Дәріс №3 Белок молекуласының құрылымы. Белоктар құрылысын полипептидті теорияның дәлелдеуі. Дәріс жоспары
жүктеу/скачать 136,76 Kb.
|
3 Лекция
| Белок молекуласының құрылымдары
Белок молекуласының төрт деңгейлі құрылымы жөніндегі түсінікті ең біріші ұсынған Ландерстром–Ланг. Белок молекуласының құрылымы басқа биополимерлерге қарағанда әлдеқайда күрделі. Сонымен белок молекуласының төрт деңгейдегі құрылымдық ұйымдасуы болады. Олар: бірінші, екінші, үшінші, төртінші деңгейдегі құрылымдар. Белоктың бірінші деңгейдегі құрылымы. Белок молекуласының бірінші деңгейдегі құрылымы полипептидтік тізбектегі амин қышқылдарының реттеліп орналасуы. Бірінші деңгейдегі құрылымға тән пептидтік байланыс ұзындығы 0,132 нм, бұл –С– N- байланысынан (0,149 нм) кіші, С = N қос байланысынан ұзын (0,127 нм) (2-сурет). Кейбір ғалымдар пептидтік байланысты ішінара қос байланыс, ішінара дара байланыс деген пікір айтуда. Л.Полинг пен Р.Кори рентген құрылымдық анализ әдісімен пептидтік байланыс бұрышын анықтап, полипептидтік тізбек бір жазықтықта орналасқанын дәлелдеді. Дара байланыстардың бұралу бұрыштары торсионды деп аталады да N – Сα бұрышы φ, ал С – Сα бұрышы – ψ деп белгіленеді. Әр амин қышқылының өзіне тән бұралу бұрышы болады, бұл белоктардың екінші құрылымын сипаттайды. Пептидтік тізбектегі орынбасушы топтар пептидтік байланысқа цис- немесе транс- жағдайында болуы мүмкін, және де транс- жағдайдағы пептидтік байланыс мықтырақ келеді де табиғи белоктарда (полипептидтерде) көп таралған, ал цис- пептидтік байланыстар сиректеу кездеседі және көбінесе оны пролин қалдықтары түзеді. Соңғы жылдары белоктар биохимиясының дамуының арқасында белоктардың бірінші құрылымы туралы мәліметтер жинақталуда, қазіргі кезде 14-тен астам белоктардың бірінші құрылымы белгілі болды. Белок молекуласында бір немесе бірнеше тізбек болуы мүмкін, мысалы рибонуклеазада 1 тізбек, инсулинде – 2, гемоглобинде – 4, т.б. Полипептидтік тізбектің екі соңы бар. Бос NH2-тобы бар шетін N - соңы деп, ал бос СООН тобы бар шетін С – соңы деп белгілейді. Әдетте тізбектің басын N соңынан бастайды. Ең бірінші рет өткен ғасырдың 50-ші жылдарында инсулин деген гормонның бірінші деңгейдегі құрылымын анықтаған ағылшын биохимигі Ф.Сенгер болды. Ол белокты 1-фтор-2,4-динитробензолмен (ДНФБ) өңдегенде бұл реагент белоктың бос NH2 — тобымен байланысып сары түсті полипептидтік 2,4 — динитро-фенилді туындысын түзеді. Осы қосылысты қышқылмен өңдегенде оның құрамындағы барлық пептидтік байланыстар үзіледі, бірақ ДНФБ-мен N-соңғы амин қышқылының арасындағы коваленттік байланыс өзгеріссіз қалады. N-соңғы амин қышқылы ерітіндіде 2,4-динитрофенил туындысы түрінде болады, ал белок молекуласының құрамындағы басқа амин қышқылдары жеке-жеке бөлініп кетеді. ДНФБ мен байланысқан ең бастапқы N-соңғы амин қышқылын хроматографикалық әдісті пайдалана отырып оңай анықтауға болады: Белок молекуласының N -соңындағы амин қышқылын анықтайтын тағы бір әдіс Эдман ұсынған фенилтиоционат әдісі. Бұл әдіс бойынша белокқа фенилтиоцианатпен (Эдман реактиві) әсер етеді. C6H5 – N = C + H2N – CH– CO – HN – CH– CO – HN – – – COOH –––→ ║ │ │ S R1 R2 : C6H5 – NH – C – HN – CH– CO – HN – CH – CO – HN – – – COOH ║ │ : │ S R1 R2 Түзілген аралық қосылысқа сусыз хлорлы сутегімен әсер еткенде N соңғы амин қышқылы Эдман реактивімен байланысқан күйінде белоктың молекуласынан бөлініп сақиналанады да фенилтиотидантоин түзеді. Оның қандай амин қышқылы екенін хроматографиялық әдіс арқылы анықтауға болады. Бұл әдістің бір артықшылығы қалған белок молекуласына осы әдісті қайта қолдана отырып екінші, үшінші т.б. орында тұрған N соңғы амин қышқылдарын біртіндеп анықтауға болады. Міне, осы принципке сүйене отырып белоктың немесе пептидтің құрамындағы амин қышқылдарының реттеліп орналасу тәртібін N шетінен бастап анықтайтын автоматты анализатор жасалынған. Осылардан басқа N шеткі амин қышқылын белокқа дансилхлорид реагентімен әсер ете отырып анықтауға болады. Белок молекуласының бос карбоксил тобы бар С-соңындағы амин қышқылын анықтайтында бірнеше әдістер бар. Солардың ішінде жапон ғалымы С.Акобари ұсынған әдіс. Бұл жағдайда белок молекуласын гидразинмен өңдеп ыдыратады. Нәтижесінде пептидтік байланыстар үзіліп, бөлініп шыққан әрбір амин қышқылдары гидразинмен байланыса отырып амин қышқылдарының гидразиді түзіледі. Тек ең соңғы С-шеткі амин қышқылы бос күйінде бөлінеді. Оны жоғарыда айтылғандай хроматографиялық әдіспен анықтайды. H2N–CH–CO–HN–CH–CO–HN– – – – CO–HN–CH–COOH + NH2–NH2 │ │ │ R1 R2 Rx гидразин (H2N–CH–CONHNH2)n-1 + RxCH–COOH │ │ R NH2 амин қышқылдарының гидразиді бос аминқышқылдары С-соңғы амин қышқылын карбоксипептидаза ферментімен әсер етіп бөліп алуға да болады. Бұл фермент белок құрамындағы пептидтік байланысты тек бос СООН— тобы бар жағынан үзеді. Полипепидтен бөлінген С-шеткі амин қышқылын хромогографиялық әдісті қолдана отырып анықтауға болады. Белоктағы амин қышқылдарының орналасу тәртібін (бірінші деңгейдегі құрылымын) толық анықтау үшін алдымен ұзын полипептидтік тізбекті — белок молекуласын кішірек фрагменттерге бөлшектейді. Ол үшін белокты әртүрлі ферменттердің әсерімен немесе химиялық әдіспен қысқа пептидтерге ыдыратады да солардағы амин қышқылдарының орналасу тәртібін жоғарыда келтірілген әдістерді қолдана отырып анықтайды. Бұл жерде көңіл аударатын жағдай әртүрлі ферменттер немесе химиялық реагенттер арнаулы амин қышқылы қалдықтарының арасындағы пептидтік байланыстарды үзеді. Міне осылай бірін-бірі бүркеп жататын фрагменттерді алып олардағы реттеліп орналасқан амин қышқылдарын айқындайды. Мысалы, белокты ыдыратудың нәтижесінде алынған пептидті фрагменттер Ала – Сер – Тир – Гли Асп – Вал – Тир – Цис а б Тре – Мет – Тре – Лей Ала – Сер в г Тир – Гли – Асп – Вал Тир – Цис – Тре – Мет – Тре – Лей д е Осы алынған жеке пептидтерден амин қышқыл қалдықтарының орналасуын салыстырса, а-пептидте, г – пептидтегі және д – пептидтегі мен с - пептидтегі амин қышқылдарының бастапқы екеуі қайталанады. Осыдан полипепидтік тізбекте г – пептидтен кейін д – пептид одан кейін б – пептид одан әрі с – пептид орналасады. Міне осылай берілген полипептидтің бірінші деңгейдегі құрылымын толық анықтауға болады. Белок молекуласының екінші деңгейдегі құрылымы. Белок молекуласының екінші деңгейдегі құрылымы сутектік байланыспен бекітіледі. Белок молекуласындағы полипептидтік тізбек ұзыннан ұзақ созылып жатқан түзу тізбек емес. Осындай түжырымға ғалымдар белоктың рентгенограммасын қарастыра отырып келген. Осы бағытта біраз зерттеулер жүргізген америка ғалымдары Л.Полинг пен Р.Кори. Олардың алға қойған мақсаты белоктағы полипептидтік тізбектің конформациясын, яғни кеңістікте орналасуын зерттеу болды. Алынған нәтижелерге сүйене отырып әрбір молекуланың үш өлшемді құрылымының барын айқындады, әсіресе маңыздысы пептидтік байланыстың құрылымын анықтау болды. Оның ерекшеліктеріне сүйене отырып полипептидтік тізбектің шиыршықталып (спиральденіп) жинақталатынын көрсетті. Сөйтіп екінші деңгейдегі құрылымда полипептидік тізбек қайталанып отыратын оң a-спираль, b–құрылым, b–иіліс түрінде болатыны анықталды. Амин қышқылдар оң a–спираль түзеді. Осындай құрылым (a–спираль, b-құрылым) пептидтік байланыстағы (3-4-5-суреттер) – С - мен – N - топтарының ׀ ׀׀ O H арасында түзілетін сутектік байланыс арқылы жүзеге асады О • • • Н ïï ï - С - (NН-СНR-СО)3 – N - Әрбір карбонил топ тізбектің бойында орналасқан төртінші NН— тобымен сутектік байланыс түзеді. Әрбір a - спиральдің бір айналымында 3,6 амин қышқылдарының қалдығы болады, спиральдың єр қадамы 0,54 нм. β - құрылымды да спираль деп қарастыруға болады, бірақ ондағы спираль созылған түрінде болады. Полипептидтік тізбектің қатпарланған бөлшектері (құрылым) антипараллельді және параллельді болуы мүмкін. Егер, катпарланған тізбек кейін бұрылып өзіне-өзі паралель бағытталса онда антипаралельді b – құрылым түзіледі. Полипептидтік тізбек бұрылған жерінде b – иіліс пайда болады. b - иіліс жүйелі, бір сутектік байланыспен бекітіледі, бір ізділікпен орналасқан төрт амин қышқылдары кіреді. Паралельді β–құрылым жинақталған кезде полипептидтік тізбектің кесінділері бір бағытта орналасады. Қатпарланған қабаттар (b–құрылым) бір полипептидтік тізбек бойында ғана емес, сонымен қатар молекулада бір-біріне жақын жатқан полипептидтік тізбектер тобының арасында да болады. Белок молекуласының спиральдену (шиыршықтану) деңгейі белоктардың түріне байланысты. Айталық, парамиозин деген белоктың спиральденуі 100% болса, гемоглобинде 75%, химотрипсиногенде небєрі 11% қана. β–құрылымда полипептидтік тізбек формасы созылған, зигзаг тәрізді болып келеді. Амин қышқылдар арасындағы қашықтық 0,35 нм, бұл a–спиральдегі қашықтықтан ~ 3 есе үлкен. Амин қышқыл қалдығы бір b-құрылым бойында екіге тең. Белок молекуласындағы a – спиральдің болуы әр белокта әр түрлі және әр белок макромолекуласына жеке ерекшелік береді. Мысалы, миоглобинде a – спираль құрылымының негізін құрастыратын болса, ал химотрипсин молекуласы a – спиральденбеген. Орта есеппен глобулярлы белоктардың a–спиральденуі 60-70% құрайды. Тізбек ішінде кездесетін a–спиральдену амин қышқылдарының табиғатына тәуелді. Мысалы, глутамин қышқылы молекулалары теріс зарядталған, бір-біріне жақындағанда тебініп сутектік байланыс түзбейді, сол себепті a – спираль болмайды. • • • H C = O – H – N ׀ N C Спиральдің 1 орамы =3,6 ║ амин қышқылдарының O қалдығына тең. H (3,6х0,15)=0,54 нм. ׀ C N = H-O=C N ║ O • C • ║ • H O C = O – H – N ׀ • N • • N = H – O = C А Б 3-сурет Белок молекуласы құрылымының схемасы. А. α-спираль, Б. β-құрылым. Осындай себеппен оң зарядталған лизин мен аргинин молекулалары араларында да a–спираль болмайды, a–спиральдің түзілуіне пролин амин қышқылы кедергі келтіреді, себебі, ол полипептидтік тізбек ішінде сутектік байланыс түзбейді (пролинде азот атомы сақина түзуге қатысады), сондықтан a – спиральдік құрылым бұзылады да β –құрылым пайда болады. жүктеу/скачать 136,76 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|