Белоктардың структуралық құрылымы.

Белоктарды ковалентті өзегі жүздеген жеке байланыстардан құралған. Осы байланыстардың көбі өз осі бойынша айнала алатын болғандықтан, белоктардың конформацияларының шексіз көп отүрлері бола алады. Бірақ, әрбір белоктың химиялық немесе структуралық қызметі болғандықтан олардың әрқайсысының қайталанбас, үш өлшемді кеңістіктегі құрылымы болады.

Белоктардың үш өлшемді структурасы бес түрлі тұрғыдан қарастырылады. Бірінші, олардың үш өлшемді құрылымы амин қышқылдарының тізбегіне (олардың кезектесіп орналасу тәртібіне) тікелей байланысты. Екіншіден, белоктың қызметі оның структурасына тәуелді. Үшіншіден, бөлініп алынған белок, әдетте, тұрақты структурасын сақтайтын бір немесе бірнеше ғана формаларында бола алады. Төртінші, белоктың арнайы структурасын ұстап тұратын күштер - маңызы өте зор, белок молекуласының ішіндегі ковалентті емес байланыстар немесе әркеттесулер болып табылады. Белоктың қызметі көбінесе екі немесе бірнеше структуралық формаларының бір-біріне айналынуы арқылы іске асады. Белоктың атомдарының кеңістікте үйлесе орналасуын - оның конформациясы деп атаймыз. Белоктың мүмкін болатын конформациясы деген ұғымға ковалентті байланыстарды үзбейтін, кез келген структуралық түрлерін жатқызуға болады. Коформациядағы өзгерістер жалғыз байланыстардың өз осі бойынша айналуының нәтижесінде мүмкін болады. Көптеген тұрақты конформациялардың қажеттігі белоктардың көпшілігінде болатын өзгерістердің көрінісі болып табылады, себебі – олар басқа молекулалармен байланысады немесе реакциялардың катализін іске асырады. Өз қызметін ойдағыдай іске асыра алатын кез келген конформациясында болатын белоктарды нативті деп атайды.

Белоктың структурасы тұрғысынан тұрақтылығы деген ұғым нативті конформацияны сақтау дегенмен анықталады. Энтропияның жоғары деңгейі және полипептид тізбегіндегі көптеген топтардың сулы (еріткіш) ортада бір-бірімен сутегілік байланыс арқылы әрекеттесуі молекуланың жазылуына (unfold) жағдай жасайды. Осындай жағдайға қарсы тұратын және нативті конформацияны тұрақтандыратын химиялық әрекеттесулерге дисульфидтік байланыстар және әлсіз яғни, ковалентті емес сутегілік, иондық және гидрофобтық байланыстар жатады. Полипептид тізбектерінің екінші және үшінші құрылымдарға қалай жинақталатынын, басқа полипептид тізбектерімен бірігіп, төртінші деңгейдегі құрылымды қалай түзетіндігін анықтайтын да осындай әлсіз байланыстар болып табылады.

Жалғыз полипептид тізбегінің әртүрлі бөлімдерін бір-бірімен жақындастырып, белок конформациясының құрылуына үлес қосатын дисульфидтік көпір секілді жеке ковалентті байланыстар әлсіз байданыстардың әрбір жеке түрінен, әрине, әлдеқайда берік. Бірақ, әлсіз байланыстардың саны өте көп болғандықтан, белок құрылымының тұрақтылығын сақталуына негізгі үлесті қосатындар солар қосады. Жалпылап айтқанда, ең төменгі бос энергиясы бар (яғни, конформацияның тұрақтылығын cоғұрлым күшейтетін) белокта барынша көп әлсіз байланыстар болады.

Белоктың тұрақтылығы оның ішінде түзілетін көптеген әлсіз байланыстардан пайда болған бос энергиялардың жай ғана жиынтығы емес. Дұрыс жинақталған полипептид тізбегіндегі әрбір сутегілік байланысты түзетін топ жинақталу алдында сумен сутегілік байланысады, және белок молекуласы жинақталған кезде сумен байланыс үзіледі.

Гидрофобтық әрекеттесулер де белоктың конформациясының тұрақтылығында маңызды роль атқарады. Белок молекуласының ішкі жағы гидрофобтық амин қышқылдарының радикал топтарының тығыз бірігуінен құралған. Белоктың ішкі жағында әрбір полярлы немесе зарядталған топтарға сәйкес және олармен байланысқа түсе алатын қарама-қарсы топтар болады. Бір сутегілік байланыс белоктың нативтік структурасына аз ғана үлес қосатын секілді. Ал егер ішкі гидрофобтық кеңістікте оларға сәйкес қарама-қарсы топтар болмаса – онда молекуланың тұрақсыздығы күшейеді.

Бір сутегілік байланыстың пайда болуы тағы басқа осындай байланыстардың түзілуін тездетеді. Қарама-қарсы зарядталған топтардың бір-бірімен өзара әрекеттесіп, ион жұптарын тұз көпірін құруы да кейбір белоктардың бір немесе бірнеше нативті конформациясының тұрақтандырылуына тиімді әсер етеді.

Белоктардың структуралық құрылымын төрт деңгейге бөледі – бірінші, екінші, үшінші және төртінші қатардағы құрылымдар. Алғашқы үшеуі бір полипептидтен тізбектен тұратын белоктарға тән, ал төртінші деңгей екі және одан да көп полипептидтерден тұратын олигомерлі белоктардың сипаттамасы.

Белоктардың структуралық құрылымын төрт деңгейге бөледі – бірінші, екінші, үшінші және төртінші қатардағы құрылымдар. Алғашқы үшеуі бір полипептидтен тізбектен тұратын белоктарға тән, ал төртінші деңгей екі және одан да көп полипептидтерден тұратын олигомерлі белоктардың сипаттамасы.

Белоктардың бірінші деңгейдегі құрылымы. Полипептид тізбегіндегі амин қышқылдарының қатарын оның бірінші құрылымы деп атайды. Әрбір белок қайталанбас, тек өзіне тән амин қышқылдарының қатарынан тұрады. Ең алғаш рет 1953 жылы инсулиннің амин қышқылдарының тізбегін анықтауға Ф. Сэнгердің қолы жетті. Оның құрамына 51 амин қышқылдарының қалдығы кіреді және ол екі полипептид тібектерінен құралған (А тізбегінің құрамына 21 қышқыл қалдығы және В тізбегі 30 қалдығы кіреді және ол тізбектер бір-бірімен екі дисульфидті көпірлер арқылы ковалентті байланысқан. Сонымен, полипептид тізбегіндегі амин қышқыл қалдықтарының орналасу тартібі, немесе қатары ғана белоктардың түрін және қызметін анықтайды. Белоктардың бірінші қатардағы құрылымы өзіне сәйкес геннің бірінші қатардағы құрылымымен анықталады. Сондықтан осы белокты кодтайтын геннің нуклеотидік қатарында өзгеріс бола қалса, белоктың да бірінші қатардағы құрылымы өзгереді.

Полипептид тізбегінің белгілі бір бағыты болады. Жоғарыда айтып кеткендей пептид молекуласының бір ұшы еркін амин тобымен (N-ұшы), ал екінші ұшы еркін карбоксиль тобымен (C-ұшы) аяқталады. Сонымен, N- және С- ұштарында орналасқан амин қышқылдарының қалдықтары өздеріне сәйкес N-ұшылық және С-ұшылық деп аталады.

Пептидтің Пептидтің

аминдік ұшы карбоксилдік ұшы

Белоктардың екінші деңгейдегі құрылымы. Амин қышқылы қалдықтарының бүйір топтарының табиғатына байланысты полипептидтік тізбектер өздігінен екінші деңгейдегі құрылымның белгілі бір түрін құрады. Екінші деңгейдегі құрылымның маңызды типтерінің бірі α–спираль ретінде белгілі. Бұл жағдайда полипептидтік қаңқа оңға ширатылған спиральды құрайды және α–спиральдің әрбір айналымына R-радикалдары спиральдың сыртына бағытталған 3.6 амин қышқылы қалдығы кіреді. Бір амин қышқылы қалдығының пептидті байланысқа қатысып тұрған NH-тобының сутегі атомы және тізбек бойындағы төртінші амин қышқылы қалдығының пептидті байланысқа қатысып тұрған СО-тобының оттегі атомының арасында сутегілік байланыстың пайда болуы осындай структураны тұрақтандырып тұрады. Спиральдың қадамы және ығысуы бір амин қышқылы қалдығына есептегенде үлкен (4,5Å) және кіші (1,5 Å) периодтарға сәйкес келеді. Көпшілік жағдайда екі құрылымдық ерекшілікті атауға болады. 1-гидрофобтық амин қышқылдарының қалдығы белок молекуласының ішіне терең, оның сыртын қоршаған судан алыс орналасады; 2-белоктың ішіндегі сутегілік байланыстардың саны барынша көп болады. Суда ерімейтін және мембрана ішінде орналасқан белоктардың қызметі немесе сыртқы ортасы басқаша болғандықтан жоғарыда айтылған ерекшеліктер қатал сақталмаса да, әлсіз байланыстар олар бәрібір шешуші элементтер болып қалады. Пептидтің қайталанып отыратын бір айналымына 3.6 амин қышқылының қалдығы кіреді. Альфа-спираль құрамында L– немесе D–амин қышқылдары бар полипептидтерде түзіле алады. Ал, егер амин қышқылдарының екі стереоизомерлері де құрамына кірсе – онда полипептидтің реттелген құрылымын бұзады. Табиғи L-амин қышқылдары оңға немесе солға оралған спиралды құра алады. Бірақ, осы уақытқа дейін құрамсында сол бағытта оралған спиралы белоктар әлі кездескен емес.

Белоктың үшінші деңгейдегі құрылысы. Белок молекуласындағы барлық атомдардың үш өлшемді кеңістікте жалпы орналасуын белоктың үшінші деңгейдегі құрылысы деп айтуға болады. Полипептид тізбегінде бір-бірінен алыс және екінші деңгейдің әртүрлі құрылымдарында тұрған амин қышқылдары белоктың үшінші деңгейінде өзара әрекеттесе алады. Полипептид тзбегіндегі иілімдердің орны, бағыты және ілгектердің құрылуы пролин, треонин, серин және глицин секілді майысу туғызатын амин қышқылдарының саны мен орналасуымен анықталады. Полипептид тізбегінің бір-бірімен әрекеттесетін сегменттері үшінші деңгейде әртүрлі әлсіз байланыстар (кейде дисульфидтік көпір секілді коваленттік байланыстар) арқылы ұстасып тұрады. Белок құрылсының жоғары деңгейлерін қарастырғанда белоктарды екі үлкен топқа болады: фибриллярлы және глобулярлы белоктар тобы. Фибриллярлы белоктар әдетте екінші деңгейдің бір ғана түрінде болады, ал глобулярлы белоктарда көбінесе екінші деңгейдің бірнеше түрі болады. Осы екі топ қызметі бойынша бір-бірінен өзгеше – фибриллярлы белоктардың құрылысы көбінесе парақ немесе өрім түрінде болып, қорғаныс қызметін атқарса, екінші топтағылар сфера түрінде жинақталып, көбінесе ферменттік қызмет атқарады. Фибриллярлы белоктардың кейбірі белок құрылысы туралы бүгінгі түсініктің дамуында шешуші роль атқарды.

Полипептидтің β-α-β болып иілу Тек β-конформациядан тұратын

полипептидтің иілуі

α – спираль β-конформация

Төртінші деңгейдегі құрылымы Көптеген домендер әртүрлі функционалдық мүмкіндіктер беретін белоктардың кеңістіктегі күрделі үшінші деңгейдегі структурасын құрайды. Белоктың үшінші деңгейдегі құрылымы дегеніміз - белоктың полипептид тізбегінің барлық бөлімдерінің белгілі бір кеңістікте жинақталған үш өлшемді структурасы. Кеңістіктегі конформациясына байланысты белоктарды бұрыннан-ақ екі категорияға бөледі. Глобулярлы белоктардың полипептид тізбегі қайталанбайтын ретпен, қомақты болып сферикалық формада жиналады.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: