Белоктарға жалпы сипаттама және олардың атқаратын қызметтері

ҚАЗАҚСТАН  РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ  ДЕНСАУЛЫҚ  САҚТАУ  МИНИСТРЛІГІ

 

ОҢТҮСТІК  ҚАЗАҚСТАН  МЕМЛЕКЕТТІК  ФАРМАЦЕВТИКА  АКАДЕМИЯСЫ

 

Биохимия, биология және микробиология  кафедрасы

СӨЖ

 

Тақырыбы: Белоктарға жалпы сипаттама және олардың атқаратын қызметтері.

 

 

 

 

 

 

Орындаған: Сергалиева Нигора

 

 

 

 

 

 

 

 

Шымкент 2014 ж

 

Жоспар

          I. Кіріспе.

• 1.1. Белоктарға жалпы  сипаттама
• II. Негізгі  бөлім
• 2.1. Белоктардың аминоқышқылдық құрамы
• 2.2. Аминоқышқылдардың жіктелуі
• 2.3. Белоктардың физика-химиялық қасиеттері 
  2.4. Белоктардың құрылымдық ұйымы
• 2.5. Белоктардың жіктелуі және биологиялық қызметі
• III. Қорытынды 
  VI. Пайдаланылган әдебиеттер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Белоктардың  жалпы сипаттамасы 

Тіршілік – материя қозғалысының ерекше, күрделі формасы. Оның маңызды белгілері – тітіркену, өсіп - өну, көбею. Материяның ең жоғарғы формасы – ойлау. Бұлардың барлығының негізінде зат алмасу жатады. Тіршіліктің мәнін құрайтын да – осы зат алмасу. Зат алмасу белоктармен және нуклеин қышқылдарымен тығыз байланысты. Белоктар – тіршіліктің негізгі нышаны. Белок жоқ жерде тіршілік те жоқ. Белоктар өмірдің материалдық негізі болып есептелінеді.

Белок деген ат ең алғаш құс жұмыртқасының ақ затына берілген. Ол қыздырғанда ерімейтін ақ затқа айналып ұйып қалады. Кейіннен дәл сондай заттар  жануарлар мен өсімдіктердің организмінен де бөліп алынады.

1839 жылы голландия ғалымы Мульдер  бұл заттың тіршіліктегі аса  маңызына көңіл аударып белокты  «протеин» (грек. Protos – ең басты, ең маңызды) деп атауды ұсынды.

Белоктар немесе протеиндер деп молекуласы α – амин қышқылдарының қалдықтарынан тұратын жоғары молекулалы органикалық қосылыстарды айтады.

Белок – организмдегі заттардың ең күрделісі, ал оның элементтік құрамы айтарлықтай қарапайым болып келеді. Онда 50-55% көміртек, 21-24 % оттек, 15-18 % азот, 6,5-7,5 % сутек, 0,3-2,5 % күкірт,1-2 % фосфор болады.

Кейбір белоктарда өте аз мөлшерде (0,3-0,00001 %) темір, мыс, йод, марганец, бром, кальций, мырыш және т.б. кездеседі.

Белоктағы әртүрлі типтегі екіншілік құрылымының мөлшері бірдей болмайды. Олардың спиральдері мен құрылымы қандай болуына қарай глобулярлық белоктарды 4 категорияға бөлуге болады.

• Бірінші категорияға құрамында тек ос-спералы байқалған белотар жатады. Оған миоглобин және гемоглобин белоктары жатады.
• Екінші категорияға әртүрлі жеке белоктарда кездесетін кейбір кезде біртиптік сәйкестік құрайтын спиральдер мен құрылымы бар белоктара жатады.
• Көптеген ферменттерде кездесетін спиральдар мен құрылымының сипаттық сәйкестігін лактатдегидрогеназ және фосфоглицераткеназ доменің құрылымы мысалында байқауға болады. Домен – ол жеке сол тізбектің ішінде – ақ басқа учаскілерден бөлек құрылым түзейтін көп жағдайда глобуларлық белокты еске түсіретін полипептидтік тізбек аумағы.
• Лактатдегидроназ домендерінің бірінде орталығында ширатылған жапырақ тәріздес полипоптидтік тізбектің құрылымы орналасқан және әрбір құрылым спиральда аумағымен байланысқан молекуланың жоғары жағында  жатқан. Мұндай ұқсас домен гицераткиназдық молекуласында да байқалады.
• Үшінші категорияға тек құрылымы бар ғана белоктар кіреді. Мұндай құрылымдар иммуноглобулинде, супероксиддилутаздың ферментінде байқалған.
• Төртінші категорияға өзінің құрамында реттелген екіншілік құрылымы өз ғана мөлшерде болатын белоктар жатады.

2. Белоктардың үштік құрылымы.

Белоктардың үштік құрылымы – бір-бірінен помпептидтік тізбекте алшақтау жататын аминоқышқылдарының радикалдарының өзара жерінен түзелетін үш өлшемдік кеңістіктен құралған.

Белоктардың үштік құрылымының қалыптасуында қатысатын байланыстар.

Су жұқпайтын (гидрофобтық) өзара әсерлесу.

Белоктың помпептидтік тізбегі орнықтыру барысында өзіне ыңғайлы энергетикалық форманы қабылдауға ұмтылады, ал ол ерікті энергияның өте аз мөлшерімен сипатталады. Сондықтан аминқышқылдарының гидрофобтың радикалдары белок суында еритін глобулярлық құрылымдардың ішінде бірігуге ұмтылады. Олрдың арасында гидрофабтық әсерлесу пайда болады, сонымен бірге бір – біріне жақын жатқан атомдардың арасында ван дер Ваамс күші орын алады. Нәтижесінде белоктың глобулы ішінде гидрофобтық ядро қалыптасады.

Пептидтікң арқаудың гидрофильдік тобы екіншілік құрылымның қалыптасуында көптген стектік байланысады құрайды, соның нәтижесінде олармен судың жұғуы болғызбайды және белоктың ішкі, тығыз құрылымының бүлінуін де болғызбайды.

Иондық және сутектік байланыстар.

Аминоқышқылыдарының гидрофильдік радикалдары сумен сутектік байланыс құруға ұмтылады, сондықтан олар белок молекуласының үстіңгі жғында орналасып алады. Аминоқышқылдардың гидрофильдік тобының радикалдарының барлығы, гидрофобтық ядроның ішінде, өзара бір-біімен иондық және сутектік байланыс арқылы әсерлеседі.

Иондық әсерлесу теріс зарядталған аспарагиндік және глубоаминдік қышқылдардың карбоксильдік топ радикалдары оң зарядталғандардың арасында пайда болады.

Сутектік байланыстар гидрофильдік зарядталмаған топтар (ОН9 –СONH2 , SH - топтары ) және басқ да кез келген гидрофильдік топтар арасында пайда болады. Ли-пидтік, полярлық емес ортада әрекеттенуші белоктың аминқышқылдарының гидрофильдік радикалдары блоктың ішкі жағында орналасқан, ал гидрофобтық аминқышқылдары молекуланың үстіңгі жағында жинақталған және полярлық емес аралас коптакт болады. Әрбір жағдайда аминқышқылдщарының радикалдары өздеріне тиімді биоэнергетикалық қалыпты ұстайды.

Ковалентік байланыстар.

Кейбір белоктардың үшіншілік құрылымын дисульфидтік байланыстар тұрақтайды, ол байланыстар цистеиннің 2 қалдықтарының SH-тобының әсерлесуінен пайда болады. Цистеиннің 2 қалдықтары белоктың алғашқы құрылымының сызықтығында бір-бірінен алыс орналасады, брақ үшінші құрылымының қалыптасуында олар өз ара жақындасады және радикалдардың беріп ковалентік байланысын құрайды.

Көптеген ішкі клетканы белоктары дисульфилдік байланыспен айырылған. Белоктардың домендік құрылмы.

Егер белоктың полипептидтік тізбегі 250-ден көп аминқышқылдарын құраса, онда ереже бойынша, оның кеңістіктік құрмы 2 немесе одан да көп домендер  түрінде қалыптасады. Мысалы, иммуноглобулин G екі домннен құралады. Кейбір жағдайларда полипепдік тізбектің жеке құрылымдық амағы домен деп аталады. Әдетте, белокқа прогениттік ферменттер арқылы әсер етіп домендерді бөлуге болады. Мұндай жағдайда полипептдитік тізбектің аумағында (домендер арасында орналасқан) пептидтік байланыстар оңай бұзылады. Содан соң кейбір домендер өздерінің биологиялық қасиеттерін сақтап қалуы да мүмкін.

Көптеген белоктардың өзінің құрамында тек ғана полипептидтік тізбегі бар. Олар мономерлер  деп аталады. Мономерлілерге, бірнеше тізбектен тұратын, бірақ ковалентті біріккен, мысалы дисульфидтік байланыс белоктар да жатады. Сонымен бірге 2 немесе одан көп полипептдік тізбектен құралатын белоктар да бар. Үшінші құрылым қайда болған соң әрбір полипептидтік тізбек әлсіз әсерлесу салдарынан бірігеді, (гидрофибтық, иондық, сутектік).

Полипептидтік тізбектің саны мен өзара орналасады «белоктың төрттік құрылымы» деп атады. Мұндай белокта полипептидтік тізбектің әрбір бөлігі протомер немесе субьединиз (субьбірлік) деп аталады. Өзінің құрамында бірнеше протомерден тұратын белок олигомерлі деп аталады.

1. Олигомерлі белоктардың құрылымындағы протомерлер саны. Олигомерлі саны белоктардың құрамына 2-ден бірнеше ондық мөлшерде протомерлер енуі мүмкін, бірақ көбінесе 2-ден 4-ке дейінгі полипептидтік тізбектен тұратын белоктар жиі кездеседі. (димерлі, тетрамерлі белоктар) Мысалы, гексокинад ферменті өзінің құрамында 2 протомері бар, эритроциттер гемоглобин белогі және лактатдегирогеназ ферменті – 4 протомері бар, ал цитрокролоксидаза митоходру ломбараносының ішкі  ферменті – 13 протомердн тұрады, ал глугалинситетаздікі – 12 протомер. Сонымен бірге, копфункционалды күрделі комплекстез бар олардың құрамында бірнеше ондық полипептидтік тізбектер болады. Мысалы, пируватдегидронеаздық комплекс 312 протомер деп тұрады.

Кейбір олигомерлі белоктар ұқсас протомерлерден құралады (мысалы, гексокиназ) кейбірулері әртүрлі протомерлерден тұрады. Мысалы, гемоглобиннің әртүрлі протомерлерден тұрады. Мысалы, гемоглобиннің құрамында 2? Және 2? Протомер бар, ол лактатдегидогеназдың құрамындағы 4 протомер, мономердің 2 типі (Н и М) әртүрлі тіндерде әртүрлі сәйкестікте болуы мүмкін (мысалы, 4 Н немесе 3Н + 1М т.б.).

Олигомерлі белоктардың молекулярлық массасы үлкен молекулярлық массасы 50 000 Д жоғары белоктар үнемі бірнеше мономерлі полипептидтік тізбектн құралады. Жеке мономерлі белоктарға қарағанда олигомерлі белоктар күрделі оругицувие атқарады.

Протомерді олигомерлі белоктарға жинақтау.

Промерлердің комплемнттілігі.

Олигомерлі белоктардың жеке протомерлерінің қосылуы оларды олигомерлі белоктардың контакті аумақтарыдың пайда болуымен байланысты. Контакті аумақтар аминқышқылдарының радикалдарынан тұрады, олар белоктың үшіншілік құрылымының түзілуі салдарына сол оында жинақталады.

Осы радикалдардың жиынтығы ерекше кеңістік қалыптастырады, олар өз ара бірігу ерекшелігінің жоғарғы қабылетіне ие болады.

SUP 35 приондық доменді 2 аумаққа бөлуге болады: NQ (1 деп 40 а.к.) және NR (41 ден 97 а.к.) NQ аумағы глутамин және аспарагинге бай, NR аумағы PQGGVA (Q) QVN келісімділік салдарлықпен қайталанып отыратын 5 толық және 7 толық емес көшірмесінен тұрады.

SUP 35 приондық доменнің хромосома  бөлігінің жоғалауын зеттеу анализі  [PSJ +] қолдау үшін Q аумақтық және 5 қайталанбала аумаққа 1-64 приондық долоннің аймағы қажет. Омерович өзінің серіктестерімен бірге, NQ аумағы және бірінші қайталану (R1 ) [PSJ +] denovo индукциясы үшін және SUP 35 агрогациясы үшін қажет және жеткілікті екендігін көрсетті, ал NR аумағының көп бөлігі, SUP 35 маперонмен әсерлесуін қамтамасыз етеді. Мысалы, хромосома бөлігінің жоғалуы жағдайында NQ аумағында және R1 ішінде [PSJ +] denovo индукциясы болмайды, ал SUP 35 белоктары R5 , R4 , R3 қайталануында прионның қалыпты  қолдай алмайды. SUP 35 приондық доменнің 2 модульды құрылымы да NQ аумағын полиглутаминдік әртүрлі ұзындықтан салдарлық жағдайынан ауыстырғанда байқалад, химерлік белок Q22NR – MC көпөндірілген кезде denovo [Q +] прионмен мен қосалады және индукция бермеді, ал Q62NR-MC белогі қосылды және [Q +] риондық қалпына индукция берді.

SUP 35 белогінің приондқ формасы  аминқышқылдық құрамына қарай  қалыптасады ма, әлде оған ерекше  аминқышқлдық мотивтер қажет  пе деген сұрақ та зерттелді. Бұл үшін аминқышқылдық салдарлықтағы  приондық домні кездейсоқ оның жалпы құрамын сақтай отыра араластырылды. Пайда болған белоктар тұрақты приондық фенотип түзеуге қабілеті болды. Соның нәтижесінде, SUP 35 приондвқ копорормация қабілеті пайда болып ол «LSH мотив» аминқышқл белоктық домен арқылы анықталды.

Белок домені.

Белок домені деп – оролдингі басқа бөлімдерінен тәуелсз өтетін, тұрақты және тәуелсіз белок құрылымын құрайтн белоктың үшіншілік құрылымының элементі. Домен құрамы әдетте бірнеше екіншілік құрылымның элементтерінен тұрады. Өз құрылым бойынша ұқсас домендер тек қана туыстық белоктарда емес (әртүрлі жануарлардың гемоглабині), сонымен бірге әртүрлі белоктарда да кездеседі. Домендерге жеке атау беру жиі жеткілікті,  себебі олардың атаулары тқаратын биологиялық функциясына әсер етеді – мысалы Са2+ - кальмодулиннің байланыстыратын домені, гомедомен – әртүрлі транскрипциядағы факторлардың ДНҚ-мен байланысына жауап береді және т.б. Домендер автономді өз құрылымында және өз қызметін атқаруда, сондықтан гендік инженерия көмгімен бір белоктың доменіне, басқа белокқа тиісті домнді жапсыруға болады. (Содан белок – химераны жасауға болады). Сәттілік блса мұндай химера екі белоктың да қызметін бірге атқарады.

Белоктың домендік құрылымы.

Ұзын полипептидтік тізбектердің (200 аминқышқылдарының қалдықтары нмесе одан да көп) әдетте домендік кеңістік құрылымы бар. Домен деп өз бетінше глоуос құрайтын пептидтік тізбектің бөлігін айтады, бір пептидтік тізбекте 2 не одан көп домен болуы мүмкін.

Домендік құрылым.

Бір белокта домендер құрылымы жағынан бірдей, не әртүрлі болуы мүмкін, және қызметі жағынан да сондай болуы ықтимл. Көп жағдайда өз құрылымы бойынша және қасиеттері бойынша домен кейбір глобулярлық белокпен ұқсас. Құрылымы және функциясы бойынша әртүрлі белоктарда а және (3 құрылым) біртектес сәйкестігі кездевседі, ол суперекіншілік құрылымын да белгіленеді. Пируват – киназа ферментінің домені супер екіншілік құрылымы «бочолка» тәріздес құрылады.

Мұнда 8 а – спиралының аумағы «бочка тәріздес құрылым құрд, ал оның ішінде 8 домен орналасқан, оның 3 құрылымыдқы аумағы шұбатылған жапырақ тәріздес, а-спиралі доменнің шет жағында орналасқан. Суперекіншілік ДНК-лап байланысқан белокта орын алады. Белоктың глобула онша қатты құрылымды емес, белгілі бір шеңберінде пептидтік тізбек бөлімдері бір біріне салыстырмалы түрде орын ауыстырады. Ал молекула сұйықта әртүрлі бөлігінде солқылайды. Бұл өзгерістерді жылулық қозғалыс ртінде қарастыруға болады. Олар молекулалардың конформациясының жоспарн бұзайды, себебі кристалдағы атомдардың жылулық тербелісі кристалдық құрылымын өзгертпейді, егер t жоғары болып, еру орын алмаса.

Белок молекулаларының конформциясы басқа молекулалармен әсрлескенде аз ғана өзгерістерге ұшырайд. Мысалы, гемоглабиннің оттегімен қосылғандағы конформациясы оттегі жоқ  кездегі гемоглобиннің конформациясына аз ғана өзгешілігі бар.