Oqsillarning umumiy tavsifi va biologik ahamiyati. Oqsillarning xossalari. Oqsillarni ajratib olish va tozalash

8-MAVZU: Oqsillarning tuzilishi, xossalari va almashinuvi.

REJA:

1. 
   Oqsillarning umumiy tavsifi va biologik ahamiyati.
   
2. 
   Oqsillarning xossalari.
   
3. 
   Oqsillarni ajratib olish va tozalash.
   
4. 
   Oqsillarga xos boʻlgan rangli reaksiyalar.
   
5. 
   Aminokislotalar va ularning tasnifi.
   
6. 
   Oddiy oqsillarning tavsifi.
   

Tayanch soʻz va iboralar: protein, sedimentatsiya, albumin, kaogulyatsiya, Biuret va ksantoprotein reaksiyasi, amino va karboksil guruh, Danilevskiy, peptid bogʻ, dezaminlanish.

1. Oqsillar-tirik organizmlar tarkibida uchraydigan, ancha murakkab tuzilishga ega birikmalardir. Ular hujayralarda kolloid eritmalar holida tarqalgan yuqori molekulali azotli organik moddalardir. Ularning organizm toʻqimalaridagi turi mingdan ortiq.

Oqsil moddalar organizmda oʻtadigan turli xil fiziologik funksiyalarni bajarishda faol ishtirok etadi. Muskul toʻqimalarining qiskarishi, ovqat hazm boʻlishi, oʻsishi va rivojlanish kabi jarayonlar ham oqsil tabiatli birikmalar ishtirokida oʻtadi. Masalan, organizmdagi moddalar almashinuvi jarayoni, biologik katalizatorlar, ya’ni fermentlar hamda biologik faol moddalar—gormonlar (insulin, lipokain, adrenalin) ishtirokida oʻtadi. Hayvon organizmini har xil kasalliklarga berilishdan asraydi. Bunday oqsillar antitelalar deb ataladi. Ular hujayralarning tarkibiy qismiga kirib, organizmning tayanch toʻqimasini (togʻay, suyak) hosil qiladi, irsiy belgilarni nasldan naslga koʻchirishda murakkab oqsil nukleproteidlarning roli katta.

Tirik organizmning hayotchanligi uchun zarur boʻlgan barcha fiziologik va bioximiyaviy jarayonlar oqsilli moddalar bilan chambarchas bogʻlik. Shuning uchun ham F.Engels «hayot» tushunchasini Shunday ifodalagan edi: «Hayot - oqsil moddalarning yashash usulidir, bu yashash usuli esa oʻz mohiyati bilan mazkur moddalarning kimyoviy tarkibiy qismlarini doimo oʻz-oʻzini yangilab turishdan iborat. Biz hayotni uchratadigan hamma yerda - hayot biron-bir oqsil modda bilan bogʻlik ekanligini koʻramiz». F.Engels «Tabiat dialektikasi»-asari, 1957 y.

Barcha oqsillarning tarkibi karbon, vodorod, kislo­rod va azot elementlaridan tashkil topgan boʻlib, bular oqsillarning zarur tarkibiy elementlaridir. Orga­nizmda bulardan tashqari oz miqdorda boʻlsada, oltingugurt va fosfor elementlari ham uchraydi.

Organizmda uchraydigan ayrim oqsilli moddalarning tarkibida yod, temir, mis, brom va marganets kabi mikrozlementlar ham uchrashi aniqlangan.

Barcha oqsillar tarkibida uchraydigan zarur tarkibiy elementlarning oʻrtacha foiz miqdori quyidagicha: karbon elementi 50,6-54,5% kislorod 21,5-23,5%, vodorod 6,5-7,5%, azot 15-18%, oltingugurt 0,25-0,3% ni tashkil etadi.

Turli xil oqsillarning tarkibida azot elementining oʻrtacha foiz miqdori doimo bir xil, ya’ni 16% (100:16=6,25) boʻlganligi sababli, organizm organlari va toʻqimalari tarkibidagi oqsillarning foiz miqdorini aniqlash uchun topilgan azotning umumiy miqdorini 6,25 ga koʻpaytiriladi. Oqsil tarkibidagi azotning foiz miqdori Keldal usuli bilan aniqlanadi. Odam va hayvon organlarining toʻqimalari, oʻsimliklarnikiga nisbatan oqsillar miqdori jihatidan ancha farq qiladi.

Hayvon organizmlarida oqsilli moddalarning miqdo­ri boshqa organik moddalar (uglevodlar, yogʻlar) miqdoriga nisbatan ancha koʻp. Quritilgan holatdagi odam va hayvon tanasining 40-50% i oqsilli moddalardan iborat ekanligi ma’lum.

2. Oqsilli moddalar oʻzlarining molekulyar ogʻirliklari jihatidan organizmda uchraydigan koʻpgina boshqa organik birikmalardan farq qiladi.

Hayvon va oʻsimlaklardagi oqsillar miqdori

№

Toʻqimalarning nomi

Yangi toʻqima ogʻirligiga nisbatan oqsilning % miqdori

1	Muskul toʻqiimalari	18—23
2	Jigar toʻqiimalari	18—19
3	Taloq toʻqimalari	17—18
4	Buyrak toʻqiimalari	16—17
5	Yurak toʻqiimalari	16—18
6	Oʻpka toʻqiimalari	14—15
7	Miya toʻqiimalari	7-9
8	Oʻsimliklar urugʻi	10—13
9	Poyalari	1,5—3,0
10	Barglari	1,2—3,0
11	Ildizlari	0,5—3,0
12	Mevalari	0,3—1,0

Organizmda uchraydigan turli xil oqsilli modda­larning molekulyar ogʻirliklari bir xil emas. Tekshirishlar natijasida ularning molekulyar ogʻirliklari oʻrtacha 16 000 dan 45 000 gacha va undan ham ortiq boʻlishi aniqlangan. Bu ularning yuqori molekulali moddalar ekanligidan dalolat beradi. Oldindan molekulyar ogʻirliklarni aniqlashda bir nechta (krioskopik, osmometrik) usullardan foydalanib kelingan. Keyinchalik esa T.Svedberg tomonidan sedimentatsiya usulining yaratilishi oqsillarning molekulyar ogʻirliklari haqida toʻlaroq ma’lumotlar olish imkoniyatini yaratdi. Bu usulda bir daqiqada 80-90 ming marotaba aylanish kuchiga ega boʻlgan ultrasentrifuga apparatidan foydalaniladi hamda oqsil molekulalarining markazdan qochma kuch ta’sirida choʻkish tezligi e’tiborga olinadi.

Hayvon organizmidagi oqsillar fizik holatlari boʻyicha qattiq (soch, tirnoq), suyuq (qon plazmasi, sut) va yumShoq yoki yarim suyuk (mushak va boshqa toʻqima oqsillari) boʻladi. Bularning suvdagi eruvchanli ham har xildir. Qattiq oqsillar suvda erimaydigan oqsillar jumlasiga kiritiladi.

Umuman eritmalar ularda erigan modda zarrachalarining hajmiga qarab chin va kolloid eritmalarga boʻlinadi. Chin eritmalarda erigan modda zarrachalarining hajmi nihoyatda kichik, ya’ni 1 mmk dan kichik boʻlib, kolloid eritmalarda esa 1 mmk dan 100—150 mmk ga qadar boʻladi. Bularda erigan modda zarrachalari bemalol koʻzga tashlanadigan bulutsimon, yelimsimon, ya’ni quyuq boʻladi. Bunday eritmalarning oʻzida yorugʻlik nurini oʻtkazish qobiliyati ham har xildir. Chin eritmalardan yorugʻlik nuri toʻgʻri oʻtadi, hech qanday qarShilikka uchramay- di. Kolloid eritmalarda esa nur kolloid zarrachalarga urilib, oʻz yoʻnalishini oʻzgartiradi. Bu hodisa uni tekshirgan olimning nomi bilan Tindal hodisasi deb yuritiladi.

Suyuq, yumShoq yoki yarim suyuq holatdagi oqsillar suvda juda yaxshi erib, yuqori molekulali birikmalar boʻlganligi sababli kolloid eritmalar hosil qilish xususiyatiga ega. Oqsilning kolloid eritmalari beqaror eritmalar ekanligi ham oʻziga xosdir. Ma’lumki, kolloid eritma­larda har bir kolloid zarracha oʻz atrofiga ma’lum bir miqdorda suv molekulalarini gidrotatsiyalab (biriktirib) turadi. Agarda Shu kolloid eritmalarga suvni tortib oluvchi degidrotatsiyalaydigan moddalar (spirt, atseton kabilar) ta’sir ettirilsa, kolloid zarrachalar suvsizlanib, eruvchanligipasayib, choʻkmalar hosil qila boshlaydi. Bunday choʻkmaga tushirishni tuzlar ta‘sirida choʻktirish deb ataladi.

Oqsilning turi koʻp. Shuning uchun oqsil kolloid eritmasi tarkibida ham bir necha xil oqsil boʻlishi muqaPPar. Eritmadagi Shu oqsillarni bir-biridan ajratib olish spirt yoki tuzlarning turli xil konsentratsiyali eritmalarini tayyorlab, ularni ta’sir ettirish yoʻli bilan amalga oshiriladi.

Tuzlar ta’sirida oʻtkazilgan choʻktirish jarayonida choʻktirilgan oqsillarning strukturasi chuqur oʻzgarishlarga uchramaydi. Hosil qilingan choʻkmalar tegishli erituvchi ta’sirida qaytadan eritma holatiga kelishi mumkin, Oqsillarning mikromolekulalari tuzlar ta’si­rida choʻktirilganda oʻzlarining boshlangʻich holatini saqlab qoladi va tuzlar ta’sirida chuqur oʻzgarishlarga (denaturatsiyaga) uchramaydi.

Qaytar choʻkma hosil qilish reaksiyalari koʻpincha oqsillarning suvdagi eritmalariga ishqoriy metallarning tuzlarini ta’sir ettirish natijasida amalga oshiriladi. Bunday tuzlarga quyidagilar kiradi: (NH₄)₂SO₄, NH₄Cl, Na₂SO₄, NaCl, KCl. Bu tuzlar ionlarining oqsil kolloid zarrachalariga ta’sir etish mexanizmi quyidagicha: tuzlarning oqsil mitsellasi zaryadiga qarama-qarShi zaryadli ionlari oqsilning kolloid boʻlakchasi yuzasiga adsorbsiyalanadi va misellaning zaryadini neytrallaydi, natijada oqsil kolloid boʻlakchalari elektroneytral holatga oʻtadi, bir-birini itarish kuchi kamayadi va uning barqarorligi pasayadi va choʻkmalar hosil boʻladi.

Oqsillarni bunday choʻktirishga qaytar jarayon deb qaraladi, chunki oqsillarning bu choʻkmalariga suv qoʻshilganda u erib, qaytadan kolloid eritma holatiga oʻtadi. Bu jarayonga peptizatsiya deyiladi.

Ammoniy sulfatning konsentrlangan eritmalari deyarli hamma oqsillarni eritmadan choʻktirish xususiyati­ga ega. Masalan, oqsil eritmalari ammoniy sulfat tuzi bilan yarim toʻyinganda avvalo globulinlar choʻkmaga tushadi. Toʻliq toʻyinganda esa albuminlar choʻkmaga tushadi. Hozirgi vaqtda oqsilning turli xil sun’iy yoki tabiiy (qon zardobi) eritmalarida oqsil moddalarni sof holatda choʻktirib olish maqsadida Shu usullardan juda keng foydalanilmokda. :

Ogʻir metall tuzlarining ionlari (Mis, qoʻrgʻoshin, kumush, simob va x.k.) ta’sirida oqsillarning kolloid eritmalari qaytmas koagulyatsiya holatiga, ya’ni gel holatiga oʻtadi. Bu ionlar oqsil molekulalari bilan mustahkam kompleks birikmalar hosil qiladi.. Bundan tashqari ular ta’sirida oqsillarning kolloid boʻlakcha­lari zaryadi kamayadi, oqsilning ikkinchi va uchinchii srukturalari ham chuqur oʻzgarishlarga uchraydi.

Ogʻir metall tuzlarining ta’sirida choʻkmaga tushgan oqsil oʻzlarining boshlangʻich eritmalari, ya’ni suv va tuzlarning kuchsiz eritmalarida ham erimaydi. Oqsillarning ogʻir metall tuzlari ionlarini biriktirib choʻkmaga tushish hodisasidan tibbiyot va veterinariyada mis, simob, qoʻrgʻoshin tuzlari bilan zaharlanganda ularni zararsizlantirish uchun keng qoʻllaniladi.

Konsentrlangan mineral kislotalar: (fosfor kislotasidan tashqari) oqsil eritmalarida qayta erimaydining kolloid boʻlakchalarining degidrotatsiyaga uchrashi va oqsillar bu kislotalar bilan tuzlar hosil qilishi asosida tushuntiriladi. Mineral kislotalar eritmasidan koʻproq qoʻshilganda (azot kislotasidan tashqari) choʻkmaga tushgan oqsillarni eritib yuborish xususiyatiga ega.

Koʻpgina oqsil eritmalari qizdirilganda, ular koagulyatsiyaga uchrab, gel holatga oʻtadi. Har xil oqsillarning koagulyatsiyaga uchrashi harorati ham bir xil emas. Ayrim oqsillar 50-55° da koagulyatsiyaga uchraydi, ayrimlari esa yuqori haroratda koʻp vaqt davomida qaynatilganda ham koagulyatsiyaga uchramaydi.

Oqsillarning harorat ta’sirida koagulyatsiyalanish mexanizmi harorat ta’sirida oqsil molekulasi 3 va 4-strukturasining oʻzgarishi bilan bogʻliqdir. Yuqori harorat ta’sirida oqsil molekulasining ikkilamchi va uchlamchi strukturalarida chuqur va qaytmas oʻzgarishlar yuz beradi.

Harorat koʻtarilishi bilan oqsillarning denaturatsiyalanish tezligi ham ortib boradi. Chunki harorat ta’sirida oqsil eritmasida boʻladigan koagulyatsiyaning tezligi eritma tarkibidagi tuzlarning ionlari va muhitning pH ga ham bogʻliq.

3. Organizmdagi biologik suyuqliklar tarkibidagi oqsillarning tuzilishini oʻrganish birinchi navbatda ularni Shu suyuqliklar tarkibidan toza holda ajratib olishdan boshlanadi. Lekin bu jarayon uncha oson emas. Buning sababi Shuki, birinchidan, ular turgʻun emas, ya’ni turli xil moddalar (kislota, ishqor va boshqa koʻpgina reaktivlar) ta’sirida ularning eruvchanlik xususiyati oʻzgaradi, ikkinchidan ular, lipid, uglevodlar, nuklein kislotalar bilan kompleks birikmalar holatida tarqalgan.

Oqsillarni ajratish va tozalash jarayonlarida quyidagilarga e’tibor qilinishi Shart:

a) jarayonlarning barcha bosqichida harorat mumkin qadar past darajada saqlanishi, koʻpincha erituvchi muzlash darajasida boʻlishi e’tiborga olinadi. Bu jarayonni maxsus sovuqxonalarda oʻtkazish tavsiya etiladi.

b) eritmaning muhit darajasi (pH) ga katta e’tibor bilan qaraladi. Oqsillarning eruvchanligi eritmaning pH ga qarab kuchli darajada oʻzgaradi.

v) eritmada oqsil konsentratsiyasi ancha baland saqlanishi kerak, chunki suyultirish koʻpincha denaturatsiya jarayoniga yordam beradi.

Bunda koʻpincha quyidagi usullardan keng foydalaniladi.

1. Tuzlar ta’sirida choʻktirish.

Oqsillarning eruvchanligi tuzlarning kuchli (konsentrik) eritmalarida turlichadir. Ularning bu xususiyatidan turli xil oqsil fraksiyalarini bir-biridan ajratishda keng foydalaniladi. Ozroq tuz ta’sir ettirish yoʻli bilan eritma tarkibidagi har xil toza boʻlmagan oqsillar aralashmasi choʻktirilib, sentrifugalab ajratib olinadi, Konsentratsiyasini bir oz balandroq qilib ikkinchi marotaba tuz eritmasi qoʻshilgan­da toza holatdagi kerakli oqsillar ozroq choʻktirib olinadi. Xuddi Shunday tuz konsentratsiyasini har safar bir oz oshirib, tegishli oqsil fraksiyalarini navbat bilan choʻktirib ajratib olinadi. Bu koʻpincha DEAE-sellyuloza. KM- sellyuloza (karboksimetil sellyuloza) yordamida amalga oshiriladi. Oqsillarni suvli eritmalarda choʻktirish koʻpincha nordon tuzlar ta’sirida amalga oshiriladi.

2. Izozlektrik nuqtaga asoslanib choʻktirish. Izozlektrik nuqtada oqsilning eruvchanligi minimal holatda boʻladi. Shuning uchun tekshirilayotgan aralashma muhitining kattaligini ajratilishi kerak boʻlgan oqsil­ning izozlektrik nuqtasiga yaqin keltiriladi, Bu vaqtda tegishli oqsil choʻkmaga tushadi.

3. Organik erituvchilar (atseton, metanol, etanol va boshqalar) ta’sirida choʻktirish. Oqsil moddalarni choʻktirishda organik erituvchilar suvni tortib oluvchi omillar sifatida ta’sir koʻrsatadi. Bu usulda ham biologik suyuqlik tarkibidagi turli xil oqsil fraksiyalarini navbat bilan choʻktirib olish uchun tuzlar ta’sirida choʻktirish usulida ishlatilgani singari siirtning har xil foizli eritmalari tayyorlanyb, ular navbat bilan ta’sir ettiriladi va har safar chuqayotgan oqsil fraksiyasi ajratib olinadi. Oqsil denaturatsiyaga yoʻliqmasligi uchun jarayon past haroratda (-10-15°C ga yaqin) oʻtkaziladi.

4. Adsorbsiyalab tozalash.

Oqsillarni ajratish va tozalashda ularni kolloid zarrachalar yuzasida adsorbsiya qilish usulidan ham foydalaniladi. Adsorbent sifatida maxsus tayyorlangan kalsiy fosfat geli, alyuminiy oksidli gel ishlatiladi. Bunda ustun (kolonka) adsorbent bilan toʻlatilib, oqsil eritmasi ustun orqali turli pH li eritmalar yordamida oʻtkazilib, qismlab bir qancha probirkalarga toʻplanadi va Shu eritmalardagi oqsilning miqdori tekshirib koʻriladi.

5. Ion almashinuvchi xromatografiya usuli bilan ajratish.

Oqsillarni ham xuddi aminokislotalar singari maxsus ion almashinuvchi smolalar bilan toʻlatilgan ustunlarda fraksiyalab ajratib olinadi. Ion almashi­nuvchi smola sifatida koʻpincha DEAE — sellyulozadan keng foydalaniladi. Kolonkaga solingan oqsil eritmasini fraksiyalab ajratish kolonka orqali ion kuchi yoki pH darajasi ortib boradigan bufer sistemalarini oʻtkazish yuli bilan amalga oshiriladi. Shunday kolonkalar yordamida oqsil fraksiyalarini ham ajratish nihoyatda qulay.

6. Molekulyar filtrlash usulidan foydalanib, oqsillarni molekulyar ogʻirliklariga qarab bir-biridan ajratish. Bunda ustun zarrachalari ma’lum oʻlchamli polimerlar (sefadeks, biogel) bilan toʻlatilib, undan tegishli oqsil eritmalari oʻtkaziladi.

7. Oqsillarni elektroforez usuli yordamida ajratish va ularning tozaligini, ya’ni bir xil tarkibli ekanligini aniqlash.

Elektr zaryadiga ega boʻlgan moddalarning elektr maydonida anod yoki katod tomoniga siljishi elektrofo­rez deyiladi. Koʻp yillardan buyon Tizelius, Viland va Fisher taklif etgan qogʻozdagi elektroforez usulidan keng foydalanib kelinmoqda. Bu usulda oqsillarni tekshirish uchun tegishli bufer bilan hoʻllangan lenta Shaklidagi filtr qogʻozi oʻrtasiga chiziq holida bir necha tomchi oqsil eritmasi tomizilib, qogʻozning uchlari elektrodlar oʻrnatilgan bufer eritmaga botirib quyiladi. Elektrodlar orqali doimiy elektr toki oʻtkazilganda, qogʻozga tomizilgan oqsillar zaryadning miqdori va belgisiga qarab anod yoki katod tomonga bir necha santimetr siljiydi. Qogʻozda ajralgan har bir oqsil fraksiyasining yurgan yoʻlini aniqlash uchun qogʻoz lenta quritilib, biror xil buyoq koʻpincha amid qorasi bilan boʻyaladi. Bunda oqsillar alohidda chiziqlar Shaklida koʻrinadi. Bu usul bilan oqsil aralashmasida nechta komponent borligini hamda bir-biridan ajralgan oqsil (fraksiyalarini qogʻozdan ekstraktsiya qilib, kolorimetrik yoʻl bilan ularning miqdorini ham aniqlash mumkin Keyingi yillarda oqsil fraksiyalarini ajratish va ularning tozaligini aniqlashda, kraxmal yoki poliakrilamil (PAAG) gellari yordamida oʻtkaziladigan disk-elektroforez usullaridan ham juda keng foydalanilmoqda.

8. Oqsillarni kristallash va qayta kristallash usuli yordamida tozalash.

Oqsillar kristallanish qobiliyatiga qarab bir-biridan farq qladi. Shuning uchun ham ularning Shu xususiyatidan foydalanib ajratish mumkin. Har bir oqsilning xususiyatiga qarab tegishli Sharoit (pH, ion kuchi, harorat, oqsil konsentratsiyasi va) tanlab olinadi.

GIDROLIZ - bu oqsillarning kuchli kislotalar, ishqorlar va fermentlar ta’sirida gidrolitik parchalanish jarayonidir. Uning uch turi ma’lum:

a) Kislotali gidroliz- bunda oqsil bilan HCl kislotasining ta’sirida kavsharlangan Shisha idishlarga solinib, 100-110°C da 12-96 soat davomida qaynatiladi. Bu vaqtda oqsil aminokislotalarga qadar parchalanadi. Lekin bu jarayonda triptofan toʻliq, serin va tirozin aminokislotalari ozroq parchalanadi. Gidrolizning bu turi juda keng qoʻllanilmoqda.

b) Ishqoriy gidroliz. Bu oqsilni va 2-4 n natriy ishqori eritmasini 6-8 soat davomida qaynatish yoʻli bilan amalga oshiriladi. Bu usuldan koʻpincha triptofan aminokislotasini aniqlash jarayonida foydalaniladi.

v) Fermentativ gidroliz - juda qiyinlik bilan amalga oshadi. Bu usul bilan oqsillarni toʻliq parchalab boʻlmaydi. Shuning uchun bu usuldan oqsillarni qisman parchalab, ularning birlamchi strukturasini aniqlashda foydalaniladi.

Oqsilning eritmasida muhit pH ning ma’lum kattaligida oqsil zarrachalari elektr maydonida na anodga va na katodga qarab harakatlanadi, chunki oqsil molekulasi elektr zaryadining yigʻindisi nolga teng boʻladi. Shu Sharoitdagi muhitning pH kattaligiga oqsillarning izozlektrik nuqtasi deyiladi.

4. OQSILLARGA XOS BOʻLGAN RANGLI REAKSIYALAR

Oqsillar ayrim moddalar bilan kimyoviy reaksiyalarga kirishib turli xil rangli reaksiyalarni berish xususiyatiga ega.