Глобулалық протеиндердің үшінші реттік құрылымы.

Глобулалық протеиндердің үшінші реттік құрылымы – бұл құрамында альфа-спираль, бета-қатпарлы құрылым және ретсіз бөліктер (екінші реттік құрылым) болатын полипептидтік тізбектің АҚ радикалдары арасындағы әсерлесуден қалыптасқан кеңістіктік конформация болып табылады. Үшінші реттік құрылым әр протеин үшін уникальді, тұрақты, себебі бірінші реттік құрылым арқылы қалыптасады.

Үшінші реттік құрылым екі жалпы типтік конфигурациясы кездеседі:

1. Фибрилалық протеиндерде (мысалы, коллаген, эластин) – олдардың молекулалары созылыңқы формада болады және қалыпты жағдайда, ұлпалардың талшықтық құрылымын қалыптастырады. Оның үшінші реттік құрылымы үштік α-спираль түрінде (мысалы, коллагендегісі), немесе, β-қатпарлы құрылым түрінде кездеседі.

2. Глобулалық протеиндерде (лат. Globula – шар) – олардың молекуласы шар немесе эллипс формасында болады. Оның құрамында құрылымдық конформацияның барлық типі: - α-спираль, β-қатпарлы құрылым, ретсіз шумақтар кездеседі. Бұл бүйір тізбектеріндегі АҚ радикалдары арасындағы әсерлесу жүреді. Сондықтан, оралған полипептидтік тізбектің қосымша ықшамдалуы компактілі құрылымды қалыптастырады.

Үшінші реттік құрылымды тұрақтандыруға қатысатын байланыстар:

1. Қарама-қарсы зарядталған ионогендік топтары бар радикалдар арасындағы тартылыс күштерінен туындайтын байланыстар (иондық байланыс);

2. Полярлы (гидрофильдік) радикалдар топтары арасындағы сутектік байланыстар (R-топтары арасындағы әсерлесу);

3. Полярсыз (гидрофобты) радикалдар топтары арасындағы гидрофобтық байланыс (R- топтары арасындағы әсерлесу), көптеген протеиндерде гидрофобтық ядроны қалыптастырады;

4. Екі цистеин молекуласы арасындағы пайда болатын дисульфидтік ковалентті байланыс. Дисульфидтік байланыс үшінші реттік құрылым тұрақтылығын жоғарылатады, бірақ молекуланың дұрыс ықшамдалуы үшін міндетті түрде қажет емес. Кейбір протеиндерде ол мүлде болмауы мүмкін.

Сурет. Үшінші реттік құрылымдағы байланыстар

Фибриллалық протеиндердің мысалы.

Басым түрде α-спиральдік конформациядан тұратын құрылымдық протеин – α-кератин. Жануарлардың жүндері, шаш, қауырсындар, инелер, тырнақтар, тұяқтар негізінен кератиннен құралады. Кератин (цитокератин) цитоқағқаның негізгі құрам бөлігі болып табылады. Кератиндегі пептидтік тізбектің басым бөлігі оң бағытты α-спираьге оралған. Екі пептидтік тізбек солға оратылған бірегей суперспиральді (димерді) құрастырады. Кератиннің димері тетрамерге жинақталады, олар диаметрі 3 нм протофибриллаға агрегатталады. Соңында 8 протофибрилла диаметрі 10 нм микрофибрилланы түзеді.

Шаштар да осындай фибриллалардан құрастырылған. Мысалы, жүннің жекеленген талшықтарында диаметрі 20 мкм миллиондаған фибрилла өрілген болады. Кератиннің жекеленген тізбектері көптеген көлденең дисульфидтік байланыстармен бекітіледі, бұл оның құрылысына қосымша мықтылықты береді.

Шаш кератині-құрылымы

құрылымы

Жеке шаш - құрылымы

жасуша

Коллаген

Сүтқоректілер ағзасында – коллаген –сандық мөлшері бойынша басым протеин. Ол жалпы протеиндердің 25%-н құрайды. Коллаген әртүрлі формада, негізінен, дәнекер ұлпасында болады. Бұл протеиннің аминоқышқылдық құрамы ерекшеленеді: 1/3 глицин,10% пролин,сонымен бірге, гидроксипролин, гидроксилизиннен тұрады. Соңғы екі аминоқышқылдар коллагеннің синтезінен кейін посттрансляциялық түрлену жолында түзіледі. Коллагеннің құрылымында тұрақты түрде триплет Gli-X-Y қайталанады, X жағдайында жиі түрде пролин, ал Y жиі түрде гидроксилизин болады. Коллаген барлық кезде оң бағытты үштік спираль түрінде кездеседі. Ол бірінші ретті солға оралған спиральден өріледі. Үштік спиральде әрбір үшінші қалдық тек глициннен тұратын ортада орналасқан болады. Коллагеннің барлық молекуласы 300 нм жуық ұзындықта болады.

Тропоколлаген молекуласы басы

Көлденең қабаттар

Тропоколлаген молекуласының аймағы

Жібек фиброині

Жібекті Тұт ағашының жібекиіруші (Воmbух mori) құрттың қуыршағынан (кокон) және туыстық түрлерінен алады. Жібектің негізгі протеині – фиброин – антипаралельді жазық беткейлі құрылымда болады. Жазық беткей жапырақтар бір бірімен паралельді орналасып көпқабатты пласт түзеді. қыртытсты құрылымда АҚ қалдықтарының бүйірлік тізбектері вертикальді түрде жоғары немесе төмен бағытталған. Жеке қабаттардың аралығында тек компактілі топтамалар ғана орналаса алады. Фиброиннің құрамы 80% глицин, аланин, сериннен немесе бүйір тізбектері кіші өлшемді АҚ-лардан тұрады. Фиброин молекуласы қайталанатын типтік фрагменттен (Gly-Ala-GIy-AIa-GIy-Ser)_n тұрады. Фиброиндегі қабаттар арасындағы өлшем 0,35 және 0,57 нм құрайды. Біріншісінде аралық қа глицин бағытталған (R=Н), ал екінші өлшем серин мен аланиннің бүйір тізбектерінің өзара итеріп аластатуынан пайда болады.

Глобулалық протеиндер

Ерімейтін протеин фибриллалықтармен салыстырғанда ерігіш протеиндер глобулалық (сфералық) формада кездеседі. Глобулалық протеиндерге жоғары реттелген кеңістіктік құрылым (конформация) тән, ол спецификалық биологиялық қызметтері атқарылуын қамтамассыз етеді. Глобулалық протеин инсулиннің құрылысының ерекшеліктері.

Қызметті активті инсулин молекуласы бір бірімен дисульфидтік байланыспен қосылған екі полипептидтік тізбектен (А- және В-тізбектен) тұрады. Инсулин молекуласында α-спиральдік аймақ 57%, ал β-құрылымға 6% келеді. 10% β-бүктеуді және қалған 27% ретсіз аймақты құрайды.

Сурет инсулин

Протеиннің активті орталығы. Лиганда, комплементарлық ұғымдары туралы түсініктер.

Глобулалық проотеиннің бетінде, лиганда деп аталатын басқа молекулаларды өзіне байланыстыратын аймақ болады. Келесі заттар лигандаларға мысал ретінде болады: фермент-протеиннің лигандасы – субстрат, тасымалдаушы протеиннің лигандасы – тасымалданушы зат, антиденелердің (иммуноглобулиндердің) лигандасы – антиген, гормон немесе нейромедиаторлар рецепторларының лигандасы – гормон немесе нейромедиатор.

Лигандамен байланысатын орталық немесе активті орталық үшінші реттік құрылым деңгейінде жақындастырылған АҚ қалдықтарының радикалдарынан қалыптасады. Олар сызықты полипептидтік тізбекте олар бір-бірінен біршама алыс аралықта орналасуы мүмкін.

Протеиндер лигандалармен әсерлескенде, жоғары спецификалылықты (таңдаушылықты) байқатады. Протеиндердің лигандалармен әсерлесуіндегі жоғары спецификалық активті орталық құрылымының лиганда құрылымына комплементарлы болуы арқылы қамтамасыз етіледі. Комплементарлылық – бұл әсерлесуші беттердің кеңістіктік және химиялық сәйкес келуі. Протеиндер қызметінің негізіне олардың лигандалармен спецификалық әсерлесуі жатқызылады. Уникальді бірінші реттік құрылымдағы 50000-дай индивидуальді протеиндерде тек спецификалық лигандалармен байланысуға қабілетті уникальді активті орталықтар қалыптасқан және активті орталықтың құрылысының ерекшелігіне байланысты олар өзіне тән қызметтерді атқарады.

Домендар туралы түсінік

Ұзын полипептидтік тізбектер жиі түрде, салыстырмалы түрде компактілі бір біріне тәуелсіз бірнеше бөліктерге ықшамдалған конформацияға жиналады. Олар глобулалық протеиндегідей өзіндік үшінші реттік құрылымда болады және домен деп аталады. Домендік құрылымға байланысты протеиндер үш өлшемдік құрылымды жеңіл қалыптастырады.

Сурет домен

Протеиндердің лигандамен байланысушы орталықтары домендардың арасында орналасады. Протеиндегі әртүрлі домендар лигандамен әсерлескенде, бір-біріне салыстырмалы түрде жеке қозғала алады. Көптеген протеиндерде әртүрлі домендер әртүрлі лигандалармен байланысып, өзіне ғана тән жеке қызметтерді атқарады. Бұл протеиндерді көпқызметті протеиндер деп атайды.

Глобулалық протеиндердің төртінші реттік құрылымы

Көптеген протеиндердің құрамында бірнеше полипептидтік тізбектер болады. Бұл протеиндерді олигомерлік протеиндер, ал олардың жеке тізбектерін протомерлер деп атайды. Олигомерлік протеиндердегі протомерлер бір-бірімен көптеген әлсіз, ковалентсіз байланыстармен (гидрофобтық, иондық, сутектік) байланысады. Протомердің өзара әсерлесуі олардың жанасушы беттерінің комплементарлылығы бойынша атқарылады. Протеиндегі протомердің саны әртүрлі: аспартаттранскарбомилаза ферментінің құрамында 12 протомер, темекі мозайкасының вирусында ковалентті байланысқан 2120 протомер болады.

Гемоглобин – эритроциттердің құрамында болатын күрделі олигомерлік протеин. Гемоглобиннің құрамында ковалентсіз байланысқан 4 протомер болады. Гемоглобин протеиніндегі әрбір протомер протеинсіз бөлік гем және 3 басқа протомермен байланысады. Сондықтан төртінші реттік құрылымдағы протеиндер өте үлкен молекулалық массада болады.