Белок молекуласының құрылымы. Белок молекуласының немесе белок құрылымының құрылымдық ұйымдасу деңгейлері Белок молекулаларының қызмет ету процесінде

жақсы" Молекулалық негіздерөмірлік процестер»

КУРС ЖОСПАРЫ

Дәріс № 4. Ақуыздың қызмет ету механизмдері

Соңғы дәрісте белок молекуласының кеңістіктік құрылымын анықтайтын өзара әрекеттесулерді қарастырдық. Алайда, мұндай өзара әрекеттесуге қабілетті барлық ақуыз топтары ақуыз молекуласының ішінде серіктес таба алмайды. IN сулы ерітінділербұл топтар әдетте еріткіш молекулаларымен, ал зарядталған топтар суда еріген тұз иондарымен әрекеттеседі. Тірі жасушада ақуыз молекулаларыкөбінесе басқа молекулалармен әлсіз байланыстар түзеді органикалық заттар, соның ішінде белоктар.

Белок молекуласында ковалентті емес әрекеттесуге қатыса алатын көптеген топтар болғандықтан, мұндай молекула үлкен санбасқа молекулалар немесе молекулалардың бірімен көптеген байланыстар құрайды. Мұндай екі молекуладағы өзара әрекеттесетін топтардың саны аз болса, мысалы, молекулалардың жылулық қозғалысының әсерінен оңай жойылатын тұрақсыз комплекстер түзіледі. Алайда, белок молекуласы мен басқа молекула арасында сутектік байланыстардың жеткілікті көп саны түзілсе және көптеген учаскелер электростатикалық, ван-дер-Ваальс және гидрофобты әрекеттесулер арқылы байланысса, онда кооперативтік әсер әсер ете бастайды, яғни. комплекстің күші түзілген байланыстардың энергиясының қарапайым қосындысынан туындайтыннан әлдеқайда көп болады.

Бұл әрекеттесетін молекулалардағы әрекеттесуші топтар қатаң анықталған жолмен орналасса мүмкін болады: бір молекуланың теріс зарядты топтары екіншісінің оң зарядты топтарына қарама-қарсы және керісінше, сутегі байланыстарын құрайтын топтар жақын және дұрыс бағытталған. , екі молекуланың гидрофобты аймақтары бір-біріне қарама-қарсы. Әрекеттесетін молекулалардың беттері комплементарлы құрылымға ие деп айта аламыз. Белок молекуласы мұндай жұптарды тек қатаң анықталған заттардың молекулаларымен құра алады, яғни белок молекуласының басқа заттармен әрекеттесуі қатаң спецификалық және оның кеңістіктік құрылымымен анықталады.

Ақуыз макромолекулярлық қосылыстармен комплекстер құра алады және әртүрлі жасушалық және жасушааралық құрылымдардың негізі болып табылатын супрамолекулалық комплекстер түзе алады. Мұндай құрылымдардың мысалдары, мысалы, рибосомалар мен микротүтікшелер. Біріншісі спецификалық рибосомалық белоктар мен РНҚ кешені, ал екіншісі бір-бірімен тығыз іргелес және спираль түрінде орналасқан көптеген тубулин ақуызы молекулаларының кешені, ал тубулин молекулаларының өзі шар тәрізді.

Белок молекулаларының өзара әрекеттесуіне байланысты актин және коллаген сияқты белоктардың талшықтары түзіледі (1-сурет). Белгілі емес, бірақ көптеген гидрофобты әрекеттесулердің арқасында белоктар мембраналармен байланысады. Жануарлардың шеміршек тінінің беріктігінің құрылымдық негізі үш түрлі типтегі қышқыл полисахаридтердің көптеген молекулалары бар тармақталған кешен құрайтын бірнеше ондаған ақуыз молекулалары болып табылады.

Мұндай мысалдар көп. Әртүрлі полимерлермен күшті спецификалық кешендердің түзілуіне байланысты белоктардың тірі жүйелердің кеңістіктік ұйымдастырылуын қамтамасыз ететін құрылымдық қызмет атқаруы біз үшін маңызды. Мұндай құрылымдардың тұрақтылығы оларды құрайтын кешендердің беріктігіне байланысты, ал кешендердің беріктігі, өз кезегінде, олардың құрамдас бөліктерінің ерекше көп орталықты байланысуымен анықталады.

Мұндай ерекше күшті кешендердің түзілуі тек белоктарға ғана тән емес екенін айту керек. Мысалы, білім беру арқылы үлкен сансутектік байланыстар параллель целлюлоза молекулалары өсімдік жасушасының қабырғасының негізі болып табылатын күшті шоғырлар – мицелла түзеді. Кейбір басқа полисахаридтер де тұрақты комплекстер түзуге қабілетті. Дегенмен, белоктар жасушалық, ұлпалық және түрлік ерекшеліктің негізі болып табылатын қалыптасқан құрылымдардың әлдеқайда көп алуандығымен сипатталады.

Басқа жасушалардың беттерінде орналасқан белгілі бір ақуызды немесе белокты емес компоненттерді жасуша бетінде орналасқан ақуыздар арқылы тану тіндер мен мүшелердің қалыптасуына және тіннің дифференциациясы мен дамуына негіз болатын жасушааралық танудың негізі болып табылады. көп жасушалы организмдер.

Дегенмен, ақуыз молекулалары тек макромолекулалық қосылыстармен әрекеттесе алмайды. кішкентай органикалық молекулаларжеткілікті жоғары спецификасы бар ақуыз молекуласымен байланыса алады, бірақ мұндай кешендердің төзімділігі төмен, өйткені түзілген әлсіз әрекеттесулердің саны макромолекулалар жағдайына қарағанда әлдеқайда аз (2-сурет).

Ақуыздармен байланысқан кезде шағын молекулалар деформациялануы мүмкін. Бұл химиялық байланыстарды әлсіретіп, олардың үзілуін және жаңа байланыстардың пайда болуын жеңілдетеді. Сонымен қатар, ақуыз екі немесе одан да көп ұсақ молекулаларды байланыстырып, оларды бір-біріне жақындатып, белгілі бір жолмен бір-біріне қатысты бағыттай алады. Бұл байланысқан молекулалар арасындағы реакцияларды жеңілдетеді және олардың айтарлықтай үдеуіне әкеледі. Мұндай белоктар тиімді катализаторлар болып табылады және деп аталады ферменттер.

Ферменттер белоктардың ең көп тобы. Тірі организмдерде болатын барлық реакциялар ферменттермен катализденеді, олардың бірнеше мыңы қазіргі уақытта белгілі. Тіпті бактериялар сияқты қарапайым организмдердің өзінде 2000-нан астам түрлі ферменттер бар. Берілген организмде бар ферменттер жиынтығы оның биосинтетикалық мүмкіндіктерін анықтайды. Биоферменттердің қатысуынсыз химиялық реакцияларшамалы жылдамдықпен жүреді, ал реакция өнімдері қажетті мөлшерде түзілмеді.

Ферменттер өте тиімді, олар реакцияларды миллиондаған және миллиардтаған есе жылдамдатады. Сонымен қатар, ферменттер жоғары ерекшелікпен сипатталады. Әдетте, бір фермент бір нақты заттың басқа, қатаң анықталған затқа айналуын тездетеді. Осыған байланысты жасушада реакциялардың жанама өнімдері түзілмейді, бұл көптеген химиялық реакцияларға тән.

Көптеген ферменттер олардың белсенділігін әртүрлі факторлармен, мысалы, белгілі бір заттармен реттеумен сипатталады. Бұл жасушаның шамадан тыс заттардың пайда болуына жол бермейді. Заттың мөлшері жасушаға қажетті деңгейден асып кетсе, оның синтезіне қатысатын ферменттердің белсенділігі басылады, ал бұл заттың жасушадағы мөлшері азайған кезде ферменттердің белсенділігі қайтадан қалпына келеді.

Көптеген ферменттердің тағы бір қасиеті – екі химиялық реакцияны біріктіру қабілеті. Бұл жағдайда бір реакция энергияның бөлінуімен, ал екіншісі сіңірумен жүреді. Реакциялардың конъюгациясы бірінші реакция кезінде бөлінетін энергия есебінен екінші реакцияны жүзеге асыруға мүмкіндік береді, осылайша жалпы процесс энергетикалық қолайлы болып қалады. Осындай ферменттердің көмегімен тірі организмдер күрделі молекулалардың, атап айтқанда полимерлердің синтезіндегі реакциялардың көпшілігін жүзеге асырады.

Кіші молекулалар белоктармен байланысқанда тек ұсақ молекулалардың конформациясы ғана емес, сонымен қатар ақуыз молекуласының конформациясы да өзгеруі мүмкін. Кейбір жағдайларда белоктың конформациялық өзгерістері өте байқалуы мүмкін және ол жаңа қасиеттерге ие болады, мысалы, ол басқа белоктар мен нуклеин қышқылдарының молекулаларымен байланыса алады. Мұндай белоктар, белгілі бір заттар пайда болған кезде, ферменттердің белсенділігін немесе гендердің жұмысын өзгертуді тудырады - жасушалар химиялық сигналдарға осылай әрекет етеді.

Гормондар байланысқан кезде қасиеттерін өзгертетін белоктар деп аталады рецепторлар. Олар әдетте жасуша мембранасының сыртқы жағында орналасады және жасушаға сигнал береді. Гормондардан басқа, сигналдар болуы мүмкін қоректік заттар, концентрациясы жасушаның жалпы күйіне байланысты молекулалар, мысалы, АТФ және т.б. Белоктар сигналдық молекулалармен байланыса отырып, ДНҚ-дағы белгілі бір нуклеотидтер тізбегіне жақындық ала алады. Мұндай белоктар гендердің репрессорлары немесе активаторлары болып табылады.

Төмен молекулалық салмақты заттардың байланысуы кезінде белок конформациясының өзгеруі әдетте қайтымды болады, бірақ кейбір жағдайларда ақуыздың бір күйден екінші күйге ауысуы төмен молекулалы заттың өзгеруімен байланысты. Көбінесе бұл зат АТФ болып табылады. АТФ гидролизі жүріп, ақуыз АДФ-мен байланысқаннан кейін бір белок конформациясы екіншісіне өзгереді. АДФ-ның әрі қарай диссоциациялануы және жаңа АТФ молекуласының байланысуы ақуызды бастапқы күйіне қайтарады.

Белоктардың екі тобының жұмысы осы принципке негізделген. Біріншісі – транспорттық АТФазалар. Бұл ақуыздар мембраналарға енген. Олар мембрананың бір жағында молекулаларды немесе иондарды байланыстырады және АТФ гидролизі арқылы оларды екінші жағына тасымалдайды. Осылайша, қажетті заттар жасушаға түсіп, қажет емес заттар жасушадан шығарылады. Мұндай процесс деп аталады белсенді тасымалдау. Заттардың тасымалдануы цитоплазма мен жасуша органеллалары арасында да жүреді. Осының нәтижесінде жасушаның әрбір бөлігінің өзіндік ерекше құрамы бар және өзіне тән процестерді жүзеге асырады. АТФ гидролизі кезінде конформациясын өзгертетін белоктардың екінші тобы қозғалтқыш белоктары болып табылады. Бұл белоктар әртүрлі, бірақ олардың әрекетінің негізінде ұқсас процестер жатыр.

Ақуыздардың екі түрі екі түрлі кешен түзеді - АТФ-пен және АДФ-мен немесе нуклеотидсіз. Бір күйден екінші күйге өту АТФ гидролизінен кейін, ал кері өту АДФ диссоциациясынан және АТФ қосылғаннан кейін жүреді. Өтудің өзі белоктардың бір-біріне қатысты орналасуының өзгеруін тудырады, бұл механикалық қозғалысқа әкеледі.

Қозғалтқыш белоктардың бір түрі «жүретін» белоктар. Мұндай ақуыздың микротүтік тәрізді кеңейтілген белок құрылымы бар екі байланыстыру орны бар. Бір торап АТФ болған кезде, ал екіншісі ол жоқ кезде қатты байланысады. Егер АТФ болмаса, ақуыз микротүтікке екінші орын арқылы бекітіледі. АТФ-ның байланысуы бірінші бөлімнің де микротүтікшемен белгілі бір қашықтықта байланысуына әкеледі. АТФ гидролизі ақуыз конформациясының өзгеруіне және байланысу орындарының конвергенциясына әкеледі. Бұл жағдайда екінші бөлім біріншіге дейін тартылады. Содан кейін АДФ диссоциацияланғаннан кейін бірінші сегмент микротүтікшеден бөлінеді, ал АТФ қосылғаннан кейін ол қайтадан байланысады, бірақ белгілі бір қашықтыққа дейін ілгерілейді (3-сурет).

Қозғалтқыш жүйелердің тағы бір тобы АТФ-ны байланыстыратын және гидролиздейтін ақуыз арқылы қосылған екі ақуыз жіптерінен тұрады. Бұлшықеттерде бұл миозинмен байланысқан актин талшықтары, эукариоттардың жгутикасы мен кірпікшелерінде бұл динеин ақуызымен байланысқан жұп микротүтікшелер. АТФ гидролизі миозин немесе динейн конформациясының өзгеруіне әкеледі, нәтижесінде жіптердің бір-біріне қатысты ығысуы. АДФ диссоциациясы және жаңа АТФ молекуласының қосылуы оның бастапқы күйіне оралуына әкеледі. Осылайша, бұл жүйелер бұлшықеттің жиырылуы немесе жіліктің бүгуі сияқты кері қозғалысты жүзеге асырады. Бірінші түрінен айырмашылығы, АТФ гидролиздеуші ақуыздың өзі қозғалмайды.

Осылайша, ақуыздардың белгілі бір молекулалармен көптеген әлсіз әрекеттесу қабілетіне байланысты барлық маңызды өмірлік процестер - нақты құрылымдардың қалыптасуы, қажетті заттарды жасау, сигнал беру және процестерді реттеу, заттардың тасымалдануы жүзеге асырылады. және белгілі бір ішкі ортаны, механикалық қозғалысты құру.

Өзіндік жұмысқа сұрақтар мен тапсырмалар

1. Белок молекуласы глюкоза молекуласын қандай әрекеттесулердің арқасында байланыстыра алады?
2. Аланин молекуласының байланысуына белок молекуласының қандай топтары қатыса алады?
3. Егер фермент екі молекуланы АТФ гидролизінің энергиясын пайдалана отырып байланыстырса, оның кіші молекулалар үшін қанша байланысу орны болуы керек?
4. Қандай полимер молекулалары белок молекулаларымен комплекс түзе алады? Бұл жағдайда қандай байланыстар қалыптасады?
5. Бір гормон әртүрлі ұлпалардың жасушаларында әртүрлі жауап береді. Бұған не себеп болуы мүмкін?

Әдебиет

1. Альбертс Б., Брей Д. және т.б. Молекулалық биологияжасушалар. Ч. 3. – М.: Мир, 1986 ж.
2.Ленингер А.Биохимия. Ч. 9. – М.: Мир, 1985 ж.

АА мономерлі құрылымдық бірліктерполипептидтік тізбекті құрайтын ақуыз молекуласы. АА екі стериялық формада болуы мүмкін: L-Және D-.Бұл пішіндер айна симметриялы. Оларда α-көміртекте тұрған массивтік бүйірлік радикал R мен Н-атомы орындарын ауыстырады. Бұл формалар бүйір тізбегі Н-атомынан тұратын глицинде ғана болмайды. Бүйірлік тізбектер қалдықтардан тұрады L-аминқышқылдары, тек олар гендермен кодталады. D-қалдықтары шаблондық ақуыз синтезі кезінде кодталмайды, бірақ арнайы ферменттер арқылы синтезделеді. Рецемизация(L--ның D--ге ауысуы) іс жүзінде биосинтез кезінде, сондай-ақ ақуыздарда өздігінен болмайды, бірақ көбінесе пептидтердің химиялық синтезі кезінде пайда болады.

Белок молекуласы күшті болуымен сипатталады коваленттіжәне салыстырмалы түрде әлсіз ковалентті емес байланыстар. Бұл ковалентті және ковалентті емес байланыстың қосындысы белок молекуласының қызмет ету процесінде белгілі бір күш пен динамизмді қамтамасыз етеді (1-сурет).

a – электростатикалық әрекеттесу; b – сутектік байланыстар; (c) еріткіш молекулаларымен «құрғақ» аймаққа гидрофобты радикалдардың экструзиясынан туындаған полярлы емес бүйірлік тізбектердің өзара әрекеттесуі; (г) дисульфидті байланыстар (қос қисық сызық полипептидтік байланыстың негізгі бөлігін көрсетеді).

1-сурет – Белок молекуласындағы байланыс түрлері (Филиппович бойынша).

коваленттіБелок молекуласында байланыстың екі түрі бар: пептид және дисульфид.Белок тізбегіндегі АА-лар өзара байланысқан пептидбайланыстар МЕНЖәне Натомдар. Пептидтік немесе қышқыл-амидті байланыс ( -CO-NH-), болып табылады типтік коваленттік байланыс.Пептидтік байланыс бір АА-ның карбоксил тобы екіншісінің амин тобымен әрекеттескенде пайда болады. Түзілген дипептидтің бос амин және карбоксил топтары жоғары молекулалық қосылыс түзе отырып, жаңа АА молекулаларымен поликонденсация реакциясына қайтадан түсуге қабілетті. Осылайша, пептидтік байланыстың көмегімен аминқышқылдарының қалдықтары бір-бірімен қосылып, белок молекуласының дұрыс діңгегі түзіледі, олардан әртүрлі бүйірлік топтар шығады (R 1 ... R M). Бүйірлік тізбек буындарының саны (M) генмен кодталады және бірнеше ондаған мыңнан көп мыңға дейін ауытқиды. Белок биосинтезі процесінде жеке аминқышқылдарының қалдықтары бір-бірімен сызықтық реттілікпен біріктіріледі:

NH-CH-CO-NH-CH-CO- …-NH-CH-CO-

Бірнеше АА-ның конденсациялануы нәтижесінде түзілетін қосылыстар деп аталады пептидтер(ди-, три-, тетрапептидтер және т.б.). Пептидтерге тек протеиногендік емес, сонымен қатар протеиногендік емес АА-лар да кіруі мүмкін. Пептидтер метаболизмде аралық заттар ретінде маңызды рөл атқарады және олардың көпшілігі физиологиялық өте белсенді қосылыстар болып табылады. Пептидтерге кейбір антибиотиктер (грамицидин, лихениформин), гормондар (инсулин, окситацин, вазопрессин), токсиндер (аманитиндер) жатады. Пептидтер тұйық полипептидтік тізбек болуы мүмкін, яғни циклопептидтер болуы мүмкін, ал кейбіреулерінің тіпті бициклді құрылымы бар. Циклопептидтердің ішінде өте улы заттар (бозғылт улы саңырауқұлақ ( Amanita phalloides).

Пептидтердің атаулары оған кіретін АА атауларымен анықталады, N-терминусынан бастап ретімен тізімделеді және C-терминалынан басқа барлық АА атауларындағы -in- жұрнағы бар. бос COOH тобы (карбоксил), -il жұрнағымен ауыстырылады. Мысалы, үш пептидтің түзілуіне екі аланин молекуласы мен бір глицин молекуласы қатысса, трипептид аланилаланилглицин немесе алаалагли деп аталады. Амин қышқылдары үш әріптен тұратын таңба ретінде қысқартылған (1-кесте).

1-кесте – аминқышқылдарының қысқартулары

Белок молекуласының кеңістіктік құрылымын тұрақтандыруда маңызды рөл атқарады ковалентті дисульфидті байланыс (-S-S-), цистеин қалдықтарының сульфгидрильді топтарының тотығуы нәтижесінде түзіледі. Дисульфидті байланыстар екі полипептидтік тізбектің цистеин қалдықтары немесе бір полипептидтік тізбектің екі цистеин қалдығы арасында белок молекуласының белгілі бір конформациясын тұрақтандыру кезінде түзілуі мүмкін. Белок молекуласының конформациясын тұрақтандыруда маңызды рөл атқарады ковалентті емес байланыстарЖәне өзара әрекеттесулер.Оларға гидрофобты, электростатикалық, иондық әрекеттесулер, сонымен қатар сутектік байланыстар жатады. Олар ақуыз тізбегіндегі мономерлердің (АА) тізбегін бекітетін химиялық байланыстарға қарағанда әлдеқайда әлсіз белоктың кеңістіктік құрылымын қолдайды.

Гидрофобты әрекеттесукейбір амин қышқылдарының (аланин, валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин және триптофан) гидрофобты көмірсутектері мен ароматты радикалдары біріктірілгенде пайда болады. Гидрофобты әрекеттесу процесін полипептидтік тізбектің полярлы емес топтарының (метил -СН 3, этил -С 2 Н 5 , фенил - С 6 Н 6 ) судан бірігу нәтижесінде пайда болған гидрофобты аймақтарға қозғалысы ретінде көрсетуге болады. осы топтардың. Осы қозғалыстың арқасында полярлы емес топтар молекуланың ішкі бөлігінде бір-біріне жақын жерде әсер етеді, ал гидрофильді топтар жер бетінде орналасады және сумен байланыста болады.

Сутектік байланыстаржалғыз электрон жұбы немесе басқа электртеріс атомы бар атоммен ковалентті байланысқан сутегі атомдары арасында түзілген. Биологиялық құрылымдарда сутектік байланыс көбінесе оттегімен немесе азотпен байланысқан сутегі атомынан түзіледі. Сутектік байланыстар тізбек ішілік және аралық болуы мүмкін. Тізбек ішілік сутегі байланыстары α-спиральді, ал тізбек аралық – β-қапшықты құрылымдарды тұрақтандырады.

Иондық (тұздық) байланыстар.Олар моноаминодикарбон амин қышқылдарының (глутамин және аспарагин) диссоциацияланған бос карбоксил топтары (COO -) мен диамино-монокарбон амин қышқылдарының протондалған бос амин топтары (NH 3+) арасында түзіледі. Иондық байланыстар тізбек ішілік және аралық болуы мүмкін.

Молекуланың құрылымдық ұйымдасу деңгейлерітиін. Белоктардың функционалдық қасиеттері АА реттілігімен және олардың кеңістіктік құрылымымен анықталады. Осы тұрғыдан алғанда төрт деңгейді ажыратады: біріншілік, екіншілік, үшіншілік және төрттік құрылымдар.

астында бастапқы құрылымАА сапалық және сандық құрамын, сондай-ақ олардың белок молекуласының полипептидтік тізбектеріндегі ретін түсіну. Белок молекуласында бір немесе бірнеше полипептидтік тізбектер болуы мүмкін. Мысалы, фермент молекуласы рибонуклеазалартөрт молекулаішілік дисульфидтік байланыс түзетін сегіз цистеин қалдығы бар бір полипептидтік тізбекті білдіреді. Инсулин гормоны цистеин қалдықтары арасындағы дисульфидті көпірлермен байланысқан екі полипептидтік тізбектен тұрады.

Екінші реттік құрылым белок молекуласының кеңістіктік конфигурациясын көрсетеді. Екінші реттік құрылымның үш түрі бар: α-спираль, β-парақ және коллаген спираль.

Екінші реттік құрылымды тұрақтандыруда маңызды рөл атқарады сутектік байланыстар, олар бір пептидтік байланыстың электртеріс азот атомымен қосылған сутегі атомы мен одан төртінші амин қышқылының карбонил оттегі атомы арасында пайда болады және олар спираль осі бойымен бағытталған. Энергия есептеулері оң жақ α-спиралының тиімдірек екенін көрсетеді (2-сурет). Фибриллярлы α-кератиндер (жүн, тері, қауырсын) дұрыс α-спиральді конфигурациялы бірнеше полипептидтік тізбектерден тұрады және механикалық функцияларды орындайтын күшті супер орамдарды құрайды.

2-сурет – белок құрылымының α-спиральді конфигурациясы

Ақуыздың екінші реттік құрылымының басқа түрі деп аталады β-бүйірлі құрылымнемесе β-бүрлі қабат. Суретте. 3-суретте мұндай құрылымның моделі (а – бүйірлік көрінісі, b – үстіңгі көрініс) көрсетілген. Суреттегі нүктелер тізбек аралық сутегі-

3-сурет – белок құрылымының β-қатпарлық конфигурациясы

байланыстар. Осындай кеңістіктік орналасу кезінде бір немесе бірнеше полипептидтік тізбектердің параллель және антипараллель орналасқан фрагменттерінің жүйесі қалыптасады. Орналасулардағы полипептидтік тізбектер толығымен ұзартылған. Қатпарлар екі іргелес жатқан жазықтыққа байланысты пайда болады пептидтік байланыстарқандай да бір бұрыш жасайды. Жүйе полипептидтік байланыстардың бағытына перпендикуляр болатын тізбектер арасындағы айқаспалы сутегі байланыстары арқылы тұрақтандырылады. Тізбектер арасындағы қашықтық 0,95 нм, ал тізбек бойындағы сәйкестендіру кезеңі параллель тізбектер үшін 0,70 нм және антипараллельдер үшін 0,65 нм. Бұл құрылым фибриллярлық ақуыздарға (β-кератин, фиброин және т.б.) тән. Атап айтқанда, β-кератин полипептидтік тізбектердің параллель орналасуымен сипатталады, олар тізбек аралық S-S байланыстарымен қосымша тұрақтанды. Жібек фиброинінде іргелес полипептидтік тізбектер антипараллельді болады.

Екінші реттік құрылымның үшінші түрі коллаген спираль. Ол диаметрі 1,5 нм және ұзындығы шамамен 300 нм болатын таяқша тәрізді үш спираль тәрізді тізбектен тұрады. Спиральды тізбектер бір-бірін айналдырып, суперспиральды құрайды. Спираль осі бойындағы екі АА қалдығының арасындағы қашықтық 0,29 нм және спиральдың бір айналымына 3,3 қалдық болады. Коллаген спираль бір тізбектің АА қалдықтарының пептидтік NH топтарының сутегі мен екінші тізбектің АА қалдықтарының СО топтарының оттегі арасындағы сутектік байланыстар арқылы тұрақтандырылады. Бұл құрылым ақуызға жоғары серпімділік пен беріктік береді.

Үшіншілік құрылым.Нақты күйдегі белоктардың көпшілігі өте ықшам құрылымға ие, ол АА радикалдарының мөлшерімен, пішінімен, полярлығымен, сондай-ақ АА реттілігімен анықталады (4-сурет). Нақты глобулярлық құрылымның қалыптасуы ковалентті емес әрекеттесулердің әртүрлі түрлеріне негізделген көп компонентті процесс. Бүктелген полипептидтік тізбектің ықшам молекулаға айналуы полипептидтік тізбекте бір-бірінен жеткілікті қашықтықта орналасқан лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан сияқты АА көмірсутекті радикалдарының гидрофобты әрекеттесуімен жүреді. Барлық дерлік полярлы емес немесе гидрофобты радикалдарбұл АА-лар глобулдың ішінде орналасады және оның құрылымының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Полярлық немесе иондық радикалдар (әсіресе аспарагин және глютамин қышқылдары, аргинин және лизин) молекуланың сыртқы бетінде орналасады және гидратталған күйде болады. Полипептидтік тізбектің қатпарларында пролин, изолейцин, қатар сияқты АА-ның α-спиральді құрылымдар түзуге қабілетсіз қалдықтары локализацияланады. Осылайша, ақуыздағы АА тізбегі мен оның конформациясы арасында болады жақын қарым-қатынас. Амин қышқылдарының құрамы мен жеке АА қалдықтарының реттілігінің айырмашылығы полипептидтік тізбекте α-спиралдың тұрақтылығы бұзылатын және әртүрлі әсер ететін жергілікті тұрақсыз нүктелердің пайда болуын тудырады. молекулалық күштериілулер жасауға болады.

4-сурет – Ақуыздың үшінші реттік құрылымы

Ақуыздың нативті конформациясының немесе оның үшінші реттік құрылымының қалыптасуына гидрофобты және ионогендік әрекеттесулер, сутектік байланыстар және т.б. айтарлықтай әсер етеді.Осы күштердің әсерінен белок молекуласының термодинамикалық сәйкес конформациясы және оның тұрақталуына қол жеткізіледі. . Полипептидтік тізбектің қатпарлану процесі аяқталғаннан кейін оның конформациясын тұрақтандыруда ковалентті дисульфидті байланыстар маңызды рөл атқарады.

Қазіргі уақытта миоглобиннің, гемоглобиннің, РНаздың, лизоцимнің, химотрипсиннің, карбоксипептидазаның және басқа белоктардың үшінші реттік құрылымы ашылды.

астында төрттік құрылымбір функционалды жеке молекуланы құрайтын жеке полипептидтік тізбектерді кеңістікте біріктіру және орналастырудың тән тәсілі айтылады. Бөлімшелердің бастапқы, екінші және үшінші құрылымдарының құрамы мен күрделілігі өте әртүрлі болуы мүмкін. Мысалы, гемоглобин молекуласы төрт суббірліктен тұрады, олар молекулалық массасы 60 000-70 000 мультимерге, РНҚ полимеразадан E. coliбес суббірлігі бар, ал темекі мозаикалық вирусының ақуызында әрқайсысының молекулалық салмағы шамамен 17500 болатын бірнеше мың бірдей суббірліктер бар. Төрттік құрылымның қалыптасуына сутектік байланыстар, электростатикалық, ван-дер-Ваальс және гидрофобты әсерлесулер қатысады.

Кейбір белоктардың төрттік құрылымы суббірліктердің глобулярлық орналасуымен сипатталады (гемоглобин), басқа белоктар спиральдық симметрия түріне (темекі мозаикалық вирусы) сәйкес спиральді төрттік құрылымдарға біріктіріледі. Төрттік құрылым гемоглобин, темекі мозаикалық вирусы, РНҚ полимераза, лактатдегидрогеназа, каталаза, аспартат карбомоилаза және т.б.

Бастапқы құрылым- полипептидтік тізбектегі аминқышқылдарының тізбегі. Белок молекуласында алмасатын қатты (пептидтік байланыс) және иілгіш (α-көміртек атомы) бөлімдері кеңістікте жинақы тізбек қатпарын құрайды.

Акоби әдісіпайдалану болып табылады фенилгидразин. Фенилгидразин белоктағы пептидтік байланыстарды бұзады және С-терминалынан басқа барлық аминқышқылдарына қосылады. Кейінгі хроматографиялық талдау ақуыздағы С-терминалды амин қышқылын тануға мүмкіндік береді.

Бастапқы құрылымды зерттеу маңызды жалпы биологиялық және медициналық маңызы:

1. ақуыздың кейінгі құрылымдары үшін біріншілік құрылым шешуші болып табылады.
2. белоктардың жасанды синтезі үшін ақуыздың бастапқы құрылымын білу қажет.
3. бастапқы құрылым түр ерекшелігін анықтайды, мысалы, инсулин ақуызында, әдетте әртүрлі жануарлар түрлерінде және адамдарда молекуланың ортасында, әдетте, 3 эквивалентті аминқышқылдары ауыстырылады.
4. өзгерістер бастапқы құрылымкөптеген ауруларға әкелуі мүмкін, мысалы, 6 позициядағы β тізбегіндегі гемоглобинде глутамин қышқылы валинмен ауыстырылатын орақ жасушалы анемия. Бұл тең емес амин қышқылын алмастыру гемоглобин функциясының бұзылуына және жарты ай тәрізді қызыл қан жасушаларының пайда болуына әкеледі.

Екінші құрылым –кеңістіктегі полипептидтік тізбектің үнемі қайталанатын пішіні. Көбінесе белоктарда екінші реттік құрылымның 2 түрі кездеседі: α – спираль және β – құрылым.

α - спираль 1951 жылы Л.Полинг рентгендік дифракция әдісімен зерттеді. Бұл оң жақ бұрандалы құрылым, оның бір айналымына 3,6 аминқышқылдары сәйкес келеді. Спиральдың қадамы (іргелес бұрылыстар арасындағы қашықтық) 0,54 нм. α - спираль әрбір 4-ші амин қышқылымен түзілетін пептидтік байланыстар арасында тұйықталған сутектік байланыстармен бекітіледі. Екіншілік α - құрылымы өздігінен сәйкес келеді және ақуыздың біріншілік құрылымымен анықталады. Әр түрлі белоктарда спираль тәрізді құрылымда орналасқан аймақтардың үлесі әртүрлі. Мысалы, гемоглобин, миоглобин, α - құрылымдық қаптама басым болады, бұл белок молекуласының көлемін 4 есе азайтады.

β-құрылым«аккордеон» пішініне ие және бір полипептидтік тізбектің қашықтағы бөлімдері немесе бірнеше ақуыз молекулалары арасындағы сутегі байланыстары арқылы тұрақтанды. Параллельді β - құрылымдарды бөліңіз, онда N және C-терминалдар бір-біріне сәйкес келеді және параллельге қарсы құрылымдар. Құрамында β-құрылымдары басым белоктардың мысалы иммуноглобулиндер болып табылады.

Екінші реттік құрылым рентгендік дифракциялық талдау әдістерімен зерттеледі, ультракүлгін сәулелерді ақуыздың жұтуын зерттеу (α - құрылымдардың үлесі неғұрлым көп болса, сіңіру соғұрлым жоғары болады).

Екіншілік құрылым денатурация кезінде бұзылады.

Үшіншілік құрылым – барполипептидтік тізбектің кеңістікте орауының әрбір белок формасына тән. Бұл құрылым өздігінен қалыптасады және бастапқы құрылыммен анықталады. Үшінші құрылым ақуыздың ықшамдығын айтарлықтай арттырады. Үшінші реттік құрылымның түзілуіне ковалентті емес байланыстар (гидрофобты, иондық) және ковалентті (дисульфидті) байланыстар қатысады.

Үшінші құрылымды анықтайды биологиялық белсенділікжәне белоктардың физика-химиялық қасиеттері. Үшіншілік құрылымы бұзылса, белок өзінің биологиялық белсенділігін жоғалтады.

Үшіншілік құрылымды зерттеу әдістері рентгендік дифракциялық талдау және ақуыздағы жеке аминқышқылдарының радикалдарының химиялық белсенділігін анықтау болып табылады. Миоглобин ақуызының үшінші реттік құрылымын алғаш рет Дж.Кендрю (1957) зерттеген. М.Перуц (1959) гемоглобиннің құрылымын зерттеді.

Белоктардың үшінші реттік құрылымына α – спираль тәрізді, β – қатпарлы құрылымдар, β-ілмектер (оларда полипептидтік тізбек 180 0 иілу) және ретсіз орам деп аталатындар жатады. Мысалы, инсулин протеинінің құрамында 57% α - спиральді кесінділер, 6% β - қатпарлы құрылымдар бар, молекулалардың 10% β - ілмектер түрінде жинақталған және молекуланың 27% -ы ретсіз орам.

Біріншілік, екіншілік, үшіншілік қосындысы конформация ақуыз молекуласы. Өмір бойы (национал) конформация өздігінен қалыптасады және оның түзілуі қатпарлану деп аталады. Белоктардың конформациясы өте тұрақсыз және арнайы белоктардың қатысуымен түзіледі - шаперондар(серіктері). Шаперондар жартылай денатуратталған, тұрақсыз белоктармен байланысып, өздерінің нативті конформациясын қалпына келтіруге қабілетті. Шаперондар бойынша жіктеледі молекулалық салмақ(60 - 100 CD). Ең көп зерттелген Ш-60, Ш-70 және Ш-90. Мысалы, W-70 гидрофобты радикалдарға бай ақуыздармен әрекеттеседі және оларды жоғары температурадағы денатурациядан қорғайды. Жалпы алғанда, шаперондар негізгі дене ақуыздарын қорғайды, денатурацияны болдырмайды және конформацияның түзілуіне ықпал етеді, денатуратталған ақуыздарды лизосомаларға тасымалдауды жеңілдетеді және ақуыз синтезі процесіне қатысады.

Конформациясы бойынша барлық белоктар үш топқа бөлінеді:

• фибриллярлық белоктар: коллаген, эластин, фиброин.
• Глобулярлы белоктар: гемоглобин, альбумин, глобулин.
• Аралас ақуыздар: миозин.

Үшіншілік құрылым барлық белоктарға тән. Тек олигомерлі белоктар төрттік құрылымға ие, оларда бірнеше суббірліктер, протомерлер болады. Протомер – жеке полипептидтік тізбек, суббірлік – олигомерлі белоктың функционалды белсенді бөлігі. Бөлімшеде бір немесе бірнеше протомер болуы мүмкін.

Төрттік құрылым -олигомерлі белоктардағы суббірліктердің саны мен өзара орналасуы. Тек олигомерлі белоктар төрттік құрылымға ие, оларда бірнеше суббірліктер, протомерлер болады. Протомер – жеке полипептидтік тізбек, суббірлік – олигомерлі белоктың функционалды белсенді бөлігі. Бөлімшеде бір протомер немесе бірнеше протомер болуы мүмкін.

Төрттік құрылымның түзілуіне нәзік ковалентті емес байланыстар (гидрофобты, иондық, сутегі) қатысады. Белоктардың төрттік құрылымы өздігінен түзіледі және денатурация кезінде оңай бұзылады. Белок олигомеріндегі жеке суббірліктер бір-бірімен әрекеттеседі, бұл жеке протомерлердің үшінші реттік құрылымының өзгеруіне әкеледі. Бұл құбылыс протомер конформациясының бірлескен өзгерістері деп аталады және әдетте ақуыз белсенділігінің жоғарылауымен бірге жүреді.

Олигомерлі белоктардың мономерлі белоктармен салыстырғанда бірқатар ерекшеліктері бар.

• Олардың өте ықшам қатпары және салыстырмалы түрде шағын интерфейсі бар, сондықтан жасуша ішінде орналасқандықтан, олар суды аз байланыстырады.
• Олардың қызметі организмде реттеледі. Протомерлер әдетте белсенді емес, ал олигомерлі белоктар әлдеқайда белсенді.
• Егер протомерлердің бір түрі олигомерлік ақуыздың синтезіне қатысатын болса, бұл генетикалық материалды үнемдейді (бірнеше бірдей протомер ДНҚ-ның қысқа бөлігінде «штампталған»)
• Олар функционалдық жағынан организмнің жағдайына көбірек бейімделген.

Олигомерлі белоктардың функционалдығы тіндердегі оттегін тасымалдауға қатысатын гемоглобин мен миоглобин белоктарын салыстыру арқылы суреттеледі. Эритроциттік гемоглобин – 4 полипептидтік тізбекті қамтитын олигомерлі ақуыз. Бұлшықет миоглобині – 1 полипептидтік тізбекті қамтитын мономерлік ақуыз. Миоглобиннің оттегімен қанығу қисығы оның оттегі концентрациясына тікелей тәуелділігін көрсетеді. Гемоглобин үшін оттегімен қанығу қисығы S-тәрізді. Бұл гемоглобиннің құрамындағы 4 протомердің әрқайсысының құрылымының (конформациясының) бірте-бірте дәйекті түрде өзгеруіне байланысты, соның нәтижесінде гемоглобиннің оттегіге жақындығы күрт артады. Гемоглобиннің оттегімен қанығуының бұл сипаты миоглобинмен салыстырғанда оның оттегі сыйымдылығын күрт арттырады.

Белоктар арасында ерекше орын алады домендік ақуыздар .

Домендер бір полипептидтік тізбектің құрылымдық және функционалдық жағынан бөлек бөлімдері болып табылады. Домендер белоктың әртүрлі заттармен – лигандтармен (төмен молекулалы заттармен, ДНҚ, РНҚ, полисахаридтермен және т.б.) әрекеттесуіне жауапты болуы мүмкін.Домендік ақуыздарға қан сарысуындағы альбуминдер, иммуноглобулиндер және кейбір ферменттер (ұйқы безінің трипсині) мысал бола алады.

Күшке жоғары селективтілікбелоктар, олар көбінесе полиферменттік комплекстер деп аталатын кешендерге біріктіре алады - бұл күрделі химиялық процестің жеке кезеңдерін катализдейтін бірнеше ферменттердің құрылымдық бірлестіктері. Мысал: пируватдегидрогеназа кешені (PDC) пирожүзім қышқылының (PVA) тотығуын катализдейтін ферменттердің үш түрінің кешені болып табылады.

Мүмкін түзілу кезінде жекелеген белоктардың ғана емес, сонымен қатар липидтермен (майлармен) белоктардың белгілі бір комбинациясы болуы мүмкін. жасуша мембраналары, бар белоктар нуклеин қышқылдарыхроматиннің түзілуі кезінде.

Физика- Химиялық қасиеттерібелоктар.

Олар негізінен белок молекуласының конформациясымен анықталады (ақуыздың біріншілік – үшінші реттік құрылымы). Белоктардың физика-химиялық қасиеттері ерітінділерде көрінеді.

Ерігіштікәр түрлі белоктардағы белоктар әртүрлі.

Жалпы алғанда, белоктардың ерігіштігі жоғары, бірақ белоктардың әртүрлі түрлері үшін ерекшеленеді. Оған келесі факторлар әсер етеді:

• белок молекуласының пішіні (глобулярлы белоктар фибриллярлық белоктарға қарағанда жақсы ериді)
• белоктың аминқышқыл радикалының табиғаты, полярлы емес радикалдардың қатынасы (ақуызда полярлы гидрофильді радикалдар неғұрлым көп болса, оның ерігіштігі соғұрлым жақсы
• еріткіш қасиеттері, тұздардың болуы. Тұздардың төмен концентрациясы (KCL, NaCl) кейде белоктардың ерігіштігін арттырады. Мысалы, альбуминдер таза дистилденген суда жақсы ериді, глобулиндер 10% тұздар (KCL, NaCl) болғанда ғана ериді. Дәнекер тінінің белоктары коллаген мен эластин суда да, тұзды ерітінділерде де ерімейді.

Молекулалық массабелоктар айтарлықтай үлкен, 6000-нан 1000000 күнге дейін.Мысалы, гемоглобиннің молекулалық салмағы 68000 тәулік, альбумин 100000 тәулік, рибонуклеаза 14000 тәулікке жуық, миозин 500000 тәулік.

Белоктардың молярлық массасын анықтау әдістеріақуыз молекулаларын бұзбау, үнемдеу керек. Мысалы, ерітінділердің қайнау температурасын өлшеуге негізделген эбуллиоскопиялық әдіс белоктарға қолданылмайды. Белоктардың молекулалық массасын анықтаудың ең дәл әдістері - ультрацентрифугалау әдісі және рентгендік дифракция әдісі.

Ультрацентрифугалау әдісі(шөгу) белок ерітінділерінің жоғары жылдамдықпен айналуы кезінде әртүрлі молекулалық салмақтағы белоктардың шөгу жылдамдығының өзгеруіне негізделген. Бұл әдіспен табылған белоктардың молекулалық массасын Сведберг бірлігімен белгілейді (S=10 -13 c.)

Рентгендік дифракция әдісіақуыз молекуласының көптеген рентгендік суреттерін талдау арқылы молекулалық салмақты есептеуге мүмкіндік береді.

Электрофоретикалық әдісбелоктардың тұрақты электр өрісінде қозғалу жылдамдығының белоктың молекулалық массасына тәуелділігіне негізделген (молекулярлық салмағы төмен белоктар үшін электрофоретикалық қозғалғыштығы жоғары)

Хроматографиялық әдісмолекулярлық гель «елеуіштер» арқылы әр түрлі белоктардың әр түрлі өту жылдамдығына негізделген.

Гельдің кеуектерінің өлшемінен үлкенірек молекулалар гель дәндерінің ішінде ұсталған кішірек ақуыз молекулаларына қарағанда гель арқылы жылдам өтеді.

Электрондық микроскопия әдісіБелгілі массаның эталондық үлгілерімен ақуыз молекуласының өлшемін салыстыру арқылы жүзеге асырылады.

Химиялық әдістеререкшеліктерімен байланысты химиялық құрамыбелоктар

Белок молекулаларының пішініәртүрлі. Ақуыз молекулалары фибриллярлы және шар тәрізді болуы мүмкін. Фибриллярлық ақуыздар жіп тәрізді молекулалық пішінге ие. Олар әдетте суда және сұйылтылған тұзды ерітінділерде ерімейді. Фибриллярлық белоктарға дәнекер тіннің негізгі құрылымдық белоктары жатады: коллаген, кератин, эластин. Глобулярлы белоктарда полипептидтік тізбектер тығыз сфералық құрылымдарға тығыз бүктелген. Глобулярлы белоктардың көпшілігі суда және әлсіз тұзды ерітінділерде жақсы ериді. Глобулярлы белоктарға ферменттер, антиденелер, альбуминдер, гемоглобин жатады. Кейбір белоктар молекуланың аралық формасына ие, олардың құрамында жіп тәрізді және сфералық аймақтар бар. Мұндай белоктардың мысалы ретінде тұзды ерітінділерде еритін бұлшықет ақуызы миозинін келтіруге болады.

Белок молекулаларының өлшемдері 1-ден 100 нм-ге дейінгі аралықта, коллоидты бөлшектердің өлшеміне жақын. Осыған байланысты белок ерітінділері шынайы ерітінділердің де, коллоидты ерітінділердің де қасиеттеріне ие.

Белок ерітінділерінің көптеген молекулалық-кинетикалық қасиеттері ұқсас коллоидты ерітінділердің қасиеттері .

• Белоктардың диффузиясының баяу жылдамдығы олардың алмасуы үшін қажет.
• Жартылай өткізгіш мембраналар арқылы ақуыздардың өтуінің мүмкін еместігі. Ақуыздың жоғары концентрациясы бар бөлімдерде су молекулаларының жартылай өткізгіш мембрана арқылы бүйірге бір жақты қозғалысы салдарынан шамадан тыс гидростатикалық қысым пайда болады. жоғары концентрациятиін. Белоктар жасайтын артық қысым онкотикалық қысым деп аталады. Бұл ұлпалар, қан, ішектер арасындағы судың қозғалысын анықтайтын маңызды фактор.
• Белоктардың жоғары тұтқырлығы үлкен белок молекулаларының әртүрлі молекулааралық әрекеттесуіне байланысты. Қанның тұтқырлығының жоғарылауы, атап айтқанда, жүрек бұлшықетіне жүктемені арттырады.
• Кейбір белоктар гель түзуге қабілетті, бұл белоктардың беріктігін арттырады (мысалы, коллаген).

Белоктардың оптикалық қасиеттері белок молекулаларының өлшемімен, белоктардағы аминқышқылдары радикалдарының құрылымымен, белоктардағы пептидтік байланыстар мен альфа спиральдық аймақтардың болуымен анықталады.

• Протеин ерітінділері бар жарықтың сыну (сыну) және жарық шашырауының әсері.Бұл қасиеттер спектрдің көрінетін бөлігінің толқын ұзындығына сәйкес келетін ақуыз молекулаларының үлкен мөлшеріне байланысты.Бұл жағдайда қысқа көк сәулелер толқын ұзындығы ұзын қызыл сәулелерге қарағанда көбірек шашыраңқы болады. Сыну дәрежесі ақуыз ерітіндісінің концентрациясына пропорционал.
• Протеин ерітінділері ультракүлгін сәулелерді сіңіредіпептидтік байланыстардың болуына байланысты 190-230 нм диапазонында және белоктардағы циклдік аминқышқылдарының болуына байланысты 260-280 нм аралығында. Ультракүлгін сәулелерді сіңіру дәрежесі ерітіндідегі ақуыз концентрациясына пропорционал.
• Протеин ерітінділері қабілетті поляризацияланған жарық жазықтығын айналдыру,бұл ақуыздың құрамындағы аминқышқылдарының оптикалық белсенділігіне және ондағы альфа-спиральді бөлімдердің болуына байланысты. Жарықтың поляризациясы мен ерітіндідегі ақуыздардың концентрациясы арасында тікелей байланыс бар.

Белоктар молекулалық ерітінділер болып табылады шынайы ерітінділердің қасиеттері . Шынайы ерітінділер болғандықтан, ақуыз ерітінділері өте тұрақты.

Билет 2. 1. Липидті табиғаттың негізгі қоректік факторлары.Кейбір липидтер адам ағзасында синтезделмейді, сондықтан таптырмас қоректік факторлар болып табылады. Оларға екі немесе одан да көп қос байланысы бар май қышқылдары (полиен) жатады - маңызды май қышқылдары.Бұл қышқылдардың бір бөлігі жергілікті гормондар – эйкозаноидтар синтезіне субстраттар болып табылады (8.10-тақырып).

Майда еритін витаминдерәртүрлі функцияларды орындайды: А дәруменікөру процесіне, сондай-ақ жасушалардың өсуі мен дифференциациясына қатысады; оның ісіктердің кейбір түрлерінің өсуін тежеу ​​қабілеті дәлелденді; К дәруменіқанның ұюына қатысады; дәрумені Dкальций алмасуын реттеуге қатысады; Е дәрумені- антиоксидант, бос радикалдардың түзілуін тежейді және осылайша липидтердің асқын тотығуы нәтижесінде жасушалардың зақымдалуына қарсы тұрады.

Құжат

2. Белоктардың құрылымы мен құрылымдық ұйымдасу деңгейлері

Белоктардың құрылымдық ұйымдасуының төрт деңгейі бар: біріншілік, екіншілік, үшіншілік және төрттік. Әр деңгейдің өзіндік ерекшеліктері бар.

Белоктың біріншілік құрылымы

Белоктардың бастапқы құрылымы – пептидтік байланыстармен байланысқан аминқышқылдарының сызықты полипептидтік тізбегі. Біріншілік құрылым – белок молекуласының құрылымдық ұйымдасуының қарапайым деңгейі. Оған жоғары тұрақтылық бір амин қышқылының α-амин тобы мен басқа амин қышқылының α-карбоксил тобы арасындағы ковалентті пептидтік байланыстар арқылы беріледі. [көрсету].

Егер пролиннің немесе гидроксипролиннің имино тобы пептидтік байланыстың түзілуіне қатысса, онда ол басқа формада болады. [көрсету].

Жасушаларда пептидтік байланыстар пайда болған кезде алдымен бір амин қышқылының карбоксил тобы белсендіріледі, содан кейін ол басқа амин қышқылының амин тобымен қосылады. Шамамен бірдей полипептидтердің зертханалық синтезі жүзеге асырылады.

Пептидтік байланыс - бұл полипептидтік тізбектің қайталанатын фрагменті. Оның тек бастапқы құрылымның пішініне ғана емес, сонымен қатар полипептидтік тізбекті ұйымдастырудың ең жоғары деңгейіне әсер ететін бірқатар ерекшеліктері бар:

компланарлылық – пептидтер тобындағы барлық атомдар бір жазықтықта;

екі резонанстық формада (кето немесе энол түрінде) болу мүмкіндігі;

С-N байланысына қатысты орынбасарлардың транспозициясы;

сутегі байланыстарын құру қабілеті және пептидтік топтардың әрқайсысы басқа топтармен, соның ішінде пептидтермен екі сутегі байланысын құра алады.

Ерекшелік - пролиннің немесе гидроксипролиннің амин тобының қатысуымен пептидтік топтар. Олар тек бір сутегі байланысын құра алады (жоғарыдан қараңыз). Бұл белоктың қайталама құрылымының қалыптасуына әсер етеді. Пролин немесе гидроксипролин орналасқан жердегі полипептидтік тізбек оңай иіледі, өйткені ол әдеттегідей екінші сутектік байланыспен ұсталмайды.

Пептидтер мен полипептидтердің номенклатурасы. Пептидтердің атауы олардың құрамына кіретін амин қышқылдарының атауларынан жасалған. Екі амин қышқылдары дипептидті, үш трипептидті, төрт тетрапептидті және т.б.. Әрбір пептид немесе полипептид тізбегі кез келген ұзындықтағы бос амин тобы бар N-соңғы амин қышқылы және бос карбоксил бар C-соңғы амин қышқылына ие. топ. Полипептидтерді атаған кезде барлық амин қышқылдары N-терминалынан бастап, олардың атауларында C-терминалынан басқа, -in -yl жұрнағын ауыстыра отырып, ретімен тізімделеді (өйткені пептидтердегі амин қышқылдарында карбоксил тобы болмайды, бірақ карбонил). Мысалы, суретте көрсетілген атау. 1 трипептид – лейк лайфенилалан лайтреон жылы.

Белоктың біріншілік құрылымының ерекшеліктері. Полипептидтік тізбектің негізгі бөлігінде қатаң құрылымдар (жалпақ пептидтік топтар) байланыстардың айналасында айналуға қабілетті салыстырмалы қозғалмалы аймақтармен (-CHR) кезектесіп отырады. Полипептидтік тізбектің құрылымының мұндай ерекшеліктері оның кеңістікте оралуына әсер етеді.

Белоктың екіншілік құрылымы

Екіншілік құрылым - бұл бір тізбектің пептидтік топтары немесе іргелес полипептидтік тізбектер арасында сутектік байланыстардың түзілуіне байланысты полипептидтік тізбекті реттелген құрылымға салу тәсілі. Конфигурациясы бойынша қайталама құрылымдар бұрандалы (α-спираль) және қабат-қабатты (β-құрылым және көлденең-β-пішін) болып бөлінеді.

α-спираль. Бұл бір полипептидтік тізбектегі интерпептидтік сутектік байланыстардың нәтижесінде түзілетін қалыпты спираль тәрізді белоктың қайталама құрылымының бір түрі. Пептидтік байланыстың барлық қасиеттерін ескеретін α-спиральдық құрылым моделін (2-сурет) Полинг пен Кори ұсынған. α-спиральдың негізгі белгілері:

спиральдық симметрияға ие полипептидтік тізбектің бұрандалы конфигурациясы;

бірінші және төртінші аминқышқылдары қалдықтарының әрқайсысының пептидтік топтары арасындағы сутектік байланыстардың түзілуі;

спиральдың бұрылыстарының заңдылығы;

α-спиральдағы барлық аминқышқылдары қалдықтарының олардың бүйірлік радикалдарының құрылымына қарамастан эквиваленттілігі;

аминқышқылдарының бүйірлік радикалдары α-спиралдың түзілуіне қатыспайды.

Сырттай қарағанда, α-спираль электр плитасының сәл созылған спиральына ұқсайды. Бірінші және төртінші пептидтік топтардың арасындағы сутектік байланыстардың заңдылығы да полипептидтік тізбектің бұрылыстарының заңдылығын анықтайды. Бір айналымның биіктігі немесе α-спиралдың қадамы 0,54 нм; ол 3,6 аминқышқылының қалдықтарын қамтиды, яғни әрбір амин қышқылы қалдығы ось бойымен (бір амин қышқылы қалдығының биіктігі) 0,15 нм (0,54:3,6 = 0,15 нм) қозғалады, бұл барлық аминқышқылдарының эквиваленттілігі туралы айтуға мүмкіндік береді. α-спиральдағы қалдықтар. α-спиральдың заңдылық периоды 5 айналым немесе 18 амин қышқылы қалдықтары; бір периодтың ұзындығы 2,7 нм. Күріш. 3. Полинг-Кори α-спираль моделі

β-құрылымы. Бұл полипептидтік тізбектің сәл қисық конфигурациясына ие және бір полипептидтік тізбектің немесе іргелес полипептидтік тізбектердің жекелеген бөлімдеріндегі интерпептидтік сутектік байланыстарды қолдану арқылы түзілетін қайталама құрылымның бір түрі. Оны қабат-қабатты құрылым деп те атайды. β-құрылымдардың түрлері бар. Белоктың бір полипептидтік тізбегінен түзілетін шектеулі қабаттық аймақтар кросс-β-форма (қысқа β-құрылым) деп аталады. Кросс-β түріндегі сутектік байланыстар полипептидтік тізбек ілмектерінің пептидтік топтары арасында түзіледі. Басқа түрі, толық β-құрылымы, ұзартылған пішіні бар және көршілес параллельді полипептидтік тізбектер арасындағы пептидаралық сутектік байланыстармен ұсталатын бүкіл полипептидтік тізбекке тән (3-сурет). Бұл құрылым аккордеон сильфонын еске түсіреді. Сонымен қатар, β-құрылымдардың нұсқалары мүмкін: олар параллель тізбектермен (полипептидтік тізбектердің N-терминалдары бір бағытта бағытталған) және антипараллельді (N-терминалдар әртүрлі бағытта бағытталған) түзілуі мүмкін. Бір қабаттың бүйірлік радикалдары екінші қабаттың бүйірлік радикалдарының арасына орналасады.

Ақуыздарда α-құрылымдардан β-құрылымға және керісінше ауысу сутектік байланыстардың қайта реттелуіне байланысты мүмкін болады. Тізбек бойындағы дұрыс пептидаралық сутектік байланыстардың орнына (олардың арқасында полипептидтік тізбек спиральға айналады) спиральданған қималар бұралмай, полипептидтік тізбектердің ұзартылған фрагменттері арасында сутектік байланыстар тұйықталған. Мұндай ауысу кератинде, шаш протеинінде кездеседі. Шашты сілтілі жуғыш заттармен жуған кезде β-кератиннің бұрандалы құрылымы оңай бұзылып, α-кератинге өтеді (бұйра шаш түзетіледі).

Белоктардың қалыпты екінші реттік құрылымдарының (α-спиральдар және β-құрылымдар) кристалдың балқуына ұқсастығы бойынша бұзылуы полипептидтердің «балқуы» деп аталады. Бұл жағдайда сутектік байланыстар үзіліп, полипептидтік тізбектер кездейсоқ катушкалар түрінде болады. Сондықтан екінші реттік құрылымдардың тұрақтылығы пептидаралық сутектік байланыстармен анықталады. Цистеин қалдықтары орналасқан полипептидтік тізбек бойындағы дисульфидті байланыстарды қоспағанда, басқа байланыс түрлері дерлік қатыспайды. Дисульфидтік байланыстардың арқасында қысқа пептидтер циклдармен тұйықталған. Көптеген белоктардың бір мезгілде α-спиральді аймақтары мен β-құрылымдары болады. 100% α-спиралдан тұратын табиғи белоктар жоқтың қасы (ерекшелік парамиозин, бұлшық ет ақуызы 96-100% α-спираль), ал синтетикалық полипептидтерде 100% спираль болады.

Басқа белоктардың спиральдық дәрежесі бірдей емес. Парамиозинде, миоглобинде және гемоглобинде α-спиральды құрылымдардың жоғары жиілігі байқалады. Керісінше, трипсинде, рибонуклеазада полипептидтік тізбектің едәуір бөлігі қабатталған β-құрылымдарға сәйкес келеді. Тірек тіндердің ақуыздары: кератин (шаш протеині, жүн), коллаген (сәндік ақуыз, тері), фиброин (табиғи жібек ақуызы) полипептидтік тізбектердің β-конфигурациясына ие. Белоктардың полипептидтік тізбектерінің спиральдану дәрежесінің әртүрлі болуы, анық, спиралділікті ішінара бұзатын немесе полипептидтік тізбектің қалыпты қатпарлануын «үзетін» күштердің бар екенін көрсетеді. Мұның себебі - белоктың полипептидтік тізбегінің белгілі бір көлемде, яғни үшінші реттік құрылымда неғұрлым жинақы оралуы.

Ақуыздың үшінші реттік құрылымы

Ақуыздың үшінші реттік құрылымы – полипептидтік тізбектің кеңістікте қатпарлану тәсілі. Үшіншілік құрылымының пішіні бойынша белоктар негізінен глобулярлы және фибриллярлы болып бөлінеді. Глобулярлы белоктар көбінесе эллипс тәрізді, ал фибриллярлы (жіп тәрізді) белоктар ұзартылған (таяқша, шпиндель пішіні) болады.

Алайда белоктардың үшінші реттік құрылымының конфигурациясы фибриллярлық белоктардың тек β-құрылымы, ал глобулярлы α-спиральды құрылымы бар деп ойлауға әлі негіз бермейді. Қабатты қатпарлы қайталама құрылымнан гөрі спираль тәрізді фибриллярлы белоктар бар. Мысалы, α-кератин және парамиозин (моллюска обтураторлық бұлшықет ақуызы), тропомиозиндер (қаңқа бұлшықетінің белоктары) фибриллярлы белоктар (таяқша пішінді), ал олардың екінші реттік құрылымы α-спираль; керісінше, глобулярлы белоктарда β-құрылымдардың көп саны болуы мүмкін.

Сызықтық полипептидтік тізбектің спиральдануы оның көлемін шамамен 4 есе азайтады; және үшінші реттік құрылымға орау оны бастапқы тізбекке қарағанда ондаған есе ықшам етеді.

Белоктың үшінші реттік құрылымын тұрақтандыратын байланыстар. Үшінші реттік құрылымды тұрақтандыруда аминқышқылдарының бүйірлік радикалдары арасындағы байланыстар рөл атқарады. Бұл байланыстарды мыналарға бөлуге болады:

күшті (ковалентті) [көрсету].

әлсіз (полярлық және ван дер-Ваальс) [көрсету].

Аминқышқылдарының бүйірлік радикалдары арасындағы көптеген байланыстар белок молекуласының кеңістіктік конфигурациясын анықтайды.

Белоктың үшінші реттік құрылымын ұйымдастыру ерекшеліктері. Полипептидтік тізбектің үшінші реттік құрылымының конформациясы оның құрамына кіретін аминқышқылдарының бүйірлік радикалдарының қасиеттерімен (бірінші және қайталама құрылымдардың түзілуіне айтарлықтай әсер етпейтін) және микроортамен, яғни қоршаған ортамен анықталады. Бүктелген кезде белоктың полипептидтік тізбегі ең аз бос энергиямен сипатталатын энергетикалық қолайлы формаға ие болады. Демек, полярлы емес R-топтары судан «қатар» полипептидтік тізбектің гидрофобты қалдықтарының негізгі бөлігі орналасқан белоктың үшінші реттік құрылымының ішкі бөлігін құрайды. Ақуыз шарының ортасында су молекулалары жоқтың қасы. Амин қышқылының полярлы (гидрофильді) R-топтары осы гидрофобты өзектен тыс орналасқан және су молекулаларымен қоршалған. Полипептидтік тізбек үш өлшемді кеңістікте таңқаларлық түрде иіледі. Ол майысқан кезде екінші реттік бұрандалы конформация бұзылады. Тізбек пролин немесе гидроксипролин орналасқан әлсіз нүктелерде «үзіледі», өйткені бұл аминқышқылдары басқа пептидтік топтармен бір ғана сутегі байланысын құра отырып, тізбекте көбірек қозғалғыш. Иілудің тағы бір орны - глицин, оның R-тобы аз (сутегі). Сондықтан басқа амин қышқылдарының R-топтары жинақталған кезде глицин орналасқан жердегі бос орынды иеленуге бейім болады. Бірқатар амин қышқылдары – аланин, лейцин, глутамат, гистидин – белоктағы тұрақты спиральдық құрылымдардың сақталуына, ал метионин, валин, изолейцин, аспарагин қышқылы сияқты β-құрылымдардың түзілуіне ықпал етеді. Үшінші реттік конфигурациясы бар ақуыз молекуласында α-спираль тәрізді (спиральданған), β-құрылымдар (қабатты) және кездейсоқ катушкалар түріндегі бөлімдер болады. Ақуыздың дұрыс кеңістіктік қатпарлануы ғана оны белсенді етеді; оның бұзылуы ақуыздың қасиеттерінің өзгеруіне және биологиялық белсенділіктің жоғалуына әкеледі.

Төрттік белок құрылымы

Бір полипептидтік тізбектен тұратын белоктар тек үшінші реттік құрылымға ие. Оларға миоглобин, оттегімен байланысуға қатысатын бұлшықет тінінің ақуызы, бірқатар ферменттер (лизоцим, пепсин, трипсин және т.б.) жатады. Дегенмен, кейбір белоктар әрқайсысы үшінші реттік құрылымға ие бірнеше полипептидтік тізбектерден тұрады. Мұндай белоктар үшін төрттік құрылым ұғымы енгізілді, бұл үшінші реттік құрылымы бар бірнеше полипептидтік тізбектерді бір функционалды ақуыз молекуласына ұйымдастыру. Төрттік құрылымы бар мұндай ақуызды олигомер, ал оның үшінші реттік құрылымы бар полипептидтік тізбектері протомерлер немесе суббірліктер деп аталады (4-сурет).

Ұйымдастырудың төрттік деңгейінде белоктар үшіншілік құрылымның негізгі конфигурациясын сақтайды (глобулярлы немесе фибриллярлы). Мысалы, гемоглобин төрттік құрылымы бар және төрт бөлімшеден тұратын ақуыз. Бөлімшелердің әрқайсысы глобулярлы ақуыз болып табылады және жалпы гемоглобиннің де глобулярлық конфигурациясы бар. Шаш пен жүн белоктары – кератиндер, үшінші реттік құрылымында фибриллярлық белоктарға жатады, фибриллярлық конформация және төрттік құрылымға ие.

Белоктардың төрттік құрылымын тұрақтандыру. Төрттік құрылымы бар барлық белоктар суббірліктерге ыдырамайтын жеке макромолекулалар ретінде бөлініп алынды. Суббірліктердің беттері арасындағы байланыстар аминқышқылдары қалдықтарының полярлық топтары есебінен ғана мүмкін болады, өйткені полипептидтік тізбектердің әрқайсысының үшінші реттік құрылымының қалыптасуы кезінде полярлы емес аминқышқылдарының бүйірлік радикалдары (олар барлық протеиногендердің көпшілігін құрайды) аминқышқылдары) суббірліктің ішінде жасырылған. Олардың полярлық топтары арасында көптеген иондық (тұз), сутегі және кейбір жағдайларда дисульфидті байланыстар түзіледі, олар ұйымдасқан кешен түрінде суббірліктерді мықтап ұстайды. Сутектік байланыстарды бұзатын заттарды немесе дисульфидті көпірлерді қалпына келтіретін заттарды қолдану протомерлердің дезагрегациясын және белоктың төрттік құрылымының бұзылуын тудырады. Кестеде. 1 белок молекуласының ұйымдасуының әртүрлі деңгейлерін тұрақтандыратын байланыстар туралы мәліметтерді жинақтайды [көрсету].

Кейбір фибриллярлық белоктардың құрылымдық ұйымдасу ерекшеліктері

Фибриллярлық белоктардың құрылымдық ұйымы глобулярлы белоктармен салыстырғанда бірқатар ерекшеліктерге ие. Бұл ерекшеліктерді кератин, фиброин және коллаген мысалында байқауға болады. Кератиндер α- және β-конформацияда болады. α-кератиндер мен фиброиндер қатпарлы-қатпарлы қайталама құрылымға ие, алайда кератинде тізбектер параллельді, ал фиброинде олар антипараллельді (3-суретті қараңыз); сонымен қатар, кератинде тізбек аралық дисульфидті байланыстар бар, ал фиброинде олар жоқ. Дисульфидті байланыстың үзілуі кератиндегі полипептидтік тізбектердің бөлінуіне әкеледі. Керісінше, тотықтырғыштардың әсерінен кератиндерде дисульфидті байланыстардың максималды санының түзілуі күшті кеңістіктік құрылымды тудырады. Жалпы, фибриллярлы белоктарда глобулярлы белоктардан айырмашылығы, ұйымдастырудың әртүрлі деңгейлерін қатаң ажырату кейде қиынға соғады. Егер (глобулярлы ақуызға қатысты болса), үшінші реттік құрылым бір полипептидтік тізбекті кеңістікте жинақтау арқылы, ал төрттік құрылым бірнеше тізбектен түзілуі керек деп қабылдасақ, онда фибриллярлық ақуыздарда бірнеше полипептидтік тізбектердің түзілуіне қатысады. қосалқы құрылым. Фибриллярлық ақуыздың типтік мысалы - адам ағзасындағы ең көп ақуыздардың бірі болып табылатын коллаген (барлық ақуыздар массасының шамамен 1/3 бөлігі). Ол беріктігі жоғары және созылғыштығы төмен тіндерде (сүйек, сіңір, тері, тіс және т.б.) кездеседі. Коллагенде амин қышқылы қалдықтарының үштен бірі глицин, ал төрттен бір бөлігі немесе одан да көп бөлігі пролин немесе гидроксипролин болып табылады.

Оқшауланған коллаген полипептидтік тізбегі (бастапқы құрылым) сынық сызыққа ұқсайды. Оның құрамында 1000-ға жуық аминқышқылдары бар және молекулалық салмағы шамамен 105 (сурет 5, а, б). Полипептидтік тізбек келесі құрамдағы амин қышқылдарының қайталанатын үштігінен (триплет) құрастырылған: gly-A-B, мұнда А және В глициннен басқа кез келген амин қышқылдары (көбінесе пролин және гидроксипролин). Коллаген полипептидтік тізбектері (немесе α-тізбектері) екіншілік және үшінші реттік құрылымдардың (5-сурет, в және г) түзілуі кезінде спиральды симметриялы типтік α-спиральдарды құра алмайды. Бұған пролин, гидроксипролин және глицин (спиральға қарсы аминқышқылдары) кедергі жасайды. Демек, үш α-тізбек цилиндрді орап жатқан үш жіп сияқты, бұралған спиральдарды құрайды. Үш спиральді α-тізбек тропоколлаген деп аталатын қайталанатын коллаген құрылымын құрайды (5d-сурет). Тропоколлаген өз ұйымында коллагеннің үшінші реттік құрылымы болып табылады. Тізбек бойымен жүйелі кезектесіп тұратын пролин мен гидроксипролиннің жалпақ сақиналары оған тропоколлаген α-тізбектері арасындағы тізбекаралық байланыстар сияқты қаттылық береді (сондықтан коллаген созылуға төзімді). Тропоколлаген негізінен коллаген фибрилдерінің суббірлігі болып табылады. Тропоколлаген суббірліктер коллагеннің төрттік құрылымында сатылы түрде жиналады (5е-сурет).

Коллаген құрылымдарының тұрақтануы тізбекаралық сутегі, иондық және ван-дер-Ваальс байланыстары мен аздаған коваленттік байланыстар есебінен жүреді.

Коллагеннің α-тізбектері әртүрлі химиялық құрылымдарға ие. Әртүрлі типтегі α 1 -тізбектері (I, II, III, IV) және α 2 -тізбектері бар. Тропоколлагеннің үш жіпті спиралының түзілуіне қандай α 1 - және α 2 - тізбектерінің қатысуына байланысты коллагеннің төрт түрі бөлінеді:

бірінші түрі - екі α 1 (I) және бір α 2 -тізбек;

екінші түрі – үш α 1 (II) тізбек;

үшінші түрі – үш α 1 (III)-тізбек;

төртінші түрі – үш α 1 (IV)-тізбек.

Бірінші типтегі ең көп таралған коллаген: ол сүйек тінінде, теріде, сіңірлерде кездеседі; 2 типті коллаген шеміршекте кездеседі және т.б.Бір типті тіндерде коллагеннің әртүрлі түрлері болуы мүмкін.

Коллаген құрылымдарының реттелген агрегациясы, олардың қаттылығы мен инерттілігі коллаген талшықтарының жоғары беріктігін қамтамасыз етеді. Коллаген белоктарының құрамында көмірсу компоненттері де бар, яғни олар белок-көмірсу кешендері.

Коллаген - бұл барлық мүшелердің бөлігі болып табылатын дәнекер тінінің жасушаларынан түзілетін жасушадан тыс ақуыз. Сондықтан коллагеннің зақымдануымен (немесе оның түзілуінің бұзылуы) органдардың дәнекер тінінің тірек функцияларының бірнеше рет бұзылуы орын алады.

Альфа-полипептидтік тізбек валин-лейцин амин қышқылы комбинациясымен, ал бета-полипептидтік тізбек валин-гистидин-лейцин комбинациясымен аяқталады. Гемоглобин молекуласындағы альфа- және бета-полипептидтік тізбектер сызықты орналаспаған, бұл біріншілік құрылым. Молекулярлық күштердің болуына байланысты полипептидтік тізбектер белоктарға тән альфа-спираль спиралі түрінде бұралған (екінші құрылым). Әрбір альфа- және бета-полипептидтік тізбек үшін альфа-спираль спиралының өзі кеңістікте айнала орап, жұмыртқа тәрізді өрімдерді (үшінші құрылым) құрайды. Полипептидтік тізбектердің альфа-спираль спиральдарының жекелеген бөліктері А-дан Н-ге дейін латын әріптерімен белгіленеді. Барлық төрт үшінші иілген альфа және бета-полипептидтік тізбектер кеңістікте белгілі бір қатынаста орналасқан – төрттік құрылым. Олар бір-бірімен байланысты емес химиялық байланыстар, бірақ молекулааралық күштер арқылы.

Адамда қалыпты гемоглобиннің үш негізгі түрі болатыны анықталды: эмбриональды - U, ұрық - F және ересек гемоглобин - A. HbU (жатыр сөзінің бастапқы әрпімен аталған) эмбрионның өмірінің 7 және 12 апталары арасында кездеседі. , содан кейін ол жоғалады және үшінші айдан кейін ұрықтың негізгі гемоглобині болып табылатын ұрықтың гемоглобині пайда болады. Осыдан кейін бастапқы әріппен HbA деп аталатын біртіндеп қалыпты ересек гемоглобин келеді Ағылшын сөзі«ересек». Ұрық гемоглобинінің мөлшері бірте-бірте азаяды, сондықтан туылған кезде гемоглобиннің 80% HbA және тек 20% HbF құрайды. Туылғаннан кейін ұрықтың гемоглобинінің төмендеуі жалғасуда және 2-3 жасқа дейін тек 1-2% құрайды. Ересек адамда ұрықтың гемоглобинінің бірдей мөлшері. Ересектер мен 3 жастан асқан балалар үшін HbF 2% -дан асатын мөлшері патологиялық болып саналады.

Гемоглобиннің қалыпты түрлерінен басқа, қазіргі уақытта оның 50-ден астам патологиялық нұсқалары белгілі. Олар алғаш рет латын әріптерімен аталды. Гемоглобин түрлерін белгілеуде В әрпі жоқ, өйткені ол бастапқыда HbS деп белгіледі.

Гемоглобин (Hb)- эритроциттерде болатын және оттегін ұлпаларға тасымалдауға қатысатын хромопротеин. Ересектерге арналған гемоглобин гемоглобин А (HbA) деп аталады. Оның молекулалық салмағы шамамен 65 000 Да. Hb A молекуласы төрттік құрылымға ие және төрт суббірлікті қамтиды - полипептидтік тізбектер (α1, α2, β1 және β2 деп белгіленеді), олардың әрқайсысы геммен байланысты.

Есіңізде болсын, гемоглобин - аллостериялық ақуыз, оның молекулалары бір конформациядан екіншісіне қайтымды түрде өзгеруі мүмкін. Бұл ақуыздың лигандтарға жақындығын өзгертеді. Лигандқа ең аз сәйкестікке ие конформация деформацияланған немесе Т-конформация деп аталады. Лигандқа ең жоғары жақындығы бар конформация босаңсыған немесе R-конформация деп аталады.

Гемоглобин молекуласының R- және Т-конформациялары динамикалық тепе-теңдік күйінде болады:

Қоршаған ортаның әртүрлі факторлары бұл тепе-теңдікті бір немесе басқа бағытта өзгертуі мүмкін. Hb-ның O2-ге жақындығына әсер ететін аллостериялық реттегіштер: 1) оттегі; 2) H+ концентрациясы (ортаның рН); 3) көмірқышқыл газы (СО2); 4) 2,3-дифосфоглицерат (ДПГ). Оттегі молекуласының гемоглобин бөлімшелерінің біріне қосылуы шиеленіс конформациясының босаңсыған конформацияға өтуіне ықпал етеді және сол гемоглобин молекуласының басқа бөлімшелерінің оттегіге жақындығын арттырады. Бұл құбылыс кооперативтік эффект деп аталады. Гемоглобиннің оттегімен байланысуының күрделі сипаты гемоглобиннің O2 қанығу қисығында көрінеді, оның S-пішіні бар (3.1-сурет).

3.1-сурет.Миоглобиннің (1) және гемоглобиннің (2) оттегімен қанығу қисықтары.

Молекулалық формаларгемоглобин бір-бірінен полипептидтік тізбектердің құрылымы бойынша ерекшеленеді. Физиологиялық жағдайларда болатын гемоглобиннің осындай алуан түрлілігіне мысал бола алады ұрықтың гемоглобині (HbF), адам дамуының эмбриональды кезеңінде қанда болады. HbA-дан айырмашылығы оның молекуласында 2 α- және 2 γ-тізбектері болады (яғни β-тізбектер γ-тізбектермен ауыстырылады). Мұндай гемоглобиннің оттегіге жақындығы жоғары. Бұл эмбрионға ананың қанынан плацента арқылы оттегін алуға мүмкіндік береді. Туылғаннан кейін көп ұзамай нәрестенің қанындағы HbF HbA ауыстырылады.

Қалыпты емес немесе патологиялық гемоглобиннің мысалы ретінде орақ жасушалы анемиямен ауыратын науқастарда табылған гемоглобин S-ді келтіруге болады. Өздеріңіз білетіндей, ол гемоглобин А-дан β-тізбектеріндегі глутаматты валинмен алмастыру арқылы ерекшеленеді. Бұл аминқышқылдарының орынбасуы HbS суда ерігіштігінің төмендеуіне және оның O2-ге жақындығының төмендеуіне әкеледі.

Жасушадағы барлық процестер белоктардың қатысуымен жүзеге асады. Олардың функциялары өте алуан түрлі. Әрбір берілген белок белгілі бір зат ретінде химиялық құрылымыбір жоғары мамандандырылған функцияны орындайды және тек бірнеше жеке жағдайларда - бірнеше өзара байланысты.

Жасушалық деңгейден молекулалық деңгейге дейін төмендей отырып, біз Біз белоктардың келесі негізгі функцияларын кездестіреміз:

1.Катализдік (ферменттік) функция:Тірі организмдердегі көптеген биохимиялық реакциялар жұмсақ жағдайда 40°C-қа жақын температурада және рН мәндері бейтарапқа жақын болады. Мұндай жағдайларда көптеген реакциялардың жылдамдығы шамалы, сондықтан оларды қолайлы жүзеге асыру үшін арнайы биологиялық катализаторлар қажет - ферменттер.Тіпті сусыздандыру сияқты қарапайым нәрсе көмір қышқылы:

CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H +

ферментпен катализденеді карбоангидраза.Жалпы тірі организмдердегі судың 2H 2 O®4H + + 4e - + O 2 фотолизінен басқа барлық реакциялар ферменттер арқылы катализденеді. Әдетте, ферменттер белоктар немесе белоктардың кейбіреулерімен комплекстері болып табылады кофактор- металл ионы немесе арнайы органикалық молекула. Ферменттердің әсер етуінің жоғары, кейде ерекше, селективтілігі болады. Мысалы, ақуыз биосинтезі кезінде сәйкес тРНҚ-ға а-амин қышқылдарының қосылуын катализдейтін ферменттер тек L-амин қышқылдарының қосылуын катализдейді және D-аминқышқылдарының қосылуын катализдемейді.

2. Белоктардың тасымалдау қызметі.Белоктар оттегін сақтау және тасымалдау қызметін атқарады (гемоглобин, гемоцианин). Бұл функция ферментативтіге ұқсайды, бірақ ол одан ерекшеленеді, өйткені. O 2 өзгермейді.

Жасушаға құрылыс материалымен және энергиямен қамтамасыз ететін көптеген заттар түсуі керек. Сонымен бірге бәрі биологиялық мембраналарбір принцип бойынша құрастырылған - әртүрлі белоктар батырылған липидтердің қос қабаты, ал макромолекулалардың гидрофильді аймақтары мембраналардың бетінде шоғырланған, ал гидрофобты «құйрықтар» мембрананың қалыңдығында. Мұндай құрылым қант, амин қышқылдары, сілтілі металл иондары сияқты маңызды компоненттерді өткізбейді. Олардың жасушаға енуі жасуша мембранасына енгізілген арнайы тасымалдаушы ақуыздардың көмегімен жүзеге асады.

3. Реттеу функциялары- төмен молекулалы полипептидтер (инсулин, окситоцин), гормондар басқа ұлпалар мен мүшелердің жасушаларында функционалдық белсенділікті ынталандырады.

4. Қорғаныс иммунологиялық қызметі.Иммундық жүйе бөтен бөлшектердің пайда болуына жауап беру қабілетіне ие, олар патогендік бактериялар сияқты бөтен жасушалар болуы мүмкін осы бөлшектерді арнайы зақымдауы мүмкін лимфоциттердің үлкен санын шығарады. рак клеткалары, вирустар, макромолекулалар, соның ішінде бөгде белоктар сияқты супрамолекулалық бөлшектер. Лимфоциттердің бірі В-лимфоциттер, бөтен бөлшектерді танитын қан айналымы жүйесіне бөлінетін арнайы белоктарды шығарады, сонымен бірге бұзылудың осы сатысында жоғары спецификалық кешен түзеді. Бұл белоктар иммуноглобулиндержоғары сатыдағы организмдер, олардың ерекше құрылымы (функционалдық тобы) арқасында оларды бөгде биополимерлерден қорғайды.

5.Химиялық және электрлік сигналдарды сақтау, беру қызметі.

6. құрылымдық функциясы.Жұқа жоғары мамандандырылған қызметтерді атқаратын белоктармен қатар негізінен құрылымдық маңызы бар белоктар бар. Олар тірі ағзалардың жеке ұлпаларының механикалық беріктігін және басқа да механикалық қасиеттерін қамтамасыз етеді. Ең алдымен, бұл коллаген- дәнекер тіннің жасушадан тыс матрицасының негізгі белоктық компоненті. Сүтқоректілерде коллаген белоктардың жалпы массасының 25% құрайды. Эластикалық ұлпаларда - теріде, қан тамырларының қабырғаларында, өкпеде - коллагеннен басқа жасушадан тыс матрицада ақуыз бар эластин, кең ауқымда созылып, бастапқы күйіне оралуға қабілетті.

Тағы бір мысал құрылымдық ақуыз - фиброинжібек жіптерінің негізгі құрамдас бөлігі болып табылатын жібек құртының құрттары хризалис түзілу кезінде бөлетін жібек.

7. қозғалтқыш ақуыздары.Бұлшықет жиырылуы – макроэргиялық пирофосфаттық байланыстар түрінде сақталған химиялық энергияның айналу процесі. АТФ молекулалары, В механикалық жұмыс. Жиырылу процесінің тікелей қатысушылары екі ақуыз – актин және миозин болып табылады.

8. рецепторлардың қызметі.Әсіресе көп жасушалы организмдердің жұмыс істеуі үшін үлкен маңызы бар рецепторлық белоктар, жасушалардың плазмалық мембранасына салынған және жасушаға түсетін әртүрлі сигналдарды қабылдау және түрлендіру үшін қызмет етеді. қоршаған ортажәне басқа жасушалардан. Ең көп зерттелгендердің қатарында ацетилхолиндік рецепторларжасуша мембранасында бірқатар нейронаралық контактілерде, соның ішінде ми қыртысында және жүйке-бұлшықет түйіндерінде орналасқан. Бұл ақуыздар ацетилхолинмен арнайы әрекеттеседі және жасушаға сигнал беру арқылы жауап береді. Сигналды қабылдағаннан және түрлендіруден кейін жасуша келесі сигналды қабылдауға дайындалуы үшін нейротрансмиттерді алып тастау керек.

9. Токсиндер:Бірқатар тірі организмдер потенциалды жаулардан қорғаныс ретінде өте улы заттар – токсиндер шығарады. Олардың көпшілігі белоктар, бірақ олардың арасында күрделі төмен молекулалық салмақты органикалық молекулалар да кездеседі. Мұндай заттың мысалы - бозғылт қарағайдың улы бастамасы - а-аманитин:Бұл қосылыс эукариоттық мРНҚ синтезін арнайы блоктайды. Адамдар үшін өлімге әкелетін доза - бұл токсиннің бірнеше мг.

Белоктардың біріншілік және екіншілік құрылымы.Белоктар статикалық түзілімдер емес. Бұл биологиялық қызмет барысында белгілі бір конформациялық өзгерістерге ұшырауы мүмкін құрылымдар. Конформациялық талдау белок молекулаларының әртүрлі деңгейде ұйымдастырылуы негізінде жүргізіледі. Сонау 1959 жылы К.Линдерстром-Ланг белоктардың құрылымдық ұйымдасуының төрт деңгейін – біріншілік, екіншілік, үшіншілік және төрттік құрылымды анықтады. Кейінірек, рентгендік дифракциялық талдаудың, калориметрияның және басқа әдістердің деректерін салыстыру негізінде ұйымның тағы екі деңгейі анықталды - суперекінші құрылымдар мен ақуыздық домендер.

Аминқышқылдарының тізбегі белоктың бастапқы құрылымы деп аталады. Белоктардағы аминқышқылдарының орналасуын зерттеу белесбелок құрылымын зерттеуде. Қазіргі уақытта бұл талдау секвинатор аспаптары арқылы автоматты түрде жүргізіледі. IN Соңғы жылдарыаминқышқылдарының ретін анықтаудың жаңа әдісі қолданылады. Осы ақуыздың құрылымдық гені бар ДНҚ фрагменті оқшауланады, нуклеотидтер тізбегі декодталады және ол келесіге сәйкес аударылады. генетикалық кодаминқышқылдарының тізбегіне енеді. Бастапқы құрылым белок молекуласының бір өлшемді көрінісі болып табылады. Біріншілік құрылым туралы білім белоктың екіншілік және үшінші реттік құрылымын болжау үшін қолданылады. Аминқышқылдарының тізбегін және кристаллографиялық электронды тығыздық карталарын бір мезгілде қолдану ақуыздағы барлық атомдық топтардың кеңістіктік орналасуын қайта құруға мүмкіндік береді.

Полипептидтік тізбекте пептидтік топ тегіс және қатты болады. Полипептидтік тізбекті бір-бірімен бір байланыстармен байланыстырылған ұқсас жазықтықтардың (пептидтік топтардың) тізбегі ретінде көрсетуге болады. Бұл байланыстардың айналасында айналу стерикалық шектеулерге байланысты толығымен бос емес. С - С а байланыстарының айналасындағы айналу бұрышын ψ деп, ал N - C a байланыстарының айналу бұрышын белгілейді. φ белгілеңіз. Г.Рамачандран компьютер көмегімен полипептидтік тізбектің конформациялық күйлерін есептеп, ψ және (Рамачандран сызбалары немесе конформациялық карталар) мүмкін мәндерінің диапазонын анықтады. Конформациялық карталарда белоктардағы ψ және φ бұрыштарының мәндері ерікті емес, олар белгілі бір аймақтармен анық шектеледі, бұл полипептидтік тізбектің конформацияларының шектеулі санының бар екенін көрсетеді.

Ақуыздың екінші реттік құрылымының астында сутектік байланыстармен тұрақтандырылған полипептидтік тізбектің реттелген орналасуын түсінеді. пептидтік топтар. Осы құрылымдық деңгейді ескере отырып, полипептидтік тізбектің бөлімдерінің жергілікті конформациясы туралы айтылады. Ең жиі кездесетін және энергетикалық және стерикалық жағынан қолайлы екінші реттік құрылым - бұл құқық α– спираль, оны алғаш рет Л.Полинг пен Р.Кори (1951) тұжырымдаған. Ең маңызды сипаттамалар α– спиральдар: 1) спиральдың бір сатысындағы амин қышқылы қалдықтарының саны 3,6; 2) спиральдың қадамы d = 0,54 нм; 3) спираль бойымен қалдыққа трансляция Δd = 0,15 нм; 4) радиус α– спиральдар r= 0,23 нм; 5) бірінші және төртінші пептидтік топтардың әрқайсысының арасында сутектік байланыстар (спиралдың осіне параллель) түзіледі; 6) үшін α– спиральдар φ = -57° және ψ = -47°. Көлденең қимадан көрініп тұрғандай α– спираль әрбір бұрылыста ол 60 ° оңға жылжиды. Осындай ығысу нәтижесінде 10 айналымнан кейін ғана 1-ші пептидтік топ 36-шы пептидтік топпен дәл сәйкес келеді.

Ақуыз молекулаларының қайталама құрылымдары параллель және антипараллельді β-бүрмеленген парақтар (немесе β-құрылым) болып табылады. Рамачандранның конформациялық картасында параллельге қарсы тізбектері бар β қабаты үшін φ = -139° және ψ = +135° , параллельді β қабаты үшін тізбектері φ = - 119° және ψ = +113°. Көпшілігі оларда сутегі байланыстарымен тұрақтандырылған алтыдан көп емес полипептидтік тізбектер және әрбір тізбектің ұзындығы бойынша алты аминқышқылының қалдығы болады. Мұндай парақтың өлшемдері: ені t = 2,5 нм, ұзындығы l = 2,0 нм. Бүктелген парақтардың көпшілігінің бұралған пішіні бар. Бұралу ұзартылған тізбектерге перпендикуляр.

Белок молекулаларының ұйымдасуының келесі деңгейі суперекіншілік құрылымдар болып табылады. Мұндай құрылымдардың мысалы - спиральді құрылымдар. Олардың екеуі бар α– спиральдар (тропомиозинде, жеңіл меромозинде, парамиозинда) немесе үшеу α -спиральдар (фибриногенде) бір-біріне қатысты бұралған. Жеңіл меромиозиндегі суперспиральдың қадамы α= 18,6 нм. Белгілі аминқышқылдарының тізбегі бар тропомиозин мысалын пайдалана отырып, суперкобуль жеке адамдар арасындағы гидрофобты әрекеттесу арқылы тұрақталады деген қорытындыға келді. α - спиральдар.

Біріншілік тізбек құрылымы және белок глобулының түзілуі

Белок физикасының маңызды мәселелерінің бірі полипептидтік тізбектің біріншілік құрылымы мен глобуланың кеңістіктік құрылымы арасындағы байланыс мәселесі. Макромолекулалардың табиғи кеңістіктік құрылымы биологиялық функционалды, ал біріншілік құрылымы генетикалық кодталған. Неліктен белок молекуласы глобуланы құрайды, басқаша айтқанда, неліктен белок өздігінен жиналуға қабілетті және бұл күйдегі ақуыз өз функцияларын орындай алады? Гуззо анықтағандай, аминқышқылдарының нақты орналасуы ақуыздың кеңістіктік құрылымы үшін маңызды. «Спиральды емес» спираль түзе алмайтын және «спираль» аминқышқылдары бар - олар иілуге ​​қабілетті (asp, cis, tyr, ser). Молекуланың бұрылысы, қаптамасы осыған байланысты. Және әсіресе маңыздылығыақуыздың кеңістіктік құрылымын қалыптастыру үшін амин қышқылы глицин бар - бұл әртүрлі позицияларды иеленетін әмбебап буын сияқты.

Қазіргі уақытта белок глобулының өздігінен ұйымдастырылуы қандай да бір бағытталған процестің нәтижесі емес деген болжам бар. Көптеген зерттеушілер қатесіз өзін-өзі ұйымдастыру бағдарламасы бастапқы құрылымның өзінде кодталған деп санайды. өзін-өзі ұйымдастыру кезеңдерде жүреді, сондықтан әрбір келесі кезеңде барған сайын күрделі және тұрақтандырылған құрылым қалыптасады.

Сутегі байланыстарымен тұрақтандырылған полипептидтік тізбектердің тұрақты конформациясы ( α және β - формалар) белгілі бір жағдайларда ғана тұрақты.Ортаның температурасын, рН, еріткішін өзгерту конформациялық ауысуларға әкеледі. Американдық Доти спиральдық катушкалардың ауысуы өте қысқа уақыт ішінде болатынын анықтады. Өту тұтқырлықтың өзгеруімен, жарықтың шашырауымен және т.б. Өтпелі кезеңнің өткірлігі кооперативтік сипаттаны көрсетеді, яғни. макромолекуланың әрбір буыны сутектік байланыстардың көмегімен тұрақты күйде болады. Бөтен факторлардың әсерінен молекулалардың қаптамасы өзгереді, яғни. конформациялар.

Ғалым Птициннің айтуы бойынша бірінші кезеңде қатпарланбаған белок тізбегінде ұзартылған құрылымды (бейнесін орналастырады) спиральдық қималардың флуктуациялық (өзгерген, тұрақты емес) ядролары түзіледі. Екінші кезеңде бір немесе бірнеше жұп эмбриондар бірігіп, үшінші құрылымды ұйымдастыру орталықтарын құрайды. Үшінші кезеңде орталықтардың өсуі тізбектің көршілес бөліктерінің бекітілуіне байланысты болады.

Ал соңғы, төртінші кезеңде бірнеше орталықтарды өсіру немесе біріктіру арқылы шардың біртұтас ықшам құрылымы қалыптасады.

Белоктың домендері және үшінші реттік құрылымы

Ақуыздың үшінші реттік құрылымы полипептидтік тізбектің қатпарлануының және қатпарлануының термодинамикалық тұрғыдан ең тұрақты түрі болып табылады. Сұрақ туындайды, ақуыздың қатпарлануы қалай жүреді, аминқышқылдарының тізбегіндегі бір өлшемді ақпарат кеңістіктік ақпаратқа қалай жүзеге асады? Ақуыздың денатурациясы мен ренатурациясы бойынша жүргізілген тәжірибелер ықшам үшінші реттік құрылымның бұзылуы мен түзілу процестері айтарлықтай жылдам жүретінін көрсетті: стафилококк нуклеазасы 1 с ішінде қайта қатпарланады.

Ядролық модель қатпарлану процесін түсіндіру үшін қолданылады. Бұл модель полипептидтік тізбектің қысқа сегменттері бір-бірінен тәуелсіз өте тез бүктелетінін және екінші кезеңде олар жинақы үш өлшемді құрылымды құрайтынын болжайды. Белок сегменттері түзіледі α -жоғары жылдамдықтағы спиральдар мен β-қабаттар. Бұл тәжірибе жүзінде дәлелденді спиральды катушкалар 10 -6-дан 10 -8 с аралығында өтеді.

IN Соңғы уақытБелоктарда құрылымдық ұйымның тағы бір маңызды деңгейі анықталды. Молекулярлық салмағы 20 000-нан асатын белоктардың электронды тығыздық карталарын талдау белоктардың өзара әлсіз байланысқан бірнеше глобулярлы аймақтардан тұратынын көрсетті. Бұл аймақтар домендер деп аталады. Жеке домендерді көбінесе функционалдық қасиеттерін жоғалтпай, протеолитикалық ферменттердің көмегімен ақуыздан бөліп алуға болады. Домен деп бір полипептидтік тізбектің ықшам көлеммен қамтылған аймағын айтады. Бұл тізбектің бүктелген бөліктері және белокта бір-бірінен тәуелсіз ашылады.

Доменді салыстырмалы түрде автономды құрылымдық бірлік ретінде қарастыруға болады. Привалов сканерлеуші ​​микрокалориметрияны қолдана отырып, термиялық денатурация кезінде күрт құрылымдық ауысулармен сипатталатын күрделі ақуыздарда жеке кооперативтік блоктардың болуын көрсетті. Солай болып шықты көп жағдайда мұндай кооперативтік белоктар оқшауланған протеолитикалық ақуыз фрагменттеріне жақсы сәйкес келеді. Бұл ақуыз домендері бар кооперативтік блоктарды анықтауға мүмкіндік берді. Жиі оқшауланған протеолитикалық фрагменттерге ие құрылымдық қасиеттері, кооперативтік блоктарға ұқсас, яғни. олардың балқу нүктелері мен өтпелі энтальпиялары сәйкес келеді, сонымен қатар олар нативті белоктардың функционалдық сипаттамаларын сақтайды. Домендер протеолитикалық ферменттердің әсерінен салыстырмалы түрде оңай үзілетін пептидтік байланыстардың өте шектеулі санымен өзара байланысты.

Қазіргі уақытта сканерлеуші ​​микрокалориметрия, электронды микроскопия, протеолитикалық ыдыраудың көмегімен иммуноглобулин, миозин, фибриноген және т.б. сияқты жоғары молекулалы ақуыздарда домендік құрылым анықталды.

Домендер белоктардың табиғи құрылымын бүктеу процесінде маңызды аралық өнімдерді көрсетуі мүмкін. Домендерден тұратын белоктар әртүрлі аймақтары бір-бірімен байланысқан белоктарға қарағанда икемді құрылымға ие болуы керек. Шамасы , ферменттердің қызметіне әсер ететін қайтымды конформациялық өзгерістер домендердің құрылымдық тұрақтылығын өзгертпестен, доменаралық қайта құрулармен байланысты.

Балқыған глобул гипотезасы.Полипептидтік тізбектің үш өлшемді құрылымға қатпарлануын зерттеудің бір жолы - белок молекуласының денатурациясы және одан кейінгі ренатурациясы.

К.Анфинсеннің рибонуклеазамен жүргізген тәжірибелері денатурация нәтижесінде бұзылған кеңістіктік құрылымды дәл құрастыру мүмкіндігін сөзсіз көрсетеді.

Бұл жағдайда нативті конформацияны қалпына келтіру ешқандай қосымша құрылымдардың болуын талап етпейді. Сәйкес конформацияға қатысты полипептидтік тізбектің қатпарлануының қандай модельдері ең ықтимал? Белоктың өздігінен ұйымдастырылуы туралы кең таралған гипотезалардың бірі балқытылған глобул гипотезасы болып табылады. Осы концепция шеңберінде белоктың өздігінен жиналуының бірнеше кезеңдері ажыратылады.

1. Қатпарланбаған полипептидтік тізбекте сутектік байланыстар мен гидрофобты әрекеттесулердің көмегімен толық екіншілік және суперекіншілік құрылымдардың түзілуіне дән ретінде қызмет ететін екінші реттік құрылымның жеке бөлімдері түзіледі.

2. Бұл учаскелердің саны белгілі бір шекті мәнге жеткенде, бүйірлік радикалдар қайта бағытталады және полипептидтік тізбек жаңа, неғұрлым ықшам түрге өтеді және ковалентті емес байланыстар саны айтарлықтай артады. Бұл кезеңге тән қасиет полипептидтік тізбектің шалғай жерлерінде орналасқан, бірақ үшінші реттік құрылымның қалыптасуы нәтижесінде жақын болып шыққан атомдар арасында ерекше байланыстардың пайда болуы болып табылады.

3. Соңғы кезеңде дисульфидті байланыстың тұйықталуымен және белок конформациясының соңғы тұрақтануымен байланысты белок молекуласының нативті конформациясы қалыптасады. Ішінара қатпарланған полипептидтік тізбектердің бейспецификалық агрегациясы да жоққа шығарылмайды, бұл нативті ақуыздардың түзілуіндегі қателер ретінде квалификациялануы мүмкін. Ішінара бүктелген полипептидтік тізбек (қадам 2) балқытылған глобул, және сатысы деп аталады 3 жетілген белоктың ең баяу түзілуі болып табылады.

Жасушаларда каталитикалық белсенді емес бірқатар белоктар болады, соған қарамастан олар белоктардың кеңістіктік құрылымдарының қалыптасуына үлкен үлес қосады. Бұл шапирондар және шапирониндер деп аталады. Молекулярлық шапирондарды ашушылардың бірі Л.Эллис оларды in vivo құрамында полипептидтері бар басқа құрылымдардың ковалентті емес дұрыс жинақталуына көмектесетін, бірақ құрамына кірмейтін, бір-бірімен байланысы жоқ ақуыз тұқымдасының функционалдық класы деп атайды. жинақталған құрылымдар және олардың қалыпты физиологиялық функцияларын жүзеге асыруға қатыспайды.

Шапирондар функционалдық белсенді емес ақуыз құрылымдарының түзілуіне әкелетін ақаулы байланыстарды тежей отырып, ішінара бүктелген полипептидтік тізбегі бар қайтымды, ковалентті емес кешендерді құру арқылы үш өлшемді ақуыз конформациясының дұрыс құрастырылуына көмектеседі. Шапирондарға тән функциялар тізбесі балқыған глобулдарды агрегациядан қорғауды, сонымен қатар жаңадан синтезделген ақуыздарды әртүрлі жасуша локустарына тасымалдауды қамтиды. Шапирондар негізінен термиялық күйзеліспен синтезі күрт күшейетін термиялық соққы белоктары болып табылады. Бұл белоктардың тұқымдасы микробтардың, өсімдіктердің және жануарлардың жасушаларында кездеседі. Шапирондардың классификациясы олардың 10-нан 90 кДа-ға дейін өзгеретін молекулалық салмағына негізделген. Жалпы алғанда, шапирондар мен шапирониндердің функциялары әртүрлі, бірақ олардың екеуі де белоктардың үш өлшемді құрылымын қалыптастыру процестерінде ақуыз көмекшілері болып табылады. Шапирондар жаңадан синтезделген полипептид тізбегін қатпарланбаған күйде сақтайды, оның нативті түрінен басқа пішінге қатпарлануын болдырмайды, ал шапирониндер жалғыз дұрыс, нативті белок құрылымының қалыптасуына жағдай жасайды.

Белоктардың төрттік құрылымы

Хаотикалық түзілген агрегаттардың түзілуі функционалдық белсенді емес ақуыздардың пайда болуына әкелетін қателік болып табылады, сондықтан жасушаларда олардың тез ыдырауы және жеке аминқышқылдарына ыдырау механизмдері қамтамасыз етілген. Дегенмен, табиғатта үлкен белок макромолекулаларын құрайтын бірнеше полипептидтік тізбектерді қамтитын көптеген генетикалық анықталған агрегаттар бар. Төрттік құрылым бір-бірімен байланысқан, кеңістікте бағытталған екі немесе одан да көп суббірліктер деп аталады. Белоктардың төрттік құрылымына қатысты агрегаттар туралы емес, глобулалар ансамбльдері туралы айту дұрысырақ сияқты. Белоктардың төрттік құрылымын сипаттау кезінде оның жалған нұсқаларын алып тастау керек. Сонымен белок гормоны инсулин екі полипептидтік тізбектен тұрады, бірақ олар толыққанды глобулалар емес, бір полипептидтік тізбектің шектеулі протеолизі нәтижесінде түзіледі. Шынайы төрттік құрылымы және көп ферментті кешендері бар белоктар емес. Олар типтік супрамолекулалық құрылымдар. Төрттік құрылымның қалыптасуы кезінде жеке суббірліктер бір-бірімен тек ковалентті емес байланыстар арқылы әрекеттеседі, ең алдымен сутегі және гидрофобты. Өзара әрекеттесетін суббірліктердің жанасу беттері бір-бірін толықтыратыны өте маңызды. Гидрофобты топтар жанасу аймақтарында орналасады, олар «жабысқақ дақтар» деп аталады.

Комплементарлы учаскелердің болуымен жеңілдетілген электртеріс атомдардың өзара бағдарлануы көптеген сутектік байланыстардың пайда болуына ықпал етеді. Бұл кооперативтік әсердің жүзеге асуын және макромолекуланың тұрақтануын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, ковалентті емес байланыстың көптігі құрылымдық қайта құрулардың бір суббірліктен басқаларға ауысуының негізі болып табылады.

Төрттік құрылымы бар белоктар көбінесе олигомерлі деп аталады. Айыру гомомерЖәне гетеромерлібелоктар. Гомер белоктары - барлық суббірліктер құрылымы бірдей белоктар. Мысал ретінде төрт абсолютті эквивалентті суббірліктерден тұратын каталаза ақуызын келтіруге болады. Гетеромерлі белоктарда жеке суббірліктер құрылымы жағынан ерекшеленіп қана қоймайды, сонымен қатар әртүрлі қызмет атқара алады. Мысалы, РНҚ-полимераза ақуызы бес суббірліктен тұрады әртүрлі құрылымжәне әртүрлі функциялары бар.