Portalda reklama

Proteinning tabiiy xususiyatlari uning tuzilishi bilan belgilanadi. Uchinchi darajali tuzilish. Darsning nazariy asoslari

Protein molekulasining strukturaviy tuzilishining 4 darajasining mavjudligi isbotlangan.

Birlamchi oqsil tuzilishi- aminokislotalar qoldiqlarining polipeptid zanjirida joylashish ketma -ketligi. Proteinlarda individual aminokislotalar bir -biri bilan bog'langan peptid aloqalari aminokislotalarning a-karboksil va a-amino guruhlarining o'zaro ta'siridan kelib chiqadi.

Hozirgi vaqtda o'n minglab turli xil oqsillarning asosiy tuzilishi shifrlangan. Proteinning birlamchi tuzilishini aniqlash uchun gidroliz usullari bilan aminokislotalar tarkibi aniqlanadi. Keyin terminal aminokislotalarning kimyoviy tabiati aniqlanadi. Keyingi qadam - polipeptid zanjiridagi amino kislotalar ketma -ketligini aniqlash. Buning uchun selektiv qisman (kimyoviy va fermentativ) gidroliz ishlatiladi. X-ray strukturaviy tahlilini, shuningdek, DNKning bir-birini to'ldiruvchi nukleotidlar ketma-ketligi haqidagi ma'lumotlarni ishlatish mumkin.

Ikkilamchi protein tuzilishi- polipeptid zanjirining konfiguratsiyasi, ya'ni. ma'lum bir konformatsiyaga polipeptid zanjirini qadoqlash usuli. Bu jarayon tartibsiz davom etmaydi, lekin birlamchi tuzilmada belgilangan dasturga muvofiq.

Ikkilamchi tuzilishning barqarorligi asosan vodorod aloqalari bilan ta'minlanadi, biroq kovalent bog'lanishlar - peptid va disulfidning ma'lum hissasi bor.

Sharsimon oqsillar tuzilishining eng ehtimoliy turi ko'rib chiqiladi spiral... Polipeptid zanjirining burilishi soat yo'nalishi bo'yicha sodir bo'ladi. Har bir oqsil ma'lum darajada spirallanish bilan tavsiflanadi. Agar gemoglobin zanjirlari 75%ga spirallangan bo'lsa, u holda pepsin atigi 30%ni tashkil qiladi.

Soch, ipak, mushak oqsillarida uchraydigan polipeptid zanjirlarining konfiguratsiya turi deyiladi b-tuzilmalar... Peptid zanjirining bo'laklari bitta qatlamda joylashib, akkordeondagi bukilgan bargga o'xshash shaklni hosil qiladi. Qatlamni ikki yoki undan hosil qilish mumkin katta miqdor peptid zanjirlari.

Tabiatda oqsillar borki, ularning tuzilishi na b- yoki a-tuzilishiga mos kelmaydi, masalan, kollagen, odam va hayvonlarning biriktiruvchi to'qimalarining asosiy qismini tashkil etuvchi fibrillar oqsili.

Uchinchi darajali oqsil tuzilishi- polipeptid spiralining fazoviy yo'nalishi yoki ma'lum hajmdagi polipeptid zanjirini bukish usuli. Uchinchi tuzilishi rentgen strukturaviy tahlil yordamida aniqlangan birinchi protein-bu sperma kitlarining mioglobini (2-rasm).

Oqsillarning fazoviy tuzilishini barqarorlashtirishda kovalent bog'lanishlardan tashqari, asosiy rolni kovalent bo'lmagan bog'lanishlar (vodorod, zaryadlangan guruhlarning elektrostatik o'zaro ta'siri, molekulalararo van der Vals kuchlari, hidrofob ta'sirlar va boshqalar) o'ynaydi.

Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, oqsilning uchinchi tuzilishi sintezi tugagandan so'ng o'z -o'zidan shakllanadi. Asosiy harakatlantiruvchi kuch aminokislotalar radikallarining suv molekulalari bilan o'zaro ta'siri. Bunday holda, oqsil molekulasi ichida qutbsiz hidrofob aminokislotalar radikallari botiriladi va qutbli radikallar suv tomon yo'naltiriladi. Polipeptid zanjirining mahalliy fazoviy tuzilishining shakllanish jarayoni deyiladi katlama... Proteinlar hujayralardan ajratilgan, deyiladi shaperonlar. Ular katlanishda ishtirok etadilar. Bir qator irsiy insoniy kasalliklar tasvirlangan, ularning rivojlanishi katlama jarayonidagi mutatsiyalar (pigmentoz, fibroz va boshqalar) natijasida buzilish bilan bog'liq.

Ikkilamchi va uchlamchi tuzilmalar oralig'ida joylashgan oqsil molekulasining tarkibiy tuzilish darajalari mavjudligi rentgen-diffraktsion tahlil usullari bilan isbotlangan. Domen ixcham sharsimondir strukturaviy birlik polipeptid zanjiri ichida (3 -rasm). Turli xil genlar tomonidan kodlangan, tuzilishi va funktsiyasi har xil bo'lgan domenlardan tashkil topgan ko'plab oqsillar (masalan, immunoglobulinlar) topilgan.

Proteinlarning barcha biologik xususiyatlari ularning uchinchi darajali tuzilishining saqlanib qolishi bilan bog'liq mahalliy... Protein globulasi mutlaqo qattiq tuzilish emas: peptid zanjiri qismlarining teskari harakatlanishi mumkin. Bu o'zgarishlar molekulaning umumiy konformatsiyasini buzmaydi. Protein molekulasining shakllanishiga muhitning pH qiymati, eritmaning ion kuchi va boshqa moddalar bilan o'zaro ta'siri ta'sir qiladi. Molekulaning tabiiy konformatsiyasini buzilishiga olib keladigan har qanday ta'sir oqsilning biologik xususiyatlarini qisman yoki to'liq yo'qotilishi bilan kechadi.

To'rtlamchi oqsil tuzilishi- bir xil yoki har xil boshlang'ich, ikkilamchi yoki uchlamchi tuzilishga ega bo'lgan alohida polipeptid zanjirlarini bo'shliqqa yotqizish va strukturaviy va funktsional nuqtai nazardan bitta makromolekulyar shakllanish.

Bir nechta polipeptid zanjirlaridan tashkil topgan oqsil molekulasi deyiladi oligomer va unga kiritilgan har bir zanjir - protometr... Oligomerik oqsillar ko'pincha bir xil miqdordagi protomerlardan qurilgan, masalan, gemoglobin molekulasi ikkita a- va ikkita b-polipeptid zanjiridan iborat (4-rasm).

Proteinlarning taxminan 5%, shu jumladan gemoglobin va immunoglobulinlar, to'rtlamchi tuzilishga ega. Subunit tuzilishi ko'plab fermentlarga xosdir.

To'rtlamchi tuzilishga ega bo'lgan oqsilni tashkil etuvchi oqsil molekulalari ribosomalarda alohida hosil bo'ladi va faqat sintez tugagandan so'ng umumiy supramolekulyar tuzilishni hosil qiladi. Protein faqat uning tarkibiy protomerlari birlashganda biologik faollikka ega bo'ladi. Xuddi shu turdagi o'zaro ta'sirlar to'rtlamchi tuzilishni barqarorlashtirishda uchinchi darajali turg'unlikni barqarorlashtirishda ishtirok etadi.

Ba'zi tadqiqotchilar oqsillarning tarkibiy tuzilishining beshinchi darajasi mavjudligini tan oladilar. u metabolonlar - substrat transformatsiyasining butun yo'lini katalizlaydigan turli fermentlarning ko'p funktsiyali makromolekulyar komplekslari (yuqori yog'li kislotalarning sintetazalari, piruvat dehidrogenaza kompleksi, nafas olish zanjiri).

Peptid aloqasi oqsil molekulasining asosiy tuzilishini (tizmasini) belgilaydi va unga qattiqlik beradi.

Darsning nazariy asoslari

Protein molekulalarining tuzilishi

Darsning maqsadi: oqsil molekulalarining makromolekulyar tashkil etish turlarini o'rganish.

Proteinlarning asosiy tuzilishi- polipeptid zanjiridagi (yoki zanjirlardagi) aminokislotalar ketma -ketligi va disulfidli bog'lanishlarning holati (agar mavjud bo'lsa).

Birlamchi tuzilish kovalent bog'lanishlar orqali barqarorlashadi: peptid, ba'zi peptidlar va disulfid.

Birlamchi tuzilishning kovalent aloqalarini buzilishi - gidroliz: 1) kislotali - 6 N. HCl, 100-110 0 S, 24 soat; 2) enzimatik - oshqozonda pH 1,5-5,0 bo'lgan proteolitik fermentlar yordamida - pepsin; tripsin, kimotripsin, karboksipeptidazalar - o'n ikki barmoqli ichakda; dipeptidazalar, tripeptidazalar va aminopeptidazalar - ingichka ichakda, pH 8,6.

Peptid bog'lanishining tavsifi... Peptid aloqasi tekis (koplanar). C-N aloqasi p, π - konjugatsiya (er -xotin elektron elektronining er -xotin bog'lanishli C = O bilan konjugatsiyasi) tufayli er -xotin bog'lanishga o'xshaydi (aylanish mumkin emas).

Proteinning asosiy tuzilishidagi aminokislotalar ketma -ketligi Bu oqsilning o'ziga xos turlari.

Proteinning asosiy tuzilishi genetik jihatdan aniqlanadi va transkripsiya va tarjima jarayonida ko'payadi.

Proteinning asosiy tuzilishi keyingi oqsil tuzilmalarini shakllantirish uchun asosiy polipeptid zanjirining aminokislotalar qoldiqlari radikallarining o'zaro ta'siri tufayli.

L seriyali aminokislotani D seriyali aminokislotaga almashtirish yoki bitta L-aminokislotani boshqasiga almashtirish butunlay yo'qolishiga olib kelishi mumkin. biologik faollik peptid.

Fiziologik faol peptidlar 3 dan 100 gacha aminokislotalar qoldiqlarini o'z ichiga oladi (MVt 6000 Da dan past). Proteinlardan farqli o'laroq, polipeptidlar tarkibida proteinogen bo'lmagan yoki o'zgartirilgan proteinogen aminokislotalar bo'lishi mumkin. Misollar:

1. Bradikinin va kallidin silliq mushaklarning bo'shashishiga olib keladi va plazmadagi o'ziga xos 2 -globulinlar proteolizining mahsulotidir, shuning uchun bu peptidlar tarkibida faqat proteinogen aminokislotalar mavjud:

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

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

2. Glutatyon (g-glu-sis-gly) barcha hujayralarda uchraydi. Bu aminokislotalarni membranalar orqali tashish uchun, bir qator fermentlarning ishlashi uchun zarurdir. Glutamat a-amino guruhi orqali emas, balki sistein bilan bog'langanida disulfidli aloqalarni saqlaydi, atipik peptid aloqasini o'z ichiga oladi.

Protein polimorfizmi- bu bir xil oqsilning bir necha molekulyar shakllarda mavjudligi, ular birlamchi tuzilishi, fizikasi bilan farq qiladi kimyoviy xossalari va biologik faollikning namoyon bo'lishi.



Protein polimorfizmining sabablari genlarning rekombinatsiyasi va mutatsiyasidir. Izoproteinlar bir xil organizmlarda uchraydigan oqsilning ko'p molekulyar shakllari biologik turlar turning genofondida bir nechta tizimli gen mavjudligi natijasida. Bir nechta genlar bir nechta allellar yoki bir nechta gen lokuslari sifatida ifodalanishi mumkin.

Protein polimorfizmiga misollar.

1. Filogenezdagi oqsil polimorfizmi - har xil turlarda gomologik oqsillarning mavjudligi. Bu oqsillarda, ularning tuzilishi uchun mas'ul bo'lgan asosiy strukturaning hududlari saqlanib qoladi (o'zgarishsiz). Inson tanasida yo'qolgan oqsillarni almashtirish uchun hayvonlarning gomologik oqsillari ishlatiladi, ularning asosiy tuzilishida minimal farqlar mavjud (sigir, cho'chqa, sperma kitidan insulin).

2. Ontogenezdagi oqsillarning polimorfizmi - organizm hayot aylanishining turli qismlarida gomologik oqsillarning mavjudligi. Xomilada gemoglobin F bor (xomilalik gemoglobin a 2 2, kislorodga yaqinligi yuqori). Tug'ilgandan keyin uning o'rnini gemoglobin A1 (a 2 b 2) egallaydi.

3. Oqsillarning to'qima polimorfizmi. Turli xil hujayralardagi bir xil ferment bir xil reaktsiyani katalizlaydi, lekin birlamchi tuzilishida farqlarga ega - izozimalar. Qondagi izoenzimlarni aniqlash, ma'lum bir to'qimaning shikastlanishini aniqlashga yordam beradi.

4. Patologiyada oqsil polimorfizmi. Ko'p turdagi irsiy mutatsiyalar misolini ko'rib chiqing. Bunday holda, kislotali aminokislotani asosiy yoki neytral bilan almashtirish ko'pincha sodir bo'ladi:

HbCda b-zanjirdagi glu 6 ni lizis bilan almashtirish;

HbE da b-zanjirdagi Glu 26 ni lizis bilan almashtirish;

HbIda b-zanjirdagi lys 16 ni asp bilan almashtirish;

HbSda, b-zanjirdagi glo 6 ni mil bilan almashtirish.

Ikkinchi holda, o'roqsimon hujayrali anemiya kabi kasallik paydo bo'ladi. Anormal gemoglobinlar zaryad miqdori va elektroforetik harakatchanligi bilan odatdagidan farq qiladi. Gemoglobinlarning fizik -kimyoviy o'zgarishi kislorod tashishining buzilishi bilan kechadi.

Ikkilamchi protein tuzilishi- vodorod aloqalari bilan barqarorlashtirilgan polipeptid zanjirini muntazam tashkil etish. Vodorod aloqalari NH va CO guruhlari o'rtasida hosil bo'ladi. A-spiral, b-tuzilish va tartibsiz konformatsiya (lasan) ni ajrating.

a-spiral. Polipeptid zanjirining burilishi soat yo'nalishi bo'yicha (o'ng qo'l spirali), bu L-aminokislotalarning tuzilishiga bog'liq. Spiralning har bir burilishida (qadamida) 3,6 ta aminokislota qoldiqlari bo'ladi. Spiral qadami 0,54 nm, har bir aminokislota qoldig'ida 0,15 nm. Spiralning ko'tarilish burchagi 26 0 ga teng. spiralning har 5 burilishida (18 ta aminokislotalar qoldig'i), polipeptid zanjirining tuzilishi takrorlanadi. Vodorod aloqalari spiral o'qiga parallel bo'lib, har birinchi va har beshinchi aminokislotalar qoldiqlari o'rtasida paydo bo'ladi. A-spiral hosil bo'lishini katta va zaryadli radikallarga ega bo'lgan prolin va aminokislotalar oldini oladi.

Β-tuzilishi. Fibrillyar oqsillarda ikki yoki undan ortiq chiziqli polipeptid zanjirlari molekula o'qiga perpendikulyar vodorod aloqalari bilan mahkam bog'langan (buklangan b-qatlam). Agar N- dan C-terminalgacha bir yo'nalishda ishlaydigan ikkita polipeptid zanjiri zanjirlararo vodorod aloqalari bilan bog'langan bo'lsa, bu parallel b-tuzilishdir. Agar zanjirlarning N- va C-uchlari qarama-qarshi bo'lsa, bu antiparallel b-tuzilishdir. Agar bitta polipeptid zanjiri egilsa va o'ziga parallel harakat qilsa, bu antiparallel b-o'zaro faoliyat tuzilishdir. Zanjirning egilish nuqtalari pro, gli, asn-b-bend bilan aniqlanadi.

Buzilgan konformatsiya. Oqsil molekulasining spiral yoki burma tuzilmalarga mansub bo'lmagan joylari tartibsiz deb ataladi. Grafik tasvirda spiral qismlar silindr shaklida, katlanmış tuzilmalar esa o'q bilan tasvirlangan. Ikkilamchi tuzilma tushunchasi ajralib turadi, bu a-spiral kesimlar va b-tuzilmalarning muntazam almashinuvi.

Uchinchi darajali tuzilish- umuman polipeptid zanjirining konformatsiyasi (ya'ni, uch o'lchovli fazoda joylashuvi). Uchinchi tuzilish polipeptid zanjirining aminokislotalar qoldiqlari: kovalent - disulfidli bog'lanishlar, shuningdek vodorod, ionli bog'lanishlar va hidrofobik o'zaro ta'sirlar orqali o'zaro bog'lanishlar va o'zaro ta'sirlar orqali barqarorlashadi. Uchinchi darajali tuzilishga ega bo'lgan oqsil turlari:

a-spiral mintaqalar ustunlik qiladigan oqsillar globulalar (globular oqsillar) shakliga ega va bajaradi. dinamik funktsiyalar;

oqsillar, bükülmüş b-qatlam tuzilmalari ustunlik qiladi, filamentli (fibillar oqsillari) shaklga ega va strukturaviy funktsiyalarni bajaradi;

kollagen - hayvonot dunyosida eng ko'p uchraydigan oqsil (barcha tana oqsillarining 25% gacha), maxsus tuzilishga ega. Kollagen (tropokollagen) molekulasi uchta polipeptid zanjiridan tuzilgan. Har bir polipeptid zanjirida 1000 ga yaqin aminokislotalar qoldiqlari (35% glitsin, 21% prolin va gidroksiprolin, 11% alanin) mavjud. Har bir polipeptid zanjiri qattiq spiral konformatsiyaga ega (bir burilishda 3 ta aminokislota qoldig'i). Tropokollagen molekulasida uchta spiral bir -biri bilan bog'lanib, to'plam hosil qiladi. Vodorod aloqalari spirallar o'rtasida peptid guruhlari tufayli hosil bo'ladi. Ushbu tuzilish kollagen tolalarining mustahkamligini ta'minlaydi.

Mahalliy oqsil tuzilishi.

Uchinchi tuzilishdagi ko'plab oqsillar o'ralgan, bukilgan va tartibsiz segmentlarga ega. Shu bilan birga, funktsional va tizimli nuqtai nazardan, bu muhim ahamiyatga ega o'zaro kelishuv aminokislotalar radikallari. Quyidagi atamalar ishlatiladi:

domenlar – oqsilning ma'lum funktsiyasini bajarishga mas'ul bo'lgan oqsilning uchinchi darajali tuzilishining anatomik jihatdan ajratilgan joylari;

hidrofob cho'ntaklar – hidrofob aminokislotalarning radikallari bilan qoplangan uchinchi tuzilishdagi bo'shliqlar; hidrofob ligandlarni oqsil molekulasiga botirishga xizmat qiladi;

hidrofob klasterlar – hidrofob aminokislotalarning radikallari to'plangan oqsil sirtining joylari; boshqa molekulalarning hidrofob klasterlari bilan ta'sir o'tkazishga xizmat qiladi.

Funktsiyani bajarish uchun oqsil aniq va ko'pincha faqat uchinchi darajali tuzilishga (konformatsiyaga) ega bo'lishi kerak - mahalliy tuzilish.

Bu bir -biridan uzoqda joylashgan aminokislotalar qoldiqlarining chiziqli ketma -ketlikda o'zaro ta'siri natijasida yuzaga keladi. Ta'minot omillari:

    vodorod aloqalari

    hidrofobik o'zaro ta'sirlar (oqsilning tuzilishi va biologik funktsiyalari uchun zarur)

    tuzli va disulfidli ko'priklar

    ion va van der Vals aloqalari.

Ko'pgina oqsillarda molekulalar yuzasida gidrofilik xususiyatlarga ega bo'lgan aminokislotalar radikallarining qoldiqlari bor. HC - gidrofob va molekulalar ichida joylashgan radikallar. Bu taqsimot oqsilning mahalliy tuzilishi va xossalarini shakllantirishda muhim ahamiyatga ega.

Natijada, oqsillar gidratatsion qobiqqa ega bo'lib, uchlamchi strukturaning barqarorlashuvi asosan hidrofob ta'sir o'tkazish natijasida yuzaga keladi. Masalan, globulin molekulalarida 25-30% aminokislotalar qoldiqlari aniq hidrofobik radikallarga ega, 45-50% ion va qutbli radikal guruhlarni o'z ichiga oladi.

Proteinlar tuzilishiga javob beradigan aminokislotalar qoldiqlarining yon zanjirlari hajmi, shakli, zaryadlari va vodorod aloqalarini hosil qilish qobiliyati, shuningdek kimyoviy reaktivligi bilan ajralib turadi:

    alifatik yon zanjirlar, masalan valin, alanin. Aynan shu qoldiqlar hidrofobik o'zaro ta'sirlarni hosil qiladi.

    gidroksillangan alifatik (seriya, treonin). Bu aminokislotalar qoldiqlari, masalan, sulfat kislota bilan, vodorod aloqalarini, shuningdek, esterlarni hosil qilishda ishtirok etadi.

    aromatik - bu fenilalanin, tirozin, triptofan qoldiqlari.

    asosiy xususiyatlarga ega bo'lgan amino kislotalar qoldiqlari (lizin, arginin, gistidin). Polipeptid zanjirida bunday aminokislotalarning ustunligi oqsillarga asosiy xususiyatlarni beradi.

    kislotali xususiyatlarga ega qoldiqlar (aspartik va glutamik kislotalar)

    amid (asparagin, glutamin)

Bir nechta polipeptid zanjirlarini o'z ichiga olgan oqsillar to'rtlamchi tuzilishga ega. Bu zanjirlarni bir -biriga nisbatan yotqizish usulini bildiradi. Bu fermentlarga subunitslar deyiladi. Hozirgi vaqtda oqsil molekulasining ixcham sharsimon birligini bildiruvchi "domen" atamasini ishlatish odatiy holdir. Ko'p oqsillar massasi 10 dan 20 kDa gacha bo'lgan bir nechta shunday birliklardan tashkil topgan. Yuqori molekulyar og'irlikdagi oqsillarda individual domenlar PCPning nisbatan moslashuvchan hududlari bilan bog'langan. Hayvonlar va odamlarning tanasida oqsillarning yanada murakkab tuzilmaviy tuzilmalari mavjud bo'lib, bunga misol sifatida ko'p fermentli tizimlar, xususan piruvat dekarboksilaza kompleksi bo'lishi mumkin.

Mahalliy oqsil haqida tushuncha

PH va haroratning ma'lum qiymatlarida, PCP, qoida tariqasida, faqat bitta konformatsiyaga ega, u mahalliy deb ataladi va organizmdagi oqsil o'ziga xos funktsiyani bajaradi. Deyarli har doim, bu yagona konformatsiya boshqa konformatsiyalarning o'nlab va yuzlab variantlaridan baquvvat ustunlik qiladi.

Tasniflash. Proteinlarning biologik va kimyoviy xossalari

Oqsillarning qoniqarli tasnifi yo'q, ular shartli ravishda fazoviy tuzilishi, eruvchanligi, biologik funktsiyalari, fizik -kimyoviy xususiyatlari va boshqa xususiyatlariga ko'ra tasniflanadi.

1. Molekulalarning tuzilishi va shakli bo'yicha oqsillar quyidagilarga bo'linadi.

    sharsimon (sharsimon)

    fibrillyar (filamentli)

2. kimyoviy tarkibi quyidagilarga bo'linadi.

Oddiy, faqat aminokislotalar qoldiqlaridan iborat

Murakkab, molekulalarida oqsil bo'lmagan birikmalar mavjud. Murakkab oqsillarning tasnifi oqsil bo'lmagan komponentlarning kimyoviy tabiatiga asoslanadi.

Tasniflashning asosiy turlaridan biri:

Z. bajarilgan biologik vazifalariga ko'ra:

Enzimatik kataliz. Biologik tizimlarda barcha kimyoviy reaktsiyalar maxsus oqsillar, fermentlar tomonidan katalizlanadi. 2000 dan ortiq ma'lum

fermentlar. Fermentlar reaktsiyani kamida 1 million marta tezlashtiradigan kuchli biokatalizatorlardir.

Tashish va to'planish

Ko'plab kichik molekulalar va turli ionlarning o'tkazilishi ko'pincha maxsus oqsillar, masalan, kislorod tashuvchi gemoglobin, mioglobin tomonidan amalga oshiriladi. Yig'ilish misoli: Ferritin jigarda to'planadi.

muvofiqlashtirilgan harakat. Proteinlar - qisqaruvchi mushaklarning asosiy komponenti (aktin va miyozin tolalari). Mikroskopik darajadagi harakat - mitoz paytida xromosomalarning ajralishi, spermatozoidlarning flagella tufayli harakatlanishi.

    mexanik qo'llab -quvvatlash. Teri va suyaklarning yuqori egiluvchanligi fibrillyar oqsil - kollagen borligidan kelib chiqadi.

    immunitet himoyasi. Antikorlar - viruslar, bakteriyalar va boshqa organizmlarning hujayralarini taniy oladigan va bog'laydigan juda o'ziga xos oqsillar.

Impulslarning paydo bo'lishi va uzatilishi. Nerv hujayralarining impulslarga reaktsiyasi retseptor oqsillari orqali amalga oshiriladi

o'sish va differentsiatsiyani tartibga solish. Hujayralar differentsiatsiyasining o'sishi uchun irsiy ma'lumotlarning ifodalanish ketma -ketligini qat'iy tartibga solish zarur. Organizm hayotining istalgan vaqtida hujayra genomining ozgina qismi ifodalanadi. Masalan, ma'lum oqsil kompleksi ta'sirida yuqori organizmlarda neyronlar tarmog'i hosil bo'ladi.

Peptidlar va oqsillarning boshqa funktsiyalari gormonal funktsiyalarni o'z ichiga oladi. Odamlar gormonal peptidlarni sintez qilishni o'rgangandan so'ng, ular juda muhim biomedikal ahamiyatga ega bo'la boshladi. Peptidlar - bu turli xil antibiotiklar, masalan valinomitsin, saratonga qarshi dorilar. Bundan tashqari, oqsillar mexanik himoya funktsiyasini bajaradi (soch keratin yoki oshqozon -ichak trakti yoki og'iz bo'shlig'i shilliq pardalari).

Har qanday tirik organizmlar mavjudligining asosiy namoyon bo'lishi ularning o'ziga xos turlarining ko'payishidir. Oxir oqibat, irsiy ma'lumot - bu tanadagi barcha oqsillarning amino kislotalar ketma -ketligini kodlash. Protein toksinlari inson salomatligiga ta'sir qiladi.

Proteinlarning molekulyar og'irligi dalton (Da) da o'lchanadi - bu vodorod massasiga deyarli teng bo'lgan massa birligi (-1000). Dalton va molekulyar vazn atamalari bir -birini almashtirib yoziladi. Ko'p oqsillarning janoblari 10 dan 100 000 gacha.

Guruch. 3.9. Laktoglobulinning uchlamchi tuzilishi-tipik a / p-oqsil (PDB-200I bo'yicha) (Brownlow, S., Marais Cabral, JH, Cooper, R., Flower, DR, Yewdall, SJ, Polikarpov, I., Shimoliy, AC, Soyer, L.: Tuzilishi, 5, 481.1997 -bet)

Kosmik tuzilish polipeptid zanjirining uzunligiga bog'liq emas, balki har bir oqsilga xos bo'lgan aminokislotalar qoldiqlari ketma -ketligiga, shuningdek, tegishli aminokislotalarga xos bo'lgan yon radikallarga bog'liq. Oqsil makromolekulalarining fazoviy uch o'lchovli tuzilishi yoki konformatsiyasi asosan vodorod aloqalari, shuningdek aminokislotalarning polar bo'lmagan yon radikallari orasidagi gidrofob ta'siridan hosil bo'ladi. Vodorod aloqalari oqsil makromolekulasining fazoviy tuzilishini shakllantirish va saqlashda katta rol o'ynaydi. Bu atomlardan biriga kovalent bog'langan vodorod protoni orqali ikkita elektronegativ atom o'rtasida vodorod aloqasi hosil bo'ladi. Vodorod atomining bitta elektroni elektron juftini hosil qilishda ishtirok etganda, protonni qo'shni atom jalb qilib, vodorod aloqasini hosil qiladi. Vodorod aloqasini hosil qilishning zaruriy sharti - bu elektronegativ atomdan kamida bitta elektronning erkin juftligi. Hidrofobik o'zaro ta'sirlarga kelsak, ular oqsil globulasi yuzasiga siljigan suv molekulalari orasidagi vodorod aloqalarini uza olmaydigan polar bo'lmagan radikallar orasidagi aloqa natijasida paydo bo'ladi. Protein sintez qilinganda, polar bo'lmagan kimyoviy guruhlar globus ichida to'planadi va qutbli bo'lganlar uning yuzasiga siljiydi. Shunday qilib, oqsil molekulasi oqsil tarkibidagi erituvchi va ionogen guruhlarining pH darajasiga qarab neytral, musbat zaryadli yoki manfiy bo'lishi mumkin. Zaif o'zaro ta'sirlarga, shuningdek, ionli bog'lanishlar va van der Valsning o'zaro ta'siri kiradi. Bundan tashqari, oqsillarning konformatsiyasi kovalentlik bilan saqlanadi S-S havolalari ikkita sistein qoldig'i o'rtasida hosil bo'ladi. Gidrofob va hidrofilik o'zaro ta'sirlar natijasida oqsil molekulasi o'z -o'zidan bir yoki bir nechta termodinamik jihatdan qulay konformatsiyalarni o'z zimmasiga oladi va agar har qanday tashqi ta'sirlar natijasida mahalliy konformatsiya buzilgan bo'lsa, uni to'liq yoki deyarli to'liq tiklash mumkin bo'ladi. Buni birinchi marta K. Anfinsen katalitik faol oqsil ribonukleazasini misol qilib ko'rsatdi. Ma'lum bo'lishicha, karbamid yoki p-merkaptoetanol ta'sirida uning konformatsiyasi o'zgaradi va natijada katalitik faollik keskin pasayadi. Karbamidni olib tashlash oqsil konformatsiyasining asl holatiga o'tishiga olib keladi va katalitik faollik tiklanadi.

Shunday qilib, oqsillarning konformatsiyasi uch o'lchovli tuzilishdir va uning hosil bo'lishi natijasida polipeptid zanjirining uzoq hududlarida joylashgan ko'plab atomlar bir-biriga yaqinlashadi va bir-biriga ta'sir qilib, individual aminoda bo'lmagan yangi xususiyatlarga ega bo'ladi. kislotalar yoki kichik polipeptidlar. Bu shunday deyiladi uchinchi darajali tuzilish, polipeptid zanjirlarining kosmosga yo'nalishi bilan tavsiflanadi (3.9 -rasm). Sharsimon va fibrillyar oqsillarning uchinchi tuzilishi bir -biridan sezilarli farq qiladi. Protein molekulasining qabul qilingan shakli assimetriya darajasi (molekulaning uzun o'qining qisqa o'qga nisbati) kabi ko'rsatkich bilan tavsiflanadi. Sharsimon oqsillarda assimetriya darajasi 3-5, fibrillyar oqsillarnikidek, bu qiymat ancha yuqori (80 dan 150 gacha).

Xo'sh, qanday qilib boshlang'ich va ikkilamchi ochilmagan tuzilmalar qulab tushgan, juda barqaror shaklga aylanadi? Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, oqsillarning uch o'lchovli tuzilmalari shakllanishining nazariy jihatdan mumkin bo'lgan kombinatsiyalari soni tabiatda mavjud bo'lganlardan ko'ra cheksiz ko'pdir. Ko'rinib turibdiki, eng energetik jihatdan qulay shakllar konformatsion barqarorlikning asosiy omili hisoblanadi.

Erigan globulali gipoteza. Polipeptid zanjirining uch o'lchovli tuzilishga burilishini o'rganish usullaridan biri-oqsil molekulasining denaturatsiyasi va keyinchalik qayta tiklanishi.

K. Anfinsenning ribonukleaza bilan o'tkazgan tajribalari, denaturatsiya natijasida buzilgan fazoviy tuzilmani aynan yig'ish imkoniyatini aniq ko'rsatib beradi (3.10 -rasm).

Bunday holda, mahalliy konformatsiyani tiklash hech qanday qo'shimcha tuzilmalarni talab qilmaydi. Polipeptid zanjirining mos keladigan konformatsiyaga burilishining eng ehtimolli modellari qanday? Proteinni o'z-o'zini tashkil qilishning eng keng tarqalgan gipotezalaridan biri erigan globulali gipotezadir. Ushbu kontseptsiya doirasida oqsillarni o'z-o'zini yig'ishning bir necha bosqichlari ajratiladi.

  • 1. Ochilmagan polipeptidlar zanjirida vodorodli bog'lanishlar va hidrofobik o'zaro ta'sirlar yordamida ikkilamchi tuzilishning alohida bo'limlari hosil bo'ladi, ular to'liq ikkilamchi va ikkilamchi tuzilmalarni hosil qilish uchun urug 'bo'lib xizmat qiladi.
  • 2. Bu saytlar soni ma'lum bir chegaraviy qiymatga yetganda, yon radikallarning qayta yo'nalishi va polipeptid zanjirining yangi, ixchamroq shaklga o'tishi va kovalent bo'lmagan bog'lanishlar soni kuzatiladi.

Guruch. 3.10.

sezilarli darajada oshadi. Bu bosqichning xarakterli xususiyati - polipeptid zanjirining uzoq hududlarida joylashgan, lekin uchinchi tuzilmaning shakllanishi natijasida yaqin bo'lgan atomlar o'rtasida o'ziga xos kontaktlarning shakllanishi.

3. Oxirgi bosqichda oqsil molekulasining tabiiy konformatsiyasi hosil bo'ladi, bu disulfidli bog'lanishlarning yopilishi va oqsil konformatsiyasining yakuniy stabilizatsiyasi bilan bog'liq. Nonspesifik yig'ilish qisman buklangan bo'lishi ham mumkin.

polipstid zanjirlari, ularni mahalliy oqsillarni hosil qilishdagi xatolar deb tasniflash mumkin. Qisman buklangan polipeptid zanjiri (qadam 2) erigan globus deb ataladi va sahna 3 etuk protein hosil bo'lishining eng sekinidir.

Fig. 3.11 bitta gen bilan kodlangan oqsil makromolekulasining shakllanish variantini ko'rsatadi. Ma'lumki, domenga ega bo'lgan bir qator oqsillar

Guruch. 3.11.

(N.K. Nagradovaga ko'ra) tuzilish genlarning takrorlanishi natijasida hosil bo'ladi va alohida domenlar orasidagi aloqalarni shakllantirish qo'shimcha harakatlarni talab qiladi. Ma'lum bo'lishicha, hujayralarda yangi sintez qilingan oqsillarning burilishini tartibga soluvchi maxsus mexanizmlar mavjud. Hozirgi vaqtda bu mexanizmlarni amalga oshirishda ishtirok etadigan ikkita ferment aniqlangan. Polipeptid zanjirining katlanishining uchinchi bosqichining sekin reaktsiyalaridan biri bu *

Guruch. 3.12.

Bundan tashqari, hujayralarda bir qator katalitik faol bo'lmagan oqsillar mavjud bo'lib, ular oqsillarning fazoviy tuzilmalarini shakllantirishga katta hissa qo'shadi. Bular chaperonlar va chaperoninlar deb ataladi (3.12-rasm). Molekulyar chaperonlarni kashfiyotchilaridan biri L.Ellis ularni bir-biriga aloqador bo'lmagan oqsillar oilasining funktsional klassi deb ataydi, ular in vivo jonli ravishda boshqa polipeptidli tuzilmalarning kovalent bo'lmagan to'g'ri yig'ilishiga yordam beradi, lekin yig'ilgan tuzilmalar tarkibiga kirmaydi. ularning normal fiziologik funktsiyalarini amalga oshirishda.

Chaperonlar qisman buklangan polipeptidli zanjir bilan qaytariladigan kovalent bo'lmagan komplekslar hosil qilib, uch o'lchovli oqsil konformatsiyasini to'g'ri yig'ilishiga yordam beradi, shu bilan bir vaqtda funktsional faol bo'lmagan oqsil tuzilmalari shakllanishiga olib keladigan noto'g'ri birikmalarni inhibe qiladi. Chaperonlarga xos bo'lgan funktsiyalar ro'yxati eritilgan globulalarni yig'ilishdan himoya qilishni, shuningdek, yangi sintez qilingan oqsillarni turli hujayrali lokuslarga o'tkazishni o'z ichiga oladi. Chaperonlar asosan issiqlik zarbasi oqsillari bo'lib, ularning sintezi stress ta'sirida keskin oshadi, shuning uchun ularni hsp (issiqlik zarbasi oqsillari) deb ham atashadi. Bu oqsillarning oilalari mikrob, o'simlik va hayvon hujayralarida uchraydi. Chaperonlarning tasnifi ularning tasnifiga asoslanadi molekulyar og'irlik, bu 10 dan 90 kDa gacha o'zgarib turadi. Asosan, chaperon va chaperoninlarning vazifalari turlicha, lekin ikkalasi ham oqsillarning uch o'lchovli tuzilishini shakllantirishga yordam beradigan oqsillardir. Chaperonlar yangi sintez qilingan polipeptid zanjirini ochilmagan holatda saqlaydilar, bu uning mahalliydan farqli o'laroq shakllanishiga to'sqinlik qiladi, va chaperoninlar esa yagona to'g'ri oqsilli oqsil tuzilishi shakllanishiga sharoit yaratadi (3.13 -rasm).

Guruch. 3.13.

Chaperonlar / ribosomadan tushadigan nansansli polipeptid zanjiri bilan bog'langan. Polipeptid zanjiri hosil bo'lgandan va ribosomadan ajralib chiqqandan so'ng, shaperonlar unga bog'lanib, agregatsiyani oldini oladi. 2. Sitoplazmada katlangach, oqsillar shaperondan ajralib, uchinchi tuzilishning oxirgi shakllanishi sodir bo'ladigan mos keladigan chaperoninga o'tkaziladi. 3. Sitozolik chaperon yordamida oqsillar mitoxondriyaning tashqi membranasiga o'tadi, u erda mitoxondriyal chaperon ularni mitoxondriyalarga tortadi va buklanish sodir bo'ladigan mitoxondrial chaperoninga "o'tkazadi". 4, 5 shunga o'xshash 4 , lekin endoplazmatik retikulumga nisbatan.

Proteinning uchlamchi tuzilishi-bu polipeptid zanjirining uch o'lchovli makonda buklanish usuli. Bu konformatsiya bir -biridan uzoqda bo'lgan aminokislotalar radikallari o'rtasida kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishi natijasida paydo bo'ladi. Bu jarayon hujayraning molekulyar mexanizmlari ishtirokida amalga oshiriladi va oqsillarga funktsional faollikni berishda katta rol o'ynaydi.

Uchinchi darajali strukturaning xususiyatlari

Oqsillarning uchinchi darajali tuzilishiga quyidagi kimyoviy o'zaro ta'sirlar xosdir:

  • ionli;
  • vodorod;
  • hidrofobik;
  • van der Vals;
  • disulfid.

Bu aloqalarning barchasi (kovalent disulfidli aloqadan tashqari) juda zaif, lekin ularning miqdori tufayli ular molekulaning fazoviy shaklini barqaror qiladi.

Aslida, polipeptid zanjirlarining katlanishining uchinchi darajasi-bu yon aminokislotalar radikallari orasidagi kimyoviy o'zaro ta'sir tufayli kosmosga yo'naltirilgan ikkilamchi tuzilishning har xil elementlari (a-spirali; b katlamli qatlamlar va halqalar) kombinatsiyasi. Proteinning uchlamchi tuzilishini sxematik belgilash uchun a-spirallar silindr yoki spiral burilgan chiziqlar, buklangan qatlamlar o'qlar bilan, ilmoqlar esa oddiy chiziqlar bilan belgilanadi.

Uchinchi darajali konformatsiyaning tabiati zanjirdagi aminokislotalar ketma -ketligi bilan belgilanadi; shuning uchun teng sharoitda bir xil asosiy tuzilishga ega bo'lgan ikkita molekula fazoviy katlamning bir xil variantiga mos keladi. Bu konformatsiya oqsilning funktsional faolligini ta'minlaydi va ona deyiladi.

Protein molekulasini bukish jarayonida faol markazning tarkibiy qismlari bir -biriga yaqinlashadi, ular birlamchi tuzilishida bir -biridan sezilarli darajada olib tashlanishi mumkin.

Bir qatorli oqsillar uchun uchinchi darajali tuzilish oxirgi funktsional shakldir. Murakkab ko'p bo'linmali oqsillar bir nechta zanjirlarning bir-biriga nisbatan joylashishini tavsiflovchi to'rtlamchi tuzilishni hosil qiladi.

Proteinning uchlamchi tuzilishidagi kimyoviy bog'lanishlarning tavsifi

Polipeptid zanjirining burilishi asosan hidrofilik va hidrofobik radikallarning nisbati bilan bog'liq. Birinchisi, vodorod bilan (suvning tarkibiy elementi) o'zaro ta'sir o'tkazishga moyil va shuning uchun ular sirt ustida, hidrofob zonalar esa, aksincha, molekula markaziga shoshilishadi. Bu konfiguratsiya energetik jihatdan eng maqbuldir. Natijada, hidrofob yadroli globus hosil bo'ladi.

Shunday bo'lsa -da, molekulaning markaziga tushadigan gidrofilik radikallar bir -biri bilan o'zaro yoki ionli yoki vodorodli bog'lanish hosil qiladi. Qarama -qarshi zaryadlangan aminokislotalar radikallari o'rtasida ionli aloqalar paydo bo'lishi mumkin:

  • arginin, lizin yoki gistidinning katyonik guruhlari (musbat zaryadga ega);
  • glutamik va aspartik kislota radikallarining karboksil guruhlari (manfiy zaryadga ega).

Vodorod aloqalari zaryadsiz (OH, SH, CONH 2) va zaryadlangan hidrofilik guruhlarning o'zaro ta'siri natijasida hosil bo'ladi. Kovalent bog'lanishlar (uchinchi konformatsiyada eng kuchli) sistein qoldiqlarining SH-guruhlari o'rtasida paydo bo'lib, disulfid ko'priklari deb ataladi. Odatda, bu guruhlar bir -biridan chiziqli zanjirda uzoqlashadi va faqat yig'ish jarayonida yaqinlashadi. Disulfid aloqalari ko'pchilik hujayra ichidagi oqsillar uchun xos emas.

Konformatsion qobiliyatsizlik

Proteinning uchlamchi tuzilishini tashkil etuvchi bog'lanishlar juda zaif bo'lganligi sababli, aminokislotalar zanjirida atomlarning Braun harakati ularning yangi joylarda buzilishiga va shakllanishiga olib kelishi mumkin. Bu molekulaning alohida hududlarining fazoviy shakli ozgina o'zgarishiga olib keladi, lekin oqsilning mahalliy konformatsiyasini buzmaydi. Bu hodisa konformatsion labillik deb ataladi. Ikkinchisi uyali jarayonlar fiziologiyasida katta rol o'ynaydi.

Proteinning konformatsiyasiga uning boshqa molekulalar bilan o'zaro ta'siri yoki atrof -muhitning fizik -kimyoviy parametrlarining o'zgarishi ta'sir qiladi.

Proteinning uchlamchi tuzilishi qanday hosil bo'ladi

Proteinni tabiiy shaklga burish jarayoni katlama deb ataladi. Bu hodisa molekulaning erkin energiyaning minimal qiymati bilan konformatsiyani qabul qilish istagiga asoslangan.

Uchinchi darajali tuzilishni aniqlash uchun hech qanday oqsil o'qituvchi vositachilarga muhtoj emas. Katlama shakli dastlab aminokislotalar ketma -ketligida "yozilgan".

Ammo normal sharoitda katta oqsil molekulasi o'zining asosiy tuzilishiga ko'ra ona konformatsiyasini qabul qilishi uchun trillion yildan ko'proq vaqt kerak bo'ladi. Shunga qaramay, tirik hujayrada bu jarayon atigi bir necha o'n daqiqa davom etadi. Vaqtning bunday sezilarli qisqarishi ixtisoslashtirilgan yordamchi oqsillar - katlamalar va shaperonlarning katlanishida ta'minlanadi.

Kichik oqsil molekulalarining katlanishi (zanjirda 100 aminokislotaga qadar) in vitro tajribalarida ko'rsatilgandek, juda tez va vositachilar ishtirokisiz sodir bo'ladi.

Katlanadigan omillar

Katlanishda ishtirok etuvchi yordamchi oqsillar ikki guruhga bo'linadi:

  • katlamalar - katalitik faollikka ega, ular substrat kontsentratsiyasidan ancha past miqdorda talab qilinadi (boshqa fermentlar kabi);
  • chaperonlar - har xil ta'sir mexanizmiga ega bo'lgan oqsillar, bukilgan substrat miqdori bilan solishtiradigan konsentratsiyada kerak.

Ikkala turdagi omillar katlanishda ishtirok etadi, lekin yakuniy mahsulot tarkibiga kirmaydi.

Foldaza guruhi 2 ta ferment bilan ifodalanadi:

  • Protein disulfid izomerazasi (PDI) - ko'p miqdordagi sistein qoldiqlari bo'lgan oqsillarda disulfid aloqalarining to'g'ri shakllanishini nazorat qiladi. Bu funktsiya juda muhim, chunki kovalent o'zaro ta'sirlar juda kuchli va noto'g'ri ulanishlar bo'lganida, oqsil mustaqil konfiguratsiyani mustaqil ravishda o'zgartira olmaydi.
  • Peptidil-prolil-sis-trans-izomeraza-prolinning yon tomonlarida joylashgan radikallar konfiguratsiyasining o'zgarishini ta'minlaydi, bu polipeptid zanjirining burilish xarakterini o'zgartiradi.

Shunday qilib, oqsil molekulasining uchlamchi konformatsiyasini shakllantirishda katlazalar tuzatuvchi rol o'ynaydi.

Chaperonlar

Chaperonlar boshqacha aytiladi yoki stress. Bu hujayradagi salbiy ta'sirlar (harorat, nurlanish, og'ir metallar va boshqalar) bilan ularning sekretsiyasining sezilarli darajada oshishi bilan bog'liq.

Chaperonlar uchta protein oilasiga mansub: hsp60, hsp70 va hsp90. Bu oqsillar ko'p funktsiyalarni bajaradi, jumladan:

  • oqsillarni denaturatsiyadan himoya qilish;
  • yangi sintez qilingan oqsillarning bir -biri bilan o'zaro ta'sirini istisno qilish;
  • radikallar o'rtasida noto'g'ri zaif bog'lanishlar paydo bo'lishining oldini olish va ularni labializatsiya qilish (tuzatish).

Shunday qilib, chaperonlar energiyaning to'g'ri konformatsiyasini tezda o'zlashtirishga yordam beradi, bunda tasodifan ko'plab variantlarni sanab bo'lmaydi va hali etilmagan protein molekulalarini bir -biri bilan keraksiz o'zaro ta'sirdan himoya qiladi. Bundan tashqari, chaperones quyidagilarni ta'minlaydi:

  • oqsillarni tashishning ayrim turlari;
  • qayta katlama nazorati (uchinchi tuzilmani yo'qotgandan keyin tiklash);
  • tugallanmagan katlama holatini saqlab turish (ba'zi oqsillar uchun).

Ikkinchi holda, shaperon molekulasi katlama jarayoni tugagandan so'ng oqsil bilan bog'lanib qoladi.

Denaturatsiya

Har qanday omillar ta'sirida oqsilning uchinchi tuzilishini buzilishi denaturatsiya deb ataladi. Mahalliy konformatsiyaning yo'qolishi molekulani barqarorlashtiradigan ko'p sonli zaif bog'lanishlar vayron bo'lganda sodir bo'ladi. Bu holda, oqsil o'ziga xos funktsiyasini yo'qotadi, lekin birlamchi tuzilishini saqlab qoladi (denaturatsiya paytida peptid aloqalari yo'q qilinmaydi).

Denaturatsiya paytida oqsil molekulasining fazoviy o'sishi sodir bo'ladi va hidrofob hududlar yana yuzaga chiqadi. Polipeptid zanjiri tartibsiz sarg'ishning konformatsiyasini oladi, uning shakli oqsilning uchinchi tuzilishining qaysi bog'lamlari uzilganiga bog'liq. Bu shaklda molekula proteolitik fermentlarning ta'siriga ko'proq moyil bo'ladi.

Uchinchi darajali tuzilmani buzuvchi omillar

Denaturatsiyaga olib kelishi mumkin bo'lgan bir qancha fizik va kimyoviy ta'sirlar mavjud. Bularga quyidagilar kiradi:

  • harorat 50 darajadan yuqori;
  • nurlanish;
  • muhitning pH qiymatini o'zgartirish;
  • og'ir metall tuzlari;
  • biroz organik birikmalar;
  • yuvish vositalari.

Denatürasyon ta'siri tugagandan so'ng, protein uchinchi tuzilishini tiklashi mumkin. Bu jarayon renaturatsiya yoki qayta katlama deb ataladi. In vitro, bu faqat kichik oqsillar uchun mumkin. Tirik hujayrada chaperonlar qayta katlanishni ta'minlaydi.