Oqsillar nima

Oqsillar (proteinlar, polipeptidlar) — yuqori molekulyar massali organik moddalar bo‘lib, ular alfa-aminokislotalardan tashkil topgan va zanjirda peptid bog‘lari orqali birikkan. Tirik organizmlarda oqsillarning aminokislota tarkibi genetik kod bilan belgilanadi; sintez jarayonida aksariyat hollarda 20 ta standart aminokislota ishlatiladi. Ularning ko‘plab kombinatsiyalari oqsil molekulalari xossalarining nihoyatda xilma-xil bo‘lishini taʼminlaydi. Bundan tashqari, oqsil tarkibidagi aminokislota qoldiqlari ko‘pincha translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalarga uchraydi. Bunday o‘zgarishlar oqsil o‘z vazifasini bajarishidan oldin ham, hujayrada faoliyat ko‘rsatayotgan paytda ham sodir bo‘lishi mumkin. Tirik organizmlarda turli oqsillarning bir necha molekulasi ko‘pincha murakkab komplekslarni, masalan, fotosintetik kompleks va boshqa komplekslarni hosil qiladi.

Tirik organizmlar hujayralaridagi oqsillarning vazifalari boshqa biopolimerlar — polisaxaridlar va DNK vazifalariga qaraganda ancha xilma-xildir. Jumladan, oqsillar immun javobda muhim rol o‘ynaydi; ular tashish vazifasini (masalan, gemoglobin qondagi gazlarni tashiydi, qon tarkibidagi albuminlar esa yog‘larni tashiydi), zaxiralash (masalan, sutdagi kazein), katalitik (hazm fermentlari, DNK-polimeraza va RNK-polimeraza matritsaga bog‘liq reaksiyalarda qatnashadi), tuzilish vazifalarini (masalan, keratin oqsilidan soch va tirnoqlar tashkil topgan, kollagen va elastin — biriktiruvchi to‘qimaning muhim tarkibiy qismlari hisoblanadi; , tubulin esa mikronaychalarni hosil qiladi), retseptorlik vazifasini hujayraning signal uzatish tizimlarida bajaradi (bunga misol — rodopsin oqsili. U ko‘rish retseptorlarining ishlashi uchun zarur bo‘lib, yorug‘lik nerv impulsining yuzaga kelishini fotonlar taʼsiriga javoban taʼminlaydi). Oqsillarning uncha katta bo‘lmagan boshqa vazifalari ham bor, masalan, energetik vazifasi (ozib-to‘zishda) hamda zahar sifatidagi vazifasi (zaharli oqsillar).

Oqsillar — hayvonlar va inson ratsionining muhim qismidir (asosiy manbalari: go‘sht, parranda go‘shti, baliq, sut, yong‘oqlar, dukkaklilar, donli ekinlar, sabzavotlar, mevalar, rezavorlar va qo‘ziqorinlar).

Ovqat hazm qilish jarayonida fermentlar isteʼmol qilingan oqsillarni aminokislotalargacha parchalaydi. Ular organizmning o‘z oqsillari biosintezi uchun ishlatiladi yoki yana parchalanib energiya beradi.

Oqsillardan biri — insulin — aminokislotalar ketma-ketligini birinchi bo‘lib sekvensiyalash usulida Frederik Senger aniqlagan. Bu ishi uchun unga kimyo bo‘yicha Nobel mukofoti 1958-yilda berilgan.

Oqsillarning dastlabki uch o‘lchamli tuzilmalari — gemoglobin va mioglobinning fazoviy modellari — rentgen nurlarining difraksiyasi usulida mos ravishda Maks Peruts va Jon Kendryu tomonidan 1950-yillarning oxirida aniqlangan. Buning uchun ular 1962-yilda kimyo bo‘yicha Nobel mukofoti bilan taqdirlangan.

O‘rganilish tarixi

Oqsil ilk bor (kleykovina ko‘rinishida) 1728-yilda italiyalik Yakopo Bartolomeo Bekkari tomonidan bug‘doy unidan ajratib olingan. Oqsillar biologik molekulalarning alohida sinfi sifatida XVIII asrda fransuz kimyogari Antuan de Furkrúa va boshqa olimlarning tadqiqotlari natijasida ajratilgan. Ularda oqsillar koagulyatsiyalanishi ( (denaturatsiyalanishi) qizdirish yoki kislotalar taʼsirida sodir bo‘lishi qayd etilgan. O‘sha davrda albumin («tuxum oqsili»), fibrin (qon oqsili) va glyuten — bug‘doy donidan olinadigan oqsil.

XIX asr boshlarida oqsillarning elementar tarkibi haqida ayrim maʼlumotlar mavjud bo‘lgan. Oqsillar gidrolizlanganda aminokislotalar hosil bo‘lishi maʼlum edi. Bu aminokislotalarning ayrimlari (masalan, glitsin va leysin) allaqachon tavsiflangan edi. Niderlandiyalik kimyogar Gerrit Mulder oqsillarning kimyoviy tarkibini tahlil qilib, deyarli barcha oqsillar o‘xshash empirik formulaga ega, degan farazni ilgari surdi. 1836-yilda Mulder oqsillarning kimyoviy tuzilishiga oid dastlabki modelni taklif etdi. Radikallar nazariyasiga asoslanib, u bir necha aniqlashtirishdan so‘ng oqsilning eng kichik tarkibiy birligi quyidagi tarkibga ega degan xulosaga keldi: C₄₀H₆₂N₁₀O₁₂. U bu birlikni «protein» (Pr) deb atadi (qadimgi yunoncha protos — birinchi, dastlabki); nazariyasini esa «protein nazariyasi» deb nomladi. «Protein» atamasini ilgariroq shved kimyogari Yakob Berselius taklif qilgan edi. Mulderning fikricha, har bir oqsil bir nechta protein birligidan, oltingugurt va fosfordan iborat bo‘lgan. Masalan, u fibrin formulasini 10PrSP tarzida yozishni taklif qilgan. Mulder oqsillarning parchalanish mahsulotlari — aminokislotalarni ham o‘rgangan va ulardan birining (leysinning) molekulyar massasini kichik xatolik bilan 131 dalton deb aniqlagan. Oqsillar to‘g‘risida yangi maʼlumotlar to‘plangani sari protein nazariyasi tanqid qilina boshladi. Shunga qaramay, 1850-yillarning oxirigacha u umumiy qabul qilingan nazariya bo‘lib qoldi.

XIX asr oxirigacha oqsillar tarkibiga kiradigan aminokislotalarning aksariyati o‘rganib chiqildi. 1880-yillarning oxirida rus olimi A. Ya. Danilevskiy oqsil molekulasida peptid guruhlari (CO—NH) mavjudligini qayd etdi. 1894-yilda nemis fiziologi Albrext Kossel aminokislotalar oqsillarning asosiy tarkibiy qismlari ekanligi haqidagi nazariyani ilgari surdi. XX asr boshlarida nemis kimyogari Emil Fisher tajribada oqsillar aminokislota qoldiqlaridan tashkil topishini, bu qoldiqlar esa o‘zaro peptid bog‘lari bilan bog‘lanishini isbotladi. Shuningdek, u oqsil aminokislotalari ketma-ketligini ilk bor tahlil qilib, proteoliz hodisasini tushuntirdi.

Ammo oqsillarning organizmdagi markaziy roli 1926-yilgacha tan olinmagan. O‘sha yili amerikalik kimyogar Jeyms Samner (keyinchalik kimyo bo‘yicha Nobel mukofoti laureati) ureaza fermenti oqsil ekanini ko‘rsatdi.

Sof oqsillarni ajratib olish qiyinligi ularni o‘rganishga to‘sqinlik qilgan. Shu sababli dastlabki tadqiqotlar ko‘p miqdorda oson tozalash mumkin bo‘lgan polipeptidlar, yaʼni qon, tovuq tuxumi oqsillari, turli toksinlar, shuningdek, chorva so‘yilgandan keyin ajratib olinadigan ovqat hazm qilish va moddalar almashinuvi fermentlari yordamida bajarilgan. 1950-yillarning oxirida Armour Hot Dog Co. kompaniyasi qoramol oshqozonosti bezidan olingan bir kilogramm pankreatik ribonukleaza A fermentini tozalashga muvaffaq bo‘ldi. U ko‘plab tadqiqotlar uchun tajriba obyekti bo‘ldi.

Oqsillarning ikkilamchi tuzilishi aminokislota qoldiqlari orasidagi vodorod bog‘larining hosil bo‘lishi natijasi, degan fikrni Uilyam Estberi aynan 1933-yilda bildirgan. Biroq Laynus Poling oqsillarning ikkilamchi tuzilishini muvaffaqiyatli oldindan bashorat qilgan birinchi olim hisoblanadi. Keyinchalik Valter Kauzman Kay Linnerstryom-Lang ishlariga tayanib, oqsillarning uchlamchi tuzilishi shakllanish qonuniyatlari va bu jarayonda gidrofob o‘zaro taʼsirlarning rolini tushunishga katta hissa qo‘shdi. 1940-yillar oxiri — 1950-yillar boshida Frederik Senger oqsillarni sekvensiyalash usulini ishlab chiqdi va uning yordamida 1955-yilga kelib insulinning ikki zanjiridagi aminokislotalar ketma-ketligini aniqladi. Bu bilan oqsillar aminokislotalarning tarmoqlanmagan chiziqli polimerlari ekanini, ayrim shakarlardagi kabi tarmoqlangan zanjirlar, kolloidlar yoki sikollar. Sovet/Rossiya olimlari aminokislota ketma-ketligini aniqlagan birinchi oqsil 1972-yilda aspartataminotransferaza.

Oqsillarning ilk fazoviy tuzilmalari rentgen nurlari difraksiyasi (rentgenostrukturaviy tahlil) usuli bilan 1950-yillar oxiri — 1960-yillar boshida aniqlangan; yadro magnit rezonansi yordamida olingan tuzilmalar esa 1980-yillarda maʼlum bo‘ldi. 2012-yilda Oqsillar maʼlumotlar banki (Protein Data Bank) qariyb 87 000 ta oqsil tuzilmasini o‘z ichiga olgan.

XXI asrda oqsillar tadqiqoti sifat jihatidan yangi bosqichga ko‘tarildi: endi nafaqat alohida tozalangan oqsillar, balki ko‘plab oqsillar miqdorining va translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalarining bir vaqtda ayrim hujayralarda, to‘qimalarda yoki butun organizmlarda qanday o‘zgarishi o‘rganilmoqda. Biokimyoning bu sohasi proteomika deb ataladi. Bioinformatika usullari yordamida rentgenostrukturaviy tahlil maʼlumotlarini qayta ishlashgina emas, balki oqsil tuzilishini uning aminokislota ketma-ketligi asosida bashorat qilish ham mumkin bo‘ldi. Hozirda yirik oqsil komplekslarining krioelektron mikroskopiyasi va kompyuter dasturlari yordamida oqsil domenlarining fazoviy tuzilishini bashorat qilish atom darajasidagi aniqlikka yaqinlashmoqda.

Xossalari

O‘lchami

Oqsil o‘lchami aminokislota qoldiqlari soni yoki daltonlarda (molekulyar massa) o‘lchanishi mumkin. Molekulalar nisbatan yirik bo‘lganligi sababli oqsil massasi odatda kilodaltonlarda (kDa) ifodalanadi. Achitqi zamburug‘lari oqsillari o‘rtacha 466 ta aminokislota qoldig‘idan iborat bo‘lib, molekulyar massasi 53 kDa. Hozir maʼlum bo‘lgan eng yirik oqsil — titin — mushaklardagi sarkomerlar ning tarkibiy qismidir; uning turli variantlari (izoformalari) molekulyar massasi 3000 dan 3700 kDa gacha. Insonning kambalasimon mushagidagi (lot. soleus) titin 38 138 ta aminokislotadan tashkil topgan.

Oqsillarning molekulyar massasini aniqlash uchun gel-filtratsiya, poliakrilamid gelida elektroforez, mass-spektrometrik tahlil, sedimentatsion tahlil kabi va boshqa usullar qo‘llanadi.

Fizik-kimyoviy xossalari

Amfoterlik

Oqsillar amfoter xususiyatga ega, yaʼni sharoitga qarab ham kislotali, ham asosli xossalarni namoyon qiladi. Oqsillarda suvli eritmada ionlanishga qodir. Bular quyidagilar: karboksil guruhlar — kislotali aminokislotalarning yon zanjirlarida (asparagin va glutamin kislotalari) hamda asosli aminokislotalarning yon zanjiridagi azotli guruhlardir (avvalo, lizinning ε-aminoguruhi lizin va amidin qoldig‘i CNH(NH₂) argininning, biroz kamroq darajada esa imidazol guruhi gistidinning yon zanjirida joylashgan). Har bir oqsil izoelektrik nuqta (pI), yaʼni muhitning shunday kislotaliligi (pH) bilan tavsiflanadiki, unda ushbu oqsil molekulalarining umumiy elektr zaryadi nolga teng bo‘ladi va shuning uchun ular elektr maydonida (masalan, elektroforezda) harakatlanmaydi. Izoelektrik nuqtada oqsilning gidratlanishi va eruvchanligi eng past bo‘ladi. pI qiymati oqsil tarkibidagi kislotali va asosli aminokislota qoldiqlari nisbatiga bog‘liq: kislotali qoldiqlar ko‘p bo‘lgan oqsillarning izoelektrik nuqtasi kislotali sohada (bular kislotali oqsillar deyiladi), asosli qoldiqlari ko‘p bo‘lgan oqsillarniki esa ishqoriy sohada (asosli oqsillar) joylashadi. Shuningdek, oqsilning pI qiymati ion kuchi va bufer eritmaning turiga qarab o‘zgarishi mumkin, chunki neytral tuzlar oqsilning kimyoviy guruhlari ionlanish darajasiga taʼsir qiladi. Oqsilning pI qiymatini, masalan, titrlash egri chizig‘i yoki izoelektrik fokuslash usuli bilan aniqlash mumkin.

Umuman olganda, oqsilning pI qiymati uning vazifasiga bog‘liq: umurtqali hayvonlar to‘qimalaridagi ko‘pchilik oqsillarning izoelektrik nuqtasi 5,5 dan 7,0 gacha, lekin ayrim hollarda qiymatlar chekka oraliqlarda bo‘ladi. Masalan, pepsin — kuchli kislotali meʼda shirasining proteolitik fermenti — uchun pI ~ 1, losos balig‘i sutidagi oqsil — salmin, yaʼni protamin baliq urug‘ suyuqligi oqsili uchun esa pI ~ 12. Uning o‘ziga xosligi arginin miqdorining yuqoriligidir. Nuklein kislotalar bilan elektrostatik o‘zaro taʼsir tufayli fosfat guruhlari orqali bog‘lanadigan oqsillar ko‘pincha asosli bo‘ladi. Bunday oqsillarga gistonlar va protaminlar misol bo‘ladi.

Eruvchanlik

Oqsillar suvda eruvchanlik darajasiga ko‘ra farqlanadi. Suvda eriydigan oqsillar albuminlar deb ataladi; ularga qon va sut oqsillari kiradi. Erimaydigan oqsillarga, yaʼni skleroproteinlarga, masalan, keratin (soch, sutemizuvchilar juni, qush patlari va shu kabilarni tashkil etuvchi oqsil) hamda fibroin (ipak va o‘rgimchak to‘ri tarkibiga kiruvchi oqsil) mansub. Oqsilning eruvchanligi nafaqat uning tuzilishiga, balki erituvchi tabiati, eritmaning ion kuchi va pH ko‘rsatkichi kabi tashqi omillarga ham bog‘liq.

Oqsillar, shuningdek, gidrofil va gidrofob turlarga bo‘linadi. Sitoplazma, yadro va hujayralararo moddaning aksariyat oqsillari, jumladan, suvda erimaydigan keratin va fibroin gidrofil oqsillarga kiradi. Biologik membranalar tarkibidagi ko‘pchilik oqsillar gidrofobdir: ular membrananing gidrofob lipidlari bilan o‘zaro taʼsirlashadigan integral membrana oqsillaridir (odatda, bunday oqsillarda gidrofil qismlar ham mavjud).

Denaturatsiya

Oqsil denaturatsiyasi deb uning biologik faolligi va/yoki fizik-kimyoviy xossalarining to‘rtlamchi, uchlamchi yoki ikkilamchi tuzilishi yo‘qolishi bilan bog‘liq har qanday o‘zgarishiga aytiladi («Oqsil tuzilishi» bo‘limiga qarang). Odatda, oqsillar organizmda odatiy vazifasini bajaradigan sharoitlarda (harorat, pH, bosim, infraqizil nurlanish va boshqalar) yetarlicha barqaror bo‘ladi. Ushbu sharoitlarning keskin o‘zgarishi oqsil denaturatsiyasiga olib keladi. Denaturatsiyalovchi omilga qarab mexanik (kuchli aralashtirish yoki chayqatish), fizik (qizdirish, sovitish, nurlantirish, ultratovush bilan ishlov berish) va kimyoviy (kislotalar va ishqorlar, sirt faol moddalar, mochevina) denaturatsiya farqlanadi.

Oqsil denaturatsiyasi to‘liq yoki qisman, qaytar yoki qaytmas bo‘lishi mumkin. Kundalik hayotda qaytmas denaturatsiyaning eng mashhur misoli — tovuq tuxumini pishirish: yuqori harorat taʼsirida suvda eriydigan shaffof ovalbumin oqsili zich, erimaydigan va xira holatga o‘tadi. Ayrim hollarda denaturatsiya qaytar bo‘ladi, masalan, suvda eruvchan oqsillarni ammoniy tuzlari yordamida cho‘ktirishda («tuz bilan cho‘ktirish» usuli). Bu usul oqsillarni tozalashda qo‘llanadi.

Tuzilishi

Peptid bog‘i hosil bo‘lishining sxematik tasviri (o‘ngda). Shunga o‘xshash reaksiya oqsil sintezlovchi molekulyar mashina — ribosomada sodir bo‘ladi

Oqsil molekulalari α-L-aminokislotalar qoldiqlaridan iborat chiziqli polimerlar bo‘lib, aminokislotalar ularning monomerlari hisoblanadi. Oqsillar tarkibida o‘zgartirilgan aminokislota qoldiqlari va aminokislota bo‘lmagan komponentlar ham bo‘lishi mumkin. Ilmiy adabiyotda aminokislotalarni ifodalash uchun lotin harflaridagi bir yoki uch harfli qisqartmalardan foydalaniladi. Masalan, valin uchun: Val, V. Bir qarashda oqsillarning aksariyatida «atigi» 20 ta aminokislota qatnashishi tuzilmalarning xilma-xilligini cheklaydi, deb o‘ylash mumkin. Aslida, variantlar soni juda katta: 5 ta aminokislota qoldig‘idan iborat zanjirning o‘zi 3 milliondan ortiq kombinatsiyada, 100 ta qoldiqdan iborat kichik oqsil esa 10¹³⁰ dan ortiq variantda mavjud bo‘lishi mumkin. 2 tadan bir necha o‘nlab aminokislota qoldig‘idan tashkil topgan zanjirlar ko‘pincha peptidlar, polimerlanish darajasi yuqoriroq bo‘lganlari esa oqsillar deb ataladi. Biroq bu ajratish shartlidir.

Oqsil hosil bo‘lishida bir aminokislotaning α-karboksil guruhi (-COOH) boshqa aminokislotaning α-aminoguruhi (-NH₂) bilan reaksiyaga kirishib, peptid bog‘larini hosil qiladi. Oqsil zanjirining uchlari oxirgi aminokislota qoldig‘idagi qaysi guruh erkinligiga qarab N- va C-uch deb ataladi: mos ravishda -NH₂ yoki -COOH. Ribosomada oqsil sintezlanganda birinchi (N-uchdagi) aminokislota qoldig‘i odatda metionin bo‘ladi; keyingi qoldiqlar oldingisining C-uchiga qo‘shiladi.

Tuzilishning tashkil topish darajalari

K. Lindstryom-Lang oqsillar tuzilishini tashkil etishning 4 ta darajasini ajratishni taklif qilgan: birlamchi, ikkilamchi, uchlamchi va to‘rtlamchi tuzilish. Bu tasnif biroz eskirgan bo‘lsa-da, undan hamon foydalaniladi. Polipeptidning birlamchi tuzilishi (aminokislota qoldiqlari ketma-ketligi) uning geni va genetik kod bilan belgilanadi, yuqoriroq tartibli tuzilmalar esa oqsilning qatlanishi jarayonida shakllanadi. Oqsilning fazoviy tuzilishi umumiy holda aminokislotalar ketma-ketligiga bog‘liq bo‘lsa-da, u ancha o‘zgaruvchan va tashqi sharoitlarga bog‘liq bo‘lishi mumkin. Shuning uchun oqsilning afzal ko‘riladigan yoki energiya jihatidan eng qulay konformatsiyasi haqida gapirish to‘g‘riroq.

Birlamchi tuzilish

Birlamchi tuzilish — polipeptid zanjiridagi aminokislota qoldiqlari ketma-ketligi. Oqsilning birlamchi tuzilishi odatda aminokislota qoldiqlari uchun bir yoki uch harfli belgi bilan tavsiflanadi.

Birlamchi tuzilishning muhim xususiyatlaridan biri — konservativ motivlar, yaʼni muayyan vazifani bajaradigan va ko‘plab oqsillarda uchraydigan aminokislota qoldiqlarining barqaror birikmalaridir. Bu motivlar turlar evolyutsiyasi davomida saqlanadi. Ular yordamida nomaʼlum oqsilning vazifasini ko‘pincha bashorat qilish mumkin. Turli organizmlar oqsillaridagi aminokislotalar ketma-ketligining gomologiyasi (o‘xshashligi) darajasiga qarab ushbu organizmlar mansub bo‘lgan taksonlar orasidagi evolyutsion masofani baholash mumkin.

Oqsilning birlamchi tuzilishini oqsillarni sekvensiyalash usullari bilan yoki uning iRNK ketma-ketligidan genetik kod jadvali yordamida aniqlash mumkin.

Ikkilamchi tuzilish

Ikkilamchi tuzilish — polipeptid zanjirining bir qismini vodorod bog‘lari barqarorlashtirib turadigan mahalliy tartiblanishidir. Quyida oqsillarning eng ko‘p uchraydigan ikkilamchi tuzilish turlari keltirilgan:

α-spirallar — molekulaning uzun o‘qi atrofidagi zich o‘ramlar. Bir o‘ramga 3,6 ta aminokislota qoldig‘i to‘g‘ri keladi, spiral qadami 0,54 nm (bitta aminokislota qoldig‘iga 0,15 nm). Spiral bir-biridan 4 ta bo‘g‘in masofada joylashgan peptid guruhlarining H va O atomlari orasidagi vodorod bog‘lari bilan barqarorlashadi. α-spiral chapga ham, o‘ngga ham o‘ralishi mumkin, ammo oqsillarda o‘ngga o‘ralgan turi ustun. Spiralni glutamin kislotasi, lizin, arginin orasidagi elektrostatik taʼsirlar buzishi mumkin. Bir-biriga yaqin joylashgan asparagin, serin, treonin va leysin qoldiqlari spiralning hosil bo‘lishiga fazoviy to‘sqinlik qilishi, prolin qoldiqlari esa zanjirni egib, α-spiralni buzishi mumkin;
β-varaqlar ( (qatlamli tuzilmalar) — bir necha zigzagsimon polipeptid zanjirlaridan iborat. Ularda vodorod bog‘lari birlamchi tuzilishda bir-biridan nisbatan uzoq (bir aminokislota qoldig‘iga 0,34 nm) joylashgan aminokislotalar yoki turli oqsil zanjirlari orasida hosil bo‘ladi (α-spiraldagidek yaqin qo‘shnilar orasida emas). Bu zanjirlarning N-uchlari odatda qarama-qarshi yo‘nalgan (antiparallel tuzilish) yoki bir yo‘nalgan (parallel β-tuzilish) bo‘ladi. Parallel va antiparallel qismlardan iborat aralash β-tuzilish ham uchraydi. β-varaqlar hosil bo‘lishi uchun aminokislotalarning yon guruhlari kichik bo‘lishi muhim; odatda glitsin va alanin;
ko‘proq uchraydi;;
3₁₀π-spirallar
; tartibsiz qismlar.

Uchlamchi tuzilish

Uchlamchi tuzilish — polipeptid zanjirining fazoviy tuzilishi. Tuzilish jihatidan turli o‘zaro taʼsirlar orqali barqarorlashadigan ikkilamchi tuzilish elementlaridan iborat. Bunda gidrofob o‘zaro taʼsirlar eng muhim rol o‘ynaydi. Uchlamchi tuzilishni barqarorlashtirishda quyidagilar qatnashadi:

kovalent bog‘lar (ikki sistein — qoldig‘i orasidagi disulfid ko‘priklari););
ion bog‘lari — aminokislota qoldiqlarining qarama-qarshi zaryadlangan yon guruhlari o‘rtasida;
vodorod bog‘lari;
gidrofob o‘zaro taʼsirlar. Suv molekulalari bilan o‘zaro taʼsirlashganda oqsil molekulasi shunday qatlanadiki, aminokislotalarning qutbsiz yon guruhlari suvli eritmadan ajralib qoladi, qutbli gidrofil yon guruhlari esa molekula yuzasiga chiqadi.

Oqsillarning qatlanish tamoyillari bo‘yicha tadqiqotlar ikkilamchi tuzilish va atom darajasidagi fazoviy tuzilish orasida yana bir darajani — qatlanish motivini (arxitektura, strukturaviy motiv) ajratish qulayligini ko‘rsatdi. Qatlanish motivi oqsil domeni ichidagi ikkilamchi tuzilish elementlarining (α-spirallar va β-zanjirlarning) o‘zaro joylashuvi bilan belgilanadi. Domen — mustaqil mavjud bo‘lishi yoki kattaroq oqsilning boshqa domenlari bilan birlashishi mumkin bo‘lgan ixcham globula. Misol tariqasida oqsillarga xos tuzilish motivlaridan birini ko‘ramiz. O‘ngdagi rasmda tasvirlangan globulyar oqsil — triozofosfatizomeraza — α/β-silindr deb ataladigan qatlanish motiviga ega: 8 ta parallel β-zanjir β-silindr hosil qiladi, uni 8 ta α-spiraldan tashkil topgan ikkinchi silindr o‘rab turadi. Bu motiv oqsillarning taxminan 10 % ida uchraydi.

Maʼlumki, qatlanish motivlari ancha konservativ bo‘lib, vazifasi yoki evolyutsion kelib chiqishi jihatidan bog‘liq bo‘lmagan oqsillarda ham uchraydi. Qatlanish motivlarini aniqlash oqsillarning fizik yoki ratsional tasnifi (masalan, CATH yoki SCOP) asosini tashkil qiladi.

Oqsillarning fazoviy tuzilishini aniqlashda rentgenostrukturaviy tahlil, yadro magnit rezonansi va mikroskopiyaning ayrim usullari qo‘llanadi.

To‘rtlamchi tuzilish

To‘rtlamchi tuzilish (yoki subbirliklardan tashkil topgan, domenli tuzilish) — yagona oqsil kompleksidagi bir nechta polipeptid zanjirlarining o‘zaro joylashuvidir. To‘rtlamchi tuzilishli oqsil tarkibidagi molekulalar ribosomalarda alohida sintezlanib, sintez tugagandan keyingina umumiy molekulalararo tuzilmani hosil qiladi. Bunday oqsil bir xil yoki turlicha polipeptid zanjirlaridan tashkil topishi mumkin. To‘rtlamchi tuzilishni barqarorlashtirishda uchlamchi tuzilishdagidek o‘zaro taʼsirlar qatnashadi. Oqsillarning supramolekulyar komplekslari o‘nlab molekulalardan iborat bo‘lishi mumkin.

Tuzilish turiga ko‘ra tasniflanishi

Umumiy tuzilishiga ko‘ra oqsillar uch guruhga ajratiladi:

Fibrillyar oqsillar — polimerlar hosil qiladi; ularning tuzilishi odatda juda tartibli bo‘lib, asosan turli zanjirlar orasidagi o‘zaro taʼsirlar bilan saqlanadi. Ular mikrofilamentlar, mikronaychalar va fibrillalarni hosil qilib, hujayra hamda to‘qimalar tuzilishini qo‘llab-quvvatlaydi. Fibrillyar oqsillarga keratin va kollagen.
kiradi.Globulyar oqsillar — suvda eriydi, molekulalarining umumiy shakli taxminan sharsimon bo‘ladi.
Membrana oqsillari — hujayra membranasini kesib o‘tuvchi domenlarga ega, biroq ayrim qismlari membranadan hujayralararo muhitga va hujayra sitoplazmasiga chiqib turadi. Membrana oqsillari retseptorlar vazifasini bajarib, signallarni uzatadi va turli moddalarning membrana orqali tashilishini taʼminlaydi. Tashuvchi oqsillar o‘ziga xos xususiyatga ega: ularning har biri membranadan faqat muayyan molekulalarni yoki signal turini o‘tkazadi.

Oddiy va murakkab oqsillar

Ko‘plab oqsillar tarkibida peptid zanjirlaridan tashqari aminokislota bo‘lmagan guruhlar ham mavjud. Shu mezon bo‘yicha oqsillar ikki katta guruh — oddiy va murakkab oqsillarga (proteidlarga) bo‘linadi. Oddiy oqsillar faqat polipeptid zanjirlaridan iborat, murakkab oqsillar esa aminokislota bo‘lmagan, yaʼni prostetik guruhlarni ham saqlaydi. Prostetik guruhlarning kimyoviy tabiatiga qarab murakkab oqsillar quyidagi sinflarga bo‘linadi:

Glikoproteinlar — prostetik guruhi sifatida kovalent bog‘langan uglevod qoldiqlarini saqlaydi; mukopolisaxarid qoldiqlari mavjud bo‘lgan glikoproteinlar proteoglikanlar quyi sinfiga kiradi. Uglevod qoldiqlari bilan bog‘ hosil bo‘lishida odatda gidroksil guruhlari serin yoki treonin qatnashadi. Hujayradan tashqaridagi ko‘pchilik oqsillar, jumladan immunoglobulinlar glikoproteinlarga kiradi. Proteoglikanlarda uglevod qismi oqsil molekulasi massasining ~95 % ini tashkil etadi. Ular hujayralararo matriksning asosiy tarkibiy qismlaridan biridir.;
Lipoproteinlar — prostetik qismida nokovalent bog‘langan lipidlarni saqlaydi. Apolipoproteinlardan va ularga bog‘langan lipidlardan tashkil topgan lipoproteinlar qonda lipidlarni tashish uchun xizmat qiladi;
Metalloproteidlar — gem tarkibiga kirmaydigan koordinatsion bog‘langan metall ionlarini saqlaydi. Metalloproteidlar orasida zaxiralash va tashish vazifasini bajaradigan oqsillar (masalan, temir tutuvchi ferritin va transferrin) hamda fermentlar (masalan, rux tutuvchi karboangidraza va turli superoksiddismutazalar) mavjud; ularning faol markazlarida mis, marganes, temir va boshqa metall ionlari bo‘lishi mumkin;
Nukleoproteidlar — nokovalent bog‘langan DNK yoki RNK saqlaydi. Nukleoproteidlarga xromatin, uning tarkibidan xromosomalar tashkil topadi.;
Fosfoproteinlar — prostetik guruh sifatida kovalent bog‘langan fosfat kislota qoldiqlarini saqlaydi. Fosfat bilan murakkab efir bog‘i hosil bo‘lishida serin, treonin va tirozinning gidroksil guruhlari ishtirok etadi. Fosfoproteinlardan biri — sutdagi kazein;
Xromoproteidlar — turli kimyoviy tabiatli rangli prostetik guruhlarni saqlaydi. Ular orasida metall tutuvchi porfirin prostetik guruhiga ega, xilma-xil vazifalarni bajaradigan oqsillar ko‘p: gemoproteinlar (prostetik guruhi gem bo‘lgan oqsillar, masalan, gemoglobin va sitoxromlar), ), xlorofillar, , flavoproteidlar — flavin guruhi tutuvchi oqsillar va boshqalar.

Oqsil biofizikasi

Hujayradagi oqsilning fizik xossalari suv qobig‘i va makromolekulalar tiqilinchligi (crowding)^[ing.] hisobga olinganda nihoyatda murakkabdir. Oqsil tartibli «kristallga o‘xshash tizim» — «aperiodik kristall» ekanligi haqidagi farazni rentgenostrukturaviy tahlil natijalari (1 angstrem gacha aniqlikda), molekulalarning zich joylashuvi, denaturatsiya jarayonining kooperativligi va boshqa faktlar qo‘llab-quvvatlaydi.

Boshqa faraz — oqsillarning globula ichidagi harakatlarda suyuqlikka o‘xshash xossalari (cheklangan sakrashsimon yoki uzluksiz diffuziya modeli) — neytronlarning sochilishi bo‘yicha tajribalar va Myossbauer spektroskopiyasi natijalari bilan tasdiqlanadi.

Sintez

Biosintez

Universal usul: ribosomal sintez

Tirik organizmlar oqsillarni genlarda kodlangan axborot asosida aminokislotalardan sintez qiladi. Har bir oqsil ushbu oqsilni kodlovchi gen nukleotidlarining ketma-ketligi bilan belgilanadigan noyob aminokislota qoldiqlari ketma-ketligidan iborat. Genetik kod DNK nukleotidlari ketma-ketligini (RNK orqali) polipeptid zanjirining aminokislotalar ketma-ketligiga aylantirish usulidir. Bu kod RNKning uch nukleotiddan iborat, kodonlar deb ataladigan qismlari bilan oqsil tarkibiga qo‘shiladigan muayyan aminokislotalar o‘rtasidagi moslikni belgilaydi. Masalan, AUG nukleotidlar ketma-ketligi metioninga mos keladi. DNK to‘rt xil nukleotiddan tuzilganligi sababli mumkin bo‘lgan kodonlarning umumiy soni 64 ta. Oqsillarda esa 20 ta aminokislota ishlatilgani uchun ko‘p aminokislotalar bir nechta kodon bilan kodlanadi. Uchta kodon hech qanday aminokislotani bildirmaydi: ular polipeptid zanjiri sintezini to‘xtatish signali bo‘lib, terminator kodonlar yoki stop-kodonlar deyiladi.

Oqsillarni kodlovchi genlar dastlab transkripsiyalanadi, yaʼni matritsali RNK (mRNK) nukleotidlari ketma-ketligiga RNK-polimerazalar fermentlari yordamida ko‘chiriladi. Tirik organizmlardagi oqsillarning mutlaq aksariyati hujayra sitoplazmasidagi ribosomalarda — ko‘p komponentli molekulyar mashinalarda — sintezlanadi. Ribosoma mRNK matritsasi asosida polipeptid zanjirini sintezlashi translyatsiya deb ataladi.

Ribosomal oqsil sintezi prokariotlar va eukariotlarda asosan bir xil, ammo ayrim tafsilotlari bilan farq qiladi. Masalan, prokariotlarning mRNKsi transkripsiya tugashi bilanoq, hatto u yakunlanmasidan oldin ham ribosomalar tomonidan o‘qilib, oqsilning aminokislotalar ketma-ketligiga aylantirilishi mumkin. Eukariotlarda esa dastlabki transkript avval bir qator modifikatsiyalardan o‘tishi va sitoplazmaga (ribosomalar joylashgan joyga) ko‘chishi kerak. Shundan keyingina translyatsiya boshlanadi. Prokariotlarda oqsil sintezi tezroq bo‘lib, sekundiga 20 ta aminokislotaga yetishi mumkin.

Molekulaning bir qismidagi kodonlar ketma-ketligi mRNK. Har bir kodon uchta nukleotiddan iborat bo‘lib, odatda bitta aminokislotaga mos keladi. Ushbu mRNK molekulasi ribosomaga mazkur genetik kodga muvofiq oqsil sintezlashni ko‘rsatadi.

Translyatsiya boshlanishidan oldin ham aminoatsil-tRNK-sintetazalar fermentlari aminokislotalarni o‘zlariga mos transport RNKlariga (tRNK) tanlab biriktiradi. tRNKning antikodon deb ataladigan qismi mRNK kodoniga komplementar juftlashadi. Bu esa tRNKga biriktirilgan aminokislota qoldig‘ining genetik kodga muvofiq polipeptid zanjiriga qo‘shilishini taʼminlaydi.

Translyatsiyaning dastlabki bosqichi — initsiatsiyada boshlovchi (odatda metionin) kodon ribosomaning kichik subbirligi tomonidan tanib olinadi. Unga oqsil initsiatsiya omillari yordamida metioninli aminoatsillangan tRNK birikkan bo‘ladi. Start-kodon tanilgach, ribosomaning kichik subbirligiga katta subbirlik qo‘shiladi va translyatsiyaning ikkinchi bosqichi — elongatsiya boshlanadi. Ribosoma mRNKning 5'-uchidan 3'-uchiga tomon har bir qadamda bittadan kodonni o‘qiydi. Bunda kodon va unga komplementar bo‘lgan, mos aminokislota qoldig‘ini tashuvchi tRNK antikodoni orasida vodorod bog‘lari hosil bo‘ladi. O‘sayotgan peptidning oxirgi aminokislota qoldig‘i bilan tRNKga bog‘langan qoldiq orasidagi peptid bog‘i hosil bo‘lishini ribosomal RNK (rRNK) katalizlaydi. U ribosomaning peptidiltransferaza markazini tashkil etadi. Mazkur markaz azot va uglerod atomlarini reaksiya uchun qulay holatda joylashtiradi. Uchinchi va oxirgi bosqich — terminatsiya ribosoma stop-kodonga yetganda sodir bo‘ladi. Shundan so‘ng oqsil terminatsiya omillari gidrolizlaydi oxirgi tRNK va polipeptid zanjiri o‘rtasidagi bog‘ni, shu tariqa sintezni tugatadi. Ribosomalarda oqsillar doim N-uchdan C-uchga qarab sintezlanadi.

Ribosomasiz sintez

Quyi zamburug‘lar va ayrim bakteriyalarda odatda kichik va noodatiy tuzilishga ega peptidlar biosintezining qo‘shimcha (ribosomasiz yoki ko‘p fermentli) usuli maʼlum. Ko‘pincha ikkilamchi metabolitlar bo‘lgan bu peptidlar ribosomalar bevosita qatnashmasdan, NRS-sintetaza deb ataladigan yuqori molekulyar massali oqsil kompleksi yordamida sintezlanadi. NRS-sintetaza odatda aminokislotalarni tanlash, peptid bog‘larini hosil qilish va tayyor peptidni ajratib chiqarish vazifalarini bajaruvchi bir nechta domen yoki alohida oqsillardan iborat. Ushbu domenlarning yig‘indisi modul hosil qiladi. Har bir modul sintezlanayotgan peptidga bitta aminokislota qo‘shilishini taʼminlaydi. Demak, NRS-sintetazalar bir yoki bir nechta moduldan tashkil topishi mumkin. Baʼzan kompleksda L-aminokislotalarni (odatdagi shakl) D-shaklga izomerlashga qodir domen ham bo‘ladi.

Kimyoviy sintez

Qisqa oqsillar kimyoviy yo‘l bilan organik sintez, masalan, kimyoviy ligirlash usullari orqali olinishi mumkin. Peptidlar ko‘pincha C-uchdan N-uchga tomon sintezlanadi; bu ribosomal biosintezga qarama-qarshi yo‘nalishdir. Kimyoviy sintez bilan qisqa immunogen peptidlar (epitoplar) olinadi, ular keyinchalik o‘ziga xos antitanalar yoki gibridomalar hosil qilish uchun hayvonlarga yuboriladi. Bundan tashqari, bu usul ayrim fermentlarning ingibitorlarini olishda ham qo‘llanadi. Kimyoviy sintez oddiy oqsillarda uchramaydigan, masalan, yon zanjirlariga fluoressent belgilar biriktirilgan aminokislota qoldiqlarini oqsil tarkibiga kiritish imkonini beradi. Kimyoviy oqsil sintezining bir qator cheklovlari bor: 300 tadan ortiq aminokislota qoldig‘i bo‘lgan oqsillar uchun u samarasiz, sunʼiy sintezlangan oqsillarning uchlamchi tuzilishi noto‘g‘ri bo‘lishi mumkin va ularda o‘ziga xos translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalar mavjud bo‘lmasligi mumkin (quyiga qarang).

Translyatsiyadan keyingi modifikatsiya

Translyatsiya tugagach, aksariyat oqsillar translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalar deb ataladigan qo‘shimcha kimyoviy o‘zgarishlarga uchraydi. Oqsillarning bunday modifikatsiyalarining ikki yuzdan ortiq turi maʼlum.

Translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalar oqsillarning hujayradagi yashash muddatini, fermentativ faolligini va boshqa oqsillar bilan o‘zaro taʼsirini boshqarishi mumkin. Ayrim hollarda ular oqsilning yetilishidagi majburiy bosqich bo‘lib, ularsiz oqsil faol bo‘lmaydi. Masalan, insulin va ayrim boshqa gormonlar yetilishi uchun cheklangan proteoliz zarur; plazmatik membrana oqsillarining yetilishi uchun esa glikozillanish zarur.

Translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalar keng tarqalgan yoki juda noyob, hatto yagona bo‘lishi mumkin. Umumiy modifikatsiyaga ubikvitinlanish misol bo‘ladi: ubikvitinlanish, yaʼni oqsilga ubikvitin deb ataladigan kichik oqsilning bir necha molekulasidan iborat zanjir biriktirilishidir. Bu oqsilning proteasoma tomonidan parchalanishiga signal bo‘ladi. Boshqa keng tarqalgan modifikatsiya glikozillanishdir — inson oqsillarining taxminan yarmi glikozillangan deb hisoblanadi. Noyob modifikatsiyalar qatoriga tubulinning tirozinlanishi/detirozinlanishi va poliglitsinlanishi kiradi.

Bitta oqsil ko‘plab modifikatsiyalarga uchrashi mumkin. Masalan, gistonlar (eukariotlar xromatini tarkibidagi oqsillar) turli sharoitlarda 150 dan ortiq xil modifikatsiyaga uchrashi mumkin.

Translyatsiyadan keyingi modifikatsiyalar quyidagilarga bo‘linadi:

asosiy zanjir modifikatsiyalari;
- N-uchdagi metioninni ajratish;
- cheklangan proteoliz — oqsilning uchlaridan (signal ketma-ketliklarini ajratish) yoki ayrim hollarda o‘rtasidan (masalan, insulin);
- yetilishi vaqtida) oqsil bo‘lagini olib tashlash; erkin amin va karboksil guruhlariga turli kimyoviy guruhlarni biriktirish (N-atsillanish, miristoillanish va boshqalar);
aminokislotalar yon zanjirlarining modifikatsiyalari;
- kichik kimyoviy guruhlarning biriktirilishi yoki ajratilishi (glikozillanish, fosforillanish va boshqalar);
- biriktirish: lipidlar va uglevodorodlarni;
- biriktirish; standart aminokislota qoldiqlarini nostandart turlarga aylantirish (sitrullin);
- hosil bo‘lishi); sistein;
qoldiqlari orasida disulfid ko‘priklari hosil bo‘lishi; kichik oqsillarni biriktirish (sumoillanish va ubikvitinlanish).

Hayot sikli

Hujayra ichida tashilish va saralanish

Eukariot hujayra sitoplazmasida sintezlanadigan oqsillar hujayraning turli organoidlariga: yadro, mitoxondriyalar, endoplazmatik to‘r (ET), Golji apparati, lizosomalar va boshqalarga yetkazilishi kerak. Ayrim oqsillar esa hujayradan tashqi muhitga chiqariladi. Hujayraning muayyan qismiga yetib borish uchun oqsilda maxsus belgi bo‘lishi zarur. Aksariyat hollarda bu belgi oqsilning o‘z aminokislota ketma-ketligining bir qismi (yetakchi peptid yoki oqsilning signal ketma-ketligi) bo‘ladi; baʼzan esa belgi sifatida oqsilga translyatsiyadan keyin biriktiriladigan oligosaxaridlar xizmat qiladi.

Oqsillarning ETga tashilishi ularning sintezi bilan bir vaqtda yuz beradi, chunki ET Yadroga joylashish signali bor oqsillar yadro teshikchalari. Mitoxondriya va xloroplastlarga tegishli signal ketma-ketligiga ega oqsillar maxsus translokator teshiklar orqali, shaperonlar yordamida.

Tuzilishni saqlash va parchalanish

Oqsillarning to‘g‘ri fazoviy tuzilishini saqlab turish ularning normal faoliyati uchun juda muhim. Oqsillarning noto‘g‘ri qatlanishi va bir-biriga yopishib agregatlar hosil qilishi mutatsiyalar, oksidlanish, stress sharoitlari yoki hujayra fiziologiyasidagi umumiy o‘zgarishlar tufayli yuz berishi mumkin. Oqsillar agregatsiyasi organizmning qarishiga xos belgidir. Oqsillarning noto‘g‘ri qatlanishi mukovissidoz, lizosomal to‘planish kasalliklari, shuningdek, neyrodegenerativ buzilishlar (Altsgeymer, Xantington va Parkinson).

Evolyutsiya davomida hujayralarda oqsil agregatsiyasiga qarshi to‘rtta asosiy mexanizm paydo bo‘lgan. Dastlabki ikkitasi — shaperonlar yordamida qayta qatlanish va proteazalar orqali parchalanish — bakteriyalarda ham, yuksak organizmlarda ham mavjud. Autofagiya hamda noto‘g‘ri qatlangan oqsillarning maxsus membranasiz organoidlarda to‘planishi esa eukariotlarga xosdir.

Shaperonlar

Oqsillarning denaturatsiyadan so‘ng to‘g‘ri uch o‘lchamli tuzilishini tiklash qobiliyati oqsilning yakuniy tuzilishi haqidagi barcha maʼlumot uning aminokislota ketma-ketligida mavjud degan farazga asos bo‘ldi. Hozir oqsilning barqaror konformatsiyasi uning boshqa mumkin bo‘lgan shakllariga nisbatan eng kam erkin energiyaga ega bo‘lishi haqidagi nazariya umumiy qabul qilingan.

Hujayralarda boshqa oqsillarning ribosomada sintezlanganidan keyin to‘g‘ri qatlanishini taʼminlaydigan, shikastlangan oqsillar tuzilishini tiklaydigan, shuningdek, oqsil komplekslarini hosil qiladigan va ajratadigan oqsillar guruhi mavjud. Ular shaperonlar deyiladi. Ko‘plab shaperonlarning hujayradagi miqdori atrof-muhit harorati keskin oshganda ko‘payadi, shuning uchun ular Hsp (ing. heat shock proteins — issiqlik shoki oqsillari) guruhiga kiradi. Shaperonlar normal ishlashining ahamiyatini α-kristallin oqsili misolida ko‘rish mumkin. U inson ko‘zining gavhari tarkibiga kiradi. Ushbu oqsildagi mutatsiyalar oqsil agregatsiyasi, ko‘z gavharining xiralashuvi va natijada kataraktaga.

Proteoliz

Agar oqsilning uchlamchi tuzilishini tiklashning iloji bo‘lmasa, hujayra uni parchalaydi. Oqsil degradatsiyasini amalga oshiruvchi fermentlar proteazalar deyiladi. Substratga taʼsir qilish joyiga qarab ular endopeptidazalar va ekzopeptidazalarga bo‘linadi:

Endopeptidazalar yoki proteinazalar peptid zanjirining ichki qismidagi peptid bog‘larini uzadi. Ular substratlarning qisqa peptid ketma-ketliklarini taniydi va bog‘lanib, muayyan aminokislota qoldiqlari orasidagi bog‘larni nisbatan tanlab gidrolizlaydi.
Ekzopeptidazalar peptidlarni zanjir uchlaridan gidrolizlaydi: aminopeptidazalar N-uchidan, karboksipeptidazalar esa C-uchidan parchalaydi. Dipeptidazalar esa faqat dipeptidlarni.

Kataliz mexanizmiga ko‘ra Xalqaro biokimyo va molekulyar biologiya ittifoqi proteazalarning bir necha sinfini farqlaydi, jumladan, serin proteazalari, asparagin proteazalari, sistein proteazalari va metalloproteazalar kiradi.

Proteazalarning alohida turi — proteasoma — yirik, ko‘p subbirlikli proteaza bo‘lib, eukariotlar, , arxeylar va ayrim bakteriyalar hujayralarida (jumladan, eukariotlarning yadrosi va sitoplazmasida) uchraydi.

Nishon oqsil proteasomada parchalanishi uchun unga kichik ubikvitin oqsili biriktirilib belgi qo‘yilishi kerak. Bu birikish reaksiyasini ubikvitinligazalar katalizlaydi. Birinchi ubikvitin molekulasi qo‘shilishi ligaza uchun boshqa molekulalarni ham biriktirish signali bo‘ladi. Natijada poliubikvitin zanjiri proteasoma bilan bog‘lanadi va nishon oqsil parchalanishini taʼminlaydi. Bu jarayon ubikvitinga bog‘liq oqsil degradatsiyasi deyiladi. Hujayra ichidagi oqsillarning 80—90 % i proteasoma ishtirokida parchalanadi.

Oqsillarning peroksisomalarda parchalanishi ko‘plab hujayraviy jarayonlar, jumladan, hujayra sikli, gen ekspressiyasini boshqarish va oksidlovchi stress.

Autofagiya

Autofagiya — uzoq yashaydigan biomolekulalar, ayniqsa oqsillar, shuningdek, organoidlarning lizosomalarda (sutemizuvchilarda) yoki vakuolalarda (achitqilarda) parchalanish jarayonidir. Autofagiya har qanday sog‘lom hujayra hayot faoliyati davomida kechadi. Oziq moddalarning yetishmasligi, sitoplazmada shikastlangan organoidlarning mavjudligi, qisman denaturatsiyalangan oqsillar va ularning agregatlari bu jarayonni kuchaytirishi mumkin.

Autofagiyaning uch turi farqlanadi: mikroautofagiya, makroautofagiya va shaperonga bog‘liq autofagiya.

Mikroautofagiyada makromolekulalar va hujayra membranalari bo‘laklari lizosoma ichiga olinadi. Shu yo‘l bilan hujayra energiya yoki qurilish materiali yetishmaganda (masalan, ochlikda) oqsillarni hazm qiladi. Biroq mikroautofagiya normal sharoitlarda ham ro‘y beradi va odatda tanlab taʼsir qilmaydi. Baʼzan mikroautofagiya vaqtida organoidlar ham parchalanadi: masalan, achitqilarda peroksisomalar mikroautofagiyasi va hujayra tirik qoladigan yadroning qisman mikroautofagiyasi tasvirlangan.

Makroautofagiyada sitoplazmaning bir qismi (ko‘pincha muayyan organoidlar bilan birga) endoplazmatik to‘r sisternasiga o‘xshash membranali bo‘lim bilan o‘raladi. Natijada ushbu qism sitoplazmaning qolgan qismidan ikkita membrana bilan ajraladi. Bunday ikki membranali organoidlar autofagosomalar deyiladi. Autofagosomalar lizosomalar bilan qo‘shilib, autofagolizosomalarni hosil qiladi; ularda organoidlar va autofagosoma tarkibidagi boshqa moddalar parchalanadi. Makroautofagiya ham, ehtimol, tanlovsiz kechadi, ammo u hujayraning xizmat muddatini o‘tab bo‘lgan mitoxondriya, ribosoma va boshqa organoidlardan xalos bo‘lishiga imkon berishi ko‘p taʼkidlanadi.

Autofagiyaning uchinchi turi — shaperonga bog‘liq autofagiya. Bunda qisman denaturatsiyalangan oqsillar sitoplazmadan lizosoma membranasi orqali uning ichiga yo‘naltirilgan holda tashiladi va shu yerda parchalanadi. Faqat sutemizuvchilarda tavsiflangan bu autofagiya stress taʼsirida kuchayadi.

JUNQ va IPOD

Stress sharoitida eukariot hujayra ko‘p miqdordagi denaturatsiyalangan oqsillar to‘planishini bartaraf eta olmasa, ular ikki xil vaqtinchalik organoidga — JUNQ va IPOD^[ing.].

JUNQ (ing. JUxta Nuclear Quality control compartment — yadro yaqinidagi oqsil sifatini nazorat qilish bo‘limi) yadro membranasining tashqi tomoniga bog‘langan. Unda sitoplazmaga tez o‘ta oladigan ubikvitinlangan oqsillar, shaperonlar va proteasomalar mavjud. JUNQning taxminiy vazifasi oqsillarni qayta qatlash va/yoki parchalashdir.

IPOD (ing. Insoluble Protein Deposit — erimaydigan oqsillar to‘planadigan joy) markaziy vakuola yaqinida joylashadi va amiloidlar hosil qiladigan oqsillarning harakatsiz agregatlarini saqlaydi. Bu oqsillarning IPODda to‘planishi ularning hujayraning normal tuzilmalari bilan o‘zaro taʼsirini oldini olishi mumkin. Shu sababli IPOD himoya vazifasini bajaradi, deb taxmin qilinadi.

Oqsillarning organizmdagi vazifalari

Boshqa biologik makromolekulalar (polisaxaridlar, lipidlar va nuklein kislotalar) kabi oqsillar ham barcha tirik organizmlarning zaruriy komponentidir va hujayra hayot faoliyatida muhim rol o‘ynaydi. Oqsillar moddalar almashinuvi. Ular hujayra ichidagi tuzilmalar — organoidlar va sitoskelet tarkibiga kiradi hamda hujayradan tashqari bo‘shliqqa ajralib chiqadi. U yerda ular hujayralar o‘rtasida uzatiladigan signal vazifasini bajarishi, ovqatning gidrolizida hamda hujayralararo moddaning hosil bo‘lishida qatnashishi mumkin.

Oqsillarni vazifasiga ko‘ra tasniflash ancha shartli, chunki bitta oqsil bir necha vazifani bajarishi mumkin. aminoatsil-tRNK-sintetazalar sinfiga mansub lizil-tRNK-sintetaza fermentidir. U nafaqat lizin qoldig‘ini tRNKga biriktiradi, balki ayrim genlarning transkripsiyasini ham boshqaradi. Oqsillar o‘z vazifalarining ko‘pini fermentativ faolligi tufayli bajaradi. Masalan, harakatlantiruvchi oqsil miozin, boshqaruvchi oqsillar — proteinkinazalar, tashuvchi oqsil — natriy-kaliy adenozintrifosfataza va boshqalar.

Katalitik vazifa

Oqsillarning organizmdagi eng yaxshi maʼlum vazifasi — kataliz, yaʼni turli kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishdir. Fermentlar o‘ziga xos katalitik xossalarga ega oqsillar bo‘lib, har biri bir yoki bir nechta o‘xshash reaksiyani katalizlaydi. Ular murakkab molekulalarning parchalanishi (katabolizm) va sintezlanishi (anabolizm) jarayonlarini, jumladan, DNKning replikatsiyasi va reparatsiyasini hamda RNKning matritsali sintezini katalizlaydi. 2013-yilga kelib 5000 dan ortiq ferment tavsiflangan edi. Ferment taʼsirida reaksiya nihoyatda tezlashishi mumkin: masalan, orotidin-5'-fosfatdekarboksilaza katalizlaydigan reaksiya katalizatorsiz holatga nisbatan 10¹⁷ marta tezroq kechadi (yarimreaksiya davri, yaʼni orot kislotasi dekarboksillanishi uchun ferment bo‘lmaganda 78 million yil, ferment ishtirokida esa 18 millisekund kerak). Fermentga birikib, reaksiya natijasida o‘zgaradigan molekulalar substratlar.

Fermentlar odatda yuzlab aminokislota qoldiqlaridan iborat bo‘lsa ham, ularning faqat kichik qismi substratga bog‘lanadi; undan ham kamrog‘i — o‘rtacha 3—4 ta qoldiq — bevosita katalizda ishtirok etadi. Bu qoldiqlar birlamchi tuzilishda ko‘pincha bir-biridan uzoqda joylashgan. Ferment molekulasining substratni bog‘lash va katalizni taʼminlovchi qismi faol markaz deb ataladi.

Xalqaro biokimyo va molekulyar biologiya ittifoqi 1992-yilda katalizlanadigan reaksiyalar turi asosida fermentlarning iyerarxik nomenklaturasining yakuniy variantini taklif qildi. Ferment nomi «aza» qo‘shimchasi bilan tugashi va katalizlanadigan reaksiya hamda substrat nomidan tuzilishi kerak. Har bir fermentga alohida kod beriladi, shu kod yordamida uning fermentlar iyerarxiyasidagi o‘rnini oson aniqlash mumkin. Katalizlaydigan reaksiya turiga ko‘ra barcha fermentlar 6 sinfga bo‘linadi:

KF 1: Oksidoreduktazalar — oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini katalizlaydi;
KF 2: Transferazalar — kimyoviy guruhlarni bir substrat molekulasidan boshqasiga ko‘chirishni katalizlaydi;
KF 3: Gidrolazalar — kimyoviy bog‘larning gidrolizini katalizlaydi;
KF 4: Liazalar — gidrolizsiz kimyoviy bog‘larni uzib, mahsulotlardan birida qo‘shbog‘ hosil bo‘lishini katalizlaydi;
KF 5: Izomerazalar — substrat molekulasidagi tuzilish yoki geometrik o‘zgarishlarni katalizlaydi;
KF 6: Ligazalar — substratlar orasida kimyoviy bog‘lar hosil bo‘lishini ATF yoki unga o‘xshash trifosfatning difosfat bog‘i gidrolizi hisobiga katalizlaydi.

Tuzilish vazifasi

Sitokeletning strukturaviy oqsillari karkas kabi hujayra va ko‘plab organoidlarga shakl beradi hamda shakl o‘zgarishida qatnashadi. Strukturaviy oqsillarning ko‘pchiligi ipsimon bo‘ladi: aktin va tubulin monomerlari, masalan, suvda eriydigan globulyar oqsillardir. Polimerlangach, ular hujayraning shaklini saqlashga imkon beradigan sitoskeletning uzun iplarini hosil qiladi. Kollagen va elastin — biriktiruvchi to‘qima hujayralararo moddasining asosiy qismlaridir (masalan, tog‘ayning) hujayralararo moddasining asosiy komponentlari, boshqa strukturaviy oqsil — keratindan esa sochlar, tirnoqlar, qush patlari va ayrim qobiqlar.

Himoya vazifasi

Oqsillarning himoya vazifasi bir necha turga bo‘linadi:

Jismoniy himoya. Organizmni jismoniy himoya qilishda kollagen — biriktiruvchi to‘qimalar (jumladan suyak, tog‘ay, paylar va terining chuqur qavati — derma) hujayralararo moddasining asosini tashkil etuvchi oqsil; keratin — shoxsimon qalqonchalar, soch, pat, shox va epidermisning boshqa hosilalari asosini tashkil etuvchi oqsil — qatnashadi. Odatda, bunday oqsillar strukturaviy oqsillar sifatida qaraladi. Bu guruhga fibrinogenlar va trombinlar misol bo‘lib, ular qon ivishi.
Kimyoviy himoya. Oqsil molekulalari toksinlarni bog‘lab, ularni zararsizlantirishi mumkin. Inson organizmida zararsizlantirishda jigar fermentlari ayniqsa muhim: ular zaharlarni parchalaydi yoki eruvchan shaklga o‘tkazib, tez chiqarilishiga yordam beradi.
Immun himoya. Qon va boshqa biologik suyuqliklardagi oqsillar organizmning shikastlanish va patogenlar hujumiga qarshi javobida qatnashadi. Komplement tizimi oqsillari va antitanalar (immunoglobulinlar) ikkinchi guruhga kiradi. Ular bakteriyalar, viruslar yoki begona oqsillarni zararsizlantiradi. Adaptiv immun tizimi tarkibidagi antitanalar organizm uchun begona moddalar — antigenlarga birikib, ularni zararsizlantiradi va yo‘q qilinadigan joylarga yo‘naltiradi. Antitanalar sekretsiyalanib hujayralararo bo‘shliqqa chiqishi yoki maxsus B-limfotsitlar, ular plazmotsitlar.

Boshqaruv vazifasi

Hujayra ichidagi ko‘plab jarayonlarni energiya manbai ham, qurilish materiali ham bo‘lmagan oqsillar boshqaradi. Ular hujayraning hujayra sikli, transkripsiyani, translyatsiyani, splaysingni, boshqa oqsillarning faolligini va boshqa ko‘plab jarayonlarni boshqaradi. Oqsillar boshqaruv vazifasini fermentativ faolligi (masalan, proteinkinazalar) yoki boshqa molekulalar bilan o‘ziga xos bog‘lanishi orqali bajaradi. Masalan, transkripsiya omillari, faollashtiruvchi oqsillar va repressorlardan iborat bo‘lib, genlarning boshqaruvchi ketma-ketliklariga bog‘lanish orqali transkripsiya jadalligini nazorat qiladi. Translyatsiya darajasida ham ko‘plab mRNKlarning o‘qilishi oqsil omillarining birikishi bilan boshqariladi.

Hujayra ichidagi jarayonlarni boshqarishda proteinkinazalar va proteinfosfatazalar — boshqa oqsillarga fosfat guruhlarini qo‘shish yoki ajratish orqali ularning faolligini oshiruvchi yoki susaytiruvchi fermentlardir.

Signal uzatish vazifasi

Oqsillarning signal uzatish vazifasi — hujayralar, to‘qimalar, aʼzolar va organizmlar o‘rtasida signallarni uzatuvchi moddalar bo‘lib xizmat qilish qobiliyatidir. Ko‘plab hujayra ichidagi boshqaruvchi oqsillar ham signallarni uzatgani uchun bu vazifa ko‘pincha boshqaruv vazifasi bilan birlashtiriladi.

Signal uzatish vazifasini gormonlar, sitokinlar, o‘sish omillari kabi oqsillar bajaradi.

Gormonlar qon orqali tashiladi. Hayvonlar gormonlarining aksariyati oqsil yoki peptidlardir. Gormonning o‘z retseptoriga bog‘lanishi hujayraning javob reaksiyasini boshlovchi signal hisoblanadi. Gormonlar qon va hujayralardagi moddalar konsentratsiyasi, o‘sish, ko‘payish hamda boshqa jarayonlarni boshqaradi. Bunday oqsilga insulin misol bo‘lib, u qondagi glyukoza miqdorini tartibga soladi.

Hujayralar o‘zaro hujayralararo modda orqali uzatiladigan signal oqsillari yordamida aloqa qiladi. Bunday oqsillarga sitokinlar va o‘sish omillari kiradi.

Sitokinlar — peptid tabiatli signal molekulalaridir. Ular hujayralar o‘rtasidagi o‘zaro taʼsirni, ularning yashovchanligini boshqaradi; o‘sishni, differensiatsiyalanishni, funksional faollikni va apoptozni rag‘batlantiradi yoki susaytiradi, immun, endokrin va nerv tizimlarining uyg‘un ishlashini taʼminlaydi. Sitokinlarga o‘sma nekrozi omili misol bo‘lib, u organizm hujayralari o‘rtasida yallig‘lanish signallarini uzatadi.

Tashish vazifasi

Kichik molekulalarni tashishda qatnashadigan eruvchan oqsillar substrat konsentratsiyasi yuqori bo‘lganida unga kuchli moyillikka (affinlikka) ega bo‘lishi, substrat konsentratsiyasi past joylarda esa uni oson ajratib chiqarishi kerak. Tashuvchi oqsillarga gemoglobin misol: u kislorodni o‘pkadan boshqa to‘qimalarga, karbonat angidridni esa to‘qimalardan o‘pkaga tashiydi. Shu vazifani unga gomolog bo‘lgan, tirik organizmlarning barcha olamlarida uchraydigan oqsillar ham bajaradi.

Ayrim membrana oqsillari hujayra membranasining o‘tkazuvchanligini o‘zgartirib, kichik molekulalarni membrana orqali tashishda ishtirok etadi. Membrananing lipidli qismi suv o‘tkazmaydigan (gidrofob) bo‘lib, qutbli yoki zaryadlangan molekulalar (ionlar)ning diffuziyasiga to‘sqinlik qiladi. Membranadagi tashuvchi oqsillar kanal oqsillari va ko‘chiruvchi oqsillarga bo‘linadi. Kanal oqsillari ichida suv bilan to‘ldirilgan teshikchalar bo‘lib, ular ionlar (ion kanallari orqali) yoki suv molekulalarining (akvaporinlar orqali) membranadan o‘tishiga imkon beradi. Ko‘plab ion kanallari faqat bitta ion turini tashishga ixtisoslashgan. Masalan, kaliy va natriy kanallari o‘xshash ionlarni ajratib, ulardan faqat bittasini o‘tkazadi. Ko‘chiruvchi oqsillar fermentlarga o‘xshab tashilayotgan har bir molekula yoki ionni bog‘laydi; kanallardan farqli ravishda ular ATF energiyasi yordamida faol tashishni amalga oshirishi mumkin. «Hujayraning elektr stansiyasi» — ATF-sintaza — ATFni proton gradienti hisobiga sintezlaydigan membrana oqsilidir.

Zaxiralash (rezerv) vazifasi

Bunday oqsillarga o‘simlik urug‘lari (masalan, 7S va 11S globulinlar) va hayvonlarning tuxum hujayralarida energiya hamda modda manbai sifatida saqlanadigan zaxira oqsillari kiradi. Boshqa bir qator oqsillar organizmda aminokislotalar manbai bo‘lib xizmat qiladi. Bu aminokislotalar, o‘z navbatida, moddalar almashinuvi jarayonlarini boshqaradigan biologik faol moddalarning boshlang‘ich moddalaridir.

Retseptorlik vazifasi

Oqsil retseptorlari sitoplazmada joylashishi yoki hujayra membranasiga o‘rnashishi mumkin. Retseptor molekulasining bir qismi signalni qabul qiladi. Signal ko‘pincha kimyoviy modda, baʼzan yorug‘lik, mexanik taʼsir (masalan, cho‘zilish) yoki boshqa qo‘zg‘atuvchi bo‘ladi. Molekulaning muayyan qismiga — retseptor oqsilga — signal taʼsir qilganda uning konformatsiyasi o‘zgaradi. Natijada molekulaning boshqa hujayra komponentlariga signal yetkazadigan qismi ham o‘z tuzilishini o‘zgartiradi. Signal uzatishning bir necha mexanizmi mavjud. Ayrim retseptorlar katalizlaydi maʼlum kimyoviy reaksiyani; boshqalari signal taʼsirida ochiladigan yoki yopiladigan ion kanallari bo‘lib xizmat qiladi; uchinchilari hujayra ichidagi vositachi molekulalarni tanlab bog‘laydi. Membrana retseptorlarida signal molekulasini bog‘lovchi qism hujayra yuzasida, signalni uzatuvchi domen esa hujayra ichida joylashgan.

Harakatlantiruvchi (motor) vazifa

Ko‘plab motor oqsillar organizm harakatini, jumladan, mushaklar qisqarishini, lokomotsiyani (miozin), organizmdagi hujayralar siljishini (masalan, leykotsitlarning amyobasimon harakati), kiprikchalar va xivchinlar harakati, shuningdek, hujayra ichida faol va yo‘naltirilgan tashishni (kinezin, dinein) taʼminlaydi. Dinein va kinezinlar molekulalarni mikronaychalar bo‘ylab, gidroliz ATF jarayonidagi energiyadan foydalanib tashiydi. Dineinlar molekula va organoidlarni hujayra chetidan sentrosoma tomonga, kinezinlar esa teskari tomonga ko‘chiradi. Dineinlar, shuningdek, eukariotlarning kiprikchalari va xivchinlari harakati uchun masʼul. Miozinning sitoplazmatik shakllari molekula va organoidlarni mikrofilamentlar bo‘ylab tashishda qatnashishi mumkin.

Moddalar almashinuvida oqsillar

Ko‘pchilik mikroorganizmlar va o‘simliklar 20 ta standart aminokislotani, shuningdek, nostandart qo‘shimcha aminokislotalarni, masalan, sitrullinni sintezlay oladi. Biroq atrof-muhitda aminokislotalar mavjud bo‘lsa, hatto mikroorganizmlar ham ularni hujayraga tashib olish va o‘z biosintez yo‘llarini o‘chirish orqali energiyani tejaydi.

Hayvonlar sintezlay olmaydigan aminokislotalar almashinmaydigan aminokislotalar deyiladi. Biosintetik yo‘llardagi asosiy fermentlar, masalan, lizin, metionin va treoninning aspartatdan hosil bo‘lishining ilk bosqichini katalizlaydigan aspartatkinaza hayvonlarda yo‘q.

Hayvonlar aminokislotalarni asosan ovqat tarkibidagi oqsillardan oladi. Oqsillar ovqat hazm qilish jarayonida parchalanadi. Bu jarayon odatda oqsil kislotali muhitga tushganda denaturatsiyalanishi va gidroliz qilinishi bilan boshlanadi. Gidroliz proteazalar deb ataladigan fermentlar yordamida amalga oshadi. Hazm natijasida hosil bo‘lgan ayrim aminokislotalar organizm oqsillarini sintezlashga sarflanadi, qolganlari esa glyukozaga glyukoneogenez yoki Krebs siklida. Oqsilning energiya manbai sifatida ishlatilishi, ayniqsa, ochlik paytida muhim bo‘lib, bunda organizmning o‘z oqsillari, xususan, mushak oqsillari energiya manbai bo‘lib xizmat qiladi. Aminokislotalar oziqlanishda azotning ham muhim manbaidir.

Insonning oqsil isteʼmoli bo‘yicha yagona meʼyorlar mavjud emas. Yo‘g‘on ichak mikroflorasi oqsil meʼyorlarini belgilashda hisobga olinmaydigan aminokislotalarni sintez qiladi.

Shirin oqsillar

Shirin taʼmga ega tabiiy o‘simlik oqsillari guruhi. Ular asosan Afrika va Osiyoda o‘sadigan tropik o‘simliklarning urug‘ va mevalaridan ajratib olinadi.

Shirin oqsillar oddiy shakardan 100-3000 baravar shirinroq (saxaroza) (massa hisobida) bo‘lib, kaloriyaliligi past. Hozirgacha shirin taʼmga ega yettita oqsil aniqlangan, jumladan, taumatin I va II (Ivengar, 1979), brazzein (Ming, D., Hellekant, G., 1994), mabinlin (Hu, Z., Min, H., 1983), monellin (Inglett, G. E., May, J. F., 1969), kurkulin (Yamashita H., 1990), pentadin (Morris JA, 1972), lizotsim (Maehashi, K., Udaka, S., 1998) hamda shirin taʼmni o‘zgartiruvchi bitta oqsil — mirakulin (Theerasilp S, Kurihara, 1988). Tuxum oqidan olinadigan lizotsimdan tashqari, qolgan oqsillar tropik o‘simliklardan ajratib olinadi.

Shirin oqsillar oziq-ovqat sanoatida shakar va sunʼiy shirinlashtirgichlarga xavfsiz muqobil sifatida qo‘llanadi. Ular saxarozadan minglab marta shirinroq, shu bilan birga kam kaloriyali (yaʼni semizlikni keltirib chiqarmaydi) va insulin ishlab chiqarilishiga taʼsir qilmaydi. Bundan tashqari, shakardan farqli ravishda, shirin oqsillar tishlar va og‘iz bo‘shlig‘iga zararli taʼsir ko‘rsatmaydi.

Oqsil asosidagi shirinlashtirgichlar diabet va semizlikda tavsiya qilinadigan parhez mahsulotlarini ishlab chiqarishda qo‘llanadi.

Shirin oqsillar shirinlashtirgich va taʼmni to‘g‘rilovchi vosita sifatida AQSH, Yevropa Ittifoqi mamlakatlari, Yaponiya va Rossiyada foydalanish uchun tasdiqlangan. Ular mustaqil ravishda ham, boshqa tabiiy hamda sunʼiy shakar o‘rnini bosuvchi moddalar bilan birga ham qo‘llanadi.

O‘rganish usullari

Oqsillarning tuzilishi va vazifalari tozalangan preparatlarda in vitro sharoitida ham, tirik organizmdagi tabiiy muhitida, yaʼni in vivo sharoitida ham o‘rganiladi. Nazorat qilinadigan sharoitdagi sof oqsillar ustida tadqiqotlar ularning vazifalarini aniqlashda, jumladan, fermentlarning kinetik xususiyatlari katalitik faolligi va turli substratlarga nisbatan bog‘lanish kuchini baholashda foydalidir. Oqsillarni in vivo sharoitida, hujayralarda yoki butun organizmlarda o‘rganish ularning qayerda ishlashi va faolligi qanday boshqarilishi haqida qo‘shimcha maʼlumot beradi.

Molekulyar va hujayra biologiyasi usullari

Tadqiqot uchun Molekulyar va hujayra biologiyasi usullari odatda oqsillarning hujayrada sintezlanishi va joylashuvini o‘rganishda qo‘llanadi. Oqsil joylashuvini aniqlashning keng tarqalgan usuli hujayrada o‘rganilayotgan oqsilni «reportyor», masalan, ximer oqsil ko‘rinishida boshqa oqsil bilan birlashtirib sintezlashga asoslanadi. Bunda yashil fluoressent oqsil (GFP) reportyor sifatida ishlatilishi mumkin. Bunday oqsilning hujayradagi joylashuvini fluoressent mikroskop yordamida ko‘rish mumkin. Bundan tashqari, oqsillarni ularga xos, fluoressent belgi tashuvchi antitanalar bilan ham tasvirlash mumkin. O‘rganilayotgan oqsil bilan bir vaqtda endoplazmatik to‘r, Golji apparati, lizosoma va vakuolalar kabi organoidlarning maʼlum oqsillari tasvirlanadi. Bu o‘rganilayotgan oqsilning joylashuvini aniqroq belgilash imkonini beradi.

Immunogistokimyoviy usullar odatda yorug‘lik chiqaruvchi yoki rangli mahsulot hosil bo‘lish reaksiyasini katalizlaydigan fermentlar bilan biriktirilgan antitanalardan foydalanadi. Bu namunalardagi oqsilning joylashuvi va miqdorini taqqoslash imkonini beradi. Oqsillar joylashuvini aniqlashning kamroq qo‘llanadigan usuli — hujayra fraksiyalarini ultrasentrifugalash orqali saxaroza yoki seziy xlorid gradientida muvozanatli ajratishdir.

Klassik usullardan yana biri — immunoelektron mikroskopiya bo‘lib, u immunofluoressent mikroskopiyaga o‘xshaydi, ammo elektron mikroskop qo‘llanadi. Namuna elektron mikroskopiya uchun tayyorlanadi va unga elektron zich modda (odatda oltin) bilan bog‘langan oqsilga xos antitanalar qo‘shiladi.

Oqsilni o‘rganishda yo‘naltirilgan mutagenezdan foydalanib, tadqiqotchilar oqsilning aminokislota ketma-ketligi, fazoviy tuzilishi, hujayradagi joylashuvi va faolligining boshqarilishini o‘zgartirishi mumkin. O‘zgartirilgan tRNK bilan oqsil tarkibiga sunʼiy aminokislotalarni kiritish va yangi xossalarga ega oqsillar yaratish ham mumkin.

Biokimyoviy usullar

Tahlilni in vitro sharoitida o‘tkazish uchun oqsilni boshqa hujayra komponentlaridan tozalash lozim. Jarayon odatda hujayralarni parchalab, hujayra ekstrakti olishdan boshlanadi. So‘ng sentrifugalash va ultrasentrifugalash yordamida ekstrakt eruvchan oqsillar, membrana lipidlari va oqsillari, hujayra organoidlari hamda nuklein kislotalarni saqlaydigan fraksiyalarga ajratiladi.

Oqsillarni tuz bilan cho‘ktirish usuli oqsil aralashmalarini ajratishda qo‘llanadi, shuningdek, oqsillarni konsentrlash imkonini beradi. imkonini beradi. (Sedimentatsion tahlil (sentrifugalash) oqsillar aralashmasini alohida oqsillarning sedimentatsiya konstantasiga qarab fraksiyalash imkonini beradi. U svedberglarda (S) o‘lchanadi. Oqsillarni molekulyar massasi, zaryadi va affinligi kabi xossalariga qarab ajratish uchun turli xromatografiya usullari qo‘llanadi. Bundan tashqari, oqsillarni zaryadi bo‘yicha izolektrik fokuslash yordamida ajratish mumkin.

Oqsilni tozalash jarayonini soddalashtirish uchun ko‘pincha gen muhandisligidan foydalaniladi. Bu usul oqsilning tuzilishi yoki faolligiga taʼsir etmasdan, uni tozalash uchun qulay hosilalarini yaratish imkonini beradi. «Belgilar» sifatida qisqa aminokislota ketma-ketliklari, masalan, 6 yoki undan ortiq gistidin qoldig‘idan iborat zanjir oqsilning uchlaridan biriga biriktiriladi. «Belgilangan» oqsilni sintezlagan hujayralar ekstrakti nikel ionlari saqlovchi xromatografik kolonkadan o‘tkazilganda, gistidin nikelga bog‘lanib kolonkada qoladi, lizatning boshqa qismlari esa to‘siqsiz o‘tadi (nikel-xelat xromatografiya). Murakkab aralashmalardan muayyan oqsillarni ajratish uchun ko‘plab boshqa belgilar ishlab chiqilgan. Bunda ko‘pincha affin xromatografiya usulidan foydalaniladi.

Oqsilning molekulyar massasi va izoelektrik nuqtasi maʼlum bo‘lsa, uning tozalanganlik darajasini turli gel-elektroforez turlari yordamida baholash mumkin. Agar oqsil ferment bo‘lsa, fermentativ faolligini ham o‘lchash mumkin. Mass-spektrometriya ajratilgan oqsilni uning molekulyar massasi va bo‘laklari massasi asosida aniqlashga imkon beradi.

Namunadagi oqsil miqdorini aniqlash uchun bir necha usul ishlatiladi: biuret usuli, mikrobiuret usuli, Bredford usuli, Louri usuli, spektrofotometrik usul.

Proteomika

Hujayradagi barcha oqsillar yig‘indisi proteom deyiladi, uni o‘rganish esa proteomika deb ataladi. Bu nom genomika atamasiga o‘xshatib yaratilgan. Proteomikaning asosiy tajriba usullari quyidagilar:

2D-elektroforez — ko‘p komponentli oqsil aralashmalarini ajratish imkonini beradi;
mass-spektrometriya — yuqori unumdorlik bilan oqsillarni ularni tashkil etuvchi peptidlarning massasi orqali aniqlaydi;
oqsil mikrochiplari — hujayradagi ko‘plab oqsillar miqdorini bir vaqtda o‘lchash imkonini beradi;
achitqining ikki gibridli tizimi — oqsillar o‘rtasidagi o‘zaro taʼsirlarni tizimli o‘rganish imkonini beradi.

Hujayradagi oqsillarning barcha biologik ahamiyatli o‘zaro taʼsirlari yig‘indisi interaktom deyiladi. Barcha mumkin bo‘lgan uchlamchi tuzilishlar turlarini ifodalovchi oqsillar tuzilishini tizimli o‘rganish strukturaviy genomika.

Tuzilishni bashorat qilish va modellashtirish

Kompyuter dasturlari (in silico) yordamida fazoviy tuzilishni bashorat qilish tajribada hali tuzilishi aniqlanmagan oqsillarning modellarini yaratishga imkon beradi. Eng muvaffaqiyatli bashorat usuli — gomologik modellashtirish — modellashtirilayotgan oqsilga aminokislota ketma-ketligi jihatidan o‘xshash mavjud «andoza» tuzilishga tayanadi. Oqsil fazoviy tuzilishini bashorat qilish usullari rivojlanib borayotgan oqsil gen muhandisligi sohasida qo‘llanadi. Bu usullar bilan oqsillarning yangi uchlamchi tuzilmalari yaratilgan. Molekulalararo o‘zaro taʼsirlarni, xususan, molekulyar docking va oqsil-oqsil o‘zaro taʼsirlarini bashorat qilish.

Oqsillarning qatlanishi va molekulalararo o‘zaro taʼsirini molekulyar mexanika^[ing.] usullari, ayniqsa, molekulyar dinamika va Monte-Karlo usuli bilan modellashtirilishi mumkin. Bu usullar parallel va taqsimlangan hisoblash imkoniyatlaridan tobora ko‘proq foydalanmoqda (masalan, Folding@home loyihasi). Kichik α-spiralli oqsil domenlarining qatlanishi, masalan, villin oqsili yoki OIVning ayrim oqsillari muvaffaqiyatli in silico modellashtirilgan. Standart molekulyar dinamikani kvant mexanikasi bilan birlashtiradigan gibrid usullar yordamida ko‘rish pigmenti rodopsinning elektron holatlari o‘rganilgan.

Adabiyotlar

Alberts B., Brey D., Lyuis J. va boshqalar. Hujayraning molekulyar biologiyasi. 3 jildda. — M.: Mir, 1994. — ISBN 5-03-001986-3.
Leninjer A. Biokimyo asoslari. 3 jildda. — M.: Mir, 1985.
Strayer L. Biokimyo. 3 jildda. — M.: Mir, 1984.

Havolalar

Aminokislotalar va oqsillarning xossalari
PDB — Protein Data Bank
Rus tilidagi oqsil qatlanishi haqidagi maqolalar sharhlari
Sinergetik axborot nazariyasi nuqtayi nazaridan diskret tizimlarda tartibsizlik va tartib (Maqolada oqsillarning birlamchi tuzilishi tartibsizlik va tartib nisbati bo‘yicha miqdoriy tahlil qilinadi)
Ilmiy-ommabop «Oqsil» filmi