Ақуыз молекуласының құрылымы

Қ ұ рылым, қ ұ рылыс (лат. structura – структура, қ ұ рылым, орналастыру) дегеніміз – молекулада ә р тү рлі атомдардың ө зара реттеліп орналасуы жә не олардың арасындағ ы байланыс тү рі.

Тір организмдегі ақ уыз молекуласының ә рқ айсысының ө зіне ғ ана тә н белгілі – бір кең істік қ ұ рылымы болады. Ондай кең істік қ ұ рылымды конформация деп атайды.

Конформация (лат. conformation –пішін) – дегеніміз дара байланыс арқ ылы айналғ анда тү зілетін органикалық молекуланың ә р тү рлі кең істік пішіні.

Ақ уыз пішініне сә йкес екі топқ а бө лінеді:

1. глобулярлы ақ уыздар;

2. фибриллярлы ақ уыздар.

Глобулярлы ақ уыздардың қ ұ рылымы шағ ын ғ ана, олардың полипепдидтік тізбектері сфера жә не эллипсоид сияқ ты тығ ыздала бү ктелген болады. Ақ уыз глобуласының бетіне негізінен амин қ ышқ ылдарының полярлы тобы жә не зарядталғ ан атомдары жинақ талады. Олар сумен ә рекеттесуге қ абілетті келеді. Глобулярлы ақ уыздардың кө пшілігі суда жә не су ерітінділерінде ериді. Мұ ндай ақ уыздарғ а барлық ферменттер, қ анның, сү ттің ақ уыздары (альбуминдер, глобулиндер жә не басқ алары) жатады.

Ақ уыз глобуласының ішкі бө лігі полярсыз ортағ а жатады, ол гидрофобты жә не амин қ ышқ ылдарының полярсыз қ алдық тарынан қ ұ ралғ ан. Гидрофобты ішкі ядроғ а су ө тпейді, оның сумен байланысы жоқ, тығ ыз қ ұ ндақ талғ ан.

Фибриллярлы ақ уыздар тұ рақ ты келеді. Суда жә не сұ йық тұ з ерітінділерінде ерімейді. Ақ уыздағ ы полипептидтік тізбектер белдік (ось) бойында ө зара параллель орналасады, сө йтіп ұ зын талшық тар – фибриллдер тү зеді. Мұ ндай ақ уыздардың молекуласы созылғ ан жіп сияқ ты, ө здері екі одан кө п полипептидтік тізбектерден тұ рады.

Тізбектері қ атты немесе созылмалы жұ мсақ келеді жә не тірі организмде қ ұ рылымдық қ ызмет атқ арады. Мұ ндай ақ уыздарғ а коллаген – сің ір, сү йек, тері, тіс жә не шеміршек сияқ ты ұ лпалардың негізі болып табылады. Шашта, жү нде, қ ауырсында, тырнақ та, тұ яқ та кератин ақ уызы бар, ал оғ ан жібек фибрионы, қ ан фибрионы жә не тағ ы сол сияқ ты ақ уыздар да жатады.

К. Линдерстрем Лангенің ұ сынысы бойынша ақ уыз молекуласының қ ұ рылымын тө рт дең гейге бө леді.

· Біріншілік қ ұ рылым – бұ л ақ уыз молекуласының химиялық формуласы, яғ ни полипептидтік тізбекте амин қ ышқ ылдарының белгілі бір ретпен жалғ асып орналасуы.

· Екіншілік қ ұ рылым – полипептид тізбектің спираль тектес орналасуы.

· Ү шіншілік қ ұ рылым – полипептид тізбекте амин қ ышқ ылдарының кең істікте орналасуы.

· Тө ртіншілік қ ұ рылым – молекулада суббө лшектердің орналасуы.

Ақ уыздың біріншілік қ ұ рылымы дегеніміз – аминқ ышқ ылдары белгілі бір тә ртіппен ө зара пептидтік байланыс арқ ылы тізбек қ ұ рауы. Ә р тү рлі ақ уыздардың қ ұ рамындағ ы амин қ ышқ ылдарының тү рі де, саны да тү рліше болып келуі мү мкін. Ал кейбір ақ уыздар қ ұ рамындағ ы амин қ ышқ ылдарының саны мен тү рі бірдей болуы мү мкін. Бірақ ақ уыздың қ асиетін, қ ызметін, оның ерекшелігін анық тайтын - амин қ ышқ ылдарының полипептидтік тізбектегі алатын орны болып есептелінеді. Бұ л ақ уыздардың қ ұ рылысы бірінші реттік қ ұ рылымы деп аталады. Ақ уыздардың бірінші реттік қ ұ рылысын берік ковалентті байланыс - пептидтік байланыс қ ұ райды. Полипептид тізбегіндегі аминқ ышқ ылының бір қ алдығ ының басқ асымен ауысуы немесе оның орнының алмасуы осы белоктың қ ызметін бұ зады. Мысалы, адам гемоглобиніндегі 564 аминқ ышқ ылдары қ алдық тарынан қ ұ ралғ ан полипептид тізбегіндегі бір қ ышқ ылдың қ алдығ ы екіншісіне ауысса, адам ауыр сырқ атқ а ұ шырайды.

Табиғ атта ақ уыздардың кейбіреуі тек созылың қ ы полипептидтік тізбекте болады. Барлық ақ уыздар бір - бірінен полипептидтік тізбектегі аминқ ышқ ылдарының саны жә не қ ұ рамымен ғ ана емес, сонымен қ атар ең маң ыздысы - аминқ ышқ ылдарының кезектілігімен ерекшеленеді. Ақ уыз молекуласындағ ы аминқ ышқ ылдарының кезектілігі оның биологиялық қ ызметін анық тайды. Егер де ақ уыздың полипептидтік тізбектегі аминқ ышқ ылдарының орналасу реті ө згеретін болса, ол ө зінің биологиялық қ асиеттері мен қ ызметтерін жоғ алтады. Ақ уыздардың бірінші реттік қ ұ рылысын зерттеу бірнеше кезең дерден тұ рады:

1. Шеткейлік амин қ ышқ ылдарын анық тау (ол ү шін карбоксипептидаза ферменті -С- шеткейлік амин кышқ ылын бө ліп алу ү шін, ал 2, 4-динитробензол -N- шеттегі амин қ ышқ ылын бө ліп алу ү шін қ олданылады).

2.Пептидтік тізбекті қ ысқ артып, ә рі қ арай амин қ ышқ ылдық қ ұ рамын анық тау ү шін ақ уызды пепсинмен (тирозин мен фенилаланиннің арасындағ ы байланысты ү зу ү шін) ө ң дейді. Сонан соң, тү зілген пептидтерді хроматография ә дісімен зерттеуге болады. Бұ л ә діс «шыны ыдыстарды сындыру» немесе «саусақ тардың ізі» деген ә дістермен белгілі.

3.Осы жолдармен тү зілген пептидтерден амин қ ышқ ылдары бірін-бірі жабатын пептидтік карталарды қ арастырады. Содан кейін, полипептидтік тізбектегі амин қ ышқ ылдарының орналасу ретін анық тайды.

Полипептидтік тізбектің кең істіктегі орналасуы. Ақ уыздардың биологиялық қ асиетін жоғ алтуы (ферменттік немесе гормондық белсенділігін

жоғ алтуы) қ аралайым қ ыздыру кезінде-ақ байқ алады. Бірақ, қ ыздыру кезінде олардың бірінші реттік қ ұ рылысының ө згеріссіз қ алатындығ ы анық талды, яғ ни ақ уыздардың ө здеріне тә н қ асиеті, қ ызметі, олардың кең істікте орналасуына тә уелді. Ақ уыздардың екі тү рі бар:

1. Глобулярлы ақ уыз - ұ зындығ ы мен енінің қ атынасы 1: 10, шар тә різді, жақ сы ериді.

2. Фибрилярлы ақ уыз - ұ зындығ ы мен енінің қ атынасы 1: 100, 1: 1000, жіп тө різді, ерімейді.

Ақ уыздардың кең істіктегі қ ұ рылысы рентген кө мегі арқ ылы анық талғ ан (Полинг, Кори —1950 ж.) рентген арқ ылы қ ұ рылымдық талдаудың қ орытындысы бойынша полипептидті тізбек кең істікте α -спираль тү рінде орналасады.

Спиральдің ә рбір қ адамы 3, 6-3, 7 амин қ ышқ ылы қ алдығ ынан тү рады (5, 44 А°). Спиральдің тү зілуі -NH- тобымен -СО- арасындағ ы сутектік байланысқ а тә уелді.

Кейбір полипептидтік тізбектер жоғ арыда кө рсетілген кіші спиральдан басқ а қ адамы ү лкен, екінші реттік спираль тү зеді. Оның тү зілуіне полипептидтік тізбекте радикалдарының сутектік байланыс тү зуге қ абілеті тө мен серин, изолейцин, треонин, глутамин, аспарагин, лизин, аргинин, глицин сияқ ты амин қ ышқ ылдары себеп болады. Сондық тан, ү жен спиральдің есебінен бірнеше полипептидтік тізбек суперспираль тү зуі мү мкін. Пролиннің жә не оксипролиннің сутектік байланыс тү зуге қ абілеті жоқ болғ андық тан, бұ л амин қ ьннқ ылдары бар жерде спиральдің тү зілуі тұ рақ сыз болады. Мысалы, глобулярлы ақ уыздардың спиральдануы 25-75 % дейін болады. Кейбір ақ уыздарда пролин, оксипролин кө п болғ андық тан β -қ атпарлы қ ұ рылым тү зіледі.

Сонымен, кең істікте полипептидтік тізбектің пептид топтарының арасында тү зілетін ә лсіз сутектік байланыстары аркылы α -спираль немесе β -қ атпарлы тү рде орналасуы, ақ уыздардың екінші реттік қ ұ рылысы деп аталынады. Ал, глобулярлы ақ уыздардағ ы пролиннің жө не оскипролиннің қ атысуымен тү сіндірілетін α -спиральдің «сынық жерлері» спиральдің ә ртү рлі бө лімдеріндегі ө зінің радикалдарымен жақ ындасуына мү мкіндік береді.

Ақ уыздың екінші реттік қ ұ рылымы дегеніміз - бұ л полипептид тізбегінде жақ ын орналасқ ан аминқ ышқ ылы калдық тарының кең істіктік қ ұ рылысы. Ең бірінші рет полипептидтік тізбектін екінші реттік қ ұ рылымын 1951 жылы Полинг пен Кори зерттеді. Осы зерттеудің нө тижесінде мынадай қ орытынды жасады – ақ уыз молекуласында екінші реттік қ ұ рылымның екі тү рі бар - α -шиыршық (спираль) жө не β -катпарлы қ абат. Қ азіргі кү нде спиральдің басқ а тү рлері табылды. Оң жақ ты α -спираль.Бұ л - L-аминқ ышқ ылы қ алдық тарынан қ ұ рылғ ан полипептидтік тізбектің ең кө п таралғ ан ширақ талғ ан қ ұ рылымы. Ә р аминқ ышқ ылы қ алдығ ындағ ы С=0 тобы полипептид тізбегі бойында аминқ ышқ ылының ү ш қ алдығ ынан кейінгі орналасқ ан аминқ ышқ ылының NH-тобымен, тө менде кө рсетілгендей, сутектік байланыс тү зеді. Ондай сутектік байланыстар спиральдың белдігі бойымен бағ ытталады. Аминқ ышқ ылдарының барлык бү йірлік топтары спиральдан тыс орналасады. Спиральдің бір орамы білік бойынша 5, 4 Е. Бір аминкышкылының калдығ ына 1, 5 Е сә йкес келеді. α -спиральдің бір айналымына 3, 6 шамасындай аминкышкылының калдығ ы сә йкес келеді, спиральдің ә р қ адамы - 0, 54 нм (3, 6 х 0, 15 нм).

Егер де полипептид тізбегі тек қ ана L-аминқ ышқ ылынан немесе аминқ ышқ ылынан қ ұ растырылғ ан болса, α -спираль тү зіледі. Полипептид тізбегі L-аминкышқ ылының жене D-аминқ ышқ ылының қ оспасынан қ ұ рылса, онда бұ л тізбек α -спиральғ а ширақ талмайды. Коллагеннің полипептидтік тізбегі бұ л ақ уызғ а ғ ана тә н спираль тү зеді. Сондық тан бү л спиральді коллаген спиралі деп атайды. Коллаген спиралі сол жақ қ а бұ рылғ ан. Бұ л - едә уір созылғ ан спираль, бір айналымына ү ш аминкышкылының калдығ ы келеді. Полипептид тізбегінің топтарының арасында сутек байланыстар тү зілмейді. Бір полипептидтік тізбек тұ рақ ты емес. Коллагеннің ү ш полипептидтік тізбегі коваленттік, сутектік байланыстар жә не гидрофобты ә рекеттесу арқ ылы байланысқ ан. Ү ш коллаген спиралінен қ ұ рылғ ан қ ұ рылымды тропоколлаген деп атайды. Тропоколлаген молекуласы ө те тұ рақ ты.

β -қ ұ рылым (катпарланғ ан жапырақ) - полипептидтік тізбектің екінші реттік кұ рылымының екінші тү рі. β -қ ұ рылым едә уір созылғ ан полипептидтік тізбектен тү зіледі. β -қ ұ рылым екі тү рлі болады:

қ осарланғ ан (параллельденген) β -қ ұ рылым - бұ л β -қ ұ рылымының тү рінде екі полипептидтік тізбектің бағ ыты бір жақ ты; антипараллельденген - β қ ұ рылым - екі полипептидтік тізбектін немесе бір полипептидтік тізбектің екі бө лігінің бағ ыты қ арсы параллельденген.

β -қ ұ рылым полипептидтегі карбонилдік жә не аминдік топтар арасындағ ы сутектік байланыс арқ ылы тұ рақ тандырылады. β -қ ұ рылымының ерекшелігі:

1) полипептидтік тізбек созылғ ан, бірақ толық созылғ ан емес, сондық тан
бү рмелі қ ұ рылым тү зеді;

2) сутектік байланыстар бү рмелінің жазық тығ ында орналасады;

Ақ уыздың ү шінші реттік қ ұ рылымы - бұ л полипептид тізбегіндегі алыс тұ ратын аминқ ышқ ылы қ алдық тарының кең істікте орналасуы. Ақ уыздың ү шінші реттік кең істік қ ұ рылымы полипептид тізбегіндегі а-спираль жә не Р-қ ұ рылым бө ліктері, аминқ ышқ ылдарының ә р тү рлі функционалдық бү йірлік топтарының ө зара байланысуы аркылы тү зіледі. Ақ уыздың молекуласының ү шінші реттік қ ұ рылымын анық тау ү шін рентген қ ұ рылымдық ә дісі пайдаланылады. Ү ш ө лшемді қ ұ рылымы анық талғ ан бірінші ақ уыз - миоглобин.

Глобулярлы ақ уыздар ү шінші реттік қ ұ рылымына қ арай 5 топқ а бө лінеді:

1. α -ақ уыздар. Бұ л ақ уыздардың глобуласы α -спиральдан ғ ана тү зілген. Мысалы, миоглобин деген бұ лшық еттің белогы. Миоглобин молекуласы қ ұ рылымының ерекшеліктері мыналар:

а) полипептидтік тізбектің 75%-дайы α -спираль тү рінде, бірнеше α -
спиральдық бө ліктері бар;

б) молекуласы ө те тығ ыз бү ктелген, ортасына судың 4 молекуласы ғ ана
орналасады;

в) аминқ ышқ ылдарының полярлы бү йірлік топтары молекуланың сыртқ ы
ү стінде орналасады да, гидратталғ ан кү йінде болады;

г) аминқ ышкылдарының полярсыз бү йірлік топтары молекуланың ішінде
орналасады да, сумен ә рекеттеспейді;

д) пролин қ алдық тары полипептид тізбегінің бұ рылыс жерінде орналасқ ан спиральді бө ліктерінің аралығ ында;

е) гем деген простетикалық топ ақ уыздық бө лігімен ковалентсіз байла-
ныстар арқ ылы байланысқ ан.

Ақ уыз молекуласы екі немесе одан да кө п полипептид тізбегінен қ ү рылса, мү ндай ақ уыз олигомерлі ақ уыз деп аталады. Олигомерлі ақ уыздардың қ ұ рамындағ ы полипептидтік тізбектерді протомерлер немесе суббө ліктер деп атайды.

Ақ уыздың тө ртінші реттік қ ұ рылымы дегеніміз – ақ уыз молеку-ласындағ ы бірнеше табиғ и конформацияланғ ан полипептидтердін ө зара кең істікте орналасуы. Суббө ліктерден қ ү рылғ ан олигомерлі ақ уыздар кү рделі иерархиялық қ ұ рылымғ а ие болуы мү мкін. Мысалы, ө гіз бауырының глутаматдегидрогеназа деген ферментінің молекуласы 8 ү лкен суббө ліктен қ ұ рылады. Ә р суббө ліктің молекулалық салмағ ы - 280000 дальтон. Глутаматдегидрогеназа ерітіндісін сұ йылтқ анда, оның молекуласы осы 8 суббө лікке ыдырайды. Олигомерлі ақ уыздың жеке полипептид тізбегін - протомер, ал функнионалды активті бө лігін субединица деп атайды.

Тө ртінші реттік қ ұ рылымы бар ақ уыздың мысалы кан қ ұ рамындағ ы ақ уыз -гемоглобин болады. Гемоглобин молекуласы тө рт полипептидтік тізбектен қ ұ рылғ ан. Мысалы, гемоглобин А - адамдардың негізгі гемоглобині, 2 ұ қ сас α -суббө ліктен жә не β -суббө ліктен қ ұ рылады. α -суббө ліктердің молекулалары 141 аминқ ышқ ылы қ алдығ ынан қ ұ рылғ ан, β -суббө ліктердің молекулалары 146 аминқ ышқ ылы қ алдығ ынан қ ұ рылғ ан. Сонымен, гемоглобин молекуласының суббө ліктік формуласы - а₂р₂, молекулалық салмағ ы - 64500 дальтон. Ә р полипептидтік тізбек ө зіне тө н ү шінші реттік қ ұ рылымғ а бү ктелген жә не простетикалық топпен (гем деген топ) байланысқ ан. Ү шінші кең істік қ ұ рылымғ а бү ктелген 4 полипептид ө зара байланысып, гемоглобиннің табиғ и молекуласын тү зеді. Гемоглобин молекуласының функционалды ерекшелігі оның тө ртінші реттік қ ұ рылымына байланысты.

Барлық ақ уыздар екі топка бө лінеді: жай (протеиндер) жә не кү рделі (протеидтер немесе холопротеиндер) ақ уыздар. Жай ақ уыздар гидролиз кезінде аминқ ышқ ылдарғ а дейін ыдырайды, яғ ни олар суббірліктердің полипептидтік тізбектерің тү зетін тек аминқ ышқ шқ ылды қ алдық тардан ғ ана қ ұ ралғ ан. Кү рделі ақ уыздар - бұ лар 2 компонентті ақ уыздар, олар жай ақ уыздан - апопротеиннен жә не ақ уызды емес, аминқ ышқ ылды емес бө ліктен, басқ аша айтқ анда простетикалық топтан тұ рады. Кү рделі ақ уыздардың простетикалық тобы ә ртү рлі табиғ аты бар қ осылыстар (липидтер, кө мірсулар, нуклеин қ ышқ ылдары, пигменттер, металдар ионда-ры, фосфор қ ышқ ылы) тү рінде болады.

Жай ақ уыздар - протеиндар.

Жай ақ уыздар келесі топқ а бө лінеді: -протаминдер жә не гистоң дар, -глютелиндер жә не проламиндер, -альбуминдер жә не глобулиндер, -протеиноидтар (склеропротеиндер).

Кү рделі ақ уыздар (протеиндер немесе холопротеиндер).

Кү рделі немесе екі компонентті ақ уыздар ө здерінің простетикалық тобының тү ріне байланысты жіктеледі:

фосфопротеидтер;

хромопротеидтер;

нуклеопротеидтер;

липопротеидтер;