მაკრომოლეკულები - შესავალი

დიდი ბიოლოგიური მოლეკულების სახეობები. მონომერები, პოლიმერები, დეჰიდრატაციის სინთეზი და ჰიდროლიზი.

შესავალი

გაიხსენეთ, რა მიირთვით ლანჩზე. რომელიმე პროდუქტს ჰქონდა „კვებითი ღირებულების" ეტიკეტი? თუ ჰქონდა და თუ შეამოწმეთ საკვების ცილოვანი, ნახშირწყლოვანი და ცხიმოვანი შემადგენლობა, შეიძლება უკვე იცნობდეთ კიდეც იმ რამდენიმე დიდ ბიოლოგიურ მოლეკულას, რომელსაც აქ განვიხილავთ. თუ გიკვირთ, რომ ისეთი უცნაურსახელიანი რაღაც, როგორიც „დიდი ბიოლოგიური მოლეკულაა" თქვენს საკვებშია, იცოდეთ, რომ სწორედ ის გვამარაგებს ორგანიზმისთვის საჭირო სამშენებლო აგურებით, რადგან ჩვენი ორგანიზმიც დიდი ბიოლოგიური მოლეკულებისგან შედგება!

თქვენ შეიძლება ჩაითვალოთ არა მხოლოდ ატომების ნაკრებად ან მოხეტიალე და მოლაპარაკე წყლის ტომარად არამედ, თქვენ ასევე ხართ ბიოლოგიური მოლეკულების ოთხი მთვარი ტიპის ნაკრები: ნახშირწყლები (მაგალითად შაქრები), ლიპიდები (მაგალითად ცხიმები), ცილები, ნუკლეინის მჟავები (დნმ და რნმ). ჩვენ იმას არ ვამბობთ, რომ თქვენ მხოლოდ ამ მოლეკულებისაგან შედგებით, უბრალოდ თქვენი ყველაზე დიდი და მნიშვნელოვანი მოლეკულები შეიძლება ამ ჯგუფებით დავახარისხოთ. ერთად ეს დიდი ბიოლოგიური მოლეკულები ქმნიან უჯრედის მშრალი მასის უდიდეს ნაწილს. (წყალი და მცირე მოლეკულები თხევადი წონის უდიდეს ნაწილს წარმოადგენენ).

დიდი ბიოლოგიური მოლეკულები ორგანიზმში ბევრ სხვადასხვა ფუნქციას ასრულებს. ზოგი ნახშირწყალი საწვავს იმარაგებს მომავლისთვის, ზოგი ლიპიდი უჯრედის მემბრანების მთავარი სტრუქტურული კომპონენტია. ნუკლეინის მჟავები ინახავს და გადასცემს მემკვიდრეობით ინფორმაციას, რომელთაგან უმეტესობაც ცილების შექმნის ინსტრუქციაა. ცილებს ალბათ ყველაზე მრავალფეროვანი ფუნქციები აქვს: ზოგი სტრუქტურულ საყრდენს წარმოადგენს, ბევრი მათგანი კი პატარა მანქანასავითაა, რომელიც უჯრედში სხვადასხვა დანიშნულებას ასრულებს, მაგალითად, მეტაბოლურ რეაქციებს აკატალიზებს ან იღებს და გადასცემს სიგნალებს.

რამდენიმე სტატიის შემდეგ უფრო დეტალურად განვიხილავთ ნახშირწყლებს, ლიპიდებს, ნუკლეინის მჟავებსა და ცილებს. აქ განვიხილოთ ძირითადი ქიმიური რეაქციები, რომლებიც ამ მოლეკულებს ქმნიან და შლიან.

მონომერები და პოლიმერები

დიდი ბიოლოგიური მოლეკულების უმეტესობა პოლიმერია, გრძელი ჯაჭვები, რომლებიც განმეორებადი მოლეკულური სუბერთეულებისგან, ანუ, მშენებარე აგურებისგან — მონომერებისგან — შედგება. წარმოიდგინეთ, რომ მონომერი არის ერთი ცალი ბურთულა, პოლიმერი კი ასეთი ბურთულებისგან შემდგარი მთლიანი მძივი.

ნახშირწყლები, ნუკლეინის მჟავები და ცილები ბუნებაში ხშირად გრძელი პოლიმერების სახით გვხვდება. პოლიმერული ბუნებისა და უზარმაზარი ზომის გამო, მათ მაკრომოლეკულებს, დიდ (მაკრო-) მოლეკულებს, ვუწოდებთ, რომლებიც პატარა სუბერთეულების შეერთებით მიიღება. ლიპიდები ძირითადად პოლიმერები არ არის, უფრო პატარებია და ზოგიერთი წყაროს მიხედვით მაკრომოლეკულებად არ მიიჩნევა

^{1, 2}

. თუმცა ბევრ წყაროში ტერმინს „მაკრომოლეკულას" უფრო ზოგადად იყენებენ და მასში ოთხივე ტიპის დიდ ბიოლოგიურ მოლეკულას აერთიანებენ

^{3, 4}

. მხოლოდ ტერმინოლოგიური განსხვავებაა, ამიტომ დიდ ყურადღებას ნუ მიაქცევთ. უბრალოდ დაიმახსოვრეთ, რომ ლიპიდები დიდი ბიოლოგიური მოლეკულების ერთ-ერთი ტიპია, მაგრამ ისინი ძირითადად პოლიმერებს არ ქმნის.

დეჰიდრატაციის სინთეზი

როგორ იქმნება პოლიმერები მონომერებისგან? დიდი ბიოლოგიური მოლეკულები ხშირად იქმნება დეჰიდრატაციის სინთეზის რეაქციებით, რომლის დროსაც ერთი მონომერი კოვალენტურ ბმას ამყარებს მეორე მონომერთან (ან მონომერების მზარდ ჯაჭვთა) და ამ პროცესში წყლის მოლეკულას ათავისუფლებს. ეს პროცესი რეაქციის სახელით შეგიძლიათ დაიმახსოვროთ: დეჰიდრატაცია — წყლის მოლეკულის დაკარგვა და სინთეზი — ახალი ბმის ფორმირება.

დეჰიდრატაციის სინთეზის რეაქციაში შაქარი გლუკოზას ორი მოლეკულა (მონომერები) ერთიანდება, რომ შაქარი მალტოზას ერთი მოლეკულა შექმნას. გლუკოზას ერთი მოლეკულა კარგავს H-ს, მეორე კიდევ OH ჯგუფს და ორ გლუკოზას მოლეკულას შორის ახალი კოვალენტური ბმის ფორმირებისას, თავისუფლდება წყლის მოლეკულა. მონომერების დამატებით, ჯაჭვი კიდევ უფრო გრძელდება და პოლიმერი იქმნება.

მიუხედავად იმისა, რომ პოლიმერები განმეორებადი მონომერებისგან შედგება, დიდი მრავალფეროვნებაა მათ ფორმებსა და შემადგენლობებში. ნახშირწყლები, ნუკლეინის მჟავები და ცილები სხვადასხვა მონომერებს შეიძლება შეიცავდნენ, რომელთა თანმიმდევრობა და მდგომარეობაც მნიშვნელოვანია მათი ფუნქციისთვის. მაგალითად, ჩვენს დნმ-ში ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდური მონომერია, ცილებში ძირითადად 20 ტიპის ამინომჟავური მონომერი გვხვდება. ერთი ტიპის მონომერსაც კი შეუძლია, რომ სხვადასხვა პოლიმერები შექმნას განსხვავებული ფუნქციებით. მაგალითად, სახამებელი, გლიკოგენი და ცელულოზა, სამივე ნახშირწყალია, რომელიც გლუკოზას მონომერებისგან შედგება, თუმცა მათი დატოტვის ფორმა და ბმები განსხვავდება.

ჰიდროლიზი

როგორ ხდებიან პოლიმერები ისევ მონომერები (მაგალითად, როცა სხეულს ერთი მოლეკულის გადამუშავება სჭირდება ახლის შესაქმნელად)? პოლიმერები მონომერებად იშლება ჰიდროლიზის რეაქციების დროს, როცა ბმა იშლება, ლიზირდება, წყლის მოლეკულის დამატებით.

ჰიდროლიზის რეაქციის დროს მოლეკულა, რომელიც რამდენიმე სუბერთეულისგან შედგება, ორად იყოფა: ახალი მოლეკულებიდან ერთ-ერთს ემატება წყალბადის ატომი მეორეს კი ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფი — ორივე მათგანს წყლიდან იღებენ. ეს რეაქცია დეჰიდრატაციის სინთეზის რეაქციის საპირისპიროა და ის ათავისუფლებს მონომერს, რომელიც ახალი პოლიმერის ასაშენებლად შეიძლება გამოიყენონ. მაგალითად, ზემოთ მოცემულ ჰიდროლიზის რეაქციაში, წყლის მოლეკულა მალტოზას ყოფს, რომ ორი გლუკოზას მონომერი გაათავისუფლოს. ეს რეაქცია ზემოთ ნაჩვენებ დეჰიდრატაციის სინთეზის რეაქციის საპირისპიროა.

დეჰიდრატაციის სინთეზის რეაქციები მოლეკულებს ქმნის და ძირითადად ენერგია სჭირდება. ჰიდროლიზის რეაქციები კი მოლეკულებს შლის და ენერგიას ათავისუფლებს. ნახშირწყლები, ცილები და ნუკლეინის მჟავები ამ ტიპის რეაქციებით იქმნება და იშლება, თუმცა თითოეულის შემთხვევაში სხვადასხვა მონომერებთან გვაქვს საქმე. (უჯრედში ნუკლეინის მჟავები ძირითადად დეჰიდრატაციის სინთეზით არ პოლიმერიზდება; მათ აწყობას შევისწავლით სტატიაში ნუკლეინის მჟავები. დეჰიდრატაციის სინთეზის რეაქციები ზოგიერთი ტიპის ლიპიდის აწყობაში მონაწილეობს მიუხედავად იმისა, რომ ლიპიდები პოლიმერები არ არის

^{3}

სხეულში ფერმენტები აკატალიზებენ, ანუ, აჩქარებენ დეჰიდრატაციის სინთეზისა და ჰიდროლიზის რეაქციებს. იმ ფერმენტების სახელები, რომლებიც ბმების დაშლაში მონაწილეობს, ხშირად მთავრდება -აზა-თი: მაგალითად, ფერმენტი მალტაზა შლის მალტოზას, ლიპაზები ლიპიდებს და პეპტიდაზები ცილებს (რომლებიც პოლიპეპტიდების სახელითაც არიან ცნობილები, რასაც ვნახავთ სტატიაში ცილების შესახებ). საკვების მომნელებელ სისტემაში მოძრაობისას - იმ მომენტიდან, როცა ის ჩვენს ნერწყვს ეხება - მას ჩამოთვლილთა მსგავსი ფერმენტები ამუშავებენ. ფერმენტები დიდ ბიოლოგიურ მოლეკულებს შლიან და ათავისუფლებენ პატარა სამშენებლო აგურებს, რომელთა შთანთქმა და გამოყენებაც მარტივია სხეულისთვის.

ატრიბუცია:

ამ მოდიფიცირებული სტატიის წყაროა „Synthesis of biological macromolecules“, ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0). გადმოწერეთ ორიგინალი სტატია უფასოდ აქ: http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9,85:10/Biology.

სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4,0 ლიცენზიით.

ციტირებული შრომები:

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Macromolecules are polymers, built from monomers. In Campbell biology (10th ed., p. 67). San Francisco, CA: Pearson.
Baggott, J. (1995, January 5). Macromolecules. In NetBiochem. წყარო: http://library.med.utah.edu/NetBiochem/macromol.htm.
Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Biological macromolecules include carbohydrates, nucleic acids, proteins, and lipids. In Biology (10th ed., AP ed., p. 37). New York, NY: McGraw-Hill.
მაკრომოლეკულა. (2016, May 27). მოძიების თარიღი და ადგილი: 30 მაისი, 2016 Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Macromolecule.

დამატებითი ბიბლიოგრაფია:

მაკრომოლეკულა. (2016, May 27). მოძიების თარიღი და ადგილი: 30 მაისი, 2016 Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Macromolecule.

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). Condensation and hydrolysis reactions. In Life: The science of biology (7th ed., p. 38). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., and Heller, H. C. (2003). Macromolecules: Giant polymers. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 37-38). Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Biological macromolecules include carbohydrates, nucleic acids, proteins, and lipids. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 37-38). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Macromolecules are polymers, built from monomers. In Campbell biology (10th ed., pp. 67-68). San Francisco, CA: Pearson.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The molecules of life. In Campbell biology (10th ed., p. 67). San Francisco, CA: Pearson.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

შესვლა

დავალაგოთ:

პოსტები ჯერ არ არის.

გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.