14. Белок молекуласының үшінші реттік құрылымы.Үшінші реттік құрылымды тұрақтандыратын байланыстар

Белоктың екінші реттік құрылымын түзетін спираль да түзу емес,ол да өз кезегіңде бұралып иіріледі.Ондай бұралу кейде өте күрделі құрылым жасайды.Бір полипептидтік тізбектегі барлық атомдардың кеңістікте шап-шағын глобула жасап орналасуы белоктың үшінші реттік құрылымы деп аталады.

Белок молекуласы пішініндегі иіліп бұралу,қат-қабат қатпарлар,қисық бұрылыстар негізінен төмендегідей коваленттік емес әрекеттесуге байланысты:1.амин қышқылдары қалдықтары арасындағы сутектік байланыс,мысалы,тирозин мен глутамин қышқылының арасындағы байланыс; 2. Қарама-қарсы зарядтары бар бүйірлік топтардың өзара әрекеттесуінің электростатикалық күштері (лизин мен аргинин,глутамин қышқылы мен аспарагин қышқылы); 3. Амин қышқылдарындағы полярсыз радикалдар арасындағы гидрофобтық әрекеттесу; 4.Белок молекуласындағы металл иондарының және амин қышқылдарындағы бүйірлік топтардың өзара әрекеттесуі.

Миоглобиннің (Дж. Кендрью) және гемоглобиннің (М.Перутц) үш жақты құрылымы рентген құрылымдық әдіспен зерттелген болатын.Белок молекуласын зерттеуге қатысты осы бір тамаша жұмыс 50-жылдардың соңына таман жүзеге асырылды.Белок молекуласы атомдарының кеңістікте орналасуын,анықтайтын жалғыз-ақ әдіс-рентгенқұрылымдық анализ.

15.Төртінші реттік құрылым.Бұл құрылым бірнеше полипептидтік тізбектен тұратын белок молекуласына тән. Әрбір полипептидтік тізбектің бірінші, екінші, үшінші деңгейдегі құрылымы бар. Осының нәтижесінде бір функционалды қызмет атқаратын макромолекулярлық комплекс түзіледі. Осы косплексті түзетін полипептидтік тізбекті суббірлік деп атайды. Төртінші деңгейдегі құрылымды иондық, сутектік, дисульфидтік байланыстар қамтамасыз етеді.Рентгенқұрылымдық анализ арқылы тқртінші деңгейдегі құрылымы анықталған белок - гемоглобин. Ол төрт поипептид тізбегінен және төрт гемнен, коллаген үш полипептидтік түзбектен тұрады. Төртінші реттік құрылымның биологиялық маңызы өте зор:

1. Жинақталып макромолекулаларға айналатын, қысқа полипептид тізбектері синтезделіп, синтез кезінде қатенің азаюына ықпалын тигізеді;

2. Генетикалық материалды үнемдейді, бірдей тізбектер көптеген рибосоманы пайдалана отырып, бір м-РНК –да синтезделеді;

3. Реттеуші әсерін қалыптастырады. Төртінші деңгейдегі құрылым түзуге қатысатын жеке мономерлер бірімен бірі активті функционалды тобы жоқ гидрофобты бөлімдер арқылы әсерлеседі. Сондықтан олардың байланысы берік болмайды, болмашы әсерден тез үзіліп кетеді. Белоктардың реттік құрылымдарын түзетін байланыстарды салыстырғанда, ең мықтысы - бірінші реттік құрылым, ең әлсізі – төртінші реттік құрылым

16.Ақуыздардың денатурациясы

Ақуыздардың екінші және үшінші реттік құрылымдарына жауапты байланыстар (сутектік, дисульфид көпіршесі, т.б.) әлсіз болғандықтан, оңай үзіліп, ақуыздардың кеңістік құрылымдарының қайтымсыз бұзылуы ақуыздың денатурациясы деп аталады. Денатурацияға ұшыраған ақуыз өзінің биологиялық функциясын атқара алмайды (denatuze — табиғи қасиетінен айырылуы). Қыздыру, радиация, ортаның өзгеруі, кейбір химиялық әсерлерден, шайқап сілкуден ақуыз денатурацияланады. Жұмыртқаны пісіргенде альбумин ақуызының, сүт ашығанда казеиннің ұюынан, олардың кеңістік құрылымдары бұзылады. Шашты химиялық бұйралаудың, теріні илеудің негізінде де ақуыздардың денатурациялануы жатады.

Қыздырғанда денатурацияланатын немесе айырылып кететін болғандықтан, ақуыздардың нақты балқу температуралары болмайды. Кейбір ақуыздар, мысалы, тауық жұмыртқасының ақуызы суда ериді, кейбіреулері суда ерімейді. Ақуыздар ерігенде, басқа да ЖМҚ сияқты коллоидты ерітінділер түзеді. Ақуыздарға спиртті немесе формалинді қосқанда, ақуыздар қайтымсыз ұйиды, сондықтан бұл заттарды биологиялық препараттарды сақтауға қолданады

Денатурация: қайтымды және қайтымсыз болып екі топка болінеді. Денатурациядан кейін нәруыздың қасиеттері өзгереді. Ол өзінің ерігіштігшен айырылып, арнаулы қызмет атқаруы бұзылады. жұмыртқа қыздырғаннан кейін тығыздалып, мөлдірлігін жоғалтуы дәлел бола алады..

Механизмы денатурации

Практически любое заметное изменение внешних условий, например, нагревание или существенное изменение pH приводит к последовательному нарушению четвертичной, третичной и вторичной структур белка. Обычно денатурация вызывается повышением температуры, действием сильных кислот и щелочей, солей тяжёлых металлов, некоторых растворителей (спирт), радиации и др.

Денатурация часто приводит к тому, что в коллоидном растворе белковых молекул происходит процесс агрегации частиц белка в более крупные. Визуально это выглядит, например, как образование «белка» при жарке яиц.

Ренатурация — процесс, обратный денатурации, при котором белки возвращают свою природную структуру.

Группа австралийских и американских химиков нашла способ (с помощью использования мочевины и центрифугирования) за несколько минут ренатурировать вареное 20 минут куриное яйцо

1. Необратимая денатурация – это процесс, при котором биологическая активность не восстанавливается после удаления денатурирующих агентов.

Процесс денатурации отдельной белковой молекулы, приводящий к распаду её «жёсткой» трёхмерной структуры, иногда называют плавлением молекулы.

17. Ферменттер — барлық тірі организмдер құрамына кіретін арнайы ақуыздар. Химиялық реакцияларды жеделдетеді. Реакция түрлеріне сай ферменттер 6 топқа бөлінеді:

1. оксидоредуктазалар,

2. трансферазалар,

3. гидролазалар,

4. лиазалар,

5. изомеразалар,

6. лигазалар.

Ферменттер жасушаларда синтезделіп, биохимиялық реакцияларға қа¬тысатын ақуыздық табиғаттағы биокатализатор болып табылады. Фермент немесе энзим алғашқыда ашыту үдерістерін¬де анықталған зат. Энзимология, ферментология – ферменттерді зерттейтін ғылым саласы. Ол басқа ғылымдармен: биология, генетика, фармакология, химиямен тығыз байланысты. Ферменттердің қызметі туралы алғашқы ғылыми еңбекті Кирхгофф жариялады. Кейін ашу үдерісі ашытқы жасушаларында ғана өтеді деген ұйғарым жасаған Л. Пастерге, Либих фермент¬тер жасушалардың өмір сүруіндегі пайда болған өнім, ол жасушада да, олардан бөлек те қызмет атқарады деген қарсы пікір білдірді. Либихтің ғылыми көзқарасы М. Манассейна, Бухнер зерттеулерінде эксперимент жүзінде дәлелденді. Жасушаларда синтезделген ферменттер өзіне тән арнайы қызметтер¬ін организмнің барлық мүшелерінде атқарады. Ферменттік қасиет, негізінен глобулалық құрылымдағы ақуыздарға тән екені белгілі. Бірақ, қазіргі кезде кей¬бір фибриллалық ақуыздар да катализдік белсенділік көрсететіні анықталды.

Ферменттердің қасиеттері.Ферменттер өз әсерін өте аз мөлшерде катализаторға ұқсас жүргізеді. Фермент өзінің әсер етуші заты – субстратпен (S) ферменттік реакция жүргенде фермент-субстраттық кешен түзеді. Бұл кешеннің қызметі өте күрделі, ол субстрат пен фермент молекулалары конформациясы мен энергиясын және химиялық байланыстарын өзгертеді. Реакция өткен соң фермент-субстраттық кешен жаңа қалыпқа ауысып, фермент-реакция өнімі кешеніне айналады. Содан кейін ол фермент және реакция өніміне (Р) жекеленіп бөлінеді: S + E → S•E → EP → E + P Ферменттердің ка¬та¬ли¬здік ерекшелігіне келесі қа¬си¬ет¬тері жатқызылады: а) Фермент өздігінен жаңа ре¬ак¬ция жүргізбейді. Ол тек тер¬модинамикалық мүмкін реакци¬яны ғана жүргізеді. Реакция барысында активтендіру энергиясы төмендейді. Реак¬ци¬я¬ның үлкен кедергі энергиясын сатылап бөліп, төмендету және активтендіру энергиясын жоғарлату арқылы реакция жылдамдығын жоғарлатады. б) Фермент басталған реакцияның бағытын өз бетінше өзгерте алмайды. Ол бір ғана реакция өнімі түзілуі бағытында жұмыс істейді. Мысалы, глюкокиназа глюкозадан тек глюкоза-6-фосфат түзілуін жүргізеді. в) Фермент қатысатын реакция қайтымды болса, ол реакцияны екі бағытта да жүргізе алады. Мысалы, көмірсулардың гликолиздік ыдырауына қатысатын фосфогексо-изомераза, альдолаза, фосфоглицерат-киназа, фосфоглицератлидаза және т.б.

Ферменттердің биологиялық қызметі. Микроорганизмдер клеткасында және олардың тіршілік ететін ортасында күрделі биохимиялық өзгерістер болады. Мүнда бактериялар осы процестерді тездететін ерекше заттар — ферменттерді жасап шығарады. Қейде оларды энзимдер деп те атайды. Ферменттер—биологиялық катализаторлар. Ферменттерді тұңғыш рет орыс ғалымы К. СКирхгофф XIX ғасырдың бас кезінде ашқан. Ферменттер химиялық активтігі күшті заттар. Мәселен, мәйек ферментінің (химозин) бір бәлігі 800 мың-дай бөлік сүтті ұйыта алады. Ферменттер тек тірі клеткада ғана емес, сонымен бірге клеткадан тыс ортада да өз күшін жоймай реакцияны тездетеді. Мұның үлкен практикалық маңызы бар. Олардың әрқайсысы заттардың белгілі бір түріне әсер ете алады. Мәселен, сүт қантын ыдырататын фермент оған ұқсас басқа қанттарға әсер етпейді. Ал кейбір ферменттер белоктарды, майларды, углеводтарды қүрам бөліктеріне ыдыратып қана коймай, сол заттардың клеткада синтезделуіне қатысады. Ауыр металл тұздары цианид ‘қосылыстары және формальдегид ферменттердің қызметін нашарлатады. Мүндай заттарды ингибиторлар деп атайды. Ферменттер кейбір улы заттардың әсеріне тәзімді келеді. Мәселен, клеткаға хлороформ, тимол, толуол сияқты заттар енсе, олардың тіршілігі бірден тоқталады, бірақ кейбір ферменттер әз күшін жоймай сақталып қалады. Ферменттердің бұл қасиетін бактериологиялық лабораторияларда қоректік орталар үшін пайдаланады. Ферменттер суда, спиртте және глицерин мен түрлі тұз араласкан ортада ериді. Сонымен қатар ферменттер белгілі бір жағдайда ғана әсер ете алады. Ферменттердің әсер етуі үшін қолайлы температура, клеткалар тіршілігі үшін қажетті температурадан, әлдеқайда жоғары болады. Мәселен, көптеген бактериялардың көбейіп, өсіп дамуы үшін колайлы температура +25—30° болса, ферменттердің көпшілігі +45—50°-та, ал кейбіреулері тіпті +60°-та жақсы әсер етеді. Температура +80—100°-қа жеткенде ферменттердің әсері мүлде жойылады. Ортаның реакциясы да ферменттердің күшіне үлкен әсер етеді. Кейбір ферменттер кышқылды ортада (рН 2—2,5), қалғаидары сілтілі немесе нейтралды ортада жақсы эсер етеді. Ферменттер тек тірі клеткаларда түзіледі және цитоплазмамен тығыз байланысты болады. Дегенмен оларды клеткадан бөліп алуға да мүмкіндік бар. Осындай қасиетіне сүйене отырып, фермеиттерді эктоферменттер, яғни тірі клеткалардың сыртқы ортаға беліп шығаратын ферменттері және эндоферменттер, яғни клетка ішіндеәсер ететін ферменттер деп бөледі. Эктоферменттер көбінесе ортадағы күрделі органикалық заттарды құрылысы қарапайым заттарға дейін ыдыратады да тірі клеткаға қоректік заттар даярлайды. Ал эндоферменттер, қоректену процесімен бірге, энергияны бөліп шығару реакциясына да белсене қатысады. Сондықтан бұл ферменттерді бөліп шығаратын микроорганизмдер қоректік ортадағы барлық күрделі заттарға бір мезгілде әсер ете алады. Организмде кездесетін ферменттердің саны мыңға жуық. Олардың молекуласы негізінен белоктық заттардан құралған.

18. Ферменттерөзәсерінөте аз мөлшердекатализаторғаұқсасжүргізеді. Фермент өзініңәсеретушізаты – субстратпен (S) ферменттік реакция жүргенде фермент-субстраттықкешен (аралықзат) түзеді. Бұлкешенніңқызметіөтекүрделі, ол субстрат пен фермент молекулаларыконформациясы мен энергиясынжәнехимиялықбайланыстарынөзгертеді. Реакция өткенсоң фермент-субстраттықкешенжаңақалыпқаауысып, фермент-реакция өнімікешенінеайналады. Соданкейінол фермент және реакция өніміне (Р) жекеленіпбөлінеді: S + E → S·E → EP → E + P Ферменттердің ка та ли здікерекшелігінекелесіқа си еттеріжатқызылады: а) Фермент өздігіненжаңа ре ак цияжүргізбейді. Ол тек тер модинамикалықмүмкінреакци яны ғанажүргізеді. Реакция барысындаактивтендіруэнергиясытөмендейді. 2-суретте көрсетілгендей, реакци я ныңүлкенкедергіэнергиясынсатылапбөліп, төмендетужәнеактивтендіруэнергиясынжоғарлатуарқылы реакция жылдамдығынжоғарлатады. б) Фермент басталғанреакцияныңбағытынөзбетіншеөзгертеалмайды. Олбірғана реакция өнімітүзілуібағытындажұмысістейді. Мысалы, глюкокиназаглюкозадан тек глюкоза-6-фосфат түзілуінжүргізеді. в) Фермент қатысатын реакция қайтымдыболса, олреакцияныекібағытта да жүргізеалады. Мысалы, көмірсулардыңгликолиздікыдырауынақатысатынфосфогексо-изомераза, альдолаза, фосфоглицерат-киназа, фосфоглицератлидазажәнет.б.

19. Ферменттер химиялық табиғаты жағынан – белоктық заттар. Ферменттердің тездеткіштік қасиеті оның молекуласында белок барлығына байланысты.

Ферменттер де белоктар тәрізді қарапайым және күрделі болып екі топқа бөлінеді.

Қарапайым ферменттердің молекуласы тек қана белоктардан тұратын бір компонентті ғана болады. Бұларға жататындар- рибонуклеаза, пепсин, амилаза.

Күрделі ферменттердің молекуласы 2 компоненттен тұрады.Белоктық бөлігін апофермент ал белоксыз бөлігін кофермент деп атайды.

Биохимиялық реакцияларда коферменттер 2 түрлі қызмет атқарады.

* олар ферменттің активті орталығын қалыптастырады.

* Жекелеген атомдарды бір субстраттан екіншісіне тасымалдауға қатысады.