Лабораторияда ар кандай химиялык мүнөздөгү көп сандагы ар кандай кошулмалар адамдарды синтездей алды. Бирок, баары бир, табигый заттар бардык тирүү системалардын жашоосу үчүн эң маанилүү жана маанилүү болуп келген жана болуп кала берет. Башкача айтканда, организмдердин ичиндеги миңдеген биохимиялык реакцияларга катышкан жана алардын нормалдуу иштеши үчүн жооптуу болгон молекулалар.
Алардын басымдуу көпчүлүгү "биологиялык полимерлер" деп аталган топко кирет.
Биополимерлердин жалпы түшүнүгү
Биринчиден, бул кошулмалардын бардыгы жогорку молекулалуу, массасы миллиондогон Дальтондорго жетет деп айтуу керек. Бул заттар клеткаларды жана алардын структураларын курууда чечүүчү ролду ойногон жаныбарлардын жана өсүмдүктөрдүн полимерлери болуп саналат, алар зат алмашууну, фотосинтезди, дем алууну, тамактанууну жана ар кандай тирүү организмдин башка бардык маанилүү функцияларын камсыз кылат.
Мындай кошулмалардын маанисин ашыкча баалоо кыйын. Биополимерлер тирүү организмдерде пайда болгон жана биздин планетадагы бардык тиричиликтин негизин түзгөн табигый тектүү табигый заттар. Алар менен кандай конкреттүү байланыштар бартаандыкпы?
Клетка биополимерлери
Алар көп. Ошентип, негизги биополимерлер болуп төмөнкүлөр саналат:
- белоктар;
- полисахариддер;
- нуклеиндик кислоталар (ДНК жана РНК).
Алардан тышкары буга чейин саналып өткөндөрдүн комбинацияларынан түзүлгөн көптөгөн аралаш полимерлерди да камтыйт. Мисалы, липопротеиндер, липополисахариддер, гликопротеиндер жана башкалар.
Жалпы касиеттер
Бардык каралып жаткан молекулаларга мүнөздүү болгон бир нече өзгөчөлүктөр бар. Мисалы, биополимерлердин төмөнкү жалпы касиеттери:
- химиялык түзүлүшүндө бутактары бар зор макрочынжырлардын пайда болушунан улам чоң молекулярдык салмак;
- макромолекулалардагы байланыштардын түрлөрү (суутек, иондук өз ара аракеттешүүлөр, электростатикалык тартылуу, дисульфиддик көпүрөлөр, пептиддик байланыштар жана башкалар);
- ар бир чынжырдын структуралык бирдиги мономердик звено болуп саналат;
- стереорегулярдуулук же чынжырдын структурасында анын жоктугу.
Бирок жалпысынан бардык биополимерлерде окшоштуктарга караганда түзүлүшү жана функциясы боюнча дагы эле айырмачылыктар көбүрөөк.
Белоктар
Белок молекулалары ар бир жандыктын жашоосунда чоң мааниге ээ. Мындай биополимерлер бардык биомассанын негизин түзөт. Чынында эле, Опарин-Халдан теориясы боюнча да, жер бетиндеги жашоо белок болгон коацерват тамчысынан келип чыккан.
Бул заттардын структурасы структурада катуу тартипке баш ийет. Ар бир белок аминокислота калдыктарынан туратчексиз чынжыр узундугу менен бири-бири менен байланышууга жөндөмдүү. Бул атайын байланыштарды - пептиддик байланыштарды түзүү аркылуу болот. Мындай байланыш төрт элементтин ортосунда түзүлөт: көмүртек, кычкылтек, азот жана суутек.
Белок молекуласында бирдей жана ар түрдүү (бир нече он миңдеген же андан көп) көп аминокислота калдыктары болушу мүмкүн. Жалпысынан бул кошулмаларда аминокислоталардын 20 түрү бар. Бирок алардын ар түрдүү айкалышы протеиндердин сандык жана түр жагынан гүлдөшүнө шарт түзөт.
Белок биополимерлери ар кандай мейкиндик конформациясына ээ. Ошентип, ар бир өкүл негизги, экинчилик, үчүнчү же төртүнчү структура катары болушу мүмкүн.
Алардын эң жөнөкөйсү жана сызыктуусу негизгиси. Бул жөн эле бири-бири менен байланышкан аминокислота тизмегинин бир катар.
Экинчи конформация татаалыраак түзүлүшкө ээ, анткени белоктун жалпы макро чынжырчасы спиралга айланып, катушкаларды түзө баштайт. Эки чектеш макроструктура алардын атомдорунун топторунун ортосундагы коваленттик жана суутектик өз ара аракеттешүүлөрдүн натыйжасында бири-бирине жакын кармалат. Белоктордун экинчилик структурасынын альфа жана бета спиральдарын айырмалоо.
Үчүнчү структура – бул шарга тоголонгон белоктун бир макромолекуласы (полипептиддик чынжыр). Бул глобулдун ичиндеги өтө татаал өз ара аракеттенүү тармагы анын туруктуу болушуна жана формасын сактоого мүмкүндүк берет.
Төртүнчүлүк конформация - бир нече полипептиддик чынжырчалар, ийрилүү жана бурмаланганкатушка айланып, ошол эле учурда өз ара ар кандай типтеги бир нече байланыштарды түзөт. Эң татаал глобулярдык түзүлүш.
Белок молекулаларынын функциялары
- Транспорт. Ал плазмалык мембрананы түзгөн белок клеткалары тарабынан ишке ашырылат. Алар иондук каналдарды түзүшөт, алар аркылуу кээ бир молекулалар өтө алат. Ошондой эле, көптөгөн белоктор жөнөкөйлөр менен бактериялардын кыймылынын органеллдеринин бир бөлүгү болуп саналат, ошондуктан алар алардын кыймылына түздөн-түз катышат.
- Энергия функциясын бул молекулалар абдан активдүү аткарышат. Бир грамм белок зат алмашуу процессинде 17,6 кДж энергияны түзөт. Ошондуктан, бул кошулмаларды камтыган өсүмдүк жана жаныбар азыктарын керектөө тирүү организмдер үчүн абдан маанилүү.
- Курулуш функциясы – бул белок молекулаларынын көпчүлүк клеткалык түзүлүштөрдү, клеткалардын өздөрүн, ткандарды, органдарды жана башкаларды курууга катышуусу. Дээрлик бардык клеткалар негизинен ушул молекулалардан курулат (цитоплазманын цитоскелети, плазма мембранасы, рибосома, митохондрия жана башка структуралар белок бирикмелеринин пайда болушуна катышат).
- Катализдик функцияны ферменттер аткарышат, алар химиялык табияты боюнча белоктордон башка эч нерсе эмес. Ферменттерсиз организмдеги биохимиялык реакциялардын көбү мүмкүн эмес, анткени алар тирүү системалардагы биологиялык катализаторлор.
- Рецептор (сигнал берүү да) функциясы клеткаларга айлана-чөйрөдөгү бардык өзгөрүүлөргө туура жооп берүүгө жардам берет, мисалымеханикалык жана химиялык.
Эгер белокторду тереңирээк карай турган болсок, кээ бир кошумча функцияларды бөлүп көрсөк болот. Бирок, тизмеленгендер негизги болуп саналат.
Нуклеиндик кислоталар
Мындай биополимерлер прокариот же эукариот болобу, ар бир клетканын маанилүү бөлүгү. Чынында эле, нуклеиндик кислоталар ДНК (дезоксирибонуклеин кислотасы) жана РНК (рибонуклеин кислотасы) молекулаларын камтыйт, алардын ар бири тирүү жандыктар үчүн абдан маанилүү бир байланыш болуп саналат.
Химиялык табияты боюнча ДНК жана РНК суутек байланыштары жана фосфат көпүрөлөрү менен байланышкан нуклеотиддердин ырааттуулугу. ДНК нуклеотиддерден турат, мисалы:
- аденин;
- тимин;
- гуанин;
- цитозин;
- 5-көмүртек канты дезоксирибоза.
РНК тиминдин урацилге, кантты рибозага алмаштыруусу менен айырмаланат.
ДНКнын өзгөчө структуралык түзүлүшүнөн улам молекулалар бир катар маанилүү функцияларды аткара алышат. РНК да клеткада чоң роль ойнойт.
Мындай кислоталардын функциялары
Нуклеиндик кислоталар төмөнкү функцияларга жооптуу биополимерлер:
- ДНК – тирүү организмдердин клеткаларында генетикалык маалыматты сактоочу жана берүүчү. Прокариоттордо бул молекула цитоплазмада таралган. Эукариоттук клеткада ал кариолемма менен бөлүнгөн ядронун ичинде жайгашкан.
- Кош тилкелүү ДНК молекуласы хромосоманын түзүлүшүн түзүүчү гендерге бөлүнөт. Ар бир адамдын генижандыктар атайын генетикалык кодду түзүшөт, анда организмдин бардык белгилери шифрленген.
- РНК үч түрдүү болот - шаблондук, рибосомалык жана транспорттук. Рибосома тиешелүү структураларда белок молекулаларынын синтезине жана чогулушуна катышат. Матрица жана транспорттук маалымат ДНКдан окулуп, анын биологиялык маанисин чечмелейт.
Полисахариддер
Бул кошулмалар негизинен өсүмдүк полимерлери, башкача айтканда, алар флоранын өкүлдөрүнүн клеткаларында кездешет. Алардын целлюлоза камтыган клетка дубалы полисахариддерге өзгөчө бай.
Химиялык табияты боюнча полисахариддер татаал карбонгидрат макромолекулалары болуп саналат. Алар сызыктуу, катмарлуу, кайчылаш конформациялар болушу мүмкүн. Мономерлер жөнөкөй беш, көбүнчө алты көмүртектүү кант - рибоза, глюкоза, фруктоза. Алардын тирүү жандыктар үчүн мааниси чоң, алар клеткалардын бир бөлүгү болгондуктан, алар өсүмдүктөр үчүн резервдик азык болуп саналат, көп сандагы энергиянын бөлүнүп чыгышы менен ажырайт.
Ар кандай өкүлдөрдүн мааниси
Крахмал, целлюлоза, инулин, гликоген, хитин жана башкалар сыяктуу биологиялык полимерлер абдан маанилүү. Алар тирүү организмдердин маанилүү энергия булагы болуп саналат.
Демек, целлюлоза өсүмдүктөрдүн, кээ бир бактериялардын клетка дубалынын маанилүү компоненти болуп саналат. Күч, белгилүү форма берет. Өнөр жайда адам кагаз, баалуу ацетат булаларын алуу үчүн колдонулат.
Крахмал – өсүмдүк азыктарынын резерви,адамдар жана жаныбарлар үчүн баалуу азык болуп саналат.
Гликоген же жаныбарлардын майы жаныбарлар менен адамдар үчүн резервдик азык. Жылуулук изоляциясы, энергия булагы, механикалык коргоо функцияларын аткарат.
Тирүү жандыктардагы аралаш биополимерлер
Биз карап чыккандардан тышкары, макромолекулярдык кошулмалардын ар кандай комбинациялары бар. Мындай биополимерлер белоктордун жана липиддердин (липопротеиндер) же полисахариддердин жана белоктордун (гликопротеиндер) татаал аралаш структуралары. Липиддердин жана полисахариддердин (липополисахариддер) айкалышы да мүмкүн.
Бул биополимерлердин ар бири тирүү жандыктарда бир катар маанилүү функцияларды аткарган көптөгөн сортторго ээ: транспорттук, сигналдык, рецептордук, жөнгө салуучу, ферменттик, курулуш жана башка көптөгөн нерселер. Алардын структурасы химиялык жактан өтө татаал жана бардык өкүлдөр үчүн чечмеленбейт, ошондуктан функциялары толук аныкталган эмес. Бүгүнкү күндө эң кеңири таралгандары гана белгилүү, бирок алардын олуттуу бөлүгү адамзаттын билиминин чегинен тышкары бойдон калууда.
