ΜΜΑΚΡΟΜΌΡΙΑΑΚΡΟΜΌΡΙΑ

Πως δημιουργούνται τα μακρομόρια;

Τα μακρομόρια χαρακτηρίζονται και πολυμε­ρή, διότι αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες απλές μονάδες, τα μονομερή. Τα μονομερή των διάφορων ειδών μακρομορίων μπορεί να είναι ίδια (πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα και πολυσακχαρίτες) ή διαφορετικά (λιπίδια).

Ωστόσο συνδέονται μεταξύ τους πάντα με τον ίδιο βασικό χημικό μηχανισμό, που ονομάζεται συ­μπύκνωση. Κατά την συμπύκνωση το ένα μονομε­ρές χάνει ένα άτομο Υδρογόνου (Η), ενώ το άλλο μια υδροξυλομάδα (ΟΗ). Αφαιρείται δηλαδή τελικά ένα μόριο νερού (Η2Ο) και τα δύο μονομερή συν­δέονται με ομοιοπολικό δεσμό.

Η διάσπαση των μακρομορίων στα μονομερή τους γίνεται με την προσθήκη νερού και ονομάζε­ται υδρόλυση.

Ποιοι δεσμοί συναντώνται στα μακρομόρια;

Τα δομικά μόρια (μονομερή) των μακρομορίων συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς που χάρη στη σταθερότητά τους είναι οι πιο διαδεδομένοι στην έμβια ύλη. Όμως, στη διάταξη των μα­κρομορίων στο χώρο (χωροδιάταξη) επιδρούν κυρίων μη ομοιοπολικοί δεσμοί, όπως:

➢ Δεσμός Υδρογόνου: αναπτύσσεται μεταξύ ενός ατόμου Υδρογόνου (Η) και ενός πιο ηλε­κτραρνητικού ατόμου, π.χ. Φθόριο (F), Οξυγόνο (Ο), Άζωτο (Ν).

➢ Δυνάμεις Van der Waals: αναπτύσσονται μεταξύ ατόμων που λόγω μετατόπισης του ηλε­κτρονιακού νέφους τους, μετατρέπονται παροδικά σε δίπολα.

➢ Υδρόφοβοι δεσμοί: αναπτύσσονται μεταξύ ομάδων αδιάλυτων στο νερό (υδρόφοβων) που όταν βρεθούν μέσα στο νερό αναγκάζονται να πλησιάσουν.

ΠΠΡΩΤΕΪΝΕΣΡΩΤΕΪΝΕΣ

Οι πρωτεΐνες αποτελούν το πιο διαδεδομένο μακρομόριο καθώς και το πιο πολυδιάστατο στη μορφή και στη λειτουργία του. Ακόμα και σε ένα απλό κύτταρο, όπως αυτό των βακτηρίων, υπάρ­χουν εκατοντάδες διαφορετικές πρωτεΐνες, κάθε μία από τις οποίες έχει έναν ιδιαίτερο ρόλο στη ζωή του κυττάρου (είτε δομικό συστατικό, είτε εξυπηρετεί κάποια συγκεκριμένη λειτουργία του).

(1)

Νίκος Γαλάνης2ο Λύκειο Ηρακλείου

Ο όρος μακρομόρια αναφέρεται συνήθως σε μόρια υψηλού μοριακού βάρους.

Γενικά ως «βιολογικά μακρομόρια» χαρακτηρίζονται σύνθετες οργανικές ενώσεις μεγάλου μοριακού βάρους (103 – 109), όπως είναι:

i. οι πρωτεΐνες,ii. τα νουκλεϊκά οξέα,iii. οι πολυσακχαρίτες καιiv. τα λιπίδια.

Ποια είναι τα μονομερή των πρωτεϊνών και ποια είναι η δομή τους;

Τα μονομερή των πρωτεϊνών ονομάζονται αμινοξέα. Έχουν ανιχνευθεί πάνω από 170 διαφορετικά αμινοξέα από τα οποία 20 μόνο αποτελούν συστατικό των πρωτεϊνών.

Όπως φαίνεται και στο διπλανό σχήμα, τα αμινοξέα αποτε­λούνται από 3 σταθερά μέρη:

(1) Ένα άτομο Υδρογόνου (Η),(2) μία αμινομάδα (­ΝΗ2) και(3) μία καρβοξυλομάδα (­COOH).

και ένα μεταβλητό μέρος που ονομάζεται πλευρική ομάδα. Η πλευρική ομάδα σε κάθε ένα αμινοξύ είναι διαφορετική.

Πώς συνδέονται τα αμινοξέα για να σχηματίσουν πεπτίδια (και πρωτεΐνες);

Για να συνδεθούν δύο αμινοξέα, αντιδρά η καρβοξυλομάδα του ενός με την αμινομάδα του επόμενου με απόσπαση ενός μορίου νερού (Η2Ο) (συμπύκνωση). Ο δεσμός που σχηματίζεται λέγεται πεπτιδικός. Έτσι παράγεται ένα διπεπτίδιο. Αν σε αυτό το συνδεθεί τρίτο αμινοξύ, σχημα­τίζεται τριπεπτίδιο κ.ο.κ. Όταν συνδέονται περισσότερα από 50 αμινοξέα, σχηματίζεται ένα πολυ­πεπτίδιο.

Ποια είναι να επίπεδα οργάνωσης των πρωτεϊνών;

Ένα πολυπεπτίδιο, αμέσως μετά τη σύνθεσή του, δεν είναι ικανό να εκδηλώσει τον βιολογικό του ρόλο. Η ικανότητα αυτή αποκτάται, όταν η πολυπεπτιδική αλυσίδα πάρει την τελική της δια­μόρφωση στο χώρο.

Στα πρωτεϊνικά μόρια διακρίνουμε τέσσερα επίπεδα οργάνωσης:1o επίπεδο: Η πρωτοταγής δομή, δηλαδή η συγκεκριμένη σειρά με την οποία συνδέονται (με

πεπτιδικό δεσμό) τα αμινοξέα.2o επίπεδο: Η δευτεροταγής δομή, που προκύπτει όταν η πολυπεπτιδική αλυσίδα παίρνει μία

συγκεκριμένη (ελικοειδή ή πτυχωτή) μορφή.3o επίπεδο: Η τριτοταγής δομή, δηλαδή η μορφή που παίρνει το πεπτίδιο στο χώρο (εξαιτίας

της διαπλοκής των πτυχωτών και ελικοειδών τμημάτων). Οι αναδιπλώσεις κα­θορίζονται και σταθεροποιούνται από διάφορους τύπους δεσμών μεταξύ των πλευ­ρικών ομάδων ­R των αμινοξέων. Αν η πρωτεΐνη αποτελείται από μία μόνο πολυ­πεπτιδική αλυσίδα, το τελικό στάδιο της διαμόρφωσής της είναι η τριτοταγής δομή. Αν όμως αποτελείται από περισσότερες πολυπεπτι­δικές αλυσίδες, το τελικό στάδιό της είναι η τεταρτοτα­γής δομή.

4o επίπεδο: Η τεταρτοταγής δομή, δηλα­δή η μορφή που αποκτούν οι πρωτεΐνες οι οποίες αποτε­λούνται από δύο ή περισ­σότερα πεπτίδια όταν αυτά συναρμοστούν (π.χ. η αιμο­σφαιρίνη, που συνίσταται από 4, ανά 2 όμοια, πολυπεπτίδια).

(2)

Η δευτεροταγής δομή οφείλεται σε δεσμούς υδρογόνου, που αναπτύσσονται στη μεν ελικοειδή μεταξύ διαδοχικών τμημάτων του πεπτιδίου, στη δε πτυχωτή μεταξύ απέναντι τμημάτων.

Από τι καθορίζεται η χωροδιάταξη των πρωτεϊνών; Ποια επίδραση έχει η αλλαγή της χωρο­διάταξης στη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης;

Η τελική διαμόρφωση της πρωτεΐνης στο χώρο καθορίζεται από την αλληλουχία των αμινο­ξέων, δηλαδή από την πρωτοταγή δομή. Η χωροδιάταξη (δομή στο χώρο) των πρωτεϊνών καθορίζει τη λειτουργία τους.

Εάν μια πρωτεΐνη εκτεθεί σε ακραίες θερμοκρασίες ή σε ακραίες τιμή pH, τότε καταστρέφο­νται οι μη πεπτιδικοί δεσμοί και αλλοιώνεται η χωροδιάταξή της. Αυτό λέγεται μετουσίωση και επιφέρει αδρανοποίηση της πρωτεΐνης.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η αλλαγή της υφής του ασπραδιού του αβγού κατά τη θέρμανση. Από διαυγές διάλυμα πρωτεϊνικών μορίων, γίνεται λευκό, αδιαφανές και συμπαγές. Αυτό οφείλεται στο ότι η πρωτεΐνη που περιέχει (αλβουμίνη) μετουσιώνεται.

Πως ταξινομούνται οι πρωτεΐνες με κριτήριο τη λειτουργία τους;

➢ Στις δομικές που αποτελούν δομικά συστατικά των κυττάρων και κατά επέκταση των οργα­νισμών (π.χ. κολλαγόνο) και

➢ Στις λειτουργικές, που συμβάλλουν στις διάφορες λειτουργίες (π.χ. Αιμοσφαιρίνη).

Ερωτήσεις για το σπίτι:

(1) Σημειώστε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες είναι λανθασμένες (Λ):

Η λειτουργία μιας πρωτεΐνης εξαρτάται από τη χωροδιάταξή,

i. για αυτό όταν κάποια μετουσιώνεται, αδρανοποιείται

ii. και χρειάζεται για κάθε λειτουργία και διαφορετική πρωτεΐνη

iii. ενώ η χωροδιάταξη εξαρτάται από τη δευτεροταγή δομή της πρωτεΐνης

iv. και επηρεάζεται από το pH, τη θερμοκρασία και την παρουσία λιπών.

(2) Συμπληρώστε τις παρακάτω προτάσεις:

i. Η τριτοταγής, αλλά κυρίως η δευτεροταγής δομή, οφείλεται στους δεσμούς.....................

ii. Ένα πολυπεπτίδιο περιλαμβάνει πάνω από ........................ αμινοξέα.

iii. Οι πρωτεΐνες μπορεί να διακριθούν σε δομικές και σε ..................................

(3)

(3) Οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι:i. δεσμοί που εξασφαλίζουν σταθερότητα στο κύτταροii. δεσμοί ασθενείς που προσφέρουν εύκολα ενέργειαiii. δεσμοί αναγκαίοι για τη διατήρηση του pH του κυττάρουiv. δεσμοί που προσφέρουν αστάθεια στο κύτταρο.

(4) Μετουσίωση είναι το φαινόμενο κατά το οποίοi. συνδέονται δύο αμινοξέα για τον σχηματισμό μιας πρωτεΐνηςii. μία πρωτεΐνη χάνει τη λειτουργικότητά τηςiii. επιτυγχάνεται η διαμόρφωση της τεταρτοταγούς δομής της πρωτεΐνηςiv. γίνεται η αφαίρεση ενός μορίου νερού από τη σύνδεση δύο αμινοξέων

(5) Η αλλαγή που συμβαίνει σε μια πρωτεΐνη, όταν μετουσιώνεται, σχετίζεται μεi. τους δεσμούς υδρογόνου στο μόριο τηςii. τη λειτουργικότητά τηςiii. το σχήμα της και τη λειτουργικότητά τηςiv. το σχήμα της, τη λειτουργικότητά της και τη διαμόρφωση του μορίου της.

(6) Να συμπληρώσετε με τις κατάλληλες έννοιες τα κενά του εννοιολογικού χάρτη που ακολου­θεί:

(7) Από το σχολικό βιβλίο (σελίδες 39 – 41) τις ερωτήσεις: 1, 6, 12, 13 και 14

(4)