Makromolekulalarga kirish

Tushlikda nima yeganingiz haqida bir eslab koʻring. Siz tanovul qilgan taomlaringizdan birortasining orqasida “Oziq-ovqat tarkibi” haqidagi yorliq bormidi? Agar bor boʻlsa va siz oziq-ovqat tarkibidagi oqsil, uglevod yoki yogʻ miqdoriga eʼtibor qaratgan boʻlsangiz, bu yerda biz muhokama qiladigan bir qancha yirik biologik molekulalar bilan tanish boʻlishingiz mumkin. Taomingiz tarkibidagi “yirik biologik molekula” kabi gʻalati eshitiladigan narsa nima ekaniga qiziqayotgan boʻlsangiz kerak. Yirik biologik molekulalar tanamizni tirik holda saqlash uchun zarur boʻlgan “qurilish gʻishtchalari” bilan taʼminlab turadi, chunki tanamizning oʻzi ham ushbu molekulalardan tarkib topgan.

Inson tanasini atomlar toʻplami yoki yuradigan va gapiradigan, ichiga suv solingan yelim xaltachaga oʻxshatish mumkin, shuningdek, tanamizga toʻrt asosiy makromolekula toʻplami sifatida ham qarash mumkin. Bu yirik biologik molekulalarga uglevodlar (shakar kabi moddalar), lipidlar (yogʻlar), oqsillar va nuklein kislotalar (DNK va RNK) kiradi. Bu tanamizda faqat shu molekulalar bor degani emas. Tanamizdagi eng muhim yirik molekulalarni ushbu guruhlarga boʻlish mumkin, xolos. Yirik biologik molekulalarning toʻrt guruhi birgalikda hujayra quruq vaznining katta qismini tashkil qiladi. (Suv, mayda molekulalar esa hoʻl vaznning katta qismini tashkil qiladi.)

Yirik biologik molekulalar organizmda keng koʻlamli ishlarni bajaradi. Baʼzi uglevodlar kelajakdagi energiya ehtiyojlari uchun yonilgʻini saqlaydi va baʼzi lipidlar hujayra membranasining asosiy tarkibiy qismini tashkil qiladi. Nuklein kislotalar irsiy maʼlumotni saqlaydi va avloddan avlodga uzatadi, ularning aksariyati oqsillarni sintez qilish uchun kerakli boʻlgan genetik maʼlumot bilam taʼminlaydi. Oqsilning oʻzi hujayradagi funksiyalarning eng keng doirasiga ega: baʼzilari strukturaviy taʼminot boʻlib xizmat qiladi, ammo koʻp oqsillar hujayradagi metabolik reaksiyalarni katalizlash yoki signallarni qabul qilish va uzatish kabi muayyan vazifalarni bajaruvchi kichik mexanizmlarga oʻxshaydi.

Keyingi mavzularda uglevod, lipid, nuklein kislota va oqsillarni batafsil oʻrganib chiqamiz. Bu yerda esa ushbu molekulalarni hosil qiladigan va parchalaydigan asosiy kimyoviy reaksiyalarga koʻproq eʼtibor qaratamiz.

Koʻplab biologik molekulalar polimer hisoblanib, monomerlar deb nomlanuvchi molekulyar birlikchalardan tashkil topgan. Agar siz monomerni marjon donasi deb tasavvur qilsangiz, polimerni shu donalardan tashkil topgan taqinchoqqa oʻxshatish mumkin.

Uglevodlar, nuklein kislotalar va oqsillar tabiatda koʻpincha uzun polimerlar sifatida uchraydi. Polimerlarga xos tabiati va kattaligi tufayli (baʼzida juda ulkan) ular kichikroq birliklarning birlashishi natijasida hosil boʻladi va makromolekulalar deb tasniflanadi. Lipidlar odatda polimerlarga kirmaydi va qolgan uchta makromolekulalardan kichikroq boʻladi, shuning uchun ular baʼzi manbalarda makromolekula sifatida tasniflanmagan${}^{1,2}$‍. Ammo boshqa koʻplab manbalarda toʻrt turdagi yirik biologik molekulalarning umumiy nomi sifatida “makromolekula” atamasi erkinroq ishlatiladi${}^{3,4}$‍. Bu shunchaki nomlashdagi farq xolos, shuning uchun unga haddan tashqari eʼtibor berib oʻzingizni chalgʻitmang. Shuni esda tutingki, lipidlar ham hujayradagi muhim toʻrtta makromolekulaning biri, shunchaki ular qolganlaridan polimerlarni hosil qilmasligi bilan farq qiladi, xolos.

Monomerlardan polimerlarni qanday hosil qilish mumkin? Yirik biologik molekulalar koʻpincha degidratlanish sintezi reaksiyalari orqali birlashadi, bunda bitta monomer boshqa monomer bilan kovalent bogʻni (monomerlarning oʻsuvchi zanjirini) hosil qiladi va bu jarayonda suv molekulasini ajratib chiqaradi. Siz reaksiyada nima sodir boʻlishini uning nomi bilan ham eslab qolishingiz mumkin: degitratlanish suv molekulasining ajralib chiqishini, sintez esa yangi bogʻning hosil boʻlishini anglatadi.

Yuqoridagi degidratlanish sintezi reaksiyasida glyukozaning ikki molekulasi (monomerlar) birlashib, maltoza molekulasini hosil qiladi. Glyukoza molekulalaridan biri H ni, ikkinchisi OH guruhini yoʻqotadi va ikkita glyukoza molekulalari oʻrtasida yangi kovalent bogʻlar hosil boʻlganda suv molekulasi ajralib chiqadi. Xuddi shu jarayonga qoʻshimcha monomerlar qoʻshilsa, zanjir uzunlashib, polimer hosil boʻladi.

Polimerlar monomerlar ketma-ketligidan tashkil topgan boʻlsa ham, ularning shakli va tuzilishi juda xilma-xil. Uglevodlar, nuklein kislotalar va oqsillarning barchasi turli xil monomerlarni oʻz ichiga olishi mumkin va ularning tarkibi va ketma-ketligi ularning funksiyalari uchun muhimdir. Masalan, tanamizdagi DNK tarkibida nukleotid monomerlarning toʻrt turi mavjud, shuningdek, tanamizda oqsillarning yigirma turdagi aminokislota monomerlari uchraydi. Hatto bir turdagi monomerning oʻzi ham turli xossalarga ega boʻlgan turli xil polimerlarni hosil qilishi mumkin. Masalan, kraxmal, glikogen va sellyuloza – barchasi uglevodlardir va ular glyukoza monomerlaridan tashkil topgan, ammo ularning bogʻlanish va tarmoqlanishi turlicha boʻladi.

Qanday qilib polimerlar monomerlarga aylanadi (masalan, tana bir molekulani hosil qilish uchun boshqasini qayta ishlashi kerak boʻlsa)? Polimerlar gidroliz reaksiyasi orqali monomerlarga parchalanadi. Bunda suv molekulasining qoʻshilishi natijasida bogʻ uziladi.

Gidroliz reaksiyasi jarayonida bir nechta kichkina birliklardan tashkil topgan molekula ikkiga ajraladi, molekulalardan biri vodorod atomini olsa, ikkinchisi gidroksil (-OH) guruhini oladi. Ularning ikkalasi ham bu ionlarni suvdan oladi. Bu degidratlanish sintezi reaksiyasiga teskari jarayon boʻlib, bu reaksiyada yangi polimerlarni hosil qilish uchun kerak boʻladigan monomerlar ajralib chiqadi. Misol uchun, quyidagi gidroliz reaksiyasida ikkita glyukoza monomerlarining ajralib chiqishi uchun suv molekulasi maltozani ikkiga boʻladi. Bu reaksiya yuqoridagi degidratlanish reaksiyasining ayni teskarisidir.

Degidratlanish reaksiyalari yangi molekulani hosil qilgani bois energiya talab qilsa, gidroliz reaksiyalari molekulalar parchalanganda energiya ajratib chiqaradi. Monomerlar bu ikki reaksiyalarda turlicha ishtirok etsa ham, uglevod, oqsil va nuklein kislotalar ushbu reaksiyalar orqali hosil qilinadi hamda parchalanadi. (Aslida hujayrada nuklein kislotalar degidratlanish reaksiyalari natijasida polimer hosil qilmaydi. Ularning qanday hosil boʻlishini nuklein kislotalar mavzusida oʻrganamiz). Lipidlar polimer boʻlmasa ham, ularning ayrim turlari degidratlanish reaksiyalari natijasida hosil boʻladi${}^3$‍.

Tanamizda fermentlar ham degidratlanish, ham glikoliz reaksiyalarini tezlashtiradi yoki katalizlaydi. Kimyoviy bogʻlarni uzuvchi fermentlar odatda -aza qoʻshimchasi bilan tugaydi. Misol uchun, maltaza fermenti maltozani, lipaza lipidlarni va peptidaza oqsillarni (polipeptidlar ham deyiladi, bu haqida oqsillar mavzusidan maʼlumot olasiz) parchalaydi. Biz tanovul qilgan biror-bir yegulik oshqozonimizda, aniqrogʻi, halqumimizga tushishi bilan soʻlak kabi fermentlar uni parchalashni boshlaydi. Fermentlar yirik biologik molekulalarni maydaroq qismlarga parchalaydi va uning tana boʻylab soʻrilishini osonlashtiradi.