մասնավորապես առաձգականությունը, փոխվում են, և քանի որ դրանք չեն թարմացվում, դրա հետևանքն են տարիքային որոշակի փոփոխություններ, օրինակ՝ մաշկի վրա կնճիռների առաջացումը։
սինթետիկ սպիտակուցներ.
Քիմիկոսները վաղուց սովորել են, թե ինչպես պոլիմերացնել ամինաթթուները, բայց ամինաթթուները պատահականորեն միանում են, այնպես որ նման պոլիմերացման արտադրանքը քիչ նմանություն ունի բնականին: Ճիշտ է, հնարավոր է միավորել ամինաթթուները տվյալ հերթականությամբ, ինչը հնարավորություն է տալիս ստանալ որոշ կենսաբանական ակտիվ սպիտակուցներ, մասնավորապես՝ ինսուլին։ Գործընթացը բավականին բարդ է, և այս կերպ հնարավոր է ստանալ միայն այն սպիտակուցները, որոնց մոլեկուլները պարունակում են մոտ հարյուր ամինաթթուներ։ Փոխարենը նախընտրելի է սինթեզել կամ մեկուսացնել գենի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը, որը համապատասխանում է ցանկալի ամինաթթուների հաջորդականությանը, այնուհետև այդ գենը ներմուծել բակտերիա, որը վերարտադրելու միջոցով կստեղծի ցանկալի արտադրանքի մեծ քանակություն: Այս մեթոդը, սակայն, ունի նաև իր թերությունները.
ՍՊԻՏԱԿՈՒՆՆԵՐ ԵՎ ՍՆՆԴԻՐ
Երբ մարմնում սպիտակուցները տրոհվում են ամինաթթուների, այդ ամինաթթուները կարող են կրկին օգտագործվել սպիտակուցի սինթեզի համար: Միևնույն ժամանակ, ամինաթթուներն իրենք ենթակա են քայքայման, որպեսզի դրանք ամբողջությամբ չօգտագործվեն։ Հասկանալի է նաև, որ աճի, հղիության և վերքերի բուժման ընթացքում սպիտակուցի սինթեզը պետք է գերազանցի դեգրադացիան: Մարմինը անընդհատ կորցնում է որոշ սպիտակուցներ. դրանք մազերի, եղունգների և մաշկի մակերեսային շերտի սպիտակուցներն են: Հետեւաբար, սպիտակուցների սինթեզի համար յուրաքանչյուր օրգանիզմ պետք է ամինաթթուներ ստանա սննդից։
Ամինաթթուների աղբյուրները.
Կանաչ բույսերը սինթեզում են բոլոր 20 ամինաթթուները, որոնք առկա են սպիտակուցներում CO2-ից, ջրից և ամոնիակից կամ նիտրատներից: Շատ բակտերիաներ կարող են նաև սինթեզել ամինաթթուներ շաքարի (կամ որոշ համարժեքի) և ֆիքսված ազոտի առկայության դեպքում, սակայն շաքարը, ի վերջո, մատակարարվում է կանաչ բույսերի կողմից: Կենդանիների մեջ ամինաթթուներ սինթեզելու ունակությունը սահմանափակ է. նրանք ամինաթթուներ են ստանում՝ ուտելով կանաչ բույսեր կամ այլ կենդանիներ։ Մարսողական համակարգում ներծծվող սպիտակուցները տրոհվում են ամինաթթուների, վերջիններս ներծծվում են, որոնցից կառուցվում են տվյալ օրգանիզմին բնորոշ սպիտակուցներ։ Կլանված սպիտակուցներից ոչ մեկը, որպես այդպիսին, չի մտնում մարմնի կառուցվածքների մեջ: Միակ բացառությունն այն է, որ շատ կաթնասունների մոտ մայրական հակամարմինների մի մասը կարող է պլասենցայի միջով անձեռնմխելի անցնել պտղի շրջանառություն, իսկ մայրական կաթի միջոցով (հատկապես որոճողների մոտ) փոխանցվել նորածինին ծնվելուց անմիջապես հետո:
Սպիտակուցների անհրաժեշտություն.
Հասկանալի է, որ կյանքը պահպանելու համար օրգանիզմը պետք է որոշակի քանակությամբ սպիտակուց ստանա սննդից։ Այնուամենայնիվ, այս անհրաժեշտության չափը կախված է մի շարք գործոններից: Մարմինը սննդի կարիք ունի և՛ որպես էներգիայի աղբյուր (կալորիականություն), և՛ որպես իր կառուցվածքները կառուցելու նյութ։ Առաջին տեղում էներգիայի կարիքն է։ Սա նշանակում է, որ երբ սննդակարգում քիչ ածխաջրեր և ճարպեր կան, դիետիկ սպիտակուցներն օգտագործվում են ոչ թե սեփական սպիտակուցների սինթեզի համար, այլ որպես կալորիաների աղբյուր։ Երկարատև ծոմ պահելու դեպքում նույնիսկ ձեր սեփական սպիտակուցները ծախսվում են էներգիայի կարիքները բավարարելու համար: Եթե սննդակարգում բավարար քանակությամբ ածխաջրեր կան, ապա սպիտակուցների ընդունումը կարող է կրճատվել:
ազոտի հավասարակշռությունը.
Միջին հաշվով մոտ. Սպիտակուցի ընդհանուր զանգվածի 16%-ը ազոտ է։ Երբ սպիտակուցները կազմող ամինաթթուները քայքայվում են, դրանցում պարունակվող ազոտը օրգանիզմից արտազատվում է մեզով և (ավելի քիչ չափով) կղանքով՝ տարբեր ազոտային միացությունների տեսքով։ Հետևաբար, սպիտակուցային սնուցման որակը գնահատելու համար հարմար է օգտագործել այնպիսի ցուցանիշ, ինչպիսին է ազոտի հավասարակշռությունը, այսինքն. տարբերությունը (գրամներով) օրգանիզմ ընդունվող ազոտի քանակի և օրական արտազատվող ազոտի քանակի միջև։ Մեծահասակների նորմալ սնուցման դեպքում այդ քանակությունները հավասար են: Աճող օրգանիզմում արտազատվող ազոտի քանակն ավելի քիչ է, քան մուտքայինը, այսինքն. հաշվեկշիռը դրական է. Դիետայում սպիտակուցի պակասի դեպքում հավասարակշռությունը բացասական է: Եթե սննդակարգում կա բավականաչափ կալորիաներ, բայց սպիտակուցներն իսպառ բացակայում են դրանում, օրգանիզմը խնայում է սպիտակուցները։ Միևնույն ժամանակ, սպիտակուցների նյութափոխանակությունը դանդաղում է, և ամինաթթուների վերօգտագործումը սպիտակուցի սինթեզում ընթանում է հնարավորինս արդյունավետ: Այնուամենայնիվ, կորուստներն անխուսափելի են, և ազոտային միացությունները դեռևս արտազատվում են մեզով և մասամբ՝ կղանքով։ Սպիտակուցի սովի ժամանակ օրգանիզմից օրական արտազատվող ազոտի քանակը կարող է ծառայել որպես սպիտակուցի ամենօրյա պակասի չափանիշ։ Բնական է ենթադրել, որ սննդակարգ ներմուծելով այս պակասին համարժեք սպիտակուցի քանակ՝ հնարավոր է վերականգնել ազոտի հավասարակշռությունը։ Այնուամենայնիվ, դա այդպես չէ: Ստանալով այս քանակությամբ սպիտակուց՝ մարմինը սկսում է ավելի քիչ արդյունավետ օգտագործել ամինաթթուները, ուստի որոշ լրացուցիչ սպիտակուցներ են պահանջվում ազոտի հավասարակշռությունը վերականգնելու համար:
Եթե սննդակարգում սպիտակուցի քանակը գերազանցում է այն, ինչ անհրաժեշտ է ազոտի հավասարակշռությունը պահպանելու համար, ապա թվում է, որ դրանից ոչ մի վնաս չկա: Ավելորդ ամինաթթուները պարզապես օգտագործվում են որպես էներգիայի աղբյուր։ Հատկապես վառ օրինակ է էսկիմոսները, ովքեր օգտագործում են քիչ ածխաջրեր և մոտ տասը անգամ ավելի շատ սպիտակուցներ, քան պահանջվում է ազոտի հավասարակշռությունը պահպանելու համար: Այնուամենայնիվ, շատ դեպքերում սպիտակուցը որպես էներգիայի աղբյուր օգտագործելը ձեռնտու չէ, քանի որ դուք կարող եք շատ ավելի շատ կալորիա ստանալ որոշակի քանակությամբ ածխաջրերից, քան նույն քանակությամբ սպիտակուցից: Աղքատ երկրներում բնակչությունն անհրաժեշտ կալորիաներ է ստանում ածխաջրերից և սպառում նվազագույն քանակությամբ սպիտակուցներ։
Եթե օրգանիզմը ստանում է անհրաժեշտ քանակությամբ կալորիաներ ոչ սպիտակուցային մթերքների տեսքով, ապա սպիտակուցի նվազագույն քանակությունը, որը պահպանում է ազոտի հավասարակշռությունը, կազմում է մոտ. 30 գ օրական. Մոտավորապես նույնքան սպիտակուց կա չորս կտոր հացում կամ 0,5 լիտր կաթում։ Մի փոքր ավելի մեծ քանակությունը սովորաբար համարվում է օպտիմալ; խորհուրդ է տրվում 50-ից 70 գ:
Հիմնական ամինաթթուներ.
Մինչ այժմ սպիտակուցը դիտարկվում էր որպես ամբողջություն։ Մինչդեռ, որպեսզի սպիտակուցի սինթեզը տեղի ունենա, օրգանիզմում պետք է առկա լինեն բոլոր անհրաժեշտ ամինաթթուները։ Որոշ ամինաթթուներ, որոնք կենդանու մարմինն ինքն է կարողանում սինթեզել: Դրանք կոչվում են փոխարինելի, քանի որ պարտադիր չէ, որ դրանք առկա լինեն սննդակարգում, միայն կարևոր է, որ, ընդհանուր առմամբ, սպիտակուցի ընդունումը որպես ազոտի աղբյուր բավարար լինի. այնուհետև ոչ էական ամինաթթուների պակասի դեպքում մարմինը կարող է դրանք սինթեզել ավելցուկով առկաների հաշվին։ Մնացած «էական» ամինաթթուները չեն կարող սինթեզվել և պետք է ընդունվեն սննդի հետ միասին: Մարդկանց համար կարևոր են վալինը, լեյցինը, իզոլեյցինը, թրեոնինը, մեթիոնինը, ֆենիլալանինը, տրիպտոֆանը, հիստիդինը, լիզինը և արգինինը: (Չնայած արգինինը կարող է սինթեզվել մարմնում, այն համարվում է էական ամինաթթու, քանի որ նորածիններն ու աճող երեխաները արտադրում են դրա անբավարար քանակությունը: Մյուս կողմից, հասուն տարիքի մարդու համար այդ ամինաթթուներից մի քանիսի ընդունումը սննդից է: կարող է դառնալ ընտրովի։)
Էական ամինաթթուների այս ցանկը մոտավորապես նույնն է մյուս ողնաշարավորների և նույնիսկ միջատների մոտ: Սպիտակուցների սննդային արժեքը սովորաբար որոշվում է՝ նրանց կերակրելով աճող առնետներին և վերահսկելով կենդանիների քաշի ավելացումը:
Սպիտակուցների սննդային արժեքը.
Սպիտակուցի սննդային արժեքը որոշվում է էական ամինաթթուով, որն առավել պակաս է: Եկեք սա բացատրենք օրինակով։ Մեր մարմնի սպիտակուցները պարունակում են միջինը մոտ. 2% տրիպտոֆան (ըստ քաշի): Ենթադրենք, որ սննդակարգը ներառում է 1% տրիպտոֆան պարունակող 10 գ սպիտակուց, և որ դրա մեջ կան բավականաչափ այլ էական ամինաթթուներ։ Մեր դեպքում այս արատավոր սպիտակուցի 10 գ-ը էապես համարժեք է 5 գ ամբողջական սպիտակուցին. մնացած 5 գ-ը կարող է ծառայել միայն որպես էներգիայի աղբյուր։ Նկատի ունեցեք, որ քանի որ ամինաթթուները գործնականում չեն պահվում մարմնում, և որպեսզի սպիտակուցի սինթեզը տեղի ունենա, բոլոր ամինաթթուները պետք է ներկա լինեն միաժամանակ, էական ամինաթթուների ընդունման ազդեցությունը կարող է հայտնաբերվել միայն այն դեպքում, եթե դրանք բոլորը մտնեն մարմինը միևնույն ժամանակ.
Կենդանական սպիտակուցների մեծ մասի միջին բաղադրությունը մոտ է մարդու մարմնի սպիտակուցների միջին կազմին, ուստի մենք դժվար թե բախվենք ամինաթթուների պակասի հետ, եթե մեր սննդակարգը հարուստ է մթերքներով, ինչպիսիք են միսը, ձուն, կաթը և պանիրը: Այնուամենայնիվ, կան սպիտակուցներ, ինչպիսիք են ժելատինը (կոլագենի դենատուրացիայի արտադրանք), որոնք շատ քիչ ենական ամինաթթուներ են պարունակում։ Բուսական սպիտակուցները, թեև այս առումով ավելի լավն են, քան ժելատինը, բայց նաև աղքատ են էական ամինաթթուներով. դրանց մեջ հատկապես քիչ է լիզինը և տրիպտոֆանը: Այնուամենայնիվ, զուտ բուսակերական դիետան ամենևին էլ վնասակար չէ, եթե այն չի սպառում մի փոքր ավելի մեծ քանակությամբ բուսական սպիտակուցներ, որոնք բավարար են օրգանիզմին էական ամինաթթուներով ապահովելու համար։ Սպիտակուցների մեծ մասը հայտնաբերված է բույսերի սերմերում, հատկապես ցորենի և տարբեր հատիկաընդեղենի սերմերում: Երիտասարդ ընձյուղները, օրինակ՝ ծնեբեկը, նույնպես հարուստ են սպիտակուցներով։
Սինթետիկ սպիտակուցներ սննդակարգում.
Փոքր քանակությամբ սինթետիկ էական ամինաթթուներ կամ դրանցով հարուստ սպիտակուցներ ավելացնելով ոչ ամբողջական սպիտակուցներին, օրինակ՝ եգիպտացորենի սպիտակուցներին, հնարավոր է զգալիորեն բարձրացնել վերջիններիս սննդային արժեքը, այսինքն. դրանով իսկ մեծացնելով սպառված սպիտակուցի քանակը: Մեկ այլ հնարավորություն է բակտերիաների կամ խմորիչների աճեցումը նավթի ածխաջրածինների վրա՝ որպես ազոտի աղբյուր նիտրատների կամ ամոնիակի ավելացմամբ: Այս կերպ ստացված մանրէաբանական սպիտակուցը կարող է ծառայել որպես թռչնաբուծության կամ անասունների կեր, կամ կարող է ուղղակիորեն սպառվել մարդկանց կողմից: Երրորդ, լայնորեն կիրառվող մեթոդը օգտագործում է որոճողների ֆիզիոլոգիան: Որոճողների մոտ, ստամոքսի սկզբնական հատվածում, այսպես կոչված. Որովայնում բնակվում են բակտերիաների և նախակենդանիների հատուկ ձևեր, որոնք արատավոր բուսական սպիտակուցները վերածում են ավելի ամբողջական մանրէաբանական սպիտակուցների, որոնք իրենց հերթին մարսումից և կլանումից հետո վերածվում են կենդանական սպիտակուցների։ Միզանյութը՝ էժանագին սինթետիկ ազոտ պարունակող միացություն, կարող է ավելացվել անասունների կերերին։ Որովայնում ապրող միկրոօրգանիզմները օգտագործում են միզանյութի ազոտը՝ ածխաջրերը (որոնցից շատ ավելի շատ է կերերի մեջ) սպիտակուցի փոխակերպելու համար։ Անասնաբուծական կերերի ամբողջ ազոտի մոտ մեկ երրորդը կարող է հայտնվել միզանյութի տեսքով, որը, ըստ էության, որոշակի չափով նշանակում է քիմիական սպիտակուցի սինթեզ:
Տարօրինակ կերպով, երբեմն ավելի հեշտ է արհեստականորեն սինթեզել սպիտակուցը, քան հաստատել դրա կառուցվածքը: Թող հայտնի լինի սպիտակուցի կառուցվածքը: Ինչպե՞ս ստանալ այն կոլբայի մեջ:
Եկեք մեր առջեւ նպատակ դնենք՝ արհեստականորեն սինթեզել ամենապարզ սպիտակուցներից մեկը՝ ինսուլինը։ Ինչպես ասացինք, ինսուլինի մոլեկուլը բաղկացած է երկու A և B շղթաներից: Ակնհայտ է, որ երկու շղթաներն էլ պետք է առանձին վերցնել, ապա միացնել դրանք: Այսպիսով, ինսուլինի մոլեկուլի B շղթայի սինթեզը: Մենք այն կանցկացնենք շղթայի C ծայրից։ Առաջին ամինաթթուն ալանինն է: Նախ վերցնենք այն հիմքը, որին մենք աստիճանաբար, թթվով թթվով, կմեծացնենք ինսուլինի շղթան։ Որպես այդպիսի հիմք, դուք կարող եք վերցնել իոնափոխանակման խեժեր, պոլիստիրոլ: Եկեք կարբոքսիլ խմբի միջոցով հիմքին կցենք առաջին ամինաթթուն՝ ալանինը:
Այսպիսով, ալանինը խեժի վրա կեռված է կարբոքսիլային խմբով, բայց նրա ամինո խումբն ազատ է։ Այժմ հաջորդ ամինաթթուն՝ լիզինը, պետք է կցվի այս ամինո խմբին կարբոքսիլ խմբի միջոցով։ Ինչպե՞ս դա անել: Կարբոքսիլային և ամինային խմբի միջև ամիդային կապ ստանալու լավ միջոց է վերջինիս ացիլացումը թթվային քլորիդով։ Սա ազատում է ջրածնի քլորիդը:
Այսպիսով, եկեք դա անենք: Վերցնենք լիզինի քլորիդը և գործենք դրա վրա... Կանգ առեք։ Դրանից ոչ մի լավ բան չի ստացվի: Փաստն այն է, որ լիզինը ինքնին ունի ամին խումբ, և պարզ չէ, թե ինչու լիզին քլորիդը պետք է փոխազդի միայն առաջին ամինաթթվի (ալանինի) ամինախմբի հետ, այլ ոչ թե լիզինի պոլիամիդ տա:
Ինչպե՞ս լինել: Իրավիճակից դուրս գալու համար անհրաժեշտ է պաշտպանել լիզինի ամինո խումբը անհիդրիդ քլորիդների ազդեցությունից։ Դա անելու համար այն ակիլացվում է տրիֆտորքացախային անհիդրիդով։ Ինչո՞ւ հենց եռաֆտորաքացախային, և ոչ միայն քացախային, ինչո՞ւ չի կարող ամինո խումբը պարզապես պրոացետիլացվել, այսինքն՝ պաշտպանվել COCHO խմբի կողմից: Պարզվում է, որ ացետիլ խումբը ամուր «պահում է» ամինախմբին, և մեր նպատակն է այն «մի քիչ» տնկել։ Տրիֆտորացետիլ, ապա այն հեշտ կլինի «հեռացնել»՝ չոչնչացնելով ստացված պեպտիդը:
Սա նշանակում է, որ հաջորդ փուլը բաղկացած է խեժին «կցված» ալանինի ամինո խմբում ացիլացումից եռաֆտորացետիլացված (նաև ամինո խմբում) լիզին քլորիդով: Լիզինի դեպքում նյութն ավելի է բարդանում երկրորդ ամինախմբի առկայությամբ, սակայն այն կարող է պաշտպանվել որոշ X խմբի կողմից, որը սինթեզի ընթացքում չի կտրվում դրանից և հեռացվում է միայն ամենավերջում։
Արդյունքում մենք ստանում ենք դիպեպտիդ՝ պաշտպանված ամինոխմբով։ Այժմ ամինախումբը պետք է ազատվի։ Մենք հեռացնում ենք պաշտպանությունը՝ գործելով ալկալիի թույլ լուծույթով, և ստանում ենք ազատ ամին խումբ, որը կարող է ընդունել հաջորդ ամինաթթուն՝ պրոլինը։
Հաջորդ փուլն այժմ պարզ է ընթերցողին. մենք գործում ենք պեպտիդի վրա տրիֆտորացետիլացված պրոլինի քլորիդով: Այնուհետև մենք հեռացնում ենք պաշտպանիչ խումբը, գործում ենք տրիֆտորացետիլացված թրեոնին քլորիդով և այլն, մինչև կառուցենք 30 ամինաթթուների ամբողջ շղթան։ Մենք ավելացնում ենք վերջին թթունը՝ ֆենիլալանինը, հանում ենք պաշտպանիչ խումբը և, գործելով թթվով, պատրաստի շղթան անջատում ենք խեժից։
Նույն կերպ մենք սինթեզում ենք երկրորդ շղթան, միացնում ենք երկու շղթաները, և արհեստական ինսուլինը պատրաստ է։ Ոչ այնքան հեշտ և ոչ այնքան արագ, այնպես չէ՞: Այո, աշխատանքը պահանջում է համբերություն և ժամանակ։
Այնուամենայնիվ, 1968 թվականին Մերիֆիլդին հաջողվեց սինթեզել համեմատաբար բարդ սպիտակուց՝ ռիբոնուկլեազ ֆերմենտը։ Այն բաղկացած է 124 ամինաթթուներից։ Այս սինթեզը ներառում էր 11931 քայլ (նման է մեր վերլուծած քայլերին) և ավարտվեց ընդամենը երեք շաբաթվա ընթացքում:
02/06/2004, Ուրբ, 09:02, Մսկ
Վաշինգտոնի համալսարանի Հովարդ Հյուզի բժշկական ինստիտուտի գիտնականները ստեղծել են առաջին արհեստական սպիտակուցը, որը երբեք չի եղել բնության մեջ: Top7-ն առաջին սինթետիկ սպիտակուցն էր, որը ստեղծվել է զրոյից համակարգչի վրա և միայն դրանից հետո ստացվել լաբորատորիայում: Իրականում մոլեկուլի ձևը լիովին համապատասխանում է համակարգչային ծրագրի մոդելին: Այժմ ծրագրի վրա աշխատանքի նոր փուլ է ծավալվում [էլփոստը պաշտպանված է]բաշխված հաշվողական ծրագիր, որն աշխատում է ինտերնետում:[էլփոստը պաշտպանված է]նախատեսված է սպիտակուցի եռաչափ կառուցվածքի «ճիշտ» ծալման մաթեմատիկական մոդելը հաշվարկելու համար և խոստանում է մարդու ակտիվ կյանքը երկարացնելու նոր հեռանկարներ։
Ենթադրվում է, որ կիրառվող տեխնիկան կօգտագործվի այլ սպիտակուցների կառուցման համար, որոնք այդքան անհրաժեշտ են մարդու բժշկության համար։
Դեյվիդ Բեյքերի գլխավորած կենսաբանների խմբի այս զարգացումը լույս է սփռում սպիտակուցների ծալման առեղծվածի վրա:
Աղբյուր՝ Գաուտամ Դանթաս/Վաշինգտոնի համալսարան |
Սինթետիկ Top7 սպիտակուցի կառուցման հաջող փորձը որոշակի լույս է սփռում սպիտակուցի ծալման մեխանիզմի վրա:
Այժմ, ըստ Դեյվիդ Բեյքերի, պարզ են դարձել առեղծվածային գործընթացի առնվազն որոշ բնութագրեր։
Ներկայումս Վաշինգտոնի համալսարանի (Վաշինգտոնի Հովարդ Հյուզի բժշկական ինստիտուտի համալսարան) գիտնականները շարունակում են աշխատել։
Հետազոտական թիմը ձեռնամուխ եղավ ճշգրիտ ծրագրավորված գործառույթներով սպիտակուցներ նախագծելուն:
Ակնկալվում է, որ սա իսկական բեկում կլինի և ոչ միայն բժշկության մեջ։
Ինչ է ծալովի
Բջիջներում սպիտակուցները արտադրվում են ռիբոսոմների կողմից, որտեղ սպիտակուցները հավաքվում են առանձին ամինաթթուներից՝ ըստ ԴՆԹ-ից կարդացվող հաջորդականության:Նման կենսաբանական փոխակրիչի աշխատանքի արդյունքը սպիտակուցների համար «դատարկ» երկար մոլեկուլներն են։ Ու թեև այսօր գենոմը վերծանվել է, այսինքն՝ հայտնի է որոշակի քանակությամբ սպիտակուցների, այդ թվում՝ մարդկայինի կառուցվածքը, նույնիսկ այս դեպքում անհնար է դատել դրա գործառույթների մասին։ Վերջիններս հայտնվում են միայն այն բանից հետո, երբ ամինաթթուների երկար շղթան ծալվում է և ստանում ցանկալի ձևը։
Հատկանշական է, որ միլիոնավոր պոտենցիալ տարածական համակցություններից սպիտակուցը ստանում է մեկ, կանխորոշված ձև: Այս գործընթացը կոչվում է ծալում: Այսպիսով, աշխատանքի համար պատրաստ մարմնում ձևավորվում են հեմոգլոբին, ինսուլին և կյանքի համար անհրաժեշտ այլ սպիտակուցներ։
Ծալման գործընթացը կարող է տեղի ունենալ մի քանի փուլով՝ մի քանի վայրկյանից մինչև մի քանի րոպե տևողությամբ։ Վերջին որոշիչ փուլում «նախնական վիճակից» ստացված սպիտակուցը ակնթարթորեն ընդունում է իր վերջնական ձևը։ Մի քանի տասնյակ միկրովայրկյան տեւող այս փուլն է մոդելավորման ամենադժվար խնդիրն է։
Վերջնական ձևի ընդունման հետ կապված իրավիճակը սրվում է նրանով, որ գործընթացը մեծապես կախված է շրջակա միջավայրի պայմաններից, ներառյալ ջերմաստիճանը: Մեկ մոլեկուլն ակնթարթորեն, «բնականաբար», ծալվում է բնական պայմաններում։ Բայց այս պարզ թվացող գործընթացի մոդելավորումը կարող է երկար տարիներ շարունակական աշխատանք պահանջել բազմաթիվ համակարգիչների վրա:
Ժամանակակից ժամանակներում գիտնականները մեծ ջանքեր են գործադրել՝ փորձելով հասկանալ, թե ինչպես են սպիտակուցներն այդքան արագ և վստահորեն ծալվում:
Այս գործընթացի ըմբռնումը թույլ կտա ոչ միայն հեշտությամբ ստեղծել բնության մեջ գոյություն ունեցող սպիտակուցների բարելավված տարբերակներ, այլև մոդելավորել բոլորովին նոր կառուցվածքներ՝ նոր հատկություններով սինթետիկ «ինքնակազմվող» սպիտակուցներ՝ ծրագրավորված ֆունկցիոնալությամբ: Ոմանք նույնիսկ խոսում են ապագա «նանորոբոտների» մասին, որոնց հայտնվելը կհանգեցնի իսկական տեխնոլոգիական հեղափոխության, այդ թվում՝ բժշկության մեջ։
Առաջին սինթետիկ սպիտակուցը ստեղծվել է Վաշինգտոնի համալսարանի Հովարդ Հյուզի բժշկական ինստիտուտի գիտնականների կողմից: Հենց այս ինստիտուտն է հայտնի նախագծի գլխավոր հովանավորը [էլփոստը պաշտպանված է]բաշխված հաշվողական ծրագրեր՝ տարբեր սինթետիկ սպիտակուցների ծալման հաշվարկի համար։
Այնպես ստացվեց, որ առաջադրանքներից մեկը, որի սիմուլյացիան պահանջում է հաշվողական հսկայական հզորություն, սպիտակուցների ծալումն է։ Ժամանակակից համակարգչի վրա որոշակի ջերմաստիճանի պայմաններում սպիտակուցի ծալման 1 նանվայրկյան հաշվարկը տևում է մոտ 1 օր: Ամբողջ գործընթացը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է տասնյակ հազարավոր անգամ ավելի շատ հաշվողական հզորություն, քանի որ ծալումը տևում է մի քանի տասնյակ միկրովայրկյան։ Բացի այդ, անհրաժեշտ է մոդելավորել մոլեկուլի տարբեր մոդիֆիկացիաների ծալումը տարբեր ջերմաստիճաններում։ Այս խնդիրն իրականացնելու համար որևէ հաշվողական հզորություն բավարար չի լինի:
[էլփոստը պաշտպանված է]բաշխված հաշվարկների խոշորագույն գիտական նախագծերից մեկը։ Կայքում կարող եք ներբեռնել հաճախորդի ծրագիր, որն աշխատում է Windows-ի, Linux-ի կամ Macintosh-ի ֆոնի վրա կամ որպես գեղեցիկ էկրանապահ (տես ձախ): Ի դեպ, ծրագիրը ֆոնային ռեժիմում ցածր առաջնահերթությամբ գործարկելը գրեթե չի ազդում համակարգի ընդհանուր աշխատանքի վրա:Այժմ նախագծում [էլփոստը պաշտպանված է]Արդեն մասնակցում է ավելի քան 270 հազար օգտատեր աշխարհի բոլոր տարածաշրջաններից։ Գործում է ավելի քան 570 000 համակարգիչ, որոնց թիվը անընդհատ աճում է։ Վերջերս հովանավորներին միացավ Google-ը։ Նա իրականացրել է ֆոնային ծալովի հաշվարկ Internet Explorer-ի իր հայտնի Google Toolbar հավելումում:
Զարգացման առաջին փուլում [էլփոստը պաշտպանված է] 2000 թվականի հոկտեմբերից մինչև 2001 թվականի հոկտեմբերը հաջողությամբ մոդելավորվեցին մի քանի պարզ, արագ ծալվող սպիտակուցներ, այդ թվում՝ վիլին (ամինաթթուների թիվը՝ 36, ծալման ժամանակը 10 միկրովայրկյան)։ Գիտնականները գործնականում լաբորատոր փորձերի արդյունքում հաստատել են ստացված արդյունքների ճիշտությունը։Չնայած villine-ը (տես նկարը աջ կողմում) դարձել է նախագծի ստորագրությունը, ներկայումս հաշվարկվում է ավելի բարդ և մեծ մոլեկուլների ծալումը: Այսպիսով, շուտով կսկսվի Alzheimer Amyloid Beta սպիտակուցի հաշվարկը, որը թունավոր ազդեցություն է առաջացնում Ալցհեյմերի հիվանդության ժամանակ։
Սխալ ծալքավորում և Ալցհեյմերի հիվանդություն
Այժմ փորձագետները շատ ավելին գիտեն ծալման մասին, քան Պաուլիգն ու Անֆինսենը, ովքեր Նոբելյան մրցանակ են ստացել կես դար առաջ այս գործընթացը բացահայտելու համար։
Հայտնի է, որ սպիտակուցային շղթան երբեմն կարող է ծալվել սխալձեւը։ Բացի այդ, հայտնաբերվել են հատուկ սպիտակուցներ, որոնք կոչվում են շապերոններ, որոնց միակ նպատակն է օգնել մյուս սպիտակուցներին ծալել և ապահովել, որ գործընթացը ընթանա ըստ «ցուցումների»:
Սպիտակուցի մեկ մոլեկուլի ճիշտ ծալումը երբեմն պահանջում է հինգ տարբեր շապերոնների հաջորդական մասնակցություն։ Առանց դրանց գործընթացը կարող է դուրս գալ վերահսկողությունից: Այս դեպքում ամինաթթուների շղթան կարող է միանալ մեկ այլ շղթայի՝ աղբ առաջացնելով:
Ծալովի խախտման ամենապարզ օրինակը ծանոթ է ձու խաշած յուրաքանչյուր մարդու։ Տաքացման գործընթացում ձվի ներսում գտնվող սպիտակուցի մոլեկուլները կորցնում են իրենց ձևը։ Դրանից հետո նրանք այլևս չեն կարող ինչպես հարկն է ծալել և ձևավորել պինդ, ոչ ֆունկցիոնալ, բայց համեղ զանգված (նման խախտում պատկերված է աջ կողմի նկարում)։Մոտավորապես նույնը տեղի է ունենում Ալցհեյմերի հիվանդությամբ տառապող մարդու օրգանիզմի սպիտակուցներից մեկի դեպքում։ Ոչ ֆունկցիոնալ սպիտակուցային զանգվածը, որը ձևավորվում է մեկ սպիտակուցի սխալ ծալման հետևանքով, նստում է ուղեղի որոշակի հատվածներում և խանգարում նրա աշխատանքին։
Անկասկած, սինթետիկ սպիտակուցների արտադրությունը կնպաստի Ալցհեյմերի հիվանդության և այլ հիվանդությունների դեմ նոր արդյունավետ դեղամիջոցների ստեղծմանը, որոնցից շատերը բնորոշ են տարեցներին։ Այսպիսով, կարելի է ակնկալել, որ մարդկությունը նոր քայլ կանի մարդկային կյանքի տեւողության ավելացման ուղղությամբ։ Ենթադրվում է, որ շատ մոտ ապագայում մարդիկ կկարողանան լավ առողջություն պահպանել մինչև 80-100 տարի, և դա արդեն ֆանտազիա չէ։
/ կայք
1 Գիտնականների աշխատանքը նկարագրող հոդվածը հրապարակվել է 2003 թվականի նոյեմբերի 21-ին Science ամսագրում։
2
Ծրագիր [էլփոստը պաշտպանված է]Սա ընդամենը մեկն է բազմաթիվ բաշխված հաշվողական նախագծերից, որոնք գործում են ինտերնետի միջոցով:
Առաջին նման նախագիծը հայտնի [էլփոստը պաշտպանված է]անալոգային ազդանշանի համակարգչային մշակում ռադիոաստղադիտակից, որը ազդանշաններ էր ստանում տիեզերքից: Ցանկացած համակարգչի օգտատեր, որտեղ էլ որ լիներ, կարող էր հեռավոր գալակտիկայից ռադիո սպեկտրի մի հատված ներբեռնել իր տնային համակարգիչ, վերլուծել այն անոմալիաների համար և արդյունքներն ուղարկել Միացյալ Նահանգների SETI ինստիտուտ: Այս նախագիծը այնքան լայն տարածում գտավ, որ 1999 թվականին միլիոնավոր մարդիկ ներբեռնեցին հաճախորդի ծրագիրը հայտարարված կայքից: Հիշեցնենք, որ այն ժամանակ էկրան բարձրացավ «Կապ» ֆիլմը Ջուդի Ֆոսթերի հետ, ուստի ռադիոաստղադիտակների օգնությամբ այլմոլորակայինների որոնումը դարձավ շատ մոդայիկ հոբբի, հատկապես ԱՄՆ-ում։
Այլմոլորակային ինտելեկտի որոնումները շարունակվում են մինչ օրս, սակայն նախագծի հիմնական արժանիքը [էլփոստը պաշտպանված է]այն էր, որ նա հաստատեց բաշխված հաշվողական սխեմայի գործունակությունը, երբ հարյուր հազարավոր սովորական «անձնական համակարգիչներ» աշխատում են անվճար, ինչը վեր է ամենահզոր գերհամակարգիչների կարողությունից, որոնց արժեքը միլիոնավոր դոլարներ է:
3
Ալցհեյմերի հիվանդությունը 21-րդ դարի հիվանդություն է, քանի որ տարեց մարդիկ հակված են դրան։
Վիճակագրության համաձայն՝ 65 տարեկանից բարձր բնակչության մոտ 10%-ը և 85 տարեկանից բարձր՝ մոտ 50%-ը հիվանդանում են Ալցհեյմերի հիվանդությամբ։ ԱՄՆ-ում տարեկան մոտ 100 հազար մարդ է մահանում այս հիվանդության պատճառով։
