Proteinlar

protein model mosaic.

Oqsillar yoki protein molekulalari – sut kislotalar qoldiqlaridan (amin va karboksil guruhlari orqali birikkan) tashkil topgan murakkab moddalar hisoblanadi. Suv va tuzli eritmalarda eruvchanligiga qarab, oqsillar quyidagi yetti guruhga boʻlinadi: albulinlar, globulinlar, glutaminlar, gistonlar, prolaminlar, protaminlar va skleroproteinlar. Shuningdek, pepsin, tripsin, ximotripsin va papain kabi proteolitik fermentlar ham proteinlarga kiradi. Protein atamasi koʻpincha oqsillarning sinonimi sifatida ishlatiladi. Oqsillar barcha tirik mavjudotlarning tarkibiy qismiga kiruvchi azot tutuvchi organik moddalar hisoblanadi va hayot faoliyati uchun muhim ahamiyatga ega. Hujayrada bir necha ming xil oqsil mavjud boʻlib, ularning har biri oʻziga xos vazifani bajaradi. Shuning uchun ular proteinlar (yunoncha protos – birinchi, eng muhim) deb ataladi. Oqsillar hujayra vaznining taxminan 3/4 qismini tashkil etadi. Maʼlumki, barcha organizmlarning oqsillari, ularning har xil biologik faoliyatidan qatʼi nazar, bir xil 20 ta standart aminokislotadan tashkil topgan. Ushbu aminokislotalar alohida biologik faollikka ega emas. Oqsillarning kimyoviy farqlari ulardagi aminokislotalarning tartibiga bogʻliq. Aminokislotalar oqsil tuzilmasining „alifbosi“ boʻlib, ularni turli tartibda biriktirib, cheksiz miqdordagi ketma-ketliklarni yaratish va shu bilan cheksiz turdagi oqsillar hosil qilish mumkin. Masalan, har bir tur organizmda bir necha ming xil oqsil mavjud boʻlib, ular soni 10 millionga yaqin turli oqsillarni tashkil etadi. Matematik izlanishlar shuni koʻrsatadiki, 20 ta aminokislotadan hosil boʻlishi mumkin boʻlgan oqsil izomerlarining umumiy ogʻirligi Yer sharining ogʻirligidan ham katta boʻlishi mumkin. Oqsillar makromolekulalar hisoblanadi va ularning molekulyar massasi bir necha mingdan bir necha milliongacha yetishi mumkin. Oqsillar molekulalarining asosiy tarkibiy qismi sifatida aminokislotalar xizmat qiladi. Har bir aminokislotada bitta uglerod atomi (α-uglerod atomi)ga aminoguruh va karboksil guruh birikadi. Oqsillarda 20 xil aminokislota uchraydi, ular oʻzaro R-guruhi bilan farqlanadi, bu guruh gidrofil yoki gidrofob, asosli, kislotali yoki neytral boʻlishi mumkin. Oqsillarda aminokislotalar bir-biriga peptid bogʻlari orqali, yaʼni amin bogʻlari bilan ulanadi. Bu bogʻ bir aminokislota α-karboksil qoldigʻining ikkinchi aminokislota α-aminoguruh qoldigʻi bilan bogʻlanishi natijasida hosil boʻladi. Shu tarzda tuzilgan polimerlar peptidlar deb ataladi. Dipeptid, tripeptid, tetrapeptid kabi nomlar molekuladagi aminokislota qoldiqlari soniga bogʻliq: masalan, dipeptidda 2 ta qoldiq, tripeptidda esa 3 ta qoldiq boʻladi. Kichik aminokislota peptidlaridan farqli oʻlaroq, polipeptidlar tarkibida 20 yoki undan ortiq (oqsillarda taxminan 50 tadan 2500 tagacha) aminokislota qoldiqlari mavjud. Oqsillarda ketma-ket joylashgan aminokislota qoldiqlari uzun zanjirni yoki oqsillarning birlamchi tuzilmasini tashkil etadi. Buning natijasida, oqsil molekulasidagi har xil joylashgan aminokislota qoldiqlari kimyoviy bogʻlar orqali oʻzaro bogʻlanib, oqsilning murakkab ikkilamchi, uchlamchi va toʻrtlamchi tuzilmalarini hosil qiladi. Yuqori darajadagi ushbu tuzilmalar fizik va kimyoviy omillar (yuqori harorat, kislota, ishqor va boshqalar) taʼsirida quyi darajaga qaytishi mumkin (bu jarayon oqsilning denaturatsiyasi deb ataladi) va oqsil oʻzining biologik faolligini yoʻqotadi. Biroq, ayrim hollarda, tashqi taʼsir bartaraf etilgach, oqsil yana oʻzining yuqori darajali tuzilmasini qayta tiklashi mumkin.

Oqsil tuzilishi va vazifalari boʻyicha xilma-xil. Tuzilishiga koʻra, 2 katta guruhga boʻlish mumkin: globulyar va fibrillyar. Globulyar oqsillar asosan, sferik yoki ellips shaklida boʻlib, ular tarkibiga boshqa guruh moddalar ham qoʻshilgan (prostetik guruh). Masalan, gemoglobin globin va gemning qoʻshilmasidan hosil boʻlgan, shuning uchun uni yana gemoproteid deb ham atashadi. Lipid tutuvchi oqsil lipoproteidlar, uglevod tutuvchilar – glikoproteidlar, metall tutuvchilar – metall proteidlar deyiladi.

Fibrillyar oqsil – bir yoki bir necha polipeptid zanjirdan tashkil topgan moddalar hisoblanadi. Ular uzun ip koʻrinishida boʻladi. Biriktiruvchi toʻqima (aktin, miozin, kollagen), soch, teri (a-keratin) oqsillari bunga misol boʻla oladi. Fibrillyar oqsillar, asosan, qurilish ashyosi yoki himoya vazifasini bajaradi. Oqsillarning biologik vazifalari boʻyicha quyidagi tasnifi mavjud: fermentlar (tripsin, ribonukleaza), tashuvchi oqsillar (gemoglobin, zardob albumini, mioglobin), oziq-ovqat va zaxira oqsillari (tuxum albumini, sutdagi kazein, ferritin), qisqaruvchi va harakat oqsillari (aktin, miozin), tuzilma oqsillari (kollagen, proteoglikanlar, kreatin), himoya Oqsillari (antitelolar, fibrinogen, trombin, ilon zahari, boʻgʻma qoʻzgʻatuvchisining toksini), nazorat qiluvchi oqsillar (insulin, kortikotropin, oʻsish gormoni) va boshqalar.

Oqsil ajratib olish ulardagi aminokislota qoldiklarini aniqlashda kimyo va molekulyar biologiya fanlarining usullaridan (dializ, gelfiltratsiya, elektroforez, xromatografiya, sekvenatsiya va boshqalar) foydalaniladi.

Oqsil ajratib olish jarayonida aminokislota qoldiqlarini aniqlash uchun kimyo va molekulyar biologiya fanlarining turli usullaridan (dializ, gel-filtratsiya, elektroforez, xromatografiya, sekvenatsiya va boshqalar) foydalaniladi.

Oqsillar (polipeptidlar) – yuqori molekulyar ogʻirlikka ega organik moddalar boʻlib, alfa aminokislotalardan iborat va peptid bogʻlari orqali birikkan zanjirlarni hosil qiladi. Kimyoviy nuqtai nazardan, barcha oqsillar polipeptidlar hisoblanadi Ammo tarkibida 30 dan kam aminokislota qoldiqlari mavjud boʻlgan qisqa polipeptidlar, ayniqsa kimyoviy sintezlanganlar, oqsil deb atalmaydi. Tirik organizmlarda oqsillarning aminokislota tarkibi genetik kod orqali belgilanadi, va sintez jarayonida aksariyat hollarda 20 ta standart aminokislota ishtirok etadi. Ushbu aminokislotalarning koʻplab kombinatsiyalari oqsil molekulalarining xilma-xil xususiyatlarini belgilaydi.

Oqsillar tarkibidagi aminokislota qoldiqlari koʻpincha tarjimadan keyingi oʻzgarishlarga uchraydi, bu esa protein oʻz vazifasini bajargunga qadar yoki faoliyati davomida sodir boʻlishi mumkin. Koʻpincha tirik organizmlarda oqsillarning bir nechta molekulalari murakkab komplekslarni hosil qiladi, masalan, fotosintetik kompleks va boshqa strukturalar. Yuqori darajada tozalangan oqsillar past haroratlarda kristallar hosil qilib, ularning fazoviy tuzilishini oʻrganishga yordam beradi.

Tirik organizmlarning hujayralaridagi oqsillarning vazifalari va funksiyalari boshqa biopolimerlar – masalan, polisaxaridlar va deoksiribonuklein kislotasi (DNK) funktsiyalaridan ancha xilma-xildir. Oqsillar immunitet tizimida muhim rol oʻynaydi, transport vazifasini bajaradi (masalan, gemoglobin qon orqali gazlarni tashiydi, albumin esa yogʻlarni tashiydi), saqlash (masalan, kazein sutda mavjud). DNK polimeraza va RNK polimeraza matritsa reaktsiyalarida ishtirok etadi, strukturaviy vazifani bajaradi (masalan, soch va tirnoqlardagi keratin, biriktiruvchi toʻqimalardagi kollagen va elastin, mikrotubulalar hosil qiluvchi tubulin), signalizatsiya tizimlarida retseptor vazifasini bajaradi (masalan, rodopsin yorugʻlik taʼsirida nerv impulsi shakllanishiga hissa qoʻshadi). Bundan tashqari, oqsillar energiya manbai yoki zaharli moddalar sifatida ham vazifalarni bajaradi.

Proteinlar hayvonlar va odamlar uchun (asosiy manbalar: goʻsht, parranda goʻshti, baliq, sut, yongʻoq, dukkaklilar, don mahsulotlari; ozroq miqdorda: sabzavot, meva, rezavorlar va qoʻziqorinlar) zarur, chunki ularning tanasi barcha muhim aminokislotalarni mustaqil sintez qila olmaydi. Baʼzi aminokislotalar proteinli ovqatlardan olinishi kerak. Hazm qilish jarayonida fermentlar isteʼmol qilingan oqsillarni aminokislotalarga parchalaydi. Ushbu aminokislotalar organizmning oʻz oqsillarini biosintezi uchun yoki keyinchalik energiya hosil qilish uchun ishlatiladi.

Proteinlarning aminokislota ketma-ketligini birinchi marta aniqlash uchun Fridrix Sanger insulin ustida tadqiqot olib bordi va 1958-yilda Kimyo boʻyicha Nobel mukofoti bilan taqdirlandi. Gemoglobin va miyoglobin oqsillarining dastlabki uch oʻlchamli tuzilmalari rentgen nurlari diffraksiyasi yordamida 1950-yillarning oxirida Perutz Maks Ferdinand va Kendrew Jon Cowdery tomonidan aniqlandi. Bu tadqiqotlari uchun ular 1962-yilda Kimyo boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻlishdi.

Oʻrganish tarixi

Antuan Fransua de Fourcroy, oqsillarni oʻrganish asoschisi

Protein birinchi marta 1728-yilda italyan olimi Jacopo Bartolomeo Beccari tomonidan bugʻdoy unidan olingan. Oqsillar XVIII asrda fransuz kimyogari Antuan de Furkroy va boshqa olimlarning faoliyati natijasida biologik molekulalarning alohida sinfi sifatida aniqlangan. Shunda oqsillarning xossasi qayd etilgan, masalan, koagulyatsiya (dispers sistema) va oqsillarning denaturatsiyasi issiqlik yoki kislota taʼsirida. Oʻsha paytda albumin („tuxum oqi“), fibrin (qon oqsili) va dondan bugʻdoy kleykovinasi kabi oqsillar oʻrganilgan. XIX asr boshlarida oqsillarning elementar tarkibi toʻgʻrisida baʼzi maʼlumotlar allaqachon olingan edi, maʼlumki, oqsillar gidrolizlanishi jarayonida aminokislotalar hosil boʻladi. Ushbu aminokislotalarning baʼzilari (masalan, glisin va leysin) allaqachon tavsiflangan edi. Gollandiyalik kimyogari Mulder Gerrit Yan oqsillarning kimyoviy tarkibi tahliliga asoslanib, deyarli barcha oqsillar oʻxshash empirik formulaga ega degan fikrni ilgari surdi. 1836-yilda Mulder oqsillarning kimyoviy tuzilishining birinchi modelini taklif qildi. Uglevodorod radikali nazariyasiga asoslanib, bir qancha takomillashtirishlardan soʻng, u oqsilning minimal struktura birligi quyidagi tarkibga ega degan xulosaga keldi: C₄₀H₆₂N₁₀O₁₂.U bu birlikni „oqsil“ (Pr) (qadimgi yunoncha: protos - birinchi, asosiy dan), nazariyani esa „oqsil nazariyasi“ deb atadi. Mulderning gʻoyalariga koʻra, har bir oqsil bir necha oqsil birliklaridan, oltingugurt va fosfordan iborat. Misol uchun, u fibrin formulasini 10PrSP sifatida yozishni taklif qildi. Mulder, shuningdek, oqsillarni yoʻq qilish mahsulotlarini – aminokislotalarni oʻrgandi va ulardan biri (leysin) uchun kichik xatolik bilan molekulyar ogʻirlikni aniqladi – 131 atom massa birligi. Proteinlar haqidagi yangi maʼlumotlar toʻplanganligi sababli, oqsil nazariyasi tanqid qilina boshladi, ammo shunga qaramay, 1850-yillarning oxirigacha u hali ham umumiy qabul qilingan deb hisoblanardi. XIX asrning oxiriga kelib, oqsillarni tashkil etuvchi aminokislotalarning aksariyati oʻrganildi. 1880-yillarning oxirida rus olimi Aleksandr Yakovlevich Danilevskiy oqsil molekulasida peptid guruhlari (CO-NH) mavjudligini qayd etdi. 1894-yilda nemis fiziologi Albrecht Kossel aminokislotalar oqsillarning asosiy tuzilish elementlari boʻlgan nazariyani ilgari surdi. XX asr boshlarida nemis kimyogari Hermann Emil Fischer oqsillar peptid bogʻlari bilan bogʻlangan aminokislotalar qoldiqlaridan iborat ekanligini tajriba yoʻli bilan isbotladi. Shuningdek, u oqsilning aminokislotalar ketma-ketligini birinchi tahlilini oʻtkazdi va proteoliz hodisasini tushuntirdi. Ammo oqsillarning organizmlardagi markaziy roli 1926-yilda amerikalik kimyogar Jeyms Sumner tomonidan ferment reaza ekanligini koʻrsatmaguncha tan olinmagan. Sumner keyinchalik kimyo boʻyicha Nobel mukofoti sovrindori boʻldi.Sof oqsillarni ajratib olishning qiyinligi ularni chuqur oʻrganishni murakkablashtirdi. Shu sababli, dastlabki tadqiqotlar koʻproq oson tozalanishi mumkin boʻlgan polipeptidlar, masalan, qon oqsillari, tovuq tuxumlari, turli toksinlar va soʻyishdan keyin ajralib chiqadigan ovqat hazm qilish fermentlari yordamida amalga oshirildi. 1950-yillarning oxirida Armor Hot Dog kompaniyasi bir kilogramm sigir oshqozon osti bezi ribonukleaza A ni tozalashga muvaffaq boʻldi, bu keyinchalik koʻplab tadqiqotlar uchun eksperimental mavzuga aylandi. Oqsillarning ikkilamchi tuzilishi aminokislotalar qoldiqlari oʻrtasida vodorod bogʻlari hosil boʻlishi natijasida shakllanadi. Bu haqda 1933-yilda Uilyam Astberi fikr bildirgan, ammo Pauling Linus, oqsillarning ikkilamchi tuzilishini muvaffaqiyatli bashorat qilgan birinchi olim sifatida tanilgan. Keyinchalik, Valter Kauzman va Linnerström-Lang Kay Ulrik asarlarida uchlamchi tuzilishning roli va gidrofobik oʻzaro taʼsirlar keltirilgan. 1940-yillarning oxiri va 1950-yillarning boshida Fridrick Sanger sekvanslash usulini ishlab chiqdi va uning yordamida insulinning ikkita zanjirining aminokislotalar ketma-ketligini aniqladi. Bu usul proteinlarning tuzilishini oʻrganishda muhim yutuq boʻldi. 1955 yil , oqsillar aminokislotalarning chiziqli polimerlari ekanligini va shoxlanmaganligini (masalan, baʼzi shakarlar zanjirlar, kolloidlar yoki siklollar ekanligini) koʻrsatadi. Aminokislotalar ketma-ketligi Sovet/Rossiya olimlari tomonidan aniqlangan birinchi oqsil 1972-yilda aspartat aminotransferaza boʻlgan . Rentgen nurlari diffraktsiyasi orqali olingan oqsillarning birinchi fazoviy tuzilmalari 1950-yillarning oxiri va 1960-yillarning boshlarida maʼlum boʻlgan va tuzilmalar yadro magnit rezonansi yordamida kashf etilgan 1980-2012-yillarda. Protein maʼlumotlar banki taxminan 87 000 protein tuzilmasini oʻz ichiga olgan. XXI asrda oqsillarni oʻrganish sifat jihatidan yangi bosqichga koʻtarildi, bunda nafaqat alohida tozalangan oqsillar, balki bir vaqtning oʻzida miqdori va tajribadan keyingi modifikatsiyalar oʻrganiladi. Alohida hujayralar, toʻqimalar yoki butun organizmlarning koʻp miqdordagi oqsillari. Biokimyoning bu sohasi proteomika deb ataladi. Bioinformatika usullaridan foydalanib, nafaqat rentgen nurlanish tahlili maʼlumotlarini qayta ishlash, balki oqsilning aminokislotalar ketma-ketligi asosida tuzilishini bashorat qilish ham mumkin boʻldi. Hozirgi vaqtda krioelektron mikroskopiya yirik oqsil komplekslari va oqsillar domenlari fazoviy tuzilmalarini kompyuter dasturlari yordamida bashorat qilish atom aniqligiga yaqinlashmoqda.

Xususiyatlar

Oqsilning hajmini aminokislotalar qoldiqlari sonida yoki atom massa birligi (dalton) bilan molekulyar massa bilan oʻlchash mumkin, lekin molekula nisbatan katta boʻlganligi uchun uning massasi oqsilning hosila birliklarida, kilodaltonlarda (kDa) ifodalanadi. Xamirturush oqsillari oʻrtacha 466 ta aminokislota qoldigʻidan iborat boʻlib, molekulyar ogʻirligi 53 kDa ni tashkil qiladi. Hozirda maʼlum boʻlgan eng yirik oqsil, titin, sarkomerlardagi mushaklarning tarkibiy qismidir; uning turli xil variantlari (izoformalari) molekulyar ogʻirligi 3000 dan 3700 kDa gacha boʻlgan oraliqda oʻzgarib turadi. Inson titinining soleus (lotincha: soleus) 38,138 ta aminokislotadan iborat Fulton A., Isaacs V. 1991. Oqsillarning molekulyar ogʻirligini aniqlash uchun oʻlchamni istisno qilish xromatografiyasi, poliakrilamid gel elektroforezi, mass-spektrometrik tahlil, choʻkish tahlili va boshqalar ishlatiladi.

Fizik-kimyoviy xossalari

Oqsil molekulalarining qiyosiy oʻlchami. Chapdan oʻngga: antikor (IgG) (150 kDa), gemoglobin (66,8 kDa), gormon insulin, ferment adenozin monofosfat va ferment glutaminsintetaza

Oqsillar amfoterlik xususiyatiga ega, yaʼni sharoitga qarab ular kislota va asosiy xossalarini namoyon qiladi. Proteinlar suvli eritmada ionlanishga qodir boʻlgan bir necha turdagi kimyoviy guruhlarni oʻz ichiga oladi:

Karboksil guruhi (kislotali aminokislotalarning yon zanjirlari: aspartik kislota va glutamik kislotalar) Asosiy aminokislotalarning yon zanjirlarining azot oʻz ichiga olgan guruhlari (birinchi navbatda lizin va amidin qoldigʻi CNH(NH₂)) Arginin, biroz kamroq darajada esa histidinning imidazol qoldigʻi. Har bir oqsil izoelektrik nuqta (pH) bilan tavsiflanadi – muhitning kislotaliligi yoki vodorod indeksi (pH). Bunda berilgan molekulalarning umumiy elektr zaryadi nolga teng boʻladi va shunga mos ravishda ular elektr maydonida harakat qilmaydi (masalan, elektroforez paytida). Izoelektrik nuqtada oqsilning hidratsiyasi va eruvchanligi minimaldir. pH qiymati oqsildagi kislotali va asosli aminokislotalar qoldiqlarining nisbatiga bogʻliq. Koʻp kislotali aminokislota qoldiqlari boʻlgan oqsillar uchun izoelektrik nuqtalar kislotali mintaqada yotadi (bunday oqsillar kislotali deb ataladi). Koʻproq asosli qoldiqlarni oʻz ichiga olgan oqsillar uchun, izoelektrik nuqta ishqoriy mintaqada joylashadi (bunday oqsillar asosiy oqsillar deb ataladi). Berilgan oqsilning pH qiymati ion kuchi va u joylashgan bufer eritmasi turiga qarab ham oʻzgarishi mumkin, chunki neytral tuzlar darajaga taʼsir qiladi. Oqsilning kimyoviy guruhlarini ionlashtirish orqali proteinning pH-ni, masalan, kislota asosida titrlash egri chizigʻidan yoki izoelektrik fokuslash yordamida aniqlash mumkin.. Umuman olganda, oqsilning pI koʻrsatkichi u bajaradigan funktsiyaga bogʻliq: koʻpchilik umurtqali toʻqimalar oqsillarining izoelektrik nuqtasi 5,5 dan 7,0 gacha, lekin baʼzi hollarda qiymatlar ekstremal mintaqalarda boʻladi: masalan, pepsin uchun – kuchli kislotali meʼda shirasining proteolitik fermenti pI ~ 1va salmina uchun – oqsil-protamin sut yuqori arginin miqdori bilan ajralib turadigan qizil ikra, – pI ~ 12 . Fosfatlar bilan elektromagnit oʻzaro taʼsir tufayli nuklein kislotalar bilan bogʻlangan oqsillar, fosfat guruhlari, koʻpincha asosiy oqsillardir. Bunday oqsillarga misol qilib gistonlar va protaminlarni keltirish mumkin. Oqsillar ham gidrofil va hidrofobiklarga boʻlinadi. Gidrofillarga aksariyat oqsillar sitoplazma, yadrolari va hujayralararo modda, jumladan, erimaydigan keratin va fibroin kiradi. Gidrofobiklarga hujayra membranalari tashkil etuvchi oqsillarning aksariyati, – gidrofobik lipidlar membranalari bilan oʻzaro taʼsir qiluvchi integral membrana oqsillari(bu oqsillar uchun qoida tariqasida gidrofil joylar ham mavjud).

Denaturatsiya

Yuqori harorat taʼsirida tovuq tuxumining oqini yoʻq qilish

Oqsilning denaturatsiyasi uning biologik faolligi yoki fizik-kimyoviy xossalarining toʻrtlamchi, uchlamchi yoki ikkilamchi tuzilma yoʻqolishi bilan bogʻliq har qanday oʻzgarishdir (qarang. „Oqsil tuzilishi“ boʻlimi). Qoida tariqasida, oqsillar organizmda normal faoliyat koʻrsatadigan sharoitlarda (harorat, pH, bosim, infraqizil nurlanish va boshqalar) ancha barqarordir. Bu sharoitlarning keskin oʻzgarishi oqsil denaturatsiyasiga olib keladi. Denaturatsiya qiluvchi moddaning tabiatiga koʻra mexanik (kuchli aralashtirish yoki chayqatish), fizik (isitish, sovutish, nurlanish, ultratovush bilan ishlov berish) va kimyoviy (kislotalar va ishqorlar, sirt faol moddalar, karbamid) denaturatsiya.

Protein denaturatsiyasi toʻliq yoki qisman, qaytariladigan yoki qaytarilmas boʻlishi mumkin. Kundalik hayotda qaytarib boʻlmaydigan oqsil denaturatsiyasining eng mashhur hodisasi tovuq tuxumining tayyorlanishi boʻlib, u yuqori harorat taʼsirida suvda eriydigan shaffof oqsil ovalbumin zich, erimaydigan va shaffof boʻlib qoladi. Denaturatsiya baʼzi hollarda suvda eruvchan oqsillarni ammiak tuzlari yordamida choʻktirishda (tuzlash usuli) kabi teskari boʻladi va bu usul ularni tozalash usuli sifatida ishlatiladi.

Tuzilishi

Peptid bogʻlanishining sxematik koʻrinishi (oʻngda). Xuddi shunday reaksiya oqsilni sintez qiluvchi molekulyar mashinada, yaʼni ribosomada sodir boʻladi.

Protein molekulalari chiziqli polimerlar boʻlib, ular L-aminokislota qoldiqlaridan tashkil topgan (ular tarkibida oʻzgartirilgan aminokislota qoldiqlari va aminokislota boʻlmagan tabiatdagi tarkibiy qismlar ham boʻlishi mumkin). Ilmiy adabiyotlarda aminokislotalarni belgilash uchun Lotin tilidagi bir yoki uch harfli qisqartmalar ishlatiladi, masalan, valin uchun: Val, V . Bir qarashda koʻpchilik oqsillarda „faqat“ 20 ta aminokislotadan foydalanish oqsil tuzilmalarining xilma-xilligini cheklab qoʻygandek tuyulishi mumkin, ammo aslida ularning variantlari soni juda katta: 5 ta aminokislota qoldigʻi zanjiri 3 milliondan oshadi va 100 ta aminokislota qoldigʻi zanjiri (kichik protein) 10¹³⁰ dan ortiq variantda ifodalanishi mumkin. Uzunligi 2 dan bir necha oʻnlab aminokislota qoldiqlaridan iborat zanjirlar koʻpincha polimerizatsiya darajasi yuqori boʻlgan „peptidlar“ deb ataladi, ammo bu boʻlinish nisbatan oʻzboshimchalik bilan amalga oshiriladi. Bir aminokislotaning a-karboksil guruhi (-COOH) boshqa aminokislotaning amino guruhi (-NH₂) bilan oʻzaro taʼsiri natijasida oqsil hosil boʻlganda, peptid bogʻ hosil boʻladi. Oqsilning uchlari terminal aminokislotalar qoldigʻi guruhlaridan qaysi biri erkin boʻlishiga qarab N- va C-terminus deb ataladi: mos ravishda -NH₂ yoki -COOH. Ribosomadagi oqsil sintezida birinchi (N-terminal) aminokislota qoldigʻi odatda metionin boʻladi va keyingi qoldiqlar oldingisining C-terminusiga qoʻshiladi.

Tuzulish darajalari

Oqsillarning strukturaviy tashkiliy darajalari: 1 – birlamchi, 2 – ikkilamchi, 3 – uchlamchi, 4 – toʻrtlamchi

K. Lindstrom oqsillarning strukturaviy tuzilishini 4 darajaga ajratishni taklif qildi: birlamchi, ikkilamchi, uchlamchi va toʻrtlamchi tuzilmalar. Ushbu boʻlinma biroz eskirgan boʻlsa-da, undan foydalanishda davom etilmoqda. Polipeptidning birlamchi tuzilishi (aminokislotalar qoldiqlari ketma-ketligi) uning gen va genetik kod tuzilishi bilan belgilanadi, va yuqori tartibli tuzilmalar oqsillar hosil boʻlish jarayonida shakllanadi.

Birlamchi tuzilma

Turli organizmlardagi oqsillarning (gemoglobinlarning) aminokislotalar ketma-ketligi tartibini tekislash misoli

Birlamchi tuzilma – bu polipeptid zanjiridagi aminokislotalar qoldiqlarining ketma-ketligi. Proteinning asosiy tuzilishi aminokislotalar qoldiqlari uchun bir yoki uch harfli belgilar yordamida tasvirlanadi. Birlamchi tuzilmaning muhim xususiyatlari konservativ motivlar – maʼlum bir funksiyani bajaradigan va koʻplab oqsillarda uchraydigan aminokislotalar qoldiqlarining barqaror birikmalari. Konservativ motivlar turlarning evolyutsiyasi jarayonida saqlanib qoladi; ular koʻpincha nomaʼlum oqsil funksiyasini bashorat qilish uchun ishlatilishi mumkin. Turli organizmlar oqsillarining aminokislotalar ketma-ketligining homologiya (oʻxshashlik) darajasidan kelib chiqib, bu organizmlar tegishli boʻlgan taksonlar orasidagi evolyutsion masofani taxmin qilish mumkin. Oqsilning birlamchi tuzilishini genetik kodlar jadvali yordamida RNK ketma – ketligidan aniqlash mumkin.

Ikkilamchi tuzilma

Ikkilamchi tuzilma – bu polipeptid zanjirining vodorod bogʻlari bilan barqarorlashgan mahalliy tartibidir. Quyida oqsil ikkilamchi tuzilishining eng keng tarqalgan turlari keltirilgan:

• **a-spirallar** – molekulaning uzun oʻqi atrofida zich burilishlar hosil qiladi. Bir burilishda 3,6 aminokislota qoldigʻi joylashgan boʻlib, spiralning balandligi 0,54 nm ni tashkil etadi (har bir qoldiq uchun 0,15 nm). Spiral bir-biridan 4 birlik masofada joylashgan H va O peptid guruhlari orasidagi vodorod aloqalari bilan barqarorlashadi. Odatda, oqsillarda oʻng qoʻl spiral shakllari ustunlik qiladi. Spiral glutamin kislota, lizin va arginin kabi elektrostatik oʻzaro taʼsirlar bilan buzilishi mumkin. Asparagin, serin, treonin va leysinning yaqin joylashishi spiralning prolin qoldiqlari orqali sterik tarzda xalaqit beradi va bu spiral uzulishiga olib keladi;

• **b-varaq (buklangan qatlamlar)** – uzoqroq masofadagi aminokislota qoldiqlari orasidagi vodorod bogʻlari yordamida barqarorlashgan zigzag shaklidagi polipeptid zanjirlaridan tashkil topgan. Har bir aminokislota qoldigʻi 0,34 nm oraliqda joylashadi. Bu zanjirlar parallel (bir xil yoʻnalishdagi) yoki antiparallel (qarama-qarshi yoʻnalishdagi) boʻlishi mumkin. Shuningdek, parallel va antiparallel b-tuzilmalardan iborat aralash b-tuzilma ham mavjud. B-varaqlar hosil boʻlishi uchun glisin va alanin kabi kichik oʻlchamli yon guruhlarga ega aminokislotalar muhimdir;

• **p-spirallar**;
• **3₁₀-spiral**;
• **Tartibsiz boʻlaklar**.

Uchlamchi tuzilma

Misol sifatida triosefosfat izomeraza yordamida oqsilning uch oʻlchovli tuzilishini tasvirlashning turli usullari. Chap tomonda barcha atomlar va ular orasidagi bogʻlanishlar tasvirlangan „yadro“ modeli mavjud; Ranglar elementlarni koʻrsatadi. Oʻrtada uslublash motivi joylashgan. Oʻng tomonda atomlarning van-der-Vaals radius hisobga olingan holda tuzilgan oqsilning kontakt yuzasi. Ranglar hududlarning faollik xususiyatlarini koʻrsatadi

Uchinchi darajali tuzilma polipeptid zanjirining fazoviy shaklidir. Bu struktura gidrofobik oʻzaro taʼsirlar yordamida barqarorlashgan ikkilamchi struktura elementlaridan tashkil topgan boʻlib, unda turli oʻzaro taʼsirlar muhim rol oʻynaydi. Uchinchi darajali tuzilmani barqarorlashtirishda quyidagi bogʻlanishlar ishtirok etadi: Kovalent bogʻlar – ikki sistein qoldigʻi orasida hosil boʻladigan disulfid koʻpriklari; Ion bogʻlar – qarama-qarshi zaryadlangan aminokislota qoldiqlarining ion guruhlari orasidagi bogʻlanishlar; Vodorod bogʻlari – aminokislota qoldiqlari orasidagi vodorod atomlari orqali hosil boʻladigan bogʻlanishlar; Gidrofobik oʻzaro taʼsirlar – oqsilning qutbsiz guruhlari suvdan ajralib, ichki qismda yigʻiladi, qutbli gidrofil guruhlar esa molekula yuzasida joylashadi. Oqsillar buklanish tamoyillarini oʻrganish shuni koʻrsatadiki, ikkilamchi tuzilish elementlarining joylashishi va atomlarning fazoviy shakllanishi orasida qoʻshimcha darajali tuzilma – buklama motivi (yoki arxitektura, strukturaviy motiv) mavjud. Buklama motivi a-spirallar va b-torlar kabi ikkilamchi tuzilish elementlarining oʻzaro joylashishini ifodalaydi. Shuningdek, oqsillarning tarkibiy qismlarini tashkil etadigan maydonlar mavjud boʻlib, ular mustaqil mavjud boʻlishi yoki kattaroq oqsil tarkibiga kirishi mumkin. Bu buklama motivlari koʻplab oqsillarda uchraydi va ularning evolyutsion yoki funktsional munosabatlarini aniqlashda ahamiyatlidir. Strukturaviy motivlar tasnifi uchun CATH yoki SCOP kabi tizimlardan foydalaniladi. Oqsilning fazoviy tuzilishini aniqlash uchun rentgen difraksion tahlil, yadro magnit-rezonansi va mikroskopning ayrim turlaridan foydalaniladi.

Toʻrtlamchi tuzilma

Toʻrtlamchi tuzilishga ega boʻlgan oqsil bir necha polipeptid zanjirlaridan tashkil topib, umumiy supramolekulyar shaklda yigʻiladi. Bu oqsil molekulalari ribosomalarda alohida sintez qilinib, sintez tugaganidan soʻng yagona toʻrtlamchi tuzilmani hosil qiladi. Toʻrtlamchi tuzilishga ega oqsil bir xil yoki turli xil polipeptid zanjirlarini oʻz ichiga olishi mumkin. Uning barqarorligi ham uchinchi darajali tuzilishni mustahkamlovchi kovalent bogʻlar, ionli bogʻlar, vodorod bogʻlari va gidrofobik oʻzaro taʼsirlar bilan taʼminlanadi. Supramolekulyar oqsil komplekslari koʻpincha oʻnlab molekulalardan iborat boʻlib, murakkab funksiyalarni bajaradi.

Tuzilish turi boʻyicha tasnifi

Tuzilishning umumiy turiga koʻra oqsillarni uch guruhga boʻlish mumkin: Fibrillyar oqsillar – polimerlarni hosil qiladi, ularning tuzilishi odatda juda muntazam boʻlib, asosan turli zanjirlar orasidagi oʻzaro taʼsirlar orqali saqlanadi. Ular mikrofilamentlar, mikrotubulalar, fibrillalar hosil qiladi va hujayra toʻqimalarning tuzilishini qoʻllab-quvvatlaydi. Fibrillyar oqsillarga keratin va kollagen kiradi. Globulyar oqsillar – suvda eriydi, molekulaning umumiy shakli ozmi-koʻpmi sharsimon. Membrana oqsillari – hujayra membranasi domenlarini kesib oʻtuvchi domenlarga ega, lekin ularning qismlari membranadan hujayralararo muhitga va hujayra sitoplazmasiga chiqib turadi. Membrana oqsillari retseptorlar vazifasini bajaradi, yaʼni signallarni uzatadi va turli moddalarning membrana orqali oʻtishini ham taʼminlaydi. Transporter oqsillari oʻziga xosdir, ularning har biri faqat maʼlum molekulalarni yoki maʼlum bir signal turini membranadan oʻtkazishga imkon beradi.

Oddiy va murakkab oqsillar

Peptid zanjirlaridan tashqari, koʻpgina oqsillar aminokislotalar boʻlmagan guruhlarni ham oʻz ichiga oladi va bu mezonga koʻra, oqsillar ikkita katta guruhga boʻlinadi – oddiy va murakkab oqsillar (proteidlar). Oddiy oqsillar faqat polipeptid zanjirlaridan tashkil topgan boʻlsa, murakkab oqsillar tarkibida aminokislota boʻlmagan yoki protez guruhlari ham mavjud. Protez guruhlarning kimyoviy tabiatiga qarab, murakkab oqsillar orasida quyidagi sinflar ajratiladi: Glikoproteinlar, protez guruhi sifatida kovalent bogʻlangan uglevodlar qoldiqlarini oʻz ichiga oladi; mukopolisaxaridlar qoldiqlarini oʻz ichiga olgan glikoproteinlar proteoglikanlar kichik sinfiga kiradi. Uglevod qoldiqlari bilan bogʻlanish odatda gidroksil guruhlari serina yoki treoninning oʻz ichiga oladi. Hujayradan tashqari oqsillarning aksariyati, xususan immunoglobulinlar, glikoproteinlar deb tasniflanadi. Proteoglikanlarda uglevodlar qismi oqsil molekulasining umumiy massasining ~95% ni tashkil qiladi va ular hujayralararo matritsaning asosiy komponenti hisoblanadi. Lipoproteinlar tarkibida kovalent bogʻlanmagan lipidlar protez qismi sifatida mavjud boʻlib, apolipoproteinlar oqsillari va ular bilan bogʻliq lipidlar tomonidan hosil boʻlgan lipoproteinlar qonda lipidlarni tashish uchun ishlatiladi. Metalloproteinlar tarkibida gem boʻlmagan koordinatali bogʻlangan metall ionlari mavjud. Metalloproteinlar orasida saqlash va tashish funktsiyalarini bajaradigan oqsillar (masalan, temir saqlovchi ferritin va transferrin) va fermentlar (masalan, rux oʻz ichiga olgan karbonat angidridi va turli xil mis, marganets, temir va boshqa metallarning faol markazlarida ionlarni oʻz ichiga olgan superoksid dismutaz) mavjud. Nukleoproteinlar tarkibida kovalent bogʻlanmagan DNK yoki RNK mavjud. Nukleoproteinlar tarkibiga xromatin kiradi, ularning tarkibiga xromosomalar ham kiradi. Fosfoproteinlar, protez guruhi sifatida kovalent bogʻlangan fosfor kislotasi qoldiqlarini oʻz ichiga oladi. Serin, treonin va tirozinning gidroksil guruhlari fosfat bilan ester bogʻlanish hosil qilishda ishtirok etadi. Fosfoprotein, xususan, sutdagi kazein. Xromoproteinlar turli xil kimyoviy tabiatdagi rangli protez guruhlarini oʻz ichiga oladi. Bularga turli funktsiyalarni bajaradigan metall tarkibidagi porfirin protez guruhiga ega boʻlgan koʻplab oqsillar kiradi: emoproteinlar (protez guruhi sifatida gemni oʻz ichiga olgan oqsillar, masalan, gemoglobin va sitoxromlar), xlorofillar, flavin guruhiga ega flavoproteinlar va boshqalar.