Ва ўрта махсус таълим вазирлиги

Расм 2.1.2. Инсулин оқсилининг бирламчи структура тузилиши.

Полипептид молекула занжирининг турли хил хусусиятлари ундаги пептид боғ хоссаларига боғлиқ эканлиги аниқланган. Оқсил молекуласида пептид боғининг ўлчамлари Л.Полинг ва К.Кори томонидан ўрганилган.

Пептид боғи бир аминокислотанинг карбоксил гуруҳи (-СООН) ва иккинчи аминокислотанинг амино гуруҳи (-NН₂) иштирокида ҳосил бўлиб, унинг ўзига хослиги шундан иборатки, карбоксил гуруҳдаги углерод атоми ва аминогруппадаги азот атоми орасидаги боғланишда қисман қўшбоғ бўлади ва шу сабабли пептид боғда фазовий айланиш содир бўлмайди. Бошқа боғлар эса фазода букилиб, айланиш бурчаги билан ифодаланади. Оқсил молекуласининг асосий физик-кимёвий хоссалари бирламчи структураси билан аниқланади. Полипептид занжирида аминокислоталар навбат билан жойлашиш тартибининг ўзи оқсил молекуласининг фазодаги конфигурациясини, занжир шаклини, унинг айрим қисмларининг ўзаро ва бошқа молекулалар билан муносабатини белгилайди. Бу эса оқсилларнинг физик-кимёвий ва биологик хоссаларини белгилайди.

Расм 2.1.3. Оқсилларнинг бирламчи (а) ва иккиламчи структура тузилиши (б).

Л.Полинг ва Р.Б.Корининг классик ишларида полипептид занжирнинг тузилиши принциплари қуйидагича таърифланган:

1. Ҳамма пептид гуруҳларнинг боғлар узунлиги ва валент бурчаклари бир хил;
2. Полипептид занжири водород боғлари билан максимал тўйинган бўлиши керак;
3. Полипептид занжирининг конформацияси ҳолатлари эквивалентдир.
Полипептид занжири α - спирал ва β - спирал ёки конформация ҳолатида бўлади. Аниқланишича, α - спиралнинг бир айланмаси узунлиги 0,54 нм га тенг бўлиб, 3,6 аминокислота қолдиғига тўғри келади. Айланмалар спирал ичидаги водород боғлари билан боғланади (расм 2.1.3). - конформация қатланган тузилишга эга бўлиб, параллел занжирлардан ташкил топган бўлади.
Оқсилларнинг иккиламчи структураси бирламчи тузилишнинг водород боғлари ёрдамида букилиши, эгилиши ва спиралланиши натижасида ҳосил бўлади.
Водород боғланиш тушунчасини биринчи марта 1920 йилда Латимер ва Родебуш томонидан ассоцияланувчи моддаларнинг, масалан сув молекуласининг хусусиятларини ўрганишда киритдилар. Молекуладаги водород атоми - О - Н, = N – H, - SН, - СН каби гуруҳлар билан боғланса, - ОN, - F, - Cl билан эса махсус боғланиш ҳосил қилади.
Водород боғлари маълумки оқсил полипептид занжирининг иккиламчи структурасининг ҳосил бўлишини таъминлайди.
Водород боғланиш бир молекуланинг водород атоми ва иккинчи молекуланинг О, F, N каби электроманфийлик қиймати юқори бўлган атомлари ўртасида вужудга келади. Водород боғланиш вужудга келишида атомлар радиуси оралиғидаги масофа Ван-дер-ваальс кучлари ҳосил қилган ҳолатга нисбатан анча паст қийматга эга бўлиб, ўртача 0,02 – 0, 05 нм ни ташкил қилади. Масалан, О…О атомлари ўртасида ҳосил бўлувчи Ван-дер-ваальс кучлари ҳосил бўлишида атомлар ўртасидаги масофа 0,28 нм ни ташкил этса, қуйидаги - О – Н … О – атомлар ўртасида вужудга келувчи водород боғланиш радиуси 0,27- 0,25 нм ни ташкил қилади.
Қуйидаги формулада чумоли кислота молекулалари ўртасида вужудга келувчи водород боғланиш схемаси келтирилган:

Бу ерда, О–Н гидроксил боғланиш радиуси 0,1 нм, водород боғлар радиуси эса 0,167 нм ни ташкил этади. Чумоли кислотанинг ушбу кўринишда димеризацияланиши иссиқлик энергияси 59,22 кЖ / моль ни ташкил қилади. Бундан кўриниб турибдики, битта водород боғланишнинг ҳосил бўлиш энергияси 29,61 кЖ/моль ни ташкил қилади. Умумий ҳолатда эса водород боғланиш ҳосил бўлиш энергияси 12,6 – 33, 6 кЖ / моль энергия қийматига эга.
Иккиламчи структура макромолекуланинг нафақат фазовий тузилишини, шу билан бирга физик ва физик-кимёвий хусусиятларини ҳам белгилайди. Водород боғлар натижасида макромолекула спирал шаклига келади ва спирал ўнг ва чап томонга ўралган бўлиши мумкин. Бундан ташқари, молекулалараро водород боғланиш тегишли суюқликларнинг ассосиациясини, эрувчанлигини белгилайди.
Оқсилларнинг учламчи структураси гидрофоб, дисульфид, ионли, водородли боғланишлар ва электростатик ҳамда гидроскопик таъсирлар туфайли макромолекула занжирининг йиғилиши оқибатида ҳосил бўлади. Натижада глобуляр ёки фибрилляр структура ҳосил бўлади (расм 2.1.3).
Ўзаро ўхшаш ва ўхшаш бўлмаган икки ва ундан ортиқ суббирликлардан, доменлардан ёки полипептидлардан ташкил топган юқори даражадаги структура оқсилларнинг тўртламчи структураси дейилади.
Макромолекулаларнинг юқорида кўриб ўтилган структуралар конформациясига атроф муҳитнинг ўзгариши, яъни ҳарорат, муҳитнинг рН кўрсаткичи, турли хил ионлар, айниқса оғир металл тузлари ионлари, органик моддалар ва зарядга эга гуруҳлар кучли таъсир кўрсатади. Натижада макромолекула денатурацияланиб, бошқа конформация ҳолатига ўтади ва ўзининг физик ва физик-кимёвий хоссаларини йўқотади. Бу жараёнда дастлаб оқсил макромолекуласининг тўртламчи тузилиш структураси бузилади, кейин эса навбат билан учламчи ва иккиламчи тузилиш структуралари тартиби бузилади. Бироқ денатурация жараёнида оқсил макромолекуласининг бирламчи тузилиши, яъни аминокислоталарнинг макромолекулада тартиб билан жойлашиш изчиллиги кўп ҳолларда сақланиб қолади. Агар денатурация таъсирида оқсилнинг бирламчи тузилиш структураси ҳам бузилса, унда оқсил молекуласи ренатурация хусусиятини йўқотади. Оқсил молекуласини денатурацияга олиб келувчи таъсир олиб ташланса, у ҳолда ренатурация ҳодисаси кузатилади. Ренатурация оқсил молекуласи структурасининг қайта тикланиши ҳисобланади.
Оқсиллар тузилишининг классификацияси бўйича водород боғлари билан тўйинган α-спирал ва -структураларнинг мунтазам қисмлари оқсилларнинг иккиламчи структура деб аталади. Полипептид занжирининг конформациялари фазода қай шаклда жойлашиши, унинг қандай ўралганлиги оқсилнинг учламчи структурасини ифодалайди (расм 2.1.4. ва расм 2.1.5.).
Оқсиллар фазовий тузилишининг ўзига хослиги шундан иборатки, полипептид занжири аниқ бир тузилишда бўлиб, биологик функцияларни бажариш учун муҳим бўлган динамик хусусиятларга эга бўлади. Оқсилларнинг бирламчи, иккиламчи ва учламчи тузилишларининг конформацион ўзгариши натижасида уларнинг функциялари ўзгаради.