Ақуыз – жасуша мен дене тіршілігінің негізі. Тірі ұлпаларда көптеген функцияларды орындай отырып, ол өзінің негізгі мүмкіндіктерін жүзеге асырады: өсу, тіршілік әрекеті, қозғалыс және көбею. Бұл жағдайда жасушаның өзі ақуызды синтездейді, оның мономері амин қышқылы. Оның белоктың бастапқы құрылымындағы орны тұқым қуалайтын генетикалық кодпен бағдарламаланады. Тіпті гендердің аналық жасушадан аналық жасушаға ауысуы да белоктың құрылымы туралы ақпаратты берудің мысалы ғана. Бұл оны биологиялық өмірдің негізі болып табылатын молекулаға айналдырады.
Белок құрылымының жалпы сипаттамасы
Жасушада синтезделген белок молекулалары биологиялық полимерлер болып табылады.
Белокта мономер әрқашан амин қышқылы болып табылады және олардың қосындысы молекуланың бастапқы тізбегін құрайды. Ол белок молекуласының бастапқы құрылымы деп аталады, ол кейіннен өздігінен немесе биологиялық катализаторлардың әсерінен екінші, үшінші немесе домендік құрылымға өзгереді.
Орта және үшінші құрылым
Қосымша ақуызқұрылым – полярлық аймақтарда сутегі байланыстарының түзілуімен байланысты біріншілік тізбектің кеңістіктік модификациясы. Осы себепті, тізбек ілмектерге бүктелген немесе спиральға бұралған, ол аз орын алады. Бұл кезде молекула бөлімдерінің жергілікті заряды өзгереді, бұл үшінші реттік құрылымның – шар тәрізді түзілуін тудырады. Бүктелген немесе бұрандалы бөліктер дисульфидті байланыстардың көмегімен шарларға айналдырылады.
Шарлардың өзі бағдарламаланған функцияларды орындау үшін қажет арнайы құрылымды қалыптастыруға мүмкіндік береді. Мұндай модификациядан кейін де ақуыздың мономері амин қышқылы болуы маңызды. Бұл да белоктың екіншілік, содан кейін үшінші және төрттік құрылымының түзілуі кезінде біріншілік аминқышқылдарының реті өзгермейтінін растайды.
Белок мономерлерінің сипаттамасы
Барлық белоктар полимерлер, мономерлері аминқышқылдары. Бұл тірі жасуша синтездейтін немесе оған қоректік заттар ретінде енетін органикалық қосылыстар. Олардың ішінде үлкен энергия шығыны бар хабаршы РНҚ матрицасы арқылы рибосомаларда ақуыз молекуласы синтезделеді. Аминқышқылдарының өзі екі белсенді химиялық тобы бар қосылыстар: карбоксил радикалы және альфа көміртегі атомында орналасқан амин тобы. Дәл осы құрылым молекуланы пептидтік байланыстарды құруға қабілетті альфа-амин қышқылы деп атауға мүмкіндік береді. Ақуыз мономерлері тек альфа-амин қышқылдары болып табылады.
Пептидті байланыстың түзілуі
Пептидтік байланыс – көміртегі, оттегі, сутегі және азот атомдары арқылы түзілетін молекулалық химиялық топ. Ол суды бір альфа-амин қышқылының карбоксил тобынан және екіншісінің амин тобынан бөлу процесінде түзіледі. Бұл жағдайда гидроксил радикалы амин тобының протонымен қосылып су түзетін карбоксил радикалынан бөлінеді. Нәтижесінде екі аминқышқылы CONH ковалентті полярлық байланыс арқылы қосылады.
Оны тек альфа-амин қышқылдары, тірі организмдер белоктарының мономерлері түзе алады. Ерітіндідегі шағын молекуланы іріктеп синтездеу қиын болғанымен, зертханада пептидтік байланыстың түзілуін байқауға болады. Ақуыз мономерлер амин қышқылдары болып табылады және оның құрылымы генетикалық кодпен бағдарламаланған. Сондықтан аминқышқылдары қатаң белгіленген тәртіпте қосылуы керек. Бұл хаотикалық тепе-теңдік жағдайында ерітіндіде мүмкін емес, сондықтан күрделі ақуызды жасанды түрде синтездеу әлі де мүмкін емес. Молекуланы құрастырудың қатаң тәртібін қамтамасыз ететін жабдық болса, оған техникалық қызмет көрсету айтарлықтай қымбатқа түседі.
Тірі жасушадағы ақуыз синтезі
Тірі жасушада жағдай керісінше болады, өйткені оның биосинтез аппараты дамыған. Мұнда белок молекулаларының мономерлері қатаң реттілікпен молекулаларға жиналуы мүмкін. Ол хромосомаларда сақталған генетикалық код арқылы бағдарламаланады. Белгілі бір құрылымдық ақуызды немесе ферментті синтездеу қажет болса, ДНҚ кодын оқу және матрицаны қалыптастыру процесі (жәнеРНҚ) одан белок синтезделеді. Мономер рибосомалық аппараттағы өсіп келе жатқан полипептидтік тізбекке біртіндеп қосылады. Бұл процесс аяқталғаннан кейін аминқышқылдары қалдықтарының тізбегі құрылады, олар өздігінен немесе ферментативті процесс кезінде екіншілік, үшіншілік немесе домендік құрылымды құрайды.
Биосинтездің заңдылықтары
Белок биосинтезінің, тұқым қуалайтын ақпараттың берілуі мен оның жүзеге асуының кейбір ерекшеліктерін атап өту керек. Олар ДНҚ мен РНҚ ұқсас мономерлерден тұратын біртекті заттар екендігінде жатыр. Дәлірек айтқанда, ДНҚ РНҚ сияқты нуклеотидтерден тұрады. Соңғысы ақпараттық, транспорттық және рибосомалық РНҚ түрінде берілген. Бұл тұқым қуалайтын ақпаратты сақтауға және ақуыз биосинтезіне жауап беретін бүкіл жасушалық аппарат біртұтас екенін білдіреді. Сондықтан рибосомалары бар жасуша ядросын, олар да домендік РНҚ молекулалары болып табылады, гендерді сақтауға және оларды жүзеге асыруға арналған біртұтас аппарат ретінде қарастырылуы керек.
Мономері альфа-амин қышқылы болып табылатын белок биосинтезінің екінші ерекшелігі - олардың қосылуының қатаң тәртібін анықтау. Әрбір амин қышқылы бастапқы ақуыз құрылымында өз орнын алуы керек. Бұл тұқым қуалайтын ақпаратты сақтауға және жүзеге асыруға арналған жоғарыда сипатталған аппаратпен қамтамасыз етіледі. Онда қателер болуы мүмкін, бірақ олар онымен жойылады. Қате құрастырылған жағдайда, молекула жойылып, биосинтез қайтадан басталады.
