Биологиялық рөлі бүгін қарастырылатын белоктар аминқышқылдарынан түзілген макромолекулярлық қосылыстар болып табылады. Барлық басқа органикалық қосылыстардың ішінде олар құрылымы жағынан ең күрделілерінің бірі болып табылады. Элементтік құрамы бойынша белоктар майлар мен көмірсулардан ерекшеленеді: оларда оттегі, сутек және көміртектен басқа азот бар. Сонымен қатар, күкірт ең маңызды ақуыздардың ажырамас бөлігі болып табылады, ал кейбіреулерінде йод, темір және фосфор бар.
Белоктың биологиялық рөлі өте жоғары. Дәл осы қосылыстар протоплазма массасының негізгі бөлігін, сондай-ақ тірі жасушалардың ядроларын құрайды. Ақуыздар барлық жануарлар мен өсімдік ағзаларында кездеседі.
Бір немесе бірнеше функция
Олардың әртүрлі қосылыстарының биологиялық рөлі мен қызметтері әртүрлі. Белгілі бір химиялық құрылымы бар зат ретінде әрбір ақуыз жоғары мамандандырылған қызмет атқарады. Кейбір жағдайларда ғана ол бірден бірнеше өзара байланысты орындай алады. Мысалы, медуллада өндірілетін адреналинбүйрек үсті бездері, қанға еніп, қан қысымын және оттегін тұтынуды, қандағы қантты арттырады. Сонымен қатар, ол зат алмасудың стимуляторы болып табылады, ал суық қанды жануарларда ол жүйке жүйесінің медиаторы болып табылады. Көріп отырғаныңыздай, ол бірден көптеген функцияларды орындайды.
Ферменттік (каталитикалық) функция
Тірі организмдерде болатын алуан түрлі биохимиялық реакциялар температура 40°C-қа жақын, ал рН мәндері дерлік бейтарап болатын жұмсақ жағдайларда жүргізіледі. Мұндай жағдайларда олардың көпшілігінің ағыны шамалы. Сондықтан олардың жүзеге асуы үшін ферменттер – арнайы биологиялық катализаторлар қажет. Судың фотолизінен басқа реакциялардың барлығы дерлік ферменттер арқылы тірі организмдерде катализденеді. Бұл элементтер не белоктар, не кофакторы бар белоктардың комплекстері (органикалық молекула немесе металл иондары). Ферменттер қажетті процесті бастап, өте таңдамалы әрекет етеді. Сонымен, жоғарыда қарастырылған каталитикалық функция белоктар атқаратын функциялардың бірі болып табылады. Бұл қосылыстардың биологиялық рөлі оны жүзеге асырумен шектелмейді. Төменде қарастыратын тағы да көптеген мүмкіндіктер бар.
Тасымалдау функциясы
Жасушаның болуы үшін оған энергиямен және құрылыс материалымен қамтамасыз ететін көптеген заттардың түсуі қажет. Барлық биологиялық мембраналар ортақ құрыладыпринципі. Бұл липидтердің қос қабаты, оған белоктар батырылады. Бұл кезде мембраналардың бетінде макромолекулалардың гидрофильді аймақтары, ал қалыңдығында гидрофобты «құйрықтар» шоғырланған. Бұл құрылым маңызды компоненттерге: амин қышқылдарына, қанттарға, сілтілі металл иондарына өткізбейтін болып қалады. Бұл элементтердің жасушаға енуі жасуша мембранасына енген тасымалдаушы ақуыздардың көмегімен жүзеге асады. Мысалы, бактерияларда лактозаны (сүт қантын) сыртқы мембрана арқылы тасымалдайтын арнайы ақуыз бар.
Көпжасушалы организмдерде әртүрлі заттарды бір мүшеден екіншісіне тасымалдау жүйесі бар. Біз ең алдымен гемоглобин туралы айтып отырмыз (жоғарыдағы сурет). Сонымен қатар, қан плазмасында сарысу альбумині (тасымалдау ақуызы) үнемі болады. Ол майлардың қорытылуы кезінде түзілетін май қышқылдарымен, сондай-ақ бірқатар гидрофобты аминқышқылдарымен (мысалы, триптофанмен) және көптеген препараттармен (кейбір пенициллиндер, сульфаниламидтер, аспирин) күшті комплекстер түзу қабілетіне ие. Денедегі темір иондарының тасымалдануын қамтамасыз ететін трансферрин тағы бір мысал. Мыс иондарын тасымалдайтын церуплазминді де атап өтуге болады. Сонымен, біз белоктар атқаратын тасымалдау қызметін қарастырдық. Бұл тұрғыдан алғанда олардың биологиялық рөлі де өте маңызды.
Рецептор функциясы
Рецепторлық ақуыздардың, әсіресе көп жасушалы организмдердің тіршілігін қамтамасыз ету үшін маңызы зор. Олар салынғанплазмалық жасуша мембранасына еніп, жасушаға түсетін сигналдарды қабылдауға және одан әрі түрлендіруге қызмет етеді. Бұл жағдайда сигналдар басқа жасушалардан да, қоршаған ортадан да болуы мүмкін. Ацетилхолин рецепторлары қазіргі уақытта ең көп зерттелген. Олар жасуша мембранасындағы бірқатар нейронаралық контактілерде, соның ішінде ми қыртысындағы жүйке-бұлшықет түйіндерінде орналасады. Бұл белоктар ацетилхолинмен әрекеттеседі және жасушаға сигнал береді.
Сигнал қабылдауға және оны түрлендіруге арналған нейротрансмиттер жасушаның келесі сигналдарды қабылдауға дайындалу мүмкіндігіне ие болу үшін жойылуы керек. Ол үшін ацетилхолинэстераза қолданылады - ацетилхолиннің холин мен ацетатқа гидролизін катализдейтін арнайы фермент. Белоктардың атқаратын рецепторлық қызметі де өте маңызды емес пе? Ағза үшін келесі, қорғаныш функциясының биологиялық рөлі орасан зор. Мұнымен келіспеу мүмкін емес.
Қорғау функциясы
Ағзада иммундық жүйе ондағы бөгде бөлшектердің пайда болуына лимфоциттердің көп мөлшерін өндіру арқылы жауап береді. Олар элементтерді таңдамалы түрде зақымдауға қабілетті. Мұндай бөгде бөлшектер рак клеткалары, патогенді бактериялар, супрамолекулалық бөлшектер (макромолекулалар, вирустар және т.б.) болуы мүмкін. В-лимфоциттер - арнайы белоктар түзетін лимфоциттер тобы. Бұл ақуыздар қан айналымы жүйесіне шығарылады. Олар бөтен бөлшектерді таниды, сонымен бірге жойылу сатысында жоғары спецификалық кешен түзеді. Бұл белоктар иммуноглобулиндер деп аталады. Бөгде заттар антигендер деп аталады.бұл иммундық жүйенің реакциясын тудырады.
Құрылымдық функция
Жоғары мамандандырылған функцияларды орындайтын ақуыздардан басқа, маңыздылығы негізінен құрылымдық болып табылатындары да бар. Олардың арқасында механикалық беріктік, сондай-ақ тірі организмдердің тіндерінің басқа қасиеттері қамтамасыз етіледі. Бұл белоктарға, ең алдымен, коллаген кіреді. Сүтқоректілердегі коллаген (төмендегі суретте) белоктар массасының төрттен бір бөлігін құрайды. Ол дәнекер тінін құрайтын негізгі жасушаларда синтезделеді (фибробласттар деп аталады).
Алғашында коллаген фибробласттарда химиялық өңдеуден өтетін проколлаген – оның прекурсоры ретінде түзіледі. Содан кейін ол спиральға бұралған үш полипептидтік тізбек түрінде түзіледі. Олар фибробласттардың сыртында диаметрі бірнеше жүз нанометрлік коллаген фибрилдеріне біріктіріледі. Соңғысы коллаген жіптерін құрайды, оларды микроскоппен көруге болады. Эластикалық ұлпаларда (өкпе қабырғалары, қан тамырлары, тері) жасушадан тыс матрицада коллагеннен басқа эластин белогы да болады. Ол жеткілікті кең ауқымға созылуы мүмкін, содан кейін бастапқы күйіне оралады. Мұнда берілуі мүмкін құрылымдық ақуыздың тағы бір мысалы - жібек фиброин. Ол жібек құртының қуыршақ түзілуі кезінде оқшауланады. Ол жібек жіптердің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Қозғалтқыш ақуыздарының сипаттамасына көшейік.
Қозғалтқыш ақуыздар
Ал қозғалыс процестерін жүзеге асыруда белоктардың биологиялық рөлі зор. Осы функцияға қысқаша тоқталайық. Бұлшықет жиырылуы – химиялық энергияның механикалық жұмысқа айналу процесі. Оның тікелей қатысушылары екі ақуыз – миозин және актин. Миозин өте ерекше құрылымға ие. Ол екі шар тәрізді бас пен құйрықтан (ұзын жіп тәрізді бөлік) түзілген. Шамамен 1600 нм - бір молекуланың ұзындығы. Бастар шамамен 200 нм құрайды.
Актин (жоғарыдағы сурет) молекулалық массасы 42 000 глобулярлы ақуыз. Ол ұзақ құрылымды құрау үшін полимерленіп, миозин басымен осы пішінде әрекеттесе алады. Бұл процестің маңызды ерекшелігі оның АТФ болуына тәуелділігі болып табылады. Егер оның концентрациясы жеткілікті жоғары болса, миозин мен актин түзетін кешен бұзылады, содан кейін миозин АТФазаның әсерінен АТФ гидролизі болғаннан кейін ол қайтадан қалпына келеді. Бұл процесті, мысалы, екі ақуыз да бар ерітіндіде байқауға болады. Ол АТФ болмаған кезде жоғары молекулалық комплекс түзілу нәтижесінде тұтқыр болады. Оны қосқанда, түзілген кешеннің бұзылуына байланысты тұтқырлық күрт төмендейді, содан кейін ол АТФ гидролизі нәтижесінде біртіндеп қалпына келе бастайды. Бұлшықеттердің жиырылуы процесінде бұл өзара әрекеттесулер өте маңызды рөл атқарады.
Антибиотиктер
Біз «Белоктың ағзадағы биологиялық рөлі» тақырыбын ашуды жалғастырамыз. Өте үлкен және өте маңызды топтабиғи қосылыстар антибиотиктер деп аталатын заттарды құрайды. Олар микробтық шыққан. Бұл заттар микроорганизмдердің ерекше түрлерімен бөлінеді. Аминқышқылдары мен белоктардың биологиялық рөлі даусыз, бірақ антибиотиктер ерекше, өте маңызды қызмет атқарады. Олар өздерімен бәсекелес микроорганизмдердің өсуін тежейді. 1940 жылдары антибиотиктердің ашылуы және қолданылуы бактериялар тудыратын жұқпалы ауруларды емдеуде төңкеріс жасады. Айта кету керек, көп жағдайда антибиотиктер вирустарға әсер етпейді, сондықтан оларды вирусқа қарсы препараттар ретінде қолдану тиімсіз.
Антибиотиктердің мысалдары
Пенициллиндер тобы бірінші болып тәжірибеге енгізілді. Бұл топтың мысалдары ампициллин мен бензилпенициллин болып табылады. Антибиотиктер әсер ету механизмі мен химиялық табиғаты бойынша әртүрлі. Бүгінгі күні кеңінен қолданылатын кейбіреулер адамның рибосомаларымен әрекеттеседі, ал бактериялық рибосомаларда ақуыз синтезі тежеледі. Сонымен бірге олар эукариоттық рибосомалармен әрең әрекеттеседі. Сондықтан олар бактерия жасушалары үшін деструктивті, ал жануарлар мен адамдар үшін аздап улы. Бұл антибиотиктерге стрептомицин және левомицетин (хлорамфеникол) жатады.
Белок биосинтезінің биологиялық рөлі өте маңызды және бұл процестің өзі бірнеше кезеңнен тұрады. Бұл туралы тек жалпы сөзбен айтамыз.
Белок биосинтезінің процесі және биологиялық рөлі
Бұл процесс көп сатылы және өте күрделі. Ол рибосомаларда кездеседі-арнайы органеллалар. Жасушада көптеген рибосомалар болады. Мысалы, ішек таяқшасында олардың шамамен 20 мыңы бар.
«Белок биосинтезі процесін және оның биологиялық рөлін сипаттаңыз» - мұндай тапсырманы көпшілігіміз мектепте алғанбыз. Ал көп адамдар үшін бұл қиын болды. Ендеше, оны бірге анықтауға тырысайық.
Белок молекулалары полипептидтік тізбектер. Олар, өздеріңіз білетіндей, жеке аминқышқылдарынан тұрады. Алайда, соңғылары жеткілікті белсенді емес. Ақуыз молекуласын біріктіру және қалыптастыру үшін олар белсендіруді қажет етеді. Ол арнайы ферменттердің әрекеті нәтижесінде пайда болады. Әрбір амин қышқылының оған арнайы бейімделген өз ферменті бар. Бұл процестің энергия көзі АТФ (аденозинтрифосфаты) болып табылады. Активтену нәтижесінде аминқышқылы тұрақсыз болады және осы ферменттің әсерінен т-РНҚ-мен байланысады, ол оны рибосомаға тасымалдайды (осыған байланысты бұл РНҚ тасымалдау деп аталады). Осылайша, тРНҚ-мен байланысқан белсендірілген аминқышқылдары рибосомаға түседі. Рибосома – кіретін аминқышқылдарынан ақуыз тізбегін құрастыруға арналған конвейердің бір түрі.
Белок синтезінің рөлін асыра бағалау қиын, өйткені синтезделген қосылыстар өте маңызды функцияларды орындайды. Жасуша құрылымдарының барлығы дерлік олардан тұрады.
Сонымен, біз белок биосинтезі процесін және оның биологиялық рөлін жалпы сипаттадық. Осымен белоктар туралы кіріспе аяқталады. Оны жалғастырғыңыз келеді деп үміттенеміз.
