Биологиялык полимерлер

Жоспар:

  І.Кіріспе:

 Табиғатта кездесетін  органикалық қосылыстар

 ІІ.Негізгі бөлім

1.Биологиялық полимерлер

2.Белок

3.Нуклеин қышқылдары

4.Көмірсулар немесе қанттар

5.Липидтер

6.Фосфор

ІІІ. Қорытынды

ІҮ. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тірі жасушаның құрамында өлі табиғатта кездесетін көптеген органикалық қосылыстар болады. Ондай қосылыстарға: көмірсулар, липидтер, ақуыздар, нуклин қышқылдары және т. б. органикалық қосылыстар жатады. Органикалық қосылыстар дегеніміз – құрамына көміртегі немесе оның қосылыстары кіретіг, сондай-ақ ауада және оттегінде жана алатын заттар.  
Тірі жасушадағы органикалық заттардың барлығы биополимерлерге жатады. Полимер молекуласы қарапайым заттардан құралады, оларды мономерлер деп атайды. Егер “А” әріпі бар мономер болса, онда мынадай тізбектеп А-А-А-А-А-А-А-…А полимер молекуласы, яғни көптеген мономерлерден биополимер молекуласы түзіледі. Ондай полимерлерге: крахмал, глюкоген, ақуыз, нуклеин қышқылдарын жатқызуға болады. 

Биологиялық полимерлер, немесе макромолекулалар, молекулалары көп  мәрте қайталанып отыратын буындардан — мономерлерден -құралған жоғары молекулалы (молекулалық массасы 103-109 даль-тон) органикалық қосылыстар болып табылады. Биополимерлерге белоктар, нуклеин  қышқылдары, көмірсулар мен олардың  туыңдылары — крахмал, гликоген, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектинді заттар, хитин  т.б. – жатады. Тиісінше амин қышқылдары, нуклеотидтер және моносахаридтер олардың  мономерлері болып табылады.

Жасушалар құрғақ затының 90 пайызға жуығы макромолекулалардан  құралады. Жануарлар жасушаларында  белоктар, ал өсімдік жасушаларында  — полисахаридтер басым болады. Шамамен бактериялар құрамында 3 мыңға жуық белок, 1 мыңға жуық нуклеин  қышқылдары болса, адамда белоктар саны 5 млн. жетеді. Олардың барлығы тірі организмдердің құрылымдық негізі болады да, тіршілік әрекеттерін қамтамасыз етуде маңызды қызмет атқарады.

Биополимерлер пішіні жағынан  сызықты (белоктар, нуклеин қышқылдары, целлюлоза) немесе тармақты (гликоген) тізбек болып табылады. Осымен байланысты олар тамаша қасиеттерге ие болады. Біріншіден, олардың өзара әсері  барлық функционалдық топтарының бір-бірімен  тығыз байланысуымен — кооперативтігімен, -ерекшеленеді. Осынан полимердің бір  тобының өзара әсерінен оның басқа  топтарының өзара әсерлесу сипаты өзгереді. Оған мысал ретіңде гемоглобин белогының  оттегі молекуласын байланыстыруын келтіруге болады. Екіншіден, биополимерлер  ішкі полимерлік кешендер (комплекстер) құрай алады. Олар молекуланың әр түрлі бөліктері немесе әр түрлі  молекулалар арасында пайда болуы  мүмкін. Осындай кешендердің пайда  болуының және биополимерлердің басқа  да қасиеттерінің арқасында белоктар мен нуклеин қышқылдары биосинтезі, зат алмасу процесінің реттелуі, иммундық реакциялар және басқа да маңызды  биологиялық процестер атқарылады.

Белоктар — көміртегі, сутегі, оттегі және азот, кейде күкірт элементтерінен құралған күрделі органикалық  қосылыстар — биопо-лимерлер. Олар әрбір жасуша мен оның цитоплазмасының  негізін құрайды, сол себепті  өмір негізі болып саналады, белоксыз тіршілік тоқтайды. Белок организм үшін ең маңызды органикалық заттар тобына жатады. Әр белоктың өзіне ғана тән құрылымдық ерекшеліктері болады, сондықтан да олар нуклеин қышқылдарымен бірлесе отырып, тірі табиғаттың, түрлік әртектілік материалдық негізін құрайды.

Белок молекуласы табиғатына байланысты бір-бірімен берік ковалентті азот-көміртегі байланысы — пептидтік  байланыс (-СО-N11-), арқылы біріккен 50-1500 амин қышқылдарынан түзілген ұзын тізбектен құралады. Осының нәтижесінде полипептидтік тізбек - белоктардың бастапқы құрылымы пайда болады. Сонымен, белок молекуласы молекулалық массасы 5-150 мың дальтон не одан да көп полипептид болып табылады.

Құрылысына қарай белоктар қарапайым және күрделі болып  бөлінеді. Қарапайым белоктар тек  амин қышқылдарынан құралады, ал күрделі  белоктар құрамы нда амин қышқылдарымен  қатар нукле-ин қышқылдары (нуклепротеиндер), липидтер (липопротеиндер), көмірсулар (гликопротеиңцер), болады.

Белоктардың өзіндік ерекшеліктері  оның құрамына енген амин қышқылдарының  құрамына, санына, олардың полипиптидтік тізбекте орналасу тәртібіне байланысты. Белок құрамындағы бір ғана амин қышқылы ауыстырылса немесе оның орналасу тәртібі езгерсе, онда белоктың қызметі өзгереді. Белоктардың осы мүмкіндігін табиғат тамаша пайдаланады. Осының нәтижесінде тірі организм өзінің белгілі бір қызметін атқару үшін арнаулы белокты пайдаланады және организмнің бұл бағыттағы мүмкіндігі шексіз деуге болады.

Белоктың қасиеті полипептидтік  тізбектің кеңістікте орналасу тәртібіне  де байланысты. Тірі жасушада полипептидтік  тізбектер бүктеліп не иіліп екішді және үшінші құрылым түзеді. Белоктардың  екінші деңгейлік құрылымы спираль  бейнесінде бүралған тізбек іспеттес болады. Спиральді қатар оралымдарда  орналасқан СО — және топтары арасындағы сугеютік байланыстар үстап түрады. Спиральдерді одан өрі орнықтыру  нәтижесівде ушінші деңгейлік құрылым  деген атпен белгілі әр белокқа  тән өзіндік пішін пайда болады. Ол амин қышқылдық қалдықтардың белокты  радикалдарының өзара байла-ныстары  — цистеин қалдыктары арасындағы ковалентті қос күкіртті (дисульфатты  байланыстар арқылы (-8-8-) және де сутектік, иондық және гидрофобты) өзара әрекеттестік арқасында тұрақталады.

Сандық тұрғыдан амин қышқылдарының  зарядталмаған (үйексіз) бүйір тармақтары маңызды рөл атқарады. Олардың  әрекеттесуінің нәтижесінде амин қышқылдары бір-бірімен бірітіп, сьфтқы сулы ортамен  араласып кетпейді. Белок гидрофобты бүйір тізбектер молеку-ласының  іш жағында қалып, сумен жанаса алмайтын болып бүрала-ды да, гидрофильді  бүйір тізбектер сыртка қарайды. Әр белоісга цистеин мен гидрофоб радикалды амин қышқылдары молекулаларының  саны мен полилептидтік тізбекте орналасу төртібі әр түрлі болады.

Белок молекуласының пішіні атомдар тобының өздеріне тән  катализдеу белсенділігін, гормондық  қызметін т.б. атқара алатындай етіп орнығуына мүмкіндік береді. Сондықтан  глобулалардың тұрақтылығы кездейсоқ  нәрсе емес, ол организмді тұрақтандырудың  маңызды құралы. Биологиялық белсенділікті белоктың үшінші деңгейлі құрылымы ғана байқатады, сондықтан полипептидтік тізбекте тек бір амин қышқылының алмасуының өзі белоктың пішінін (конфи-гурация) өзгертіп, оның биологиялық белсенділігін төмендетуге немесе жоюға соқтырады.

Кейбір жағдайда екі, үш, төрт, тіпті одан да көп үшінші деңгейлі құрылымды белок молекулалары бір кешенге бірлесіп, белоктың төртінші деңгейлі құрылымы пайда болады. Мысал ретінде төрт суббөлік пен гем атты белоксыз бөліктен құралған күрделі гемоглобин белогын айтуға болады. Тек осындай түрде ғана ол өз қызметін атқара алады. Төртінші деңгейлік құрылымда белок суббөліктері бір-бірімен химиялық жолмен байланыспайды, бірақ құрылымның беріктігі әлсіз молекула аралық күштің әсерімен сақталады.

Нуклеин қышқылдары — маңызды  биополимерлер. Оларды 1869 жылы ірің құрамынан  алынған лейкоциттер ядросынан  швейцария химигі Ф.Мишер бөліп алған. Кейінірек бұл қосылыстар өсімдік пен барлық жануарлар жасушалары, вирустар мен бактериялар құрамында табылған.

Табиғатта нуклеин қышқылдарының  екі түрі — дезоксирибонуклеин (ДНК) және рибонуклеин (РНК) қышқылдары кездеседі. Олардың аттары құрамыңдағы пентозалы  қанттың табиғатына байланысты. ДНК  молекуласында пентозды қант дезоксирибоза, ал РНК молекуласында — рибоза кездеседі. ДНК мен РНК-ның бірнеше  түрі болады. Олар құрылысы мен қызметі  жағынан ерекшеленеді. Әр орга-низм тек өзіне ғана тән нуклеин  қышқылдарының жиынтығын ұстайды. Бұл қышқылдар генетикалық ақпараттың сақталуын жэне ұрпақтан ұрпаққа  берілуін қамтамасыз етеді.

ДНК молекуласы бір-біріне спираль (шиыршық) түрінде орала 
орналасқан қосаоранған тізбек нуклеотидтерден түзіледі. Нуклеин қышқылдары молекулалары құрамында нуклеотидтер саны әртүрлі. Тасымалдаушы РНК молекуласында олардың саны 80-ге жуық болса, ДНК молекуласында ондаған мыңға жетеді. ДНК-ның кез келген нуклеотидінің құрамына аденин, гуанин, тимин, цитозин азотты негіздерінің бірі, дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы енеді. РНК-ның нуклеотидтерінің кұрамына азотты негіздер — аденин, гуанин, урацил, цитозиннің бірі, рибоза және фосфор қышқылының қалдығы енеді. Демек, нуклеотидтер тек азотты негіз сипатымен өзгешеленеді. Цитозин, тимин, уроцил — пиримидин негіздеріне, ал аденин мен гуанин — пурин негіздеріне жатады.

ДНК мен РНК тек кұрылысы, жасушада орнығуы жағынан ғана емес, қасиеттері мен атқаратын қызметтері жағынан да ерекшеленеді.

ДНК молекуласы бір-біріне спираль  түрінде бұрала орналасқан қос полинуклеотидтік тізбектен құралса, РНК молекуласы жалғыз полинуклеотидтік тізбектен  құралады. ДНК мономері — рибонуклеотидтер. Дезоксинуклеотидтер құрамында  азотты негіз (аденин, гуанин, тимин, цитозин), дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы болса, рибонуклеотид құрамы на азотты негіз (аденин, гуанин, урацил, цитозин), рибоза және фосфор қышқылының қалдығы енеді.

Жасуша РНК-сының 85%-на жуығын рибосомалық РНК (рРНК) құрайды. Олар рибосомалар құрамына енеді де, құраушы  қызмет атқарады. РНК-ның бұл түрі белок биосинтезі барысында амин қышқылдарын пептидтік тізбекке біріктіретін рибосоманың белсенді орталыгын құрауға қатысады.

Көмірсулар немесе қанттар, — организмдегі органикалық қосылыстардың  негізгі тобының бірі. Олар барлық тірі организмдер жасушаларының  кұрамына енеді. Адам мен жануарлар  жасушаларында олардың мөлшері 1-2%, ал өсімдіктер жасушасы құрғақ затының 85-90%-ы көмірсулардан құралады.

Көмірсулар молекуласы көміртегінен, сутегінен, оттегінен құралады. Олардың  көпшілігінде сутегі мен оттегінің  ара қатынасы су кұрамындағы деңгейде сақталады. Мысалы, глюкоза — С6Н12О6, сахароза — СІ2Н22Оn. Осыдан оларды көмірсулар деп атайды.

Барлық көмірсулар қарапайым (моносахаридтер) және курделі (полисахаридтер) болып бөлінеді. Моносахаридтер құрамы көміртегі атомының санымен байланысты триозалар (ЗС), тетрозалар (4С), пентозалар (5С), гексозалар (6С) және гептозалар (7С) болып жіктеледі. Табиғатта пентозалар (рибоза, дезоксирибоза, рибулоза) және гексозалар (глюкоза, фруктоза, галактоза) кең тараған. Рибоза мен дезоксирибоза  нуклеин қышқылдары мен АТФ-ты құруда маңызды рөл атқарады. Глюкоза  жасушаның негізгі қуат көзі болып  табылады. Моносахаридтер тек қана қуат көзі ғана емес, көптеген органикалық  заттарды синтездеуде, организмге сырттан  енген, немесе оның өзінде түзілген улы  заттарды (белоктың шіру өнімдері) зарарсыздандыруда  маңызды рөл атқарады.

Екі және одан да көп моносахаридтердің (глюкоза, галактоза, ман-ноза, арабиноза  немесе ксилоза) косылуы нәтижесінде  ди- және полисахаридтер түзіледі. Дисахаридтерге сахароза, мальтоза, лактоза (сүт қанты) жатады. Дисахаридтер қасиеттері жағынан  моносахаридтерге ұқсас суда жақсы  ериді, тәтті дәмді келеді. Полисахаридтерге крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, каллоза, инулин т.б. жатады. Құрамыңда мономерлер саны өскен сайын полисахаридтердің  ерігіштігі , тәтіі дәмі жойылады.

Көмірсулар организмде негізінен  қуат көзі ретінде пайдаланылады (глюкоза) немесе энергия қорына айналады (гликоген), сонымен қатар олар күрделі қосылыстардың (нуклепротеидтердің, гликопротеидтердің) құрамы на кіреді.

Көмірсулар бұлшық еттердегі  биохимиялық процестер мен энергия  алмасуында маңызды қызмет атқарады. Сол себепті қан құрамында  глюкоза мөлшері азайса (гипогликемия) дене температурасы төмендеп, организм әлсірейді, орталық нерв жүйесі мен  бұлшық ет қызметі бұзылып, жүрек  жұмысы нашарлайды, дене дірілдеп, тер  бөлінеді. Қандағы қант мөлшері күрт төмендесе, глипогликемиялык талықсу (шок) туындал, тіршілік тоқтап та қалады.

Ас қорыту жолында көмірсулар негізінен моносахаридтерге айналып, фосфорлану процесінен еткен соң  қанға сіңеді. Қанға өткен моносахаридтер қақпалық венамен бауырға тасымалданып, оңда гликогенге айналады да (гликогенез процесі), қорға жиналады. Гликогенез процесі бұлшық етте де жүреді. Бауырда гликогеннің мөлшері 2-8, ал бұлшық етте 1%-ға жетеді. Глюкозаның біраз бөлігі бауырда тотығу процесіне ұшырап, энергияға айналады немесе әртүрлі улы заттарды залалсыздандыруға қажет қосылыстарды (мысалы, глюку-рон қышқылы) түзу үшін пайдаланылады.

Организм мұқтаждығы на сәйкес бауырда көмірсулардың бір түрі екінші түрге (галактоза мен фруктоза — глюкозаға, немесе керісінше) айналып  отырады. Бауырда гликогенез процесімен қатар глюконеогенез (көмірсулардың  май мен белоктардың ыдырау өнімдерінен -сүт қышқылынан, ҮМҚ, амин қышқылдарының  алмасу өнімдерінен түзілуі) процестері де жүреді.

Бауырдың күрделі қызметінің аркасында қанның құрамыңдағы қантың мөлшері (гликемия) бір деңгейде сақгалады. Кандағы глюкоза деңгейі жоғарыласа, гликоген түзу процесі күшейеді, ал төмендесе — гликоген глюкозаға  айналады. Адам қаныңда глюкоза деңгейі 100-120 мг% шамасы.

Ұлпаларда көмірсулар фосфорлану процесінен өтіп, глюкозалы- 6 — фосфат түзіледі де, оның бір бөлігі тотығып, көмір қышқыл газы мен су бөлінеді. Бұл реакция кезінде босанған энергия АТФ түзуге жұмсалады. Глюкозалы-6~фосфат өзгерістері кезінде пируват  пайда болады да, ол ацетил — КоА, альфа-кетоқышқылдар түзуге пайдаланылады.

Бұлшық етте анаэробты  ыдырау кезінде глюкозадан сут қышқылының екі молекуласы түзіледі. Бұл реакция  барысында босанған энергияның бір  бөлігі жылуға айналып, қалған бөлігі АТФ түзуге жұмсалады. Айта кетер  жайт, гликолиз (глюкозаның ыдырауы) кезінде  сүт қышқылының екі молекуласы мен  АТФ-тің екі молекуласы босанса, гликогенолиз кезінде сүт қышқылының екі, АТФ-тің үш молекуласы босайды.

Ұлпадағы алмасу кезінде  пайда болған сүт қышқылының 85 пайызы аэробты жағдайда қайтадан гликогенге айналады да, тек 15 пайызы алдымен пируватқа  айналып, соңынан толык, тотығып, көмір  қышқыл газы мен су түзеді.

Бүйректе бауырдағы сияқты глюкозаның аэробты жанама тотығу процесі  басымырақ жүреді. Глюкоза фосфотриозаның екі молекуласына ажырап, пируват  түзіледі. Пируват ацетил — КоА-ға айналып Кребс циклына (айналымына) қосылады да, тотығу нәтижесіңде көмір  қышқыл газы, су түзіліп, энергия бөлінеді.