Peptid bağı kimyəvi təbiətinə görə kovalentdir və zülal molekulunun ilkin quruluşuna yüksək güc verir. Polipeptid zəncirinin təkrarlanan elementi olmaqla və spesifik struktur xüsusiyyətlərinə malik olan peptid bağı təkcə ilkin strukturun formasına deyil, həm də polipeptid zəncirinin daha yüksək təşkili səviyyələrinə təsir göstərir.
Zülal molekulunun quruluşunun öyrənilməsinə böyük töhfə L. Pauling və R. Corey tərəfindən verilmişdir. Zülal molekulunun ən çox peptid bağına malik olmasına diqqət çəkərək, onlar bu bağın zəhmətli rentgen şüalarının difraksiya tədqiqatlarını ilk dəfə aparmışlar. Bağ uzunluqlarını, atomların yerləşdiyi bucaqları, bağa nisbətən atomların düzülmə istiqamətini öyrəndik. Tədqiqat əsasında peptid bağının aşağıdakı əsas xüsusiyyətləri müəyyən edilmişdir.
1. Peptid bağının dörd atomu (C, O, N, H) və ikisi bağlıdır
a-karbon atomları eyni müstəvidə yerləşir. a-karbon atomlarının R və H qrupları bu müstəvidən kənarda yerləşir.
2. Peptid bağının O və H atomları və iki a-karbon atomu, həmçinin R-qrupları peptid bağına nisbətən trans oriyentasiyaya malikdir.
3. 1,32 Å olan C-N rabitəsinin uzunluğu ikiqat kovalent rabitənin uzunluğu (1,21 Å) ilə tək kovalent bağın (1,47 Å) uzunluğu arasında aralıqdır. Buradan belə çıxır ki, C-N bağı qismən doymamış xarakter daşıyır. Bu, enol formasının meydana gəlməsi ilə ikiqat bağın yerində tautomer yenidən qurulmasının həyata keçirilməsi üçün ilkin şərtlər yaradır, yəni. peptid bağı keto-enol şəklində mövcud ola bilər.
–C=N– bağı ətrafında fırlanma çətindir və peptid qrupunun bütün atomları planar trans konfiqurasiyaya malikdir. Cis konfiqurasiyası enerji baxımından daha az əlverişlidir və yalnız bəzi siklik peptidlərdə baş verir. Hər bir planar peptid fraqmentində fırlanan a-karbon atomları ilə iki bağ var.
Zülalın ilkin quruluşu ilə onun müəyyən bir orqanizmdəki funksiyası arasında çox sıx əlaqə vardır. Bir zülalın xarakterik funksiyasını yerinə yetirməsi üçün bu zülalın polipeptid zəncirində tam spesifik amin turşuları ardıcıllığı tələb olunur. Bu xüsusi amin turşusu ardıcıllığı, keyfiyyət və kəmiyyət tərkibi genetik olaraq sabitdir (DNT → RNT → protein). Hər bir zülal müəyyən bir amin turşusu ardıcıllığı ilə xarakterizə olunur, zülalda ən azı bir amin turşusunun dəyişdirilməsi təkcə struktur yenidən qurulmasına deyil, həm də fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərin və bioloji funksiyaların dəyişməsinə səbəb olur. Mövcud ilkin struktur sonrakı (ikinci, üçüncü, dördüncü) strukturları əvvəlcədən müəyyən edir. Məsələn, sağlam insanların eritrositlərində müəyyən bir amin turşusu ardıcıllığı olan bir protein - hemoglobin var. İnsanların kiçik bir hissəsində hemoglobinin strukturunda anadangəlmə anomaliya var: onların eritrositlərində hemoglobin var ki, bu da bir mövqedə qlutamin turşusu (yüklü, qütb) əvəzinə valin amin turşusunu (hidrofob, qeyri-polyar) ehtiva edir. Belə hemoglobin fiziki-kimyəvi və bioloji xüsusiyyətlərinə görə normaldan əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Hidrofobik bir amin turşusunun görünüşü "yapışqan" hidrofobik kontaktın meydana gəlməsinə (eritrositlər qan damarlarında yaxşı hərəkət etmir), eritrositin formasının dəyişməsinə (bikonkavdan aypara formasına), habelə oksigen ötürülməsinin pisləşməsinə və s. Bu anomaliya ilə doğulan uşaqlar erkən uşaqlıqda oraq hüceyrəli anemiyadan ölürlər.
Bioloji aktivliyin amin turşusu ardıcıllığı ilə müəyyən edilməsinin lehinə hərtərəfli sübut ribonukleaza fermentinin (Merrifield) süni sintezindən sonra əldə edilmişdir. Təbii fermentlə eyni amin turşusu ardıcıllığı ilə sintez edilmiş polipeptid eyni fermentativ aktivliyə malik idi.
Son onilliklərin tədqiqatları göstərdi ki, ilkin quruluş genetik olaraq sabitləşir, yəni. polipeptid zəncirindəki amin turşularının ardıcıllığı DNT-nin genetik kodu ilə müəyyən edilir və öz növbəsində zülal molekulunun ikinci, üçüncü və dördüncü strukturlarını və onun ümumi konformasiyasını müəyyən edir. İlkin quruluşu qurulan ilk zülal zülal hormonu insulin idi (tərkibində 51 amin turşusu var). Bu, 1953-cü ildə Frederik Sanger tərəfindən edilmişdir. Bu günə qədər on mindən çox zülalın ilkin quruluşu deşifr edilmişdir, lakin təbiətdə təxminən 10 12 zülal olduğunu nəzərə alsaq, bu, çox kiçik rəqəmdir. Sərbəst fırlanma nəticəsində polipeptid zəncirləri müxtəlif strukturlara bükülə bilir.
ikinci dərəcəli quruluş. Zülal molekulunun ikincil quruluşu kosmosda bir polipeptid zəncirinin çəkilməsi üsulu kimi başa düşülür. Zülal molekulunun ikincil strukturu polipeptid zəncirində a-karbon atomlarını birləşdirən bağlar ətrafında bu və ya digər növ sərbəst fırlanma nəticəsində əmələ gəlir.Bu sərbəst fırlanma nəticəsində polipeptid zəncirləri bükülə (qatlana) bilir. kosmosda müxtəlif strukturlara çevrilir.
Təbii polipeptid zəncirlərində üç əsas quruluş növü aşkar edilmişdir:
- a-sarmal;
- β-struktur (qatlanmış təbəqə);
- statistik dolaşıqlıq.
Qlobulyar zülalların quruluşunun ən çox ehtimal olunan növü hesab olunur α-spiral Bükülmə saat əqrəbi istiqamətində (sağ sarmal) baş verir ki, bu da təbii zülalların L-amin turşusu tərkibinə bağlıdır. Ortaya çıxmada hərəkətverici qüvvə α-spirallar amin turşularının hidrogen bağları yaratmaq qabiliyyətidir. Amin turşularının R-qrupları mərkəzi oxdan xaricə yönəldilir a-spirallar. Qonşu peptid bağlarının >С=О və >N–Н dipolları dipol qarşılıqlı əlaqəsi üçün optimal şəkildə yönəldilmişdir, nəticədə a-sarmalını sabitləşdirən molekuldaxili kooperativ hidrogen rabitələrinin geniş sistemi əmələ gəlir.
Helix meydançası (bir tam dönüş) 5.4Å 3.6 amin turşusu qalıqlarını ehtiva edir.
Şəkil 2 - Zülalın a-spiralının strukturu və parametrləri
Hər bir zülal onun polipeptid zəncirinin müəyyən dərəcədə spirallaşması ilə xarakterizə olunur.
Spiral quruluşu iki amil poza bilər:
1) siklik quruluşu polipeptid zəncirində bükülmə yaradan zəncirdə prolin qalığı olduqda - NH 2 qrupu yoxdur, buna görə də zəncirdaxili hidrogen bağının əmələ gəlməsi mümkün deyil;
2) polipeptid zəncirində ard-arda müsbət yüklü (lizin, arginin) və ya mənfi yüklü (qlutamik, aspartik turşular) çoxlu amin turşusu qalıqları varsa, bu halda eyni yüklü qrupların güclü qarşılıqlı itməsi baş verir. (-COO - və ya -NH 3+) hidrogen bağlarının stabilləşdirici təsirini əhəmiyyətli dərəcədə üstələyir a-spirallar.
Saç, ipək, əzələ və digər fibrilyar zülallarda olan polipeptid zənciri konfiqurasiyasının başqa bir növü deyilir. β strukturları və ya qatlanmış vərəq. Qatlanmış təbəqə quruluşu eyni dipollar -NH arasındakı hidrogen bağları ilə də sabitləşir...... O=C<. Однако в этом случае возникает совершенно иная структура, при которой остов полипептидной цепи вытянут таким образом, что имеет зигзагообразную структуру. Складчатые участки полипептидной цепи проявляют кооперативные свойства, т.е. стремятся расположиться рядом в белковой молекуле, и формируют параллельные
eyni istiqamətli polipeptid zəncirləri və ya antiparalel,
bu zəncirlər arasında hidrogen bağları ilə möhkəmlənir. Belə strukturlara b-qatlanmış təbəqələr deyilir (Şəkil 2).
Şəkil 3 - polipeptid zəncirlərinin b-strukturu
a-Helix və qatlanmış təbəqələr sifarişli strukturlardır, kosmosda amin turşusu qalıqlarının müntəzəm düzülüşünə malikdirlər. Polipeptid zəncirinin bəzi hissələrinin müntəzəm dövri məkan quruluşu yoxdur, onlar təsadüfi və ya statistik dolaşıqlıq.
Bütün bu strukturlar, müəyyən bir polipeptidin genetik olaraq əvvəlcədən müəyyən edilmiş xüsusi bir amin turşusu ardıcıllığına malik olması səbəbindən kortəbii və avtomatik olaraq yaranır. a-sarmal və b-strukturları zülalların xüsusi bioloji funksiyaları yerinə yetirmək üçün müəyyən qabiliyyətini təyin edir. Beləliklə, a-spiral quruluşu (a-keratin) xarici qoruyucu strukturları - lələkləri, tükləri, buynuzları, dırnaqları yaratmaq üçün yaxşı uyğunlaşdırılmışdır. b-strukturu çevik və uzanmayan ipək və hörümçək torlarının əmələ gəlməsinə kömək edir və kollagen zülalının konformasiyası vətərlər üçün tələb olunan yüksək dartılma gücünü təmin edir. Filamentli (fibrilyar) zülallar üçün yalnız a-sarmal və ya b-strukturların olması xarakterikdir. Qlobulyar (sferik) zülalların tərkibində a-spiralların və b-strukturların və struktursuz bölgələrin məzmunu çox dəyişir. Məsələn: insulin spiralləşmiş 60%, ribonukleaza fermenti - 57%, toyuq yumurtasının protein lizozimi - 40%.
Üçüncü quruluş.Üçüncü quruluş altında, müəyyən bir həcmdə kosmosda polipeptid zəncirinin çəkilməsi yolunu anlayın.
Zülalların üçüncü strukturu a-heliks, b-strukturları və təsadüfi qıvrım bölgələrini ehtiva edən peptid zəncirinin əlavə qatlanması ilə formalaşır. Zülalın üçüncü quruluşu tamamilə avtomatik, kortəbii və tamamilə ilkin struktur tərəfindən əvvəlcədən müəyyən edilir və zülal molekulunun forması ilə birbaşa bağlıdır, fərqli ola bilər: sferikdən ipliyə qədər. Zülal molekulunun forması asimmetriya dərəcəsi (uzun oxun qısa oxun nisbəti) kimi bir göstərici ilə xarakterizə olunur. At fibrilyar və ya filamentli zülallar, asimmetriya dərəcəsi 80-dən böyükdür. Asimmetriya dərəcəsi 80-dən az olduqda, zülallar aşağıdakı kimi təsnif edilir. kürəşəkilli. Onların əksəriyyəti 3-5 asimmetriya dərəcəsinə malikdir, yəni. üçüncü quruluş, topun formasına yaxınlaşan polipeptid zəncirinin kifayət qədər sıx bir qablaşdırılması ilə xarakterizə olunur.
Qlobulyar zülalların əmələ gəlməsi zamanı amin turşularının qeyri-qütblü hidrofobik radikalları zülal molekulunun daxilində qruplaşdırılır, qütb radikalları isə suya yönəlir. Müəyyən bir nöqtədə molekulun termodinamik cəhətdən ən əlverişli sabit konformasiyası - qlobul yaranır. Bu formada zülal molekulu minimum sərbəst enerji ilə xarakterizə olunur. Yaranan globulun uyğunluğuna məhlulun pH-ı, məhlulun ion gücü, həmçinin zülal molekullarının digər maddələrlə qarşılıqlı təsiri kimi amillər təsir göstərir.
Üçölçülü quruluşun yaranmasında əsas hərəkətverici qüvvə amin turşusu radikallarının su molekulları ilə qarşılıqlı təsiridir.
fibrilyar zülallar.Üçüncü dərəcəli quruluş əmələ gətirərkən kürəciklər əmələ gətirmirlər - onların polipeptid zəncirləri qatlanmır, lakin fibril liflərinə qruplaşdırılaraq xətti zəncirlər şəklində uzanır.
Rəsm – Kollagen fibrilinin (fraqmentinin) quruluşu.
Son zamanlar üçüncü strukturun formalaşması prosesinin avtomatik olmadığını, xüsusi molekulyar mexanizmlərlə tənzimləndiyini və idarə olunduğuna dair sübutlar ortaya çıxdı. Bu prosesə xüsusi zülallar - şaperonlar daxildir. Onların əsas funksiyaları polipeptid zəncirindən qeyri-spesifik (xaotik) təsadüfi qıvrımların əmələ gəlməsinin qarşısını almaq və zülal molekulunun bükülməsinin tamamlanması üçün şərait yaratmaqla onların hüceyrəaltı hədəflərə çatdırılmasını (nəqliyyatını) təmin etmək qabiliyyətidir.
Üçüncü quruluşun sabitləşməsi yan radikalların atom qrupları arasında kovalent olmayan qarşılıqlı təsirlərlə təmin edilir.
Şəkil 4 - Zülalın üçüncü strukturunu sabitləşdirən bağların növləri
A) elektrostatik qüvvələrəks yüklü ion qruplarını (ion-ion qarşılıqlı təsirləri) daşıyan radikallar arasında cazibə, məsələn, aspartik turşunun mənfi yüklü karboksil qrupu (- COO -) və (NH 3+) lizin qalığının müsbət yüklü e-amino qrupu.
b) hidrogen bağları yan radikalların funksional qrupları arasında. Məsələn, tirozinin OH qrupu ilə aspartik turşunun karboksil oksigeni arasında
V) hidrofobik qarşılıqlı təsirlər Qütb olmayan amin turşusu radikalları arasında van der Waals qüvvələrinə görə. (Məsələn, qruplar
-CH 3 - alanin, valin və s.
G) dipol-dipol qarşılıqlı təsirləri
e) disulfid bağları(–S–S–) sistein qalıqları arasında. Bu bağ çox güclüdür və bütün zülallarda yoxdur. Bu əlaqə taxıl və unun zülal maddələrində mühüm rol oynayır, çünki. qlütenin keyfiyyətinə, xəmirin struktur-mexaniki xassələrinə və müvafiq olaraq hazır məhsulun - çörəyin və s.
Zülal globulu tamamilə sərt bir quruluş deyil: müəyyən məhdudiyyətlər daxilində peptid zəncirinin hissələrinin bir-birinə nisbətən tərs hərəkətləri az sayda zəif bağların qırılması və yenilərinin meydana gəlməsi ilə mümkündür. Molekul, sanki, nəfəs alır, müxtəlif hissələrində pulsasiya edir. Bu pulsasiyalar molekulun əsas konformasiya planını pozmur, necə ki, kristalda atomların istilik titrəyişləri kristalın quruluşunu dəyişmir, əgər temperatur ərimə baş vermirsə.
Yalnız zülal molekulu təbii, yerli üçüncü quruluşa sahib olduqdan sonra özünün spesifik funksional fəaliyyətini göstərir: katalitik, hormonal, antigenik və s. Məhz üçüncü quruluşun formalaşması zamanı fermentlərin aktiv mərkəzlərinin, zülalın multiferment kompleksinə daxil edilməsinə cavabdeh olan mərkəzlərin, supramolekulyar strukturların öz-özünə yığılmasına cavabdeh olan mərkəzlərin formalaşması baş verir. Buna görə də, zülalın bu doğma konformasiyasının məhvinə səbəb olan hər hansı bir təsir (termik, fiziki, mexaniki, kimyəvi) zülal tərəfindən onun bioloji xüsusiyyətlərinin qismən və ya tam itirilməsi ilə müşayiət olunur.
Bəzi zülalların tam kimyəvi strukturlarının tədqiqi göstərdi ki, onların üçüncü strukturunda amin turşularının hidrofobik radikallarının cəmləşdiyi zonalar aşkar edilir və polipeptid zənciri əslində hidrofob nüvəyə bükülür. Üstəlik, bəzi hallarda zülal molekulunda iki və ya hətta üç hidrofobik nüvə təcrid olunur və nəticədə 2 və ya 3 nüvə quruluşu yaranır. Bu tip molekulyar quruluş katalitik funksiyası olan bir çox zülal üçün xarakterikdir (ribonukleaza, lizozim və s.). Zülal molekulunun müəyyən dərəcədə struktur və funksional muxtariyyətə malik olan ayrıca hissəsi və ya bölgəsi domen adlanır. Bəzi fermentlər, məsələn, fərqli substrat bağlayan və koenzim bağlayan domenlərə malikdir.
Bioloji cəhətdən fibrilyar zülallar heyvanların anatomiya və fiziologiyasında çox mühüm rol oynayır. Onurğalılarda bu zülallar onların ümumi tərkibinin 1/3 hissəsini təşkil edir. Fibrilyar zülallara misal olaraq ipək zülalını - qatlanmış təbəqə quruluşuna malik bir neçə antiparalel zəncirdən ibarət fibroini göstərmək olar. Protein a-keratin 3-7 zəncirdən ibarətdir. Kollagen, sağ əlli üçlü spiral yaratmaq üçün 3 eyni sol əlli zəncirlərin bir-birinə büküldüyü mürəkkəb bir quruluşa malikdir. Bu üçlü sarmal çoxsaylı molekullararası hidrogen bağları ilə sabitləşir. Hidroksiprolin və hidroksilizin kimi amin turşularının olması da üçlü sarmal strukturunu sabitləşdirən hidrogen bağlarının yaranmasına kömək edir. Bütün fibrilyar zülallar suda zəif həll olunur və ya tamamilə həll olunmur, çünki onların tərkibində hidrofob, suda həll olunmayan izolösin, fenilalanin, valin, alanin, metionin qrupları olan çoxlu amin turşuları var. Xüsusi emaldan sonra həll olunmayan və həzm olunmayan kollagen, jelatində həll olunan polipeptid qarışığına çevrilir və daha sonra qida sənayesində istifadə olunur.
Qlobulyar zülallar. Onlar müxtəlif bioloji funksiyaları yerinə yetirirlər. Onlar nəqliyyat funksiyasını yerinə yetirirlər, yəni. qida maddələrini, qeyri-üzvi ionları, lipidləri və s. Hormonlar, həmçinin membranların və ribosomların komponentləri eyni zülal sinfinə aiddir. Bütün fermentlər də qlobulyar zülallardır.
Dördüncü quruluş.İki və ya daha çox polipeptid zəncirini ehtiva edən zülallar adlanır oliqomerik zülallar, onlar dördüncü quruluşun olması ilə xarakterizə olunur.
Şəkil - Üçüncü (a) və dördüncü (b) zülal strukturlarının sxemləri
Oliqomerik zülallarda polipeptid zəncirlərinin hər biri özünün ilkin, ikincili və üçüncü quruluşu ilə xarakterizə olunur və subunit və ya protomer adlanır.Belə zülallarda polipeptid zəncirləri (protomerlər) həm eyni, həm də fərqli ola bilər. Oliqomer zülalların protomerləri eyni olduqda homojen, protomerləri fərqli olduqda isə heterojen adlanır. Məsələn, hemoglobin zülalı 4 zəncirdən ibarətdir: iki -a və iki -b protomeri. a-amilaza fermenti 2 eyni polipeptid zəncirindən ibarətdir. Dördüncü quruluş polipeptid zəncirlərinin (protomerlərin) bir-birinə nisbətən düzülüşü kimi başa düşülür, yəni. onların birgə yığılması və qablaşdırılması yolu. Bu zaman protomerlər bir-biri ilə səthinin hər hansı bir hissəsi ilə deyil, müəyyən bir sahə (təmas səthi) ilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. Təmas səthlərində hidrogen, ion, hidrofobik bağlar yaranan atom qruplarının belə bir düzülüşü var. Bundan əlavə, protomerlərin həndəsəsi də onların əlaqəsinə kömək edir. Protomerlər kilidin açarı kimi bir-birinə uyğun gəlir. Belə səthlərə tamamlayıcı deyilir. Hər bir protomer digəri ilə bir neçə nöqtədə qarşılıqlı əlaqədə olur və bu, digər polipeptid zəncirləri və ya zülallarla əlaqəni qeyri-mümkün edir. Molekulların bu cür tamamlayıcı qarşılıqlı təsirləri orqanizmdə gedən bütün biokimyəvi proseslərin əsasını təşkil edir.
