Тіршілікке берілген анықтамалардың бірі келесідей: «Өмір – ақуыз денелерінің тіршілік ету тәсілі». Біздің планетада, ерекшеліксіз, барлық организмдерде ақуыздар сияқты органикалық заттар бар. Бұл мақалада қарапайым және күрделі белоктар сипатталады, молекулалық құрылымдағы айырмашылықтар анықталады, сондай-ақ олардың жасушадағы функциялары қарастырылады.
Белоктар дегеніміз не
Биохимия тұрғысынан бұл жоғары молекулалы органикалық полимерлер, олардың мономерлері әртүрлі аминқышқылдарының 20 түрі. Олар өзара ковалентті химиялық байланыстар арқылы байланысады, басқаша пептидтік байланыстар деп аталады. Ақуыз мономерлер амфотерлі қосылыстар болғандықтан, олардың құрамында амин тобы да, карбоксил функционалды тобы да болады. Олардың арасында CO-NH химиялық байланысы пайда болады.
Егер полипептид аминқышқылдарының қалдықтарынан тұрса, ол жай ақуызды құрайды. Құрамында металл иондары, витаминдер, нуклеотидтер, көмірсулар бар полимер молекулалары күрделі белоктар болып табылады. Келесі бізполипептидтердің кеңістіктік құрылымын қарастырыңыз.
Белок молекулаларының ұйымдасу деңгейлері
Олар төрт түрлі конфигурацияда келеді. Бірінші құрылым сызықты, ол қарапайым және полипептидтік тізбек түрінде болады, оның спиральдануы кезінде қосымша сутектік байланыстар түзіледі. Олар екінші реттік құрылым деп аталатын спиральды тұрақтандырады. Ұйымдастырудың үшінші деңгейінде қарапайым және күрделі ақуыздар, өсімдіктер мен жануарлар жасушаларының көпшілігі бар. Соңғы конфигурация, төрттік, коферменттермен біріктірілген нативті құрылымның бірнеше молекулаларының өзара әрекеттесуінен туындайды, бұл организмде әртүрлі қызметтерді атқаратын күрделі белоктардың құрылымы.
Қарапайым белоктардың әртүрлілігі
Бұл полипептидтер тобы көп емес. Олардың молекулалары тек аминқышқылдарының қалдықтарынан тұрады. Белоктарға, мысалы, гистондар мен глобулиндер жатады. Біріншілері ядроның құрылымында ұсынылған және ДНҚ молекулаларымен біріктірілген. Екінші топ - глобулиндер - қан плазмасының негізгі компоненттері болып саналады. Гамма-глобулин сияқты ақуыз иммундық қорғаныс функцияларын орындайды және антидене болып табылады. Бұл қосылыстар күрделі көмірсулар мен ақуыздарды қамтитын кешендерді құра алады. Коллаген және эластин сияқты фибриллярлық қарапайым ақуыздар дәнекер тінінің, шеміршектің, сіңірдің және терінің бөлігі болып табылады. Олардың негізгі функциялары - құрылыс және қолдау.
Белок тубулин кірпікшелілер, эвгленалар, паразиттік жілікшелер сияқты біржасушалы организмдердің кірпікшелері мен жілікшелерінің құрамдас бөлігі болып табылатын микротүтікшелердің бөлігі болып табылады. Дәл осындай ақуыз көп жасушалы организмдерде (сперматозоидтар, жұмыртқа кірпікшелері, аш ішектің кірпікшелі эпителийі) кездеседі.
Альбумин ақуызы сақтау қызметін атқарады (мысалы, жұмыртқаның ақтығы). Дәнді дақылдар – қара бидай, күріш, бидай тұқымдарының эндоспермінде белок молекулалары жинақталады. Оларды жасушалық қосындылар деп атайды. Бұл заттарды тұқым ұрығы дамуының басында пайдаланады. Сонымен қатар, бидай дәндеріндегі ақуыздың жоғары болуы ұн сапасының өте маңызды көрсеткіші болып табылады. Глютенге бай ұннан пісірілген нанның дәмі жоғары және пайдалырақ. Глютен қатты бидай деп аталатын сорттардың құрамында болады. Терең теңіз балықтарының қан плазмасында олардың суықтан өлуіне жол бермейтін ақуыздар бар. Олар судың төмен температурасында дененің өліміне жол бермейтін антифриз қасиеттеріне ие. Екінші жағынан, геотермалдық бұлақтарда тіршілік ететін термофильді бактериялардың жасуша қабырғасында табиғи конфигурациясын (үшінші немесе төрттік құрылым) сақтай алатын және +50-ден + 90 °С-қа дейінгі температура диапазонында денатуратқа түспейтін белоктар болады.
Протеидтер
Бұл күрделі белоктар, олар атқаратын әртүрлі қызметтеріне байланысты үлкен әртүрлілікпен сипатталады. Бұрын атап өтілгендей, бұл полипептидтер тобы, ақуыз бөлігінен басқа, протездік топты қамтиды. Әртүрлі факторлардың әсерінен, мысалы, жоғары температура, ауыр металдардың тұздары, концентрлі сілтілер мен қышқылдар, күрделі ақуыздар өздерініңкеңістіктік пішін, оны жеңілдету. Бұл құбылыс денатурация деп аталады. Күрделі белоктардың құрылымы бұзылып, сутектік байланыстар үзіліп, молекулалар қасиеттері мен қызметтерін жоғалтады. Әдетте, денатурация қайтымсыз. Бірақ каталитикалық, қозғалтқыш және сигналдық функцияларды орындайтын кейбір полипептидтер үшін ренатурация мүмкін - ақуыздың табиғи құрылымын қалпына келтіру.
Тұрақсыздандыратын фактордың әсері ұзақ уақыт бойы болса, ақуыз молекуласы толығымен жойылады. Бұл бастапқы құрылымның пептидтік байланыстарының үзілуіне әкеледі. Ақуызды және оның функцияларын қалпына келтіру енді мүмкін емес. Бұл құбылыс бұзылу деп аталады. Мысал ретінде тауық жұмыртқасының қайнауын келтіруге болады: сұйық ақуыз – үшінші реттік құрылымдағы альбумин толығымен жойылады.
Белок биосинтезі
Тірі организмдердің полипептидтерінің құрамына 20 аминқышқылдары кіретінін тағы бір рет еске түсірейік, олардың арасында маңыздылары бар. Бұл лизин, метионин, фенилаланин және т.б. Олар аш ішектен қанға ондағы ақуыз өнімдері ыдырағаннан кейін түседі. Маңызды емес аминқышқылдарын (аланин, пролин, серин) синтездеу үшін саңырауқұлақтар мен жануарлар құрамында азот бар қосылыстарды пайдаланады. Өсімдіктер автотрофты бола отырып, күрделі белоктарды білдіретін барлық қажетті қосылыс мономерлерін дербес түзеді. Ол үшін олар ассимиляция реакцияларында нитраттарды, аммиакты немесе бос азотты пайдаланады. Микроорганизмдерде кейбір түрлер өздерін аминқышқылдарының толық жиынтығымен қамтамасыз етсе, басқаларында кейбір мономерлер ғана синтезделеді. Кезеңдерақуыз биосинтезі барлық тірі организмдердің жасушаларында жүреді. Транскрипция ядрода, ал трансляция жасушаның цитоплазмасында жүреді.
Бірінші кезең – мРНҚ прекурсорының синтезі РНҚ-полимераза ферментінің қатысуымен жүреді. Ол ДНҚ жіпшелерінің арасындағы сутектік байланыстарды үзіп, олардың бірінде комплементарлылық принципі бойынша пре-мРНҚ молекуласын жинайды. Ол кесуден өтеді, яғни жетіледі, содан кейін ядродан цитоплазмаға шығып, матрицалық рибонуклеин қышқылын түзеді.
Екінші кезеңді жүзеге асыру үшін арнайы органоидтар – рибосомалар, сонымен қатар ақпараттық және тасымалдаушы рибонуклеин қышқылдарының молекулалары болуы қажет. Тағы бір маңызды шарт - АТФ молекулаларының болуы, өйткені ақуыз биосинтезін қамтитын пластикалық алмасу реакциялары энергияны сіңіру арқылы жүреді.
Ферменттер, олардың құрылысы және қызметі
Бұл жасушалардағы биохимиялық реакциялардың жылдамдығына әсер ететін заттар ретінде әрекет ететін белоктардың үлкен тобы (шамамен 2000). Олар қарапайым (трепсин, пепсин) немесе күрделі болуы мүмкін. Күрделі белоктар кофермент пен апоферменттен тұрады. Белоктың өзінің әсер ететін қосылыстарға қатысты ерекшелігі коферментті анықтайды, ал белоктардың активтілігі белок компоненті апоферментпен байланысқанда ғана байқалады. Ферменттің каталитикалық белсенділігі барлық молекулаға тәуелді емес, тек белсенді аймаққа байланысты. Оның құрылымы принцип бойынша катализделген заттың химиялық құрылымына сәйкес келеді«кілт-құлып», сондықтан ферменттердің әрекеті қатаң түрде ерекше. Күрделі белоктардың қызметі метаболизм процестеріне қатысу және оларды акцептор ретінде пайдалану болып табылады.
Күрделі белоктар кластары
Оларды биохимиктер 3 критерий бойынша әзірледі: физикалық және химиялық қасиеттері, функционалдық ерекшеліктері және белоктардың ерекше құрылымдық ерекшеліктері. Бірінші топқа электрохимиялық қасиеттері бойынша ерекшеленетін полипептидтер жатады. Олар негізгі, бейтарап және қышқыл болып бөлінеді. Суға қатысты белоктар гидрофильді, амфифилді және гидрофобты болуы мүмкін. Екінші топқа біз бұрын қарастырған ферменттер жатады. Үшінші топқа протездік топтардың химиялық құрамы бойынша ерекшеленетін полипептидтер жатады (бұл хромопротеидтер, нуклеопротеидтер, металлопротеидтер).
Күрделі белоктардың қасиеттерін толығырақ қарастырайық. Мысалы, рибосомалардың құрамына кіретін қышқылдық ақуыздың құрамында 120 аминқышқылдары бар және әмбебап болып табылады. Ол прокариоттық және эукариоттық жасушалардың белок синтездейтін органоидтарында кездеседі. Бұл топтың тағы бір өкілі, S-100 ақуызы, кальций ионымен байланысқан екі тізбектен тұрады. Бұл нейрондардың және нейроглиялардың бөлігі - жүйке жүйесінің тірек тіндері. Барлық қышқылдық белоктардың ортақ қасиеті – екі негізді карбон қышқылдарының көп болуы: глутамин және аспарагин. Сілтілік ақуыздарға гистондар – ДНҚ мен РНҚ нуклеин қышқылдарының құрамына кіретін белоктар жатады. Олардың химиялық құрамының ерекшелігі лизин мен аргининнің көп мөлшері болып табылады. Гистондар ядроның хроматинімен бірге хромосомаларды – жасуша тұқым қуалаушылықтың ең маңызды құрылымдарын құрайды. Бұл белоктар транскрипция және трансляция процестеріне қатысады. Амфифилді белоктар жасуша мембраналарында көптеп кездеседі, липопротеидтердің қос қабатын құрайды. Осылайша, жоғарыда қарастырылған күрделі белоктардың топтарын зерттей келе, олардың физика-химиялық қасиеттері ақуыз компоненті мен протездік топтардың құрылымымен анықталатынына көз жеткіздік.
Кейбір күрделі жасуша мембранасының ақуыздары антигендер сияқты әртүрлі химиялық қосылыстарды танып, оларға жауап бере алады. Бұл белоктардың сигналдық қызметі, сыртқы ортадан келетін заттардың іріктеп сіңу процестері және оны қорғау үшін өте маңызды.
Гликопротеиндер және протеогликандар
Бұл протездік топтардың биохимиялық құрамы бойынша бір-бірінен ерекшеленетін күрделі белоктар. Егер ақуыз компоненті мен көмірсулар бөлігі арасындағы химиялық байланыстар ковалентті-гликозидтік болса, мұндай заттарды гликопротеидтер деп атайды. Олардың апоферменті моно- және олигосахаридтердің молекулаларымен ұсынылған, мұндай белоктарға мысал ретінде протромбин, фибриноген (қанның коагуляциясына қатысатын белоктар) жатады. Кортико- және гонадотропты гормондар, интерферондар, мембраналық ферменттер де гликопротеидтер болып табылады. Протеогликан молекулаларында белок бөлігі тек 5%, қалған бөлігі протездік топқа (гетерополисахарид) түседі. Екі бөлік те OH-треонин және аргинин топтарының және NH₂-глутамин және лизин топтарының гликозидтік байланысымен байланысқан. Протеогликан молекулалары жасушаның су-тұз алмасуында өте маңызды рөл атқарады. Төмендебіз зерттеген күрделі ақуыздар кестесін ұсынады.
| Гликопротеиндер | Протеогликандар |
| Протездік топтардың құрылымдық құрамдастары | |
| 1. Моносахаридтер (глюкоза, галактоза, манноза) | 1. Гиалурон қышқылы |
| 2. Олигосахаридтер (мальтоза, лактоза, сахароза) | 2. Хондроит қышқылы. |
| 3. Моносахаридтердің ацетилденген амин туындылары | 3. Гепарин |
| 4. Дезоксисахаридтер | |
| 5. Нейрамдық және сиал қышқылдары | |
Металлопротеиндер
Бұл заттардың молекулаларында бір немесе бірнеше металдардың иондары болады. Жоғарыда аталған топқа жататын күрделі белоктардың мысалдарын қарастырыңыз. Бұл ең алдымен цитохромоксидаза сияқты ферменттер. Ол митохондриялардың кристалдарында орналасады және АТФ синтезін белсендіреді. Феррин мен трансферрин – құрамында темір иондары бар белоктар. Біріншісі оларды жасушаларда орналастырады, ал екіншісі қандағы тасымалдаушы ақуыз болып табылады. Басқа металлопротеин - альфа-амелаза, оның құрамында кальций иондары бар, сілекей мен ұйқы безі сөлінің бөлігі болып табылады, крахмалдың ыдырауына қатысады. Гемоглобин әрі металлопротеин, әрі хромопротеин болып табылады. Ол оттегін тасымалдайтын тасымалдаушы ақуыз қызметін атқарады. Нәтижесінде қосылыс оксигемоглобин түзіледі. Көміртек тотығы, басқаша көміртегі тотығы деп аталатын, деммен жұтқанда, оның молекулалары эритроцит гемоглобинімен өте тұрақты қосылыс түзеді. Ол ағзалар мен тіндер арқылы тез таралады, улануды тудырады.жасушалар. Нәтижесінде көміртегі тотығын ұзақ ингаляциялау кезінде тұншығудан өлім орын алады. Гемоглобин сонымен қатар катаболизм процестерінде түзілген көмірқышқыл газын ішінара тасымалдайды. Қан ағымымен көмірқышқыл газы өкпеге және бүйрекке, ал олардан - сыртқы ортаға түседі. Кейбір шаянтәрізділер мен моллюскілерде гемоцианин оттегіні тасымалдайтын ақуыз болып табылады. Темірдің орнына мыс иондары бар, сондықтан жануарлардың қаны қызыл емес, көк болады.
Хлорофилл функциялары
Жоғарыда айтқанымыздай, күрделі белоктар пигменттермен – түсті органикалық заттармен кешен түзе алады. Олардың түсі күн сәулесінің белгілі бір спектрін таңдамалы түрде сіңіретін хромоформды топтарға байланысты. Өсімдік жасушаларында жасыл пластидтер – хлорофилл пигменті бар хлоропласттар болады. Ол магний атомдары мен көп атомды спирт фитолынан тұрады. Олар белок молекулаларымен байланысады, ал хлоропластардың өзінде тилакоидтар (пластинкалар) немесе үйінділермен байланысқан мембраналар – грана болады. Олардың құрамында фотосинтетикалық пигменттер – хлорофиллдер – және қосымша каротиноидтар бар. Мұнда фотосинтетикалық реакцияларда қолданылатын барлық ферменттер берілген. Сонымен, хлорофиллді қамтитын хромопротеиндер зат алмасудағы ең маңызды қызметтерді, атап айтқанда ассимиляция және диссимиляция реакцияларында орындайды.
Вирустық ақуыздар
Оларды Вира патшалығының бөлігі болып табылатын жасушалық емес тіршілік формаларының өкілдері сақтайды. Вирустардың өз белок синтездейтін аппараты жоқ. Нуклеин қышқылдары, ДНҚ немесе РНҚ синтезді тудыруы мүмкінвирус жұқтырған жасушаның өз бөлшектері. Қарапайым вирустар тек темекі мозаикалық вирусы сияқты спиральді немесе көп қырлы құрылымдарға жинақы түрде жинақталған ақуыз молекулаларынан тұрады. Күрделі вирустарда қабылдаушы жасушаның плазмалық мембранасының бір бөлігін құрайтын қосымша мембрана болады. Оның құрамында гликопротеидтер болуы мүмкін (В гепатиті вирусы, шешек вирусы). Гликопротеидтердің негізгі қызметі – жасуша мембранасындағы спецификалық рецепторларды тану. Қосымша вирустық конверттерге сонымен қатар ДНҚ репликациясын немесе РНҚ транскрипциясын қамтамасыз ететін фермент ақуыздары кіреді. Жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып, келесі қорытынды жасауға болады: вирустық бөлшектердің конверттік белоктары қабылдаушы жасушаның мембраналық ақуыздарына байланысты ерекше құрылымға ие.
Бұл мақалада біз күрделі белоктарды сипаттадық, олардың құрылымы мен әртүрлі тірі организмдердің жасушаларындағы қызметтерін зерттедік.
