Portalda reklam

Bir zülalın təbii xüsusiyyətləri onun quruluşu ilə müəyyən edilir. Üçüncü quruluş. Dərsin nəzəri əsasları

Protein molekulunun struktur quruluşunun 4 səviyyəsinin mövcudluğu sübut edilmişdir.

Birincil protein quruluşu- polipeptid zəncirində amin turşusu qalıqlarının yerləşmə ardıcıllığı. Zülallarda fərdi amin turşuları bir -birinə bağlıdır peptid bağları amin turşularının a-karboksil və a-amin qruplarının qarşılıqlı təsirindən yaranır.

İndiyə qədər on minlərlə fərqli zülalın əsas quruluşu deşifr edilmişdir. Zülalın əsas quruluşunu təyin etmək üçün amin turşusu tərkibi hidroliz üsulları ilə təyin olunur. Sonra terminal amin turşularının kimyəvi təbiəti müəyyən edilir. Növbəti addım polipeptid zəncirindəki amin turşularının ardıcıllığını təyin etməkdir. Bunun üçün seçici qismən (kimyəvi və enzimatik) hidrolizdən istifadə olunur. X-ray struktur analizindən və DNT-nin tamamlayıcı nukleotid ardıcıllığı haqqında məlumatlardan istifadə etmək mümkündür.

İkincil protein quruluşu- polipeptid zəncirinin konfiqurasiyası, yəni. müəyyən bir konformasiyaya bir polipeptid zəncirinin qablaşdırılması üsulu. Bu proses xaotik şəkildə deyil, əsas quruluşda qurulan proqrama uyğun olaraq davam edir.

İkincili quruluşun dayanıqlığı əsasən hidrogen bağları ilə təmin edilir, lakin kovalent bağlar - peptid və disulfid müəyyən bir töhfə verir.

Küresel zülalların ən çox ehtimal olunan quruluş növü nəzərdən keçirilir sarmal... Polipeptid zəncirinin bükülməsi saat əqrəbi istiqamətində baş verir. Hər bir protein müəyyən dərəcədə spiralizasiya ilə xarakterizə olunur. Hemoglobin zəncirləri 75%spiralləşirsə, pepsin yalnız 30%-dir.

Saç, ipək, əzələ zülallarında olan polipeptid zəncirlərinin konfiqurasiya növü adlanır b strukturları... Peptid zəncirinin seqmentləri bir təbəqədə düzülmüşdür və akkordeondakı qatlanmış yarpağa bənzər bir fiqur meydana gətirir. Qatı iki və ya böyük məbləğ peptid zəncirləri.

Təbiətdə, quruluşu nə β-, nə də a-quruluşuna uyğun olmayan zülallar var, məsələn, insanlarda və heyvanlarda birləşdirici toxumanın böyük hissəsini təşkil edən fibrilyar zülal olan kollagen.

Üçüncü zülal quruluşu- polipeptid sarmalının məkan istiqaməti və ya müəyyən bir həcmdə polipeptid zəncirinin qatlanması üsulu. Üçüncü quruluşu rentgen struktur analizi ilə aydınlaşdırılan ilk protein, sperma balina miyoglobindir (Şəkil 2).

Zülalların məkan quruluşunun sabitləşməsində, kovalent bağlarla yanaşı, əsas rolu kovalent olmayan bağlar (hidrogen, yüklü qrupların elektrostatik qarşılıqlı təsirləri, molekullararası van der Waals qüvvələri, hidrofob qarşılıqlı təsirlər və s.) Oynayır.

Müasir anlayışlara görə, bir zülalın üçüncül quruluşu, sintezi tamamlandıqdan sonra, öz -özünə əmələ gəlir. Əsas hərəkətverici qüvvə amin turşusu radikallarının su molekulları ilə qarşılıqlı təsiridir. Bu vəziyyətdə, polar olmayan hidrofobik amin turşusu radikalları zülal molekuluna batırılır və qütb radikalları suya yönəldilir. Polipeptid zəncirinin yerli məkan quruluşunun formalaşması prosesi adlanır qatlama... Zülallar hüceyrələrdən təcrid olunur şaperonlar. Qatlanmada iştirak edirlər. Bir sıra irsi insan xəstəlikləri təsvir edilmişdir ki, onların inkişafı qatlanma prosesindəki mutasiyalara (piqmentoz, fibroz və s.) Görə pozuntu ilə əlaqələndirilir.

İkinci və üçüncü quruluşlar arasında zülal molekulunun struktur təşkil səviyyələrinin mövcudluğu rentgen difraksiya analizi üsulları ilə sübut edilmişdir. Domen kompakt qloballaşdır struktur vahidi polipeptid zəncirinin içərisindədir (Şəkil 3). Fərqli genlər tərəfindən kodlaşdırılmış fərqli quruluşa və funksiyaya malik olan bir çox zülal (məsələn, immunoglobulinlər) aşkar edilmişdir.

Zülalların bütün bioloji xüsusiyyətləri, adlandıqları üçüncül quruluşlarının qorunması ilə əlaqədardır doğma... Bir zülal kürəsi tamamilə sərt bir quruluş deyil: peptid zəncirinin hissələrinin geri çevrilə bilən hərəkətləri mümkündür. Bu dəyişikliklər molekulun ümumi konformasiyasını pozmur. Bir protein molekulunun uyğunlaşması, mühitin pH'sından, məhlulun ion gücündən və digər maddələrlə qarşılıqlı təsirindən təsirlənir. Molekulun yerli konformasiyasının pozulmasına səbəb olan hər hansı bir təsir, zülalın bioloji xüsusiyyətlərinin qismən və ya tamamilə itirilməsi ilə müşayiət olunur.

Dördüncü dövrün protein quruluşu- eyni və ya fərqli birincil, ikincil və ya üçüncül quruluşa malik fərdi polipeptid zəncirlərinin məkana salınması və struktur və funksional baxımdan vahid bir makromolekulyar formasiyanın meydana gəlməsi üsulu.

Bir neçə polipeptid zəncirindən ibarət olan bir protein molekulu adlanır oliqomer və daxil olan hər bir zəncir - protometr... Oligomerik zülallar daha çox sayda protomerdən qurulur, məsələn, bir hemoglobin molekulu iki a- və iki b-polipeptid zəncirindən ibarətdir (Şəkil 4).

Hemoglobin və immunoglobulinlər də daxil olmaqla zülalların təxminən 5% -i dördüncü bir quruluşa malikdir. Subunit quruluşu bir çox ferment üçün xarakterikdir.

Dördüncü quruluşlu bir zülal meydana gətirən protein molekulları ribosomlar üzərində ayrıca əmələ gəlir və yalnız sintez bitdikdən sonra ortaq bir supramolekulyar quruluş meydana gətirir. Protein bioloji aktivliyi yalnız tərkib protomerlərini birləşdirərək əldə edir. Dördüncü quruluşun sabitləşməsində, üçüncünün sabitləşməsində olduğu kimi eyni növ qarşılıqlı təsirlər də iştirak edir.

Bəzi tədqiqatçılar zülalların struktur quruluşunun beşinci səviyyəsinin mövcud olduğunu qəbul edirlər. o metabolonlar - substrat çevrilməsinin bütün yolunu katalizasiya edən müxtəlif fermentlərin çoxfunksiyalı makromolekulyar kompleksləri (daha yüksək yağ turşusu sintetazları, piruvat dehidrogenaz kompleksi, tənəffüs zənciri).

Peptid bağı protein molekulunun əsas quruluşunun onurğasını (silsiləsini) təyin edir və ona sərtlik verir.

Dərsin nəzəri əsasları

Protein molekulunun quruluşu

Dərsin məqsədi: protein molekullarının makromolekulyar təşkili növlərini öyrənmək.

Zülalların əsas quruluşu- polipeptid zəncirindəki (və ya zəncirlərindəki) amin turşularının ardıcıllığı və disulfid bağlarının mövqeyi (əgər varsa).

Birincil quruluş kovalent bağlarla sabitləşir: peptid, bəzi peptidlərdə və disulfid.

Birincil quruluşun kovalent bağlarının məhv edilməsi - hidroliz: 1) turşu - 6 N -də. HCl, 100-110 0 С, 24 saat; 2) enzimatik - mədədə pH 1,5-5,0 olan proteolitik fermentlərin köməyi ilə - pepsin; tripsin, kimotripsin, karboksipeptidazlar - duodenumda; dipeptidazlar, tripeptidazalar və aminopeptidazlar - 8.6 pH -da nazik bağırsaqda.

Peptid bağının xarakteristikası... Peptid bağı düzdür (koplanar). C-N istiqrazı p, π - konjugasiya səbəbiylə ikiqat bağa bənzəyir (fırlanma mümkün deyil) - konjugasiya (bir atomun sərbəst bir cüt elektronunun C = O cüt bağının π -elektronları ilə birləşməsi).

Zülalın əsas quruluşundakı amin turşularının ardıcıllığıdır Bu zülalın spesifik növ xüsusiyyətləri.

Proteinin əsas quruluşu transkripsiya və tərcümə proseslərində genetik olaraq müəyyən edilir və çoxalır.

Proteinin əsas quruluşu sonrakı protein strukturlarının formalaşması üçün əsasdır polipeptid zəncirinin amin turşusu qalıqlarının radikallarının qarşılıqlı təsiri nəticəsində.

L seriyalı bir amin turşusunu D seriyalı bir amin turşusu ilə əvəz etmək və ya hətta bir L-amin turşusunu başqası ilə əvəz etmək tamamilə yoxa çıxa bilər. bioloji aktivlik peptid.

Fizioloji aktiv peptidlər 3 ilə 100 arasında amin turşusu qalıqlarını ehtiva edir (MW 6000 Da altında). Zülallardan fərqli olaraq, polipeptidlərin tərkibində proteinogen olmayan və ya dəyişdirilmiş proteinogen amin turşuları ola bilər. Nümunələr:

1. Bradikinin və kallidin hamar əzələlərin rahatlamasına səbəb olur və plazmadakı spesifik 2 -qlobulinlərin proteolizinin məhsuludur, ona görə də bu peptidlərdə yalnız proteinogen amin turşuları vardır:

bradikinin: arg-pro-pro-qli-fen-ser-pro-fen-arg;

kallidin: Liz-arg-pro-pro-gli-fen-ser-pro-fen-arg.

2. Glutatyon (γ-glu-cis-gly) bütün hüceyrələrdə olur. Amin turşularının membranlar arasında daşınması, bir sıra fermentlərin işləməsi üçün lazımdır. Qlükozanın α-amin qrupu vasitəsilə deyil, sisteinlə əlaqəsi olduqda disulfid bağlarını saxlayır, atipik bir peptid bağından ibarətdir.

Protein polimorfizmi- bu, birincil quruluşda, fiziki olaraq fərqlənən bir neçə molekulyar formada eyni zülalın varlığıdır kimyəvi xüsusiyyətləri və bioloji aktivliyin təzahürləri.



Protein polimorfizminin səbəbləri gen rekombinasiyaları və mutasiyalardır. İzoproteinlər, eyni orqanizmlərdə olan bir zülalın çox molekulyar formalarıdır bioloji növlər bir növün genofondunda birdən çox struktur geninin olması nəticəsində. Birdən çox gen çoxlu allel və ya çoxlu gen lokusu kimi təmsil oluna bilər.

Protein polimorfizminə nümunələr.

1. Filogenezdə zülal polimorfizmi - müxtəlif növlərdə homoloji zülalların olması. Bu zülallarda, funksiyalarından məsul olan əsas quruluşun bölgələri qorunub saxlanılır (dəyişməz). İnsan bədənindəki itirilmiş zülalları əvəz etmək üçün, birincil quruluşunda minimal fərqlər olan heyvanların homolog zülallarından istifadə olunur (inək, donuz, sperma balinasından insulin).

2. Ontogenezdə zülalların polimorfizmi - orqanizmin həyat dövrünün müxtəlif hissələrində homoloji zülalların olması. Dölün hemoglobini F var (fetal hemoglobin, α 2 γ 2, oksigenə yaxınlığı yüksəkdir). Doğuşdan sonra hemoglobin A1 (a 2 b 2) ilə əvəz olunur.

3. Zülalların toxuma polimorfizmi. Fərqli hüceyrələrdəki eyni ferment eyni reaksiyanı kataliz edir, lakin birincil quruluşda - izozimlərdə fərqlərə malikdir. Qanda izoenzimlərin təyin edilməsi, müəyyən bir toxumanın zədələnməsinə diaqnoz qoymağa kömək edir.

4. Patologiyada zülal polimorfizmi. Bir çox irsi mutasiyaların nümunəsini nəzərdən keçirək. Bu vəziyyətdə, asidik bir amin turşusunun əsas və ya neytral ilə əvəz edilməsi ən çox baş verir:

HbC-də β-zəncirindəki glu 6-nın lizislə əvəz edilməsi;

HbE-də β-zəncirindəki Glu 26-nın lizislə əvəz edilməsi;

HbI-də β-zəncirindəki lys 16-nın asp ilə əvəz edilməsi;

HbS-də, β-zəncirindəki glo 6-nın bir mil ilə dəyişdirilməsi.

İkinci vəziyyətdə, oraq hüceyrəli anemiya kimi bir xəstəlik meydana gəlir. Anormal hemoglobinlər normal yükdən və elektroforetik hərəkətliliyindən fərqlənir. Hemoglobinlərdəki fiziki -kimyəvi dəyişikliklər oksigen nəqlinin pozulması ilə müşayiət olunur.

İkincil protein quruluşu- hidrogen bağları ilə sabitlənmiş polipeptid zəncirinin nizamlı təşkili. Hidrogen bağları, peptid bağlarının NH və CO qrupları arasında əmələ gəlir. A-sarmal, b-quruluş və nizamsız konformasiya (bobin) arasında fərq qoyun.

a-spiral. Polipeptid zəncirinin bükülməsi L-amin turşularının quruluşundan qaynaqlanan saat əqrəbidir (sağ əlli spiral). Sarmalın hər dönüşü (addımı) üçün 3,6 amin turşusu qalığı vardır. Helix meydançası 0,54 nm -dir, hər bir amin turşusu qalığı üçün 0,15 nm -dir. Spiralın yuxarı qalxma bucağı 26 0 -dir. sarmalın hər 5 dönüşündə (18 amin turşusu qalığı) polipeptid zəncirinin quruluşu təkrarlanır. Hidrogen bağları sarmal oxuna paraleldir və hər birinci və hər beşinci amin turşusu qalıqları arasında yaranır. A-sarmalın əmələ gəlməsi, həcmli və yüklü radikalları olan prolin və amin turşuları tərəfindən qarşısı alınır.

Β-Struktur. Fibrillyar zülallarda, iki və ya daha çox xətti polipeptid zənciri, molekulun oxuna (qatlanmış b-qat) dik olan hidrogen bağları ilə sıx bağlıdır. N- C-ucuna eyni istiqamətdə işləyən iki polipeptid zənciri zəncirlər arası hidrogen bağları ilə bağlanırsa, bu paralel bir β-quruluşdur. Zəncirlərin N və C ucları əksinədirsə, bu antiparallel b-quruluşudur. Bir polipeptid zənciri özünə paralel olaraq əyilirsə və uzanırsa, bu antiparallel β-çarpaz quruluşdur. Zəncirin əyilmə nöqtələri pro, gli, asn-b-bend ilə təyin olunur.

Bozuk konformasiya. Bir zülal molekulunun sarmal və ya qatlanmış strukturlara aid olmayan sahələrinə nizamsız deyilir. Qrafik təsvirdə spiral hissələr silindr şəklində, qatlanmış strukturlar isə oxla təsvir edilmişdir. A-sarmal hissələrin və b-strukturlarının müntəzəm bir dəyişməsidir.

Üçüncü quruluş- bütövlükdə polipeptid zəncirinin konformasiyası (yəni üçölçülü məkanda yerləşmə). Üçüncü quruluş, polipeptid zəncirinin amin turşusu qalıqlarının radikalları arasındakı əlaqələr və qarşılıqlı təsirlər nəticəsində sabitləşir: kovalent - disulfid bağları, həmçinin hidrogen, ion bağları və hidrofob qarşılıqlı təsirlər. Üçüncü quruluşlu zülal növləri:

sarmal bölgələrin üstünlük təşkil etdiyi zülallar, kürəciklər (kürə zülalları) formasına malikdir və dinamik funksiyalar;

bükülmüş b-təbəqənin strukturlarının üstünlük təşkil etdiyi zülallar filamentli (fibilyar zülallar) formaya malikdir və struktur funksiyalarını yerinə yetirir;

kollagen, heyvanlar aləmində ən çox yayılmış proteindir (bütün bədən zülallarının 25% -ə qədəri), xüsusi bir quruluşa malikdir. Kollagen (tropokollagen) molekulu üç polipeptid zəncirindən qurulmuşdur. Hər bir polipeptid zəncirində təxminən 1000 amin turşusu qalığı (35% glisin, 21% prolin və hidroksiprolin, 11% alanin) var. Hər bir polipeptid zənciri sıx bir sarmal formasına malikdir (hər növbədə 3 amin turşusu qalığı). Tropokollagen molekulunda hər üç sarmal da bir -birinə qarışaraq bir dəstə əmələ gətirir. Helikonlar arasında peptid qrupları səbəbindən hidrogen bağları əmələ gəlir. Bu quruluş kollagen liflərinin gücünü təmin edir.

Yerli protein quruluşu.

Üçüncü quruluşdakı bir çox zülal qıvrılmış, qatlanmış və nizamsız seqmentlərə malikdir. Eyni zamanda, funksional və struktur baxımından vacibdir qarşılıqlı tənzimləmə amin turşusu radikalları. Aşağıdakı terminlər istifadə olunur:

domenlər – zülalın müəyyən bir funksiyasını yerinə yetirməkdən məsul olan bir zülalın üçüncül strukturunun anatomik olaraq fərqlənən sahələri;

hidrofob ciblər – hidrofobik amin turşularının radikalları ilə örtülmüş üçüncül strukturdakı boşluqlar; hidrofob ligandların bir protein molekuluna batırılmasına xidmət edir;

hidrofob qruplar – hidrofobik amin turşularının radikallarının cəmləşdiyi zülal səthinin sahələri; digər molekulların hidrofobik qrupları ilə qarşılıqlı əlaqə qurmağa xidmət edir.

Bir funksiyanı yerinə yetirmək üçün bir protein müəyyən və çox vaxt yalnız üçüncül bir quruluşa (konformasiyaya) - yerli quruluşa malik olmalıdır.

Xətti ardıcıllıqla bir -birindən uzaq olan amin turşusu qalıqlarının qarşılıqlı təsirindən qaynaqlanır. Baxım faktorları:

    hidrogen bağları

    hidrofob qarşılıqlı təsirlər (zülalın quruluşu və bioloji funksiyaları üçün lazımdır)

    disulfid və duz körpüləri

    ion və van der Waals istiqrazları.

Əksər zülallarda molekulların səthində hidrofilik xüsusiyyətlərə malik amin turşusu radikallarının qalıqları vardır. HC - hidrofob olan və molekulların içərisində yerləşən radikallar. Bu paylanma, zülalın yerli quruluşunun və xüsusiyyətlərinin meydana gəlməsində əhəmiyyətlidir.

Nəticədə, zülalların bir nəmləndirmə qabığı var və üçüncül quruluşun sabitləşməsi əsasən hidrofob qarşılıqlı təsirlərdən qaynaqlanır. Məsələn, globulin molekullarında olan amin turşusu qalıqlarının 25-30% -də hidrofobik radikallar var, 45-50% -də ion və qütb radikal qrupları var.

Zülalların quruluşundan məsul olan amin turşusu qalıqlarının yan zəncirləri, ölçüsü, forması, yükü və hidrogen bağları yaratmaq qabiliyyəti, həmçinin kimyəvi reaktivliyi ilə fərqlənir:

    valin, alanin kimi alifatik yan zəncirlər. Məhz bu qalıqlar hidrofob qarşılıqlı təsirlər yaradır.

    hidroksillənmiş alifatik (seriya, treonin). Bu amin turşusu qalıqları, məsələn, kükürd turşusu ilə hidrogen bağlarının, həmçinin esterlərin əmələ gəlməsində iştirak edir.

    aromatik - bunlar fenilalanin, tirozin, triptofan qalıqlarıdır.

    əsas xüsusiyyətlərə malik olan amin turşusu qalıqları (lizin, arginin, histidin). Polipeptid zəncirində bu cür amin turşularının üstünlük təşkil etməsi zülallara əsas xüsusiyyətlər verir.

    Asidik xüsusiyyətlərə malik qalıqlar (aspartik və glutamik turşular)

    amid (asparagin, glutamin)

Bir neçə polipeptid zənciri olan zülallar dördüncü bir quruluşa malikdir. Bu, zəncirlərin bir -birinə nisbətən qoyulma üsuluna aiddir. Bu fermentlərə alt vahidlər deyilir. Hal -hazırda, bir protein molekulunun kompakt bir kürə vahidini ifadə edən "domen" termini istifadə etmək adətdir. Bir çox zülal, kütləsi 10 ilə 20 kDa arasında olan bir neçə belə vahiddən ibarətdir. Yüksək molekulyar ağırlıqlı zülallarda fərdi sahələr PCP -nin nisbətən çevik bölgələri ilə bağlanır. Heyvanların və insanların orqanizmində daha çox kompleks zülal quruluş təşkilatları mövcuddur ki, buna misal olaraq çox fermentli sistemlər, xüsusən piruvat dekarboksilaz kompleksi ola bilər.

Yerli protein anlayışı

Müəyyən pH və temperatur dəyərlərində PCP, bir qayda olaraq, doğma adlanan və bədəndəki zülalın xüsusi funksiyasını yerinə yetirdiyi yalnız bir konformasiyaya malikdir. Demək olar ki, həmişə bu tək konformasiya enerjili olaraq onlarla və yüzlərlə digər uyğunlaşma variantından üstündür.

Təsnifat. Zülalların bioloji və kimyəvi xüsusiyyətləri

Zülalların qənaətbəxş təsnifatı yoxdur, şərti olaraq məkan quruluşuna, həll olma qabiliyyətinə, bioloji funksiyalarına, fiziki -kimyəvi xüsusiyyətlərinə və digər xüsusiyyətlərinə görə təsnif edilir.

1. Molekulların quruluşu və forması baxımından zülallar aşağıdakılara bölünür:

    kürə (sferik)

    fibrillar (filamentli)

2. kimyəvi tərkibi bölünür:

Sadəcə amin turşusu qalıqlarından ibarət olanlar

Kompleks, molekullarında zülal olmayan birləşmələr var. Kompleks zülalların təsnifatı zülal olmayan komponentlərin kimyəvi xüsusiyyətlərinə əsaslanır.

Əsas təsnifat növlərindən biri:

Z. yerinə yetirilən bioloji funksiyalara görə:

Enzimatik kataliz. Bioloji sistemlərdə bütün kimyəvi reaksiyalar xüsusi zülallar, fermentlər tərəfindən kataliz edilir. 2000 -dən çoxu məlumdur

fermentlər. Fermentlər, reaksiyanı ən azı 1 milyon dəfə sürətləndirən güclü biokatalizatorlardır.

Nəqliyyat və yığılma

Bir çox kiçik molekulun və müxtəlif ionların köçürülməsi tez -tez oksigen daşıyan xüsusi zülallar, məsələn, hemoglobin, miyoglobin tərəfindən həyata keçirilir. Yığım nümunəsi: Ferritin qaraciyərdə yığılır.

əlaqələndirilmiş hərəkət. Zülallar müqavilə əzələlərinin (aktin və miyozin lifləri) əsas komponentidir. Mikroskopik səviyyədə hərəkət, mitoz zamanı xromosomların ayrılması, spermatozoidlərin flagella səbəbiylə hərəkət etməsidir.

    mexaniki dəstək. Dərinin və sümüklərin yüksək elastikliyi fibrillar zülalının - kollagenin olması ilə əlaqədardır.

    immun müdafiə. Antikorlar, digər orqanizmlərin viruslarını, bakteriyalarını və hüceyrələrini tanıya və bağlaya bilən yüksək spesifik zülallardır.

İmpulsların yaranması və ötürülməsi. Sinir hüceyrələrinin impulslara reaksiyası reseptor zülalları vasitəsi ilə həyata keçirilir

böyümənin və fərqlənmənin tənzimlənməsi. Hüceyrə fərqlənməsinin böyüməsi üçün genetik məlumatların ifadə ardıcıllığının ciddi tənzimlənməsi lazımdır. Bir orqanizmin həyatı boyunca istənilən vaxt hüceyrə genomunun yalnız kiçik bir hissəsi ifadə edilir. Məsələn, xüsusi bir protein kompleksinin təsiri altında daha yüksək orqanizmlərdə bir neyron şəbəkəsi əmələ gəlir.

Peptidlərin və zülalların digər funksiyalarına hormonal funksiyalar daxildir. İnsanlar hormonal peptidləri necə sintez etməyi öyrəndikdən sonra son dərəcə əhəmiyyətli bir biotibbi əhəmiyyətə sahib oldular. Peptidlər, valinomisin, xərçəng əleyhinə dərmanlar kimi müxtəlif antibiotiklərdir. Bundan əlavə, zülallar mexaniki qorunma funksiyasını yerinə yetirir (saç keratin və ya mədə -bağırsaq traktının və ya ağız boşluğunun selikli birləşmələri).

Hər hansı bir canlı orqanizmin varlığının əsas təzahürü öz növlərinin çoxalmasıdır. Nəticədə, irsi məlumatlar bədəndəki bütün zülalların amin turşularının ardıcıllığının kodlaşdırılmasıdır. Protein toksinləri insan sağlamlığına təsir göstərir.

Zülalların molekulyar çəkisi daltonlarla (Da) ölçülür - demək olar ki, hidrogen kütləsinə (-1,000) bərabər olan bir kütlə vahididir. Dalton və molekulyar çəki termini bir -birini əvəz edir. Əksər zülalların cənabları 10 ilə 100.000 arasında dəyişir.

Pirinç. 3.9. Laktoglobulinin üçüncü quruluşu-tipik a / p-protein (PDB-200I-a görə) (Brownlow, S., Marais Cabral, JH, Cooper, R., Flower, DR, Yewdall, SJ, Polikarpov, I., North, AC, Sawyer, L.: Struktur, 5, s. 481.1997)

Məkan quruluşu polipeptid zəncirinin uzunluğundan deyil, hər bir proteinə xas olan amin turşusu qalıqlarının ardıcıllığından, həmçinin müvafiq amin turşularına xas olan yan radikallardan asılıdır. Zülal makromoleküllərinin məkan üçölçülü quruluşu və ya uyğunlaşması, ilk növbədə hidrogen bağları, həmçinin amin turşularının qeyri-qütblü yan radikalları arasındakı hidrofob qarşılıqlı təsirlər nəticəsində əmələ gəlir. Hidrogen bağları, zülal makromolekülünün məkan quruluşunun formalaşmasında və saxlanmasında böyük rol oynayır. Bu atomlardan birinə kovalent şəkildə bağlanmış bir hidrogen protonu vasitəsilə iki elektronegativ atom arasında bir hidrogen bağı əmələ gəlir. Bir hidrogen atomunun bir elektronu bir elektron cütün meydana gəlməsində iştirak edərkən, proton qonşu atom tərəfindən cəlb edilərək bir hidrogen bağı əmələ gətirir. Bir hidrogen bağının meydana gəlməsi üçün bir şərt, elektronegativ bir atomdan ən azı bir sərbəst elektronun olmasıdır. Hidrofobik qarşılıqlı təsirlərə gəldikdə, bunlar su molekulları arasındakı hidrogen bağlarını poza bilməyən, zülal kürəciyinin səthinə sürüşən qütb olmayan radikallar arasındakı təmas nəticəsində yaranır. Protein sintez edildikcə, qütb daxilində qeyri-qütblü kimyəvi qruplar toplanır və qütblər onun səthinə köçürülür. Beləliklə, bir zülal molekulu zülaldakı həlledicinin və ionogen qrupların pH -dan asılı olaraq neytral, müsbət yüklü və ya mənfi ola bilər. Zəif qarşılıqlı təsirlərə ion bağları və van der Waals qarşılıqlı təsirləri də daxildir. Bundan əlavə, zülalların konformasiyası kovalent olaraq saxlanılır S-S bağlantıları iki sistein qalığı arasında əmələ gəlir. Hidrofob və hidrofilik qarşılıqlı təsirlər nəticəsində bir protein molekulu ən çox termodinamik cəhətdən əlverişli uyğunlaşmalardan birini kortəbii olaraq qəbul edir və hər hansı bir xarici təsir nəticəsində doğma konformasiya pozulursa, onun tam və ya demək olar ki, tam bərpası mümkündür. Bu, ilk dəfə K. Anfinsen tərəfindən nümunə olaraq katalitik cəhətdən aktiv protein ribonukleazdan istifadə edərək göstərilmişdir. Karbamid və ya p-merkaptoetanola məruz qaldıqda onun konformasiyasının dəyişdiyi və nəticədə katalitik aktivliyin kəskin azaldığı ortaya çıxdı. Karbamidin çıxarılması, protein konformasiyasının ilkin vəziyyətinə keçməsinə gətirib çıxarır və katalitik aktivliyi bərpa olunur.

Beləliklə, zülalların konformasiyası üçölçülü bir quruluşdur və əmələ gəlməsi nəticəsində polipeptid zəncirinin uzaq bölgələrində yerləşən bir çox atomlar bir-birinə yaxınlaşır və bir-birlərinə təsir edərək fərdi aminlərdə olmayan yeni xüsusiyyətlər əldə edirlər. turşular və ya kiçik polipeptidlər. Bu sözdədir üçüncü quruluş, polipeptid zəncirlərinin kosmosda oriyentasiyası ilə xarakterizə olunur (Şəkil 3.9). Küresel və fibrilyar zülalların üçüncü quruluşu bir -birindən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Protein molekulunun qəbul edilmiş forması, asimmetriya dərəcəsi (molekulun uzun oxunun qısa olana nisbəti) kimi bir göstərici ilə xarakterizə olunur. Küresel zülallarda asimmetriya dərəcəsi 3-5-dir, fibrillar zülallarına gəldikdə isə bu dəyər daha yüksəkdir (80-dən 150-ə qədər).

Bəs onda birincil və ikincil açılmamış strukturlar çökmüş, çox sabit bir forma necə çevrilir? Hesablamalar göstərir ki, zülalların üçölçülü strukturlarının əmələ gəlməsinin nəzəri cəhətdən mümkün olan birləşmələrinin sayı təbiətdə mövcud olanlardan ölçüyəgəlməz dərəcədə çoxdur. Göründüyü kimi, ən enerjili əlverişli formalar uyğunluq sabitliyinin əsas amilidir.

Erimiş kürə hipotezi. Bir polipeptid zəncirinin üçölçülü bir quruluşa qatlanmasını öyrənməyin yollarından biri, bir protein molekulunun denaturasiyası və sonradan yenidən doymasıdır.

K. Anfinsenin ribonukleaz ilə apardığı təcrübələr birmənalı olaraq denaturasiya nəticəsində pozulmuş məkan quruluşunu yığma ehtimalını göstərir (Şəkil 3.10).

Bu halda, doğma konformasiyanın bərpası heç bir əlavə struktur tələb etmir. Polipeptid zəncirinin uyğun konformasiyaya qatlanmasının hansı modelləri daha çox ehtimal olunur? Zülalın özünü təşkil etməsinin ən geniş yayılmış hipotezlərindən biri, ərimiş kürə hipotezidir. Bu konsepsiya çərçivəsində zülalların özünü yığmasının bir neçə mərhələsi fərqlənir.

  • 1. Açılmamış polipeptid zəncirində, hidrogen bağları və hidrofob qarşılıqlı təsirlərin köməyi ilə ikincil quruluşun ayrı bölmələri əmələ gəlir ki, bunlar da tam ikincil və fövqəladə strukturların əmələ gəlməsi üçün toxum kimi xidmət edir.
  • 2. Bu saytların sayı müəyyən bir eşik dəyərinə çatdıqda, yan radikalların yenidən istiqamətlənməsi və polipeptid zəncirinin yeni, daha kompakt bir formaya keçməsi və kovalent olmayan bağların sayı meydana gəlir.

Pirinç. 3.10.

əhəmiyyətli dərəcədə artır. Bu mərhələnin xarakterik xüsusiyyəti, polipeptid zəncirinin uzaq bölgələrində yerləşən, lakin üçüncül bir quruluşun meydana gəlməsi nəticəsində yaxın olduğu təsbit edilən atomlar arasında xüsusi təmasların meydana gəlməsidir.

3. Son mərhələdə, disulfid bağlarının bağlanması və zülal konformasiyasının son sabitləşməsi ilə əlaqəli protein molekulunun doğma konformasiyası əmələ gəlir. Qeyri -spesifik birləşmənin qismən qatlanması da mümkündür.

yerli zülalların əmələ gəlməsindəki səhvlər kimi təsnif edilə bilən polipstid zəncirləri. Qismən qatlanmış polipeptid zənciri (addım 2) ərimiş kürəcik və səhnə adlanır 3 yetkin bir protein meydana gəlməsində ən gecdir.

Şəkildə 3.11, bir gen tərəfindən kodlanmış bir protein makromolekulunun meydana gəlməsinin bir variantını göstərir. Bununla birlikdə, bir sahə olan bir sıra zülalların olduğu bilinir

Pirinç. 3.11.

(NK Naqradovaya görə) quruluş genlərin çoxalması nəticəsində əmələ gəlir və ayrı -ayrı sahələr arasında təmasların qurulması əlavə səylər tələb edir. Məlum oldu ki, hüceyrələrdə yeni sintez olunan zülalların qatlanmasını tənzimləyən xüsusi mexanizmlər var. Hal -hazırda bu mexanizmlərin həyata keçirilməsində iştirak edən iki ferment aşkar edilmişdir. Polipeptid zəncirinin qatlanmasının üçüncü mərhələsinin yavaş reaksiyalarından biri *

Pirinç. 3.12.

Bundan əlavə, hüceyrələrdə zülalların məkan quruluşlarının formalaşmasına böyük töhfə verən bir sıra katalitik cəhətdən aktiv olmayan zülallar var. Bunlar sözdə şaperonlar və şaperoninlərdir (Şəkil 3.12). Molekulyar şaperonların kəşfçilərindən L.Ellis, onları digər polipeptid tərkibli strukturların in vivo olaraq düzgün kovalent olmayan yığılmasına kömək edən, lakin yığılmış strukturların bir hissəsi olmayan və iştirak etməyən əlaqəli olmayan protein ailələrinin funksional sinifi adlandırır. normal fizioloji funksiyalarının həyata keçirilməsində.

Şaperonlar, qismən qatlanmış bir polipeptid zənciri ilə geri çevrilən kovalent olmayan komplekslər meydana gətirərək, üç ölçülü zülal konformasiyasının düzgün qurulmasına kömək edir, eyni zamanda funksional olaraq qeyri-aktiv protein strukturlarının meydana gəlməsinə gətirib çıxaran səhv formalaşmış bağları inhibə edir. Şaperonlara xas olan funksiyaların siyahısına əridilmiş kürəciklərin yığılmasından qorunması, həmçinin yeni sintez edilmiş zülalların müxtəlif hüceyrə lokuslarına köçürülməsi daxildir. Şaperonlar əsasən istilik şoku zülallarıdır, stressin təsiri altında sintezi kəskin şəkildə artır, buna görə də onlara hsp (istilik şoku zülalları) deyilir. Bu zülalların ailələri mikrob, bitki və heyvan hüceyrələrində olur. Şaperonların təsnifatı onların xüsusiyyətlərinə əsaslanır molekulyar çəki, 10 ilə 90 kDa arasında dəyişir. Əsasən, şaperonlar və şaperoninlərin funksiyaları fərqlidir, hər ikisi də zülalların üçölçülü quruluşunun formalaşmasına kömək edən zülallardır. Şaperonlar, yeni sintez edilən polipeptid zəncirini açılmamış vəziyyətdə saxlayaraq, yerli haldan fərqli bir formaya qatlanmasının qarşısını alır və şaperoninlər, yeganə düzgün, doğma protein quruluşunun meydana gəlməsi üçün şərait yaradır (Şəkil 3.13).

Pirinç. 3.13.

Şaperonlar / ribosomdan enən nazik bir polipeptid zənciri ilə əlaqələndirilir. Polipeptid zəncirinin əmələ gəlməsindən və ribozomdan çıxmasından sonra şaperonlar ona bağlanır və birləşmənin qarşısını alır. 2. Sitoplazmada qatlandıqdan sonra zülallar şaperondan ayrılır və üçüncü quruluşun son formalaşmasının meydana gəldiyi müvafiq şaperoninə köçürülür. 3. Sitozolik şaperonun köməyi ilə zülallar mitokondriyanın xarici membranına keçirlər, burada mitokondrial şaperon onları mitokondriyə çəkir və qatlanmanın meydana gəldiyi mitokondrial şaperoninə "köçürür". 4, 5 oxşardır 4 , lakin endoplazmik retikulumla əlaqədar olaraq.

Bir zülalın üçüncül quruluşu, üç ölçülü bir məkanda bir polipeptid zəncirinin bükülmə üsuludur. Bu uyğunlaşma meydana gəlməsi səbəbiylə meydana gəlir kimyəvi bağlar bir -birindən uzaq olan amin turşusu radikalları arasında. Bu proses hüceyrənin molekulyar mexanizmlərinin iştirakı ilə həyata keçirilir və zülallara funksional aktivliyin verilməsində böyük rol oynayır.

Üçüncü quruluşun xüsusiyyətləri

Zülalların üçüncü quruluşu üçün aşağıdakı kimyəvi qarşılıqlı təsirlər xarakterikdir:

  • ion;
  • hidrogen;
  • hidrofobik;
  • van der Waals;
  • disulfid.

Bütün bu bağlar (kovalent disulfid bağından başqa) çox zəifdir, lakin miqdarına görə molekulun məkan şəklini sabitləşdirir.

Əslində, polipeptid zəncirlərinin qatlanmasının üçüncü səviyyəsi, yan amin turşusu radikalları arasındakı kimyəvi qarşılıqlı təsirlər səbəbiylə kosmosda yönəldilmiş ikincil quruluşun müxtəlif elementlərinin (α-sarmallar; b qatlanmış təbəqələr və döngələr) birləşməsidir. Bir zülalın üçüncül quruluşunun sxematik təyin edilməsi üçün α-sarmallar silindrlər və ya spirallə bükülmüş xətlər, qatlarla qatlanmış oxlar və döngələr sadə xətlərlə işarələnir.

Üçüncü konformasiyanın təbiəti zəncirdəki amin turşularının ardıcıllığı ilə müəyyən edilir; buna görə də eyni şərtlərdə eyni əsas quruluşa malik iki molekul eyni məkan qatlama variantına uyğun olacaq. Bu uyğunluq zülalın funksional aktivliyini təmin edir və ona yerli deyilir.

Protein molekulunu qatlama prosesində, aktiv mərkəzin komponentləri bir -birinə yaxınlaşır ki, bu da birincil quruluşda bir -birindən xeyli uzaqlaşdırıla bilər.

Tək zəncirli zülallar üçün üçüncü quruluş son funksional formadır. Mürəkkəb çoxlu vahid zülallar, bir neçə zəncirin bir-biri ilə əlaqəli quruluşunu xarakterizə edən dördüncü bir quruluş təşkil edir.

Bir zülalın üçüncü quruluşundakı kimyəvi bağların xarakteristikası

Polipeptid zəncirinin qatlanması əsasən hidrofilik və hidrofob radikalların nisbətinə bağlıdır. Birincisi hidrogenlə (suyun bir komponenti) qarşılıqlı təsir göstərir və buna görə də səthdədir, hidrofob sahələr isə əksinə molekulun mərkəzinə tələsirlər. Bu uyğunluq enerji baxımından ən əlverişlidir. Nəticədə hidrofob nüvəsi olan bir kürə əmələ gəlir.

Buna baxmayaraq molekulun mərkəzinə düşən hidrofilik radikallar bir -biri ilə qarşılıqlı əlaqə quraraq ion və ya hidrogen bağları əmələ gətirirlər. İon bağları əks yüklü amin turşusu radikalları arasında yarana bilər:

  • arginin, lizin və ya histidinin katyonik qrupları (müsbət yükə malikdir);
  • glutamik və aspartik turşu radikallarının karboksil qrupları (mənfi yükə malikdir).

Hidrogen bağları yüklənməmiş (OH, SH, CONH 2) və yüklənmiş hidrofilik qrupların qarşılıqlı təsiri nəticəsində yaranır. Kovalent bağlar (üçüncül konformasiyada ən güclü) sistein qalıqlarının SH qrupları arasında yaranır və sözdə disulfid körpüləri əmələ gətirir. Tipik olaraq, bu qruplar xətti zəncirdə bir -birindən uzaqdır və yalnız yığma prosesində yaxınlaşırlar. Disulfid bağları əksər hüceyrədaxili zülallar üçün tipik deyil.

Konformasiya qabiliyyəti

Zülalın üçüncül quruluşunu meydana gətirən bağlar çox zəif olduğu üçün, amin turşusu zəncirindəki atomların Brownian hərəkəti onların yeni yerlərdə qırılmasına və əmələ gəlməsinə səbəb ola bilər. Bu, molekulun ayrı -ayrı bölgələrinin məkan formasında bir qədər dəyişikliyə gətirib çıxarır, lakin zülalın yerli konformasiyasını pozmur. Bu fenomenə uyğunlaşma qabiliyyəti deyilir. Sonuncu, hüceyrə proseslərinin fiziologiyasında böyük rol oynayır.

Bir zülalın quruluşu, digər molekullarla qarşılıqlı təsirindən və ya ətraf mühitin fiziki -kimyəvi parametrlərindəki dəyişikliklərdən təsirlənir.

Bir zülalın üçüncül quruluşu necə yaranır

Bir zülalın öz doğma formasına qatlanması prosesinə qatlama deyilir. Bu fenomen, molekulun sərbəst enerjinin minimum dəyəri ilə konformasiyanı qəbul etmək istəyinə əsaslanır.

Üçüncü quruluşu təyin etmək üçün heç bir zülalın təlimatçı vasitəçilərə ehtiyacı yoxdur. Qatlama nümunəsi əvvəlcə amin turşusu ardıcıllığı ilə "yazılır".

Ancaq normal şəraitdə böyük bir protein molekulunun birincil quruluşuna görə doğma konformasiyasını qəbul etməsi bir trilyon ildən çox vaxt aparacaq. Buna baxmayaraq, canlı bir hüceyrədə bu proses cəmi bir neçə on dəqiqə davam edir. Vaxtın bu qədər əhəmiyyətli azalması ixtisaslaşdırılmış köməkçi zülalların - qıvrımların və şaperonların qatlanmasında iştirak etməklə təmin edilir.

Kiçik zülal molekullarının qatlanması (bir zəncirdə 100 -ə qədər amin turşusu), in vitro təcrübələrində göstərildiyi kimi, olduqca tez və vasitəçilərin iştirakı olmadan baş verir.

Qatlanan amillər

Qatlanmada iştirak edən köməkçi zülallar iki qrupa bölünür:

  • katazalar - katalitik aktivliyə malikdir, substratın konsentrasiyasından xeyli aşağı olan miqdarda tələb olunur (digər fermentlər kimi);
  • şaperonlar - müxtəlif hərəkət mexanizmləri olan zülallar, qatlanmış substratın miqdarı ilə müqayisə oluna bilən bir konsentrasiyada lazımdır.

Hər iki növ faktor qatlanmada iştirak edir, lakin son məhsulun bir hissəsi deyil.

Foldaz qrupu 2 fermentlə təmsil olunur:

  • Protein disulfid izomeraz (PDI) - çoxlu sistein qalıqları olan zülallarda disulfid bağlarının düzgün əmələ gəlməsinə nəzarət edir. Bu funksiya çox vacibdir, çünki kovalent qarşılıqlı təsirlər çox güclüdür və səhv əlaqələr halında, protein müstəqil olaraq öz yerini dəyişə və qəbul edə bilməz.
  • Peptidil-prolil-cis-trans-izomeraz-bu sahədəki polipeptid zəncirinin bükülmə xüsusiyyətini dəyişdirən prolinin yanlarında yerləşən radikalların konfiqurasiyasında dəyişiklik təmin edir.

Beləliklə, zülal molekulunun üçüncül konformasiyasının əmələ gəlməsində qıvrımlar düzəldici rol oynayır.

Şaperonlar

Chaperones başqa cür adlandırılır və ya stress. Bu, hüceyrəyə mənfi təsirlər (temperatur, radiasiya, ağır metallar və s.) İlə ifrazının əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə əlaqədardır.

Şaperonlar üç protein ailəsinə aiddir: hsp60, hsp70 və hsp90. Bu zülallar bir çox funksiyanı yerinə yetirir:

  • zülalların denaturasiyadan qorunması;
  • yeni sintez olunan zülalların bir -biri ilə qarşılıqlı təsirinin istisna edilməsi;
  • radikallar arasında yanlış zəif bağların yaranmasının və onların labializasiyasının qarşısının alınması (korreksiya).

Beləliklə, şaperonlar, bir çox variantın təsadüfən sayılmasını istisna etməklə və hələ yetişməmiş protein molekullarını bir -biri ilə lazımsız qarşılıqlı təsirlərdən qorumaqla, enerjili olaraq düzgün bir quruluşun sürətli əldə edilməsinə kömək edir. Bundan əlavə, şaperonlar aşağıdakıları təmin edir:

  • zülalların bəzi növ nəqli;
  • yenidən katlama nəzarəti (üçüncü quruluş itdikdən sonra bərpası);
  • bitməmiş qatlanma vəziyyətinin qorunması (bəzi zülallar üçün).

Sonuncu vəziyyətdə, şaperon molekulu qatlama prosesi başa çatdıqdan sonra zülala bağlanır.

Denaturasiya

Hər hansı bir faktorun təsiri altında bir zülalın üçüncül quruluşunun pozulmasına denaturasiya deyilir. Yerli konformasiyanın itirilməsi, molekulu sabitləşdirən çoxlu sayda zəif bağlar məhv edildikdə baş verir. Bu halda zülal spesifik funksiyasını itirir, lakin birincil quruluşunu saxlayır (peptid bağları denaturasiya zamanı məhv edilmir).

Denaturasiya zamanı zülal molekulunda məkan artımı baş verir və hidrofob bölgələr yenidən səthə çıxır. Polipeptid zənciri, zülalın üçüncül quruluşunun hansı bağlarının qırıldığından asılı olaraq düzensiz bir sarımın konformasiyasını əldə edir. Bu formada molekul proteolitik fermentlərin təsirinə daha həssasdır.

Üçüncü quruluşu pozan amillər

Denaturasiyaya səbəb ola biləcək bir sıra fiziki və kimyəvi təsirlər var. Bunlara daxildir:

  • 50 dərəcədən yuxarı temperatur;
  • radiasiya;
  • ətraf mühitin pH dəyişməsi;
  • ağır metal duzları;
  • bəziləri üzvi birləşmələr;
  • yuyucu vasitələr.

Denatürasiya təsiri kəsildikdən sonra protein üçüncü quruluşu bərpa edə bilər. Bu prosesə renaturasiya və ya yenidən qatlama deyilir. In vitro, bu yalnız kiçik zülallar üçün mümkündür. Canlı bir hüceyrədə şaperonlar yenidən qatlanmanı təmin edir.