Vienas iš gyvybės apibrėžimų yra toks: „Gyvenimas yra b altyminių kūnų egzistavimo būdas“. Mūsų planetoje be išimties visuose organizmuose yra tokių organinių medžiagų kaip b altymai. Šiame straipsnyje bus aprašyti paprasti ir sudėtingi b altymai, nustatyti molekulinės struktūros skirtumai ir apsvarstytos jų funkcijos ląstelėje.
Kas yra b altymai
Biochemijos požiūriu tai yra didelės molekulinės masės organiniai polimerai, kurių monomerai yra 20 rūšių skirtingų aminorūgščių. Juos tarpusavyje jungia kovalentiniai cheminiai ryšiai, kitaip dar vadinami peptidiniais ryšiais. Kadangi b altymų monomerai yra amfoteriniai junginiai, juose yra ir amino grupė, ir karboksilo funkcinė grupė. Tarp jų susidaro CO-NH cheminė jungtis.
Jei polipeptidas susideda iš aminorūgščių liekanų, jis sudaro paprastą b altymą. Polimerų molekulės, kuriose papildomai yra metalų jonų, vitaminų, nukleotidų, angliavandenių, yra sudėtingi b altymai. Toliau mesapsvarstykite erdvinę polipeptidų struktūrą.
B altymų molekulių organizavimo lygiai
Jų yra keturių skirtingų konfigūracijų. Pirmoji struktūra yra linijinė, ji pati paprasčiausia ir turi polipeptidinės grandinės formą, jai spiralizuojant susidaro papildomi vandenilio ryšiai. Jie stabilizuoja spiralę, kuri vadinama antrine struktūra. Tretiniame organizacijos lygmenyje yra paprasti ir sudėtingi b altymai, dauguma augalų ir gyvūnų ląstelių. Paskutinė konfigūracija, ketvirtinė, atsiranda sąveikaujant kelioms natūralios struktūros molekulėms, kurias vienija kofermentai, tai sudėtingų b altymų, atliekančių įvairias funkcijas organizme, struktūra.
Paprastų b altymų įvairovė
Šios polipeptidų grupės nėra daug. Jų molekulės susideda tik iš aminorūgščių liekanų. B altymai apima, pavyzdžiui, histonus ir globulinus. Pirmieji pateikiami branduolio struktūroje ir yra sujungti su DNR molekulėmis. Antroji grupė – globulinai – laikomi pagrindiniais kraujo plazmos komponentais. B altymas, pavyzdžiui, gama globulinas, atlieka imuninės apsaugos funkcijas ir yra antikūnas. Šie junginiai gali sudaryti kompleksus, kuriuose yra sudėtinių angliavandenių ir b altymų. Fibriliniai paprasti b altymai, tokie kaip kolagenas ir elastinas, yra jungiamojo audinio, kremzlės, sausgyslių ir odos dalis. Pagrindinės jų funkcijos yra konstravimas ir palaikymas.
B altymų tubulinas yra dalis mikrotubulių, kurie yra tokių vienaląsčių organizmų, kaip blakstienų, euglena, parazitinių žiuželių, blakstienų ir žvynelių komponentai. Tas pats b altymas randamas daugialąsčiuose organizmuose (spermatozoiduose, kiaušialąstėse, plonosios žarnos blakstienuotame epitelyje).
Albumino b altymas atlieka saugojimo funkciją (pavyzdžiui, kiaušinio b altymas). Javų augalų – rugių, ryžių, kviečių – sėklų endosperme kaupiasi b altymų molekulės. Jie vadinami ląstelių inkliuzais. Šias medžiagas sėklos gemalas naudoja savo vystymosi pradžioje. Be to, didelis b altymų kiekis kviečių grūduose yra labai svarbus miltų kokybės rodiklis. Duona, kepta iš miltų, kuriuose gausu glitimo, pasižymi aukštu skoniu ir yra sveikesnė. Glitimo yra vadinamosiose kietųjų kviečių veislėse. Giliavandenių žuvų kraujo plazmoje yra b altymų, kurie neleidžia joms mirti nuo šalčio. Jie turi antifrizo savybių, neleidžiančių kūnui mirti esant žemai vandens temperatūrai. Kita vertus, termofilinių bakterijų, gyvenančių geoterminiuose š altiniuose, ląstelių sienelėje yra b altymų, kurie gali išlaikyti savo natūralią konfigūraciją (tretinę ar ketvirtinę struktūrą) ir nedenatūruoti temperatūros diapazone nuo +50 iki + 90 °С.
Proteidai
Tai sudėtingi b altymai, kuriems būdinga didelė įvairovė dėl skirtingų jų atliekamų funkcijų. Kaip minėta anksčiau, šioje polipeptidų grupėje, be b altyminės dalies, yra ir protezų grupė. Veikiami įvairių veiksnių, tokių kaip aukšta temperatūra, sunkiųjų metalų druskos, koncentruoti šarmai ir rūgštys, kompleksiniai b altymai gali pakeisti savoerdvinė forma, ją supaprastinant. Šis reiškinys vadinamas denatūracija. Suardytų b altymų struktūra, nutrūksta vandeniliniai ryšiai, molekulės praranda savo savybes ir funkcijas. Paprastai denatūracija yra negrįžtama. Tačiau kai kuriems polipeptidams, atliekantiems katalizines, motorines ir signalines funkcijas, galima renatūracija – natūralios b altymo struktūros atkūrimas.
Jei destabilizuojantis faktorius veikia ilgą laiką, b altymo molekulė visiškai sunaikinama. Tai veda prie pirminės struktūros peptidinių ryšių skilimo. Atstatyti b altymo ir jo funkcijų nebeįmanoma. Šis reiškinys vadinamas destrukcija. Pavyzdys yra vištienos kiaušinių virimas: skystas b altymas – albuminas, esantis tretinėje struktūroje, visiškai sunaikinamas.
B altymų biosintezė
Dar kartą prisiminkite, kad gyvų organizmų polipeptidų sudėtis apima 20 aminorūgščių, tarp kurių yra ir esminių. Tai lizinas, metioninas, fenilalaninas ir tt Jie patenka į kraują iš plonosios žarnos suskaidžius joje esančius b altyminius produktus. Neesminėms aminorūgštims (alaninui, prolinui, serinui) sintetinti grybai ir gyvūnai naudoja azoto turinčius junginius. Augalai, būdami autotrofai, savarankiškai sudaro visus reikalingus junginių monomerus, atstovaujančius kompleksiniams b altymams. Tam jie asimiliacijos reakcijose naudoja nitratus, amoniaką arba laisvąjį azotą. Mikroorganizmuose kai kurios rūšys aprūpina save visu aminorūgščių rinkiniu, o kitose sintetinami tik kai kurie monomerai. Etapaib altymų biosintezė vyksta visų gyvų organizmų ląstelėse. Transkripcija vyksta ląstelės branduolyje, o transliacija vyksta ląstelės citoplazmoje.
Pirmasis etapas – iRNR pirmtako sintezė vyksta dalyvaujant fermentui RNR polimerazei. Jis nutraukia vandenilinius ryšius tarp DNR grandžių, o vienoje iš jų pagal komplementarumo principą surenka pre-mRNR molekulę. Jis pjaustomas, tai yra, subręsta, o tada iš branduolio patenka į citoplazmą, sudarydama ribonukleino rūgšties matricą.
Antrojo etapo įgyvendinimui būtina turėti specialių organelių – ribosomų, taip pat informacinių ir transportuojančių ribonukleino rūgščių molekules. Kita svarbi sąlyga yra ATP molekulių buvimas, nes plastinės mainų reakcijos, įskaitant b altymų biosintezę, vyksta absorbuojant energiją.
Fermentai, jų struktūra ir funkcijos
Tai didelė b altymų grupė (apie 2000), kurios veikia kaip medžiagos, turinčios įtakos biocheminių reakcijų greičiui ląstelėse. Jie gali būti paprasti (trepsinas, pepsinas) arba sudėtingi. Kompleksiniai b altymai susideda iš kofermento ir apofermento. Paties b altymo specifiškumas jo veikiamų junginių atžvilgiu lemia kofermentą, o b altymų aktyvumas stebimas tik tada, kai b altymo komponentas yra susijęs su apofermentu. Katalizinis fermento aktyvumas nepriklauso nuo visos molekulės, o tik nuo aktyvios vietos. Jo struktūra pagal principą atitinka katalizuojamos medžiagos cheminę struktūrą„key-lock“, todėl fermentų veikimas yra griežtai specifinis. Sudėtingų b altymų funkcijos yra ir dalyvavimas medžiagų apykaitos procesuose, ir jų kaip akceptorių naudojimas.
Sudėtingų b altymų klasės
Juos sukūrė biochemikai, remdamiesi 3 kriterijais: fizinėmis ir cheminėmis savybėmis, funkcinėmis savybėmis ir specifinėmis b altymų struktūrinėmis savybėmis. Pirmoji grupė apima polipeptidus, kurie skiriasi elektrocheminėmis savybėmis. Jie skirstomi į bazinius, neutralius ir rūgštinius. Vandens atžvilgiu b altymai gali būti hidrofiliniai, amfifiliniai ir hidrofobiniai. Antroji grupė apima fermentus, kuriuos mes svarstėme anksčiau. Trečiajai grupei priklauso polipeptidai, kurie skiriasi chemine protezinių grupių sudėtimi (tai yra chromoproteinai, nukleoproteinai, metaloproteinai).
Panagrinėkime sudėtingų b altymų savybes išsamiau. Pavyzdžiui, rūgštus b altymas, kuris yra ribosomų dalis, turi 120 aminorūgščių ir yra universalus. Jis randamas tiek prokariotinių, tiek eukariotinių ląstelių b altymus sintezuojančiose organelėse. Kitas šios grupės atstovas – b altymas S-100 – susideda iš dviejų grandinių, sujungtų kalcio jonu. Tai yra neuronų ir neuroglijos – nervų sistemos atraminio audinio – dalis. Bendra visų rūgščių b altymų savybė yra didelis dvibazių karboksirūgščių kiekis: glutamo ir asparto. Šarminiai b altymai apima histonus – b altymus, kurie yra DNR ir RNR nukleorūgščių dalis. Jų cheminė sudėtis yra didelis lizino ir arginino kiekis. Histonai kartu su branduolio chromatinu sudaro chromosomas – svarbiausias ląstelių paveldimumo struktūras. Šie b altymai dalyvauja transkripcijos ir transliacijos procesuose. Amfifiliniai b altymai yra plačiai paplitę ląstelių membranose, sudarydami lipoproteinų dvisluoksnį sluoksnį. Taigi, ištyrę aukščiau aptartas kompleksinių b altymų grupes, įsitikinome, kad jų fizikines ir chemines savybes lemia b altymo komponento ir protezų grupių struktūra.
Kai kurie sudėtingi ląstelių membranos b altymai gali atpažinti įvairius cheminius junginius, pvz., antigenus, ir į juos reaguoti. Tai yra signalinė b altymų funkcija, ji labai svarbi selektyvios iš išorinės aplinkos medžiagų absorbcijos procesams ir jos apsaugai.
Glikoproteinai ir proteoglikanai
Tai sudėtingi b altymai, kurie skiriasi vienas nuo kito biochemine protezų grupių sudėtimi. Jei cheminiai ryšiai tarp b altyminio komponento ir angliavandenių dalies yra kovalentiniai glikozidiniai, tokios medžiagos vadinamos glikoproteinais. Jų apofermentą atstovauja mono- ir oligosacharidų molekulės, tokių b altymų pavyzdžiai yra protrombinas, fibrinogenas (b altymai, dalyvaujantys kraujo krešėjimo procese). Kortiko- ir gonadotropiniai hormonai, interferonai, membraniniai fermentai taip pat yra glikoproteinai. Proteoglikano molekulėse b altymų dalis yra tik 5%, likusi dalis tenka protezų grupei (heteropolisacharidui). Abi dalys yra sujungtos OH-treonino ir arginino grupių bei NH2-glutamino ir lizino grupių glikozidiniu ryšiu. Proteoglikano molekulės atlieka labai svarbų vaidmenį ląstelės vandens ir druskos metabolizme. Žemiaupateikia mūsų ištirtų sudėtingų b altymų lentelę.
| Glikoproteinai | Proteoglikanai |
| Protezavimo grupių struktūriniai komponentai | |
| 1. Monosacharidai (gliukozė, galaktozė, manozė) | 1. Hialurono rūgštis |
| 2. Oligosacharidai (m altozė, laktozė, sacharozė) | 2. Chondroito rūgštis. |
| 3. Acetilinti monosacharidų amino dariniai | 3. Heparinas |
| 4. Deoksisacharidai | |
| 5. Neuramo ir sialo rūgštys | |
Metaloproteinai
Šių medžiagų molekulėse yra vieno ar daugiau metalų jonų. Apsvarstykite sudėtingų b altymų, priklausančių aukščiau minėtai grupei, pavyzdžius. Tai visų pirma fermentai, tokie kaip citochromo oksidazė. Jis yra ant mitochondrijų kristalų ir aktyvina ATP sintezę. Ferinas ir transferinas yra b altymai, turintys geležies jonų. Pirmasis kaupia juos ląstelėse, o antrasis yra transportinis b altymas kraujyje. Kitas metaloproteinas yra alfa-amelazė, jame yra kalcio jonų, yra seilių ir kasos sulčių dalis, dalyvaujanti krakmolo skaidyme. Hemoglobinas yra ir metaloproteinas, ir chromoproteinas. Jis atlieka transportinio b altymo, pernešančio deguonį, funkcijas. Dėl to susidaro junginys oksihemoglobinas. Įkvėpus anglies monoksido, kitaip vadinamo anglies monoksidu, jo molekulės sudaro labai stabilų junginį su eritrocitų hemoglobinu. Jis greitai plinta per organus ir audinius, sukeldamas apsinuodijimą.ląstelės. Dėl to, ilgai įkvėpus anglies monoksido, mirtis įvyksta nuo uždusimo. Hemoglobinas taip pat dalinai perneša anglies dioksidą, susidarantį katabolizmo procesuose. Su kraujotaka anglies dioksidas patenka į plaučius ir inkstus, o iš jų – į išorinę aplinką. Kai kuriuose vėžiagyviuose ir moliuskuose hemocianinas yra deguonį pernešantis b altymas. Vietoj geležies jame yra vario jonų, todėl gyvūnų kraujas yra ne raudonas, o mėlynas.
Chlorofilo funkcijos
Kaip minėjome anksčiau, kompleksiniai b altymai gali sudaryti kompleksus su pigmentais – spalvotomis organinėmis medžiagomis. Jų spalva priklauso nuo chromoformų grupių, kurios selektyviai sugeria tam tikrus saulės šviesos spektrus. Augalų ląstelėse yra žaliųjų plastidžių – chloroplastų, kuriuose yra pigmento chlorofilo. Jį sudaro magnio atomai ir polihidroksilio alkoholio fitolis. Jie yra susiję su b altymų molekulėmis, o pačiuose chloroplastuose yra tilakoidų (plokštelių), arba membranų, sujungtų krūvomis – grana. Juose yra fotosintetinių pigmentų – chlorofilų – ir papildomų karotinoidų. Čia yra visi fermentai, naudojami fotosintezės reakcijose. Taigi chromoproteinai, tarp kurių yra chlorofilas, atlieka svarbiausias metabolizmo funkcijas, būtent asimiliacijos ir disimiliacijos reakcijose.
Virusiniai b altymai
Jas laiko neląstelinių gyvybės formų, kurios yra Vira sferos dalis, atstovai. Virusai neturi savo b altymų sintezės aparato. Nukleino rūgštys, DNR arba RNR, gali sukelti sintezęvirusu užkrėstos ląstelės. Paprastus virusus sudaro tik b altymų molekulės, kompaktiškai sujungtos į spiralines arba daugiakampes struktūras, pavyzdžiui, tabako mozaikos virusas. Sudėtingi virusai turi papildomą membraną, kuri yra ląstelės-šeimininkės plazminės membranos dalis. Jame gali būti glikoproteinų (hepatito B viruso, raupų viruso). Pagrindinė glikoproteinų funkcija yra specifinių receptorių atpažinimas ląstelės-šeimininkės membranoje. Papildomi viruso apvalkalai taip pat apima fermentų b altymus, kurie užtikrina DNR replikaciją arba RNR transkripciją. Remiantis tuo, kas išdėstyta, galima padaryti tokią išvadą: viruso dalelių apvalkalo b altymai turi specifinę struktūrą, kuri priklauso nuo ląstelės šeimininkės membranos b altymų.
Šiame straipsnyje apibūdinome sudėtingus b altymus, ištyrėme jų struktūrą ir funkcijas įvairių gyvų organizmų ląstelėse.
