Белоктар – органикалық заттар. Бұл макромолекулалық қосылыстар белгілі бір құраммен сипатталады және гидролизден кейін аминқышқылдарына ыдырайды. Ақуыз молекулалары әртүрлі пішінде болады, олардың көпшілігі бірнеше полипептидтік тізбектерден тұрады. Ақуыздың құрылымы туралы ақпарат ДНҚ-да кодталған және ақуыз синтезі процесі трансляция деп аталады.
Белоктардың химиялық құрамы
Орташа ақуыздың құрамында:
- 52% көміртек;
- 7% сутегі;
- 12% азот;
- 21% оттегі;
- 3% күкірт.
Белок молекулалары полимерлер. Олардың құрылысын түсіну үшін олардың мономерлері, аминқышқылдары қандай екенін білу қажет.
Аминқышқылдары
Олар әдетте екі санатқа бөлінеді: үнемі пайда болатын және анда-санда болатын. Біріншісіне 18 протеин мономерлері және тағы 2 амидтер кіреді: аспарагин және глютамин қышқылдары. Кейде тек үш қышқыл болады.
Бұл қышқылдарды көптеген тәсілдермен жіктеуге болады: бүйірлік тізбектердің табиғаты немесе олардың радикалдарының заряды бойынша оларды CN және COOH топтарының саны бойынша да бөлуге болады.
Белоктың негізгі құрылымы
Белок тізбегіндегі аминқышқылдарының орналасу ретін анықтайдыоның келесі ұйымдастыру деңгейлері, қасиеттері мен функциялары. Мономерлер арасындағы байланыстың негізгі түрі пептид болып табылады. Ол бір амин қышқылынан сутекті және екіншісінен OH тобын бөлу арқылы түзіледі.
Белок молекуласының ұйымдасуының бірінші деңгейі – ондағы аминқышқылдарының тізбегі, жай ғана ақуыз молекулаларының құрылымын анықтайтын тізбек. Ол қалыпты құрылымға ие «қаңқадан» тұрады. Бұл -NH-CH-CO- қайталанатын тізбегі. Бөлек бүйірлік тізбектер амин қышқылы радикалдарымен (R) берілген, олардың қасиеттері белоктардың құрылымының құрамын анықтайды.
Белок молекулаларының құрылымы бірдей болса да, олардың мономерлерінің тізбектегі реттілігі басқа болуынан ғана қасиеттері бойынша ерекшеленуі мүмкін. Ақуыздағы аминқышқылдарының орналасуы гендермен анықталады және ақуызға белгілі биологиялық функцияларды тағайындайды. Бірдей функцияға жауап беретін молекулалардағы мономерлердің тізбегі әртүрлі түрлерде жиі жақын болады. Мұндай молекулалар – ұйымдасу жағынан бірдей немесе ұқсас және әр түрлі организмдерде бірдей функцияларды орындайтын – гомологиялық белоктар. Болашақ молекулалардың құрылымы, қасиеттері мен функциялары аминқышқылдары тізбегінің синтезі сатысында белгіленген.
Кейбір жалпы мүмкіндіктер
Белоктардың құрылымы ұзақ уақыт бойы зерттелді және олардың алғашқы құрылымын талдау кейбір жалпылаулар жасауға мүмкіндік берді. Көптеген ақуыздар барлық жиырма амин қышқылының болуымен сипатталады, олардың ішінде әсіресе көптеген глицин, аланин, аспарагин қышқылы, глутамин және аздаған триптофан, аргинин, метионин,гистидин. Жалғыз ерекшелік - ақуыздардың белгілі бір топтары, мысалы, гистондар. Олар ДНҚ орау үшін қажет және құрамында гистидин көп.
Екінші жалпылау: глобулярлы белоктарда аминқышқылдарының кезектесуінің жалпы заңдылықтары жоқ. Бірақ биологиялық белсенділігі жағынан алыс полипептидтердің өзінде молекулалардың бірдей шағын фрагменттері болады.
Қосымша құрылым
Полипептидтік тізбекті ұйымдастырудың екінші деңгейі оның сутегі байланыстарымен бекітілген кеңістіктік орналасуы болып табылады. α-спираль мен β-қатпарды бөліңіз. Тізбек бөлігінде реттелген құрылым болмайды, мұндай аймақтар аморфты деп аталады.
Барлық табиғи ақуыздардың альфа спиралі оң жақ. Спиральдағы аминқышқылдарының бүйірлік радикалдары әрқашан сыртқа қарайды және оның осінің қарама-қарсы жағында орналасады. Егер олар полярлы емес болса, олар спиральдың бір жағында топтастырылады, нәтижесінде әртүрлі спираль бөліктерінің жақындасуына жағдай жасайтын доғалар пайда болады.
Бета қатпарлары - өте ұзартылған спиральдар - әдетте белок молекуласында қатар орналасады және параллель және параллель емес β-бүйірлі қабаттар құрайды.
Үшінші ақуыз құрылымы
Белок молекуласының ұйымдасуының үшінші деңгейі – спиральдардың, қатпарлардың және аморфты кесінділердің жинақы құрылымға жиналуы. Бұл мономерлердің бүйірлік радикалдарының бір-бірімен әрекеттесуіне байланысты. Мұндай қосылымдар бірнеше түрге бөлінеді:
- сутектік байланыстар полярлық радикалдар арасында түзіледі;
- гидрофобты– полярлы емес R-топтары арасында;
- электростатикалық тартылыс күштері (иондық байланыстар) – зарядтары қарама-қарсы топтар арасындағы;
- цистеин радикалдары арасындағы дисульфидті көпірлер.
Байланыстың соңғы түрі (–S=S-) ковалентті әрекеттесу болып табылады. Дисульфидті көпірлер белоктарды нығайтады, олардың құрылымы берік болады. Бірақ мұндай қосылымдар қажет емес. Мысалы, полипептидтік тізбекте цистеин өте аз болуы мүмкін немесе оның радикалдары жақын жерде орналасқан және «көпір» жасай алмайды.
Ұйымдастырудың төртінші деңгейі
Белоктардың барлығы төрттік құрылымды құра бермейді. Төртінші деңгейдегі белоктардың құрылымы полипептидтік тізбектердің (протомерлер) санымен анықталады. Олар дисульфидті көпірлерден басқа ұйымның бұрынғы деңгейімен бірдей байланыстар арқылы өзара байланысты. Молекула бірнеше протомерлерден тұрады, олардың әрқайсысының өзіндік арнайы (немесе бірдей) үшінші реттік құрылымы бар.
Ұйымдастырудың барлық деңгейлері алынған ақуыздар атқаратын функцияларды анықтайды. Ұйымдастырудың бірінші деңгейіндегі белоктардың құрылымы олардың жасушадағы және жалпы организмдегі кейінгі рөлін өте дәл анықтайды.
Белок функциялары
Жасуша әрекетіндегі ақуыздардың рөлі қаншалықты маңызды екенін елестету тіпті қиын. Жоғарыда біз олардың құрылымын қарастырдық. Белоктардың функциялары оған тікелей байланысты.
Құрылыс (құрылымдық) қызметін атқара отырып, олар кез келген тірі жасушаның цитоплазмасының негізін құрайды. Бұл полимерлер барлық жасуша мембраналарының негізгі материалы болып табыладылипидтермен комплексті болады. Бұған жасушаның әрқайсысының өзіндік реакциялары бар бөлімдерге бөлінуі де кіреді. Өйткені, жасушалық процестердің әрбір кешені өз жағдайларын талап етеді, әсіресе ортаның рН маңызды рөл атқарады. Белоктар жасушаны бөлімдер деп аталатын бөліктерге бөлетін жұқа бөлімдер жасайды. Ал құбылыстың өзі компартменттелу деп аталады.
Катализдік функция жасушаның барлық реакцияларын реттеу болып табылады. Барлық ферменттер шығу тегі бойынша қарапайым немесе күрделі белоктар.
Ағзалар қозғалысының кез келген түрі (бұлшық еттердің жұмысы, жасушадағы протоплазманың қозғалысы, қарапайымдылардағы кірпікшелердің жыпылықтауы, т.б.) белоктар арқылы жүзеге асады. Белоктардың құрылымы олардың қозғалуына, талшықтар мен сақиналардың түзілуіне мүмкіндік береді.
Тасымалдау қызметі – көптеген заттар арнайы тасымалдаушы ақуыздар арқылы жасуша мембранасы арқылы тасымалданады.
Бұл полимерлердің гормондық рөлі бірден түсінікті: бірқатар гормондар құрылымы бойынша ақуыздар болып табылады, мысалы, инсулин, окситоцин.
Қосалқы функция белоктардың шөгінді құра алатындығымен анықталады. Мысалы, жұмыртқа вальгумині, сүт казеині, өсімдік тұқымының ақуыздары - олар қоректік заттардың көп мөлшерін сақтайды.
Барлық сіңірлер, артикулярлық буындар, қаңқа сүйектері, тұяқтар белоктардан құралған, бұл бізді олардың келесі функциясына - тірек.
Белок молекулалары белгілі бір заттарды таңдап тануды жүзеге асыратын рецепторлар. Бұл рөлде әсіресе гликопротеиндер мен лектиндер белгілі.
Ең маңыздысыиммунитет факторлары – антиденелер және шығу тегі бойынша комплемент жүйесі белоктар болып табылады. Мысалы, қанның ұю процесі фибриноген ақуызының өзгеруіне негізделген. Өңеш пен асқазанның ішкі қабырғалары шырышты белоктардың – лициндердің қорғаныш қабатымен қапталған. Токсиндер де шығу тегі белоктар болып табылады. Жануарлардың денесін қорғайтын терінің негізі - коллаген. Бұл ақуыз функцияларының барлығы қорғаныш болып табылады.
Соңғы функция реттеуші болып табылады. Геномның жұмысын бақылайтын белоктар бар. Яғни, олар транскрипция мен аударманы реттейді.
Белоктардың рөлі қаншалықты маңызды болғанымен, белоктардың құрылымын ғалымдар ұзақ уақыт бойы ашты. Енді олар бұл білімді қолданудың жаңа жолдарын табуда.
