Белоктун үчүнчү даражалуу түзүлүшү – бул полипептиддик чынжырдын үч өлчөмдүү мейкиндикте бүктөлгөн жолу. Бул конформация бири-биринен алыс болгон аминокислота радикалдарынын ортосундагы химиялык байланыштардын пайда болушунан келип чыгат. Бул процесс клетканын молекулярдык механизмдеринин катышуусу менен ишке ашат жана белоктордун функционалдык активдүүлүгүн берүүдө зор роль ойнойт.
Үчүнчү структуранын өзгөчөлүктөрү
Химиялык өз ара аракеттенүүнүн төмөнкү түрлөрү белоктордун үчүнчү структурасына мүнөздүү:
- иондук;
- водород;
- гидрофобдук;
- ван дер Ваальс;
- дисульфид.
Бул байланыштардын баары (коваленттик дисульфидден башкасы) өтө алсыз, бирок алардын көлөмүнөн улам молекуланын мейкиндик формасын турукташтырат.
Чындыгында полипептиддик чынжырлардын бүктөлүшүнүн үчүнчү деңгээли экинчилик структуранын ар кандай элементтеринин (α-спиральдар; β-бүрөмдүү катмарлар жанациклдер), алар каптал аминокислота радикалдарынын ортосундагы химиялык өз ара аракеттешүүлөрдүн натыйжасында мейкиндикте багытталган. Белоктун үчүнчү даражадагы түзүлүшүн схемалык түрдө көрсөтүү үчүн α-спиралдары цилиндрлер же спираль сызыктар, бүктөлгөн катмарлары жебелер жана илмектер жөнөкөй сызыктар менен көрсөтүлөт.
Үчүнчү конформациянын табияты чынжырдагы аминокислоталардын ырааттуулугу менен аныкталат, ошондуктан бирдей шарттарда биринчилик структурасы бирдей болгон эки молекула мейкиндик таңгактарынын бирдей вариантына туура келет. Бул конформация протеиндин функционалдык активдүүлүгүн камсыздайт жана нукура деп аталат.
Белок молекуласынын бүктөлүшү учурунда активдүү борбордун компоненттери бири-бирине жакындашат, алар биринчилик түзүлүштө бири-биринен олуттуу түрдө ажыратылышы мүмкүн.
Бир тилкелүү белоктор үчүн үчүнчү даражадагы түзүлүш акыркы функционалдуу форма болуп саналат. Татаал көп суб-бирдик белоктор бири-бирине карата бир нече чынжырлардын тизилишин мүнөздөгөн төртүнчү түзүлүштү түзөт.
Белоктун үчүнчү структурасындагы химиялык байланыштардын мүнөздөмөсү
Көбүнчө полипептиддик чынжырдын бүктөлүшү гидрофилдик жана гидрофобдук радикалдардын катышына байланыштуу. Биринчилери суутек (суунун составдык элементи) менен өз ара аракеттенишет, ошондуктан жер бетинде болушат, ал эми гидрофобдук аймактар, тескерисинче, молекуланын борборуна шашышат. Бул конформация энергетикалык жактан эң жагымдуу. ATнатыйжада гидрофобдук өзөгү бар шар.
Молекуланын борборуна кирген гидрофилдик радикалдар бири-бири менен иондук же суутек байланыштарын түзүшөт. Иондук байланыштар карама-каршы заряддалган аминокислота радикалдарынын ортосунда пайда болушу мүмкүн, алар:
- аргининдин, лизиндин же гистидиндин катиондук топтору (оң заряды бар);
- Глутамин жана аспарагин кислотасынын радикалдарынын карбоксил топтору (терс заряды бар).
Суутек байланыштары зарядсыз (OH, SH, CONH2) жана заряддуу гидрофилдик топтордун өз ара аракеттешүүсүнөн пайда болот. Коваленттик байланыштар (үчүнчү даражадагы эң күчтүү) цистеин калдыктарынын SH топторунун ортосунда пайда болуп, дисульфиддик көпүрөлөр деп аталгандарды түзүшөт. Эреже катары, бул топтор бири-биринен сызыктуу чынжырчада жайгашып, бири-бирине үйүү процессинде гана жакындашат. Дисульфиддик байланыштар көпчүлүк клетка ичиндеги белокторго мүнөздүү эмес.
Конформациялык лабилдүүлүк
Белоктун үчүнчү даражалуу түзүлүшүн түзгөн байланыштар өтө алсыз болгондуктан, аминокислота чынжырындагы атомдордун броун кыймылы алардын үзүлүп, жаңы жерлерде пайда болушуна себеп болушу мүмкүн. Бул молекуланын айрым бөлүмдөрүнүн мейкиндик формасынын бир аз өзгөрүшүнө алып келет, бирок белоктун нативдүү конформациясын бузбайт. Бул кубулуш конформациялык лабилдүүлүк деп аталат. Акыркысы клеткалык процесстердин физиологиясында чоң роль ойнойт.
Белоктун конформациясына анын башкалар менен болгон өз ара аракети таасир этетмолекулалар же чөйрөнүн физикалык жана химиялык параметрлеринин өзгөрүшү.
Белоктун үчүнчү структурасы кантип пайда болот
Бүктөлүү процесси бүктөлүү деп аталат. Бул кубулуш молекуланын эркин энергиянын минималдуу мааниси бар конформацияны кабыл алуу каалоосуна негизделген.
Эч бир белок үчүнчү даражадагы түзүлүштү аныктай турган ортомчу инструкторлорго муктаж эмес. Төшөө үлгүсү алгач аминокислоталардын ырааттуулугунда "жазылган".
Бирок, нормалдуу шарттарда, чоң бир белок молекуласынын баштапкы түзүлүшкө туура келген нукура конформацияны кабыл алышы үчүн триллион жылдан ашык убакыт талап кылынат. Анткен менен жандуу клеткада бул процесс бир нече ондогон мүнөткө созулат. Убакыттын мындай олуттуу кыскарышы адистештирилген жардамчы белоктордун - бүктөлмөлөрдүн жана шаперондордун бүктөлүшүнө катышуу менен камсыз кылынат.
Кичинекей белок молекулаларынын бүктөлүшү (бир чынжырдагы 100 аминокислотага чейин) өтө тез жана ортомчулардын катышуусуз ишке ашат, муну in vitro эксперименттери көрсөткөн.
Бүктөө факторлору
Бүктөөдө катышкан көмөкчү белоктор эки топко бөлүнөт:
- foldases - каталитикалык активдүүлүккө ээ, субстраттын концентрациясынан кыйла төмөн өлчөмдө талап кылынат (башка ферменттер сыяктуу);
- шаперондор - бүктөлгөн субстраттын көлөмүнө окшош концентрацияда талап кылынган ар түрдүү механизмдери бар белоктор.
Факторлордун эки түрү тең бүктөлүүгө катышат, бирок ага кирбейтакыркы продукт.
Бүктөлөө тобу 2 фермент менен көрсөтүлгөн:
- Протеин дисульфид изомеразасы (PDI) - көп сандагы цистеин калдыктары менен белоктордо дисульфиддик байланыштардын туура түзүлүшүн көзөмөлдөйт. Бул функция абдан маанилүү, анткени коваленттик өз ара аракеттешүү абдан күчтүү жана туура эмес байланыштар болгон учурда белок өзүн кайра иретке келтирип, нукура конформацияга ээ боло албайт.
- Пептидил-пролил-цис-транс-изомераза - пролиндин капталдарында жайгашкан радикалдардын конфигурациясынын өзгөрүшүн камсыз кылат, бул бул аймактагы полипептиддик чынжырдын ийилишинин мүнөзүн өзгөртөт.
Ошентип, бүктөлмөлөр белок молекуласынын үчүнчү конформациясынын пайда болушунда коррекциялоочу роль ойнойт.
Каперондор
Шаперондор башкача түрдө жылуулук шок же стресс белоктору деп аталат. Бул клеткага терс таасирин тийгизгенде (температура, радиация, оор металлдар ж.б.) алардын секрециясынын олуттуу көбөйүшүнө байланыштуу.
Шаперондор үч белок үй-бүлөсүнө таандык: hsp60, hsp70 жана hsp90. Бул белоктор көптөгөн функцияларды аткарат, анын ичинде:
- Белокторду денатурациядан коргоо;
- жаңы синтезделген белоктордун бири-бири менен өз ара аракеттенүүсүн жокко чыгаруу;
- радикалдардын ортосунда туура эмес алсыз байланыштардын пайда болушун жана алардын лабиализациясын алдын алуу (түзөтүү).
Ошентип, шаперондор көптөгөн варианттарды кокус санап салбастан жана али бышып жетилип бүтө элек конформацияны тез арада алууга көмөктөшөт.белок молекулалары бири-бири менен керексиз өз ара аракеттенүүдөн. Мындан тышкары, кароолчулар төмөнкүлөрдү камсыз кылат:
- белокторду ташуунун кээ бир түрлөрү;
- кайра бүктөлүүчү башкаруу (жоголгондон кийин үчүнчү даражадагы структураны калыбына келтирүү);
- бүтүлбөгөн бүктөлмө абалын сактоо (айрым белоктор үчүн).
Акыркы учурда шаперон молекуласы бүктөлүү процессинин аягында белок менен байланышта болот.
Денатурация
Белоктун үчүнчү даражадагы түзүлүшүнүн кандайдыр бир факторлордун таасири астында бузулушу денатурация деп аталат. Негизги конформациянын жоголушу молекуланы турукташтыруучу көп сандагы алсыз байланыштар үзүлгөндө пайда болот. Бул учурда белок өзүнүн өзгөчө функциясын жоготот, бирок өзүнүн биринчи структурасын сактап калат (денатурация учурунда пептиддик байланыштар бузулбайт).
Денатурация учурунда белок молекуласында мейкиндикте көбөйүп, жер бетине кайрадан гидрофобдук аймактар чыгат. Полипептиддик чынжыр туш келди катушканын конформациясына ээ болот, анын формасы белоктун үчүнчү структурасынын кайсы байланыштары үзүлгөнүнө жараша болот. Бул формада молекула протеолиттик ферменттердин таасирине көбүрөөк кабылат.
Үчүнчү структураны бузган факторлор
Денатурацияга алып келиши мүмкүн болгон бир катар физикалык жана химиялык таасирлер бар. Аларга төмөнкүлөр кирет:
- температура 50 градустан жогору;
- радиация;
- чөйрөнүн рНын өзгөртүү;
- оор металл туздары;
- кээ бир органикалык кошулмалар;
- жуучу каражаттар.
Денатурациялоочу эффект аяктагандан кийин белок үчүнчү даражадагы түзүлүштү калыбына келтире алат. Бул процесс ренатурация же рефлекция деп аталат. In vitro шартында бул кичинекей белок үчүн гана мүмкүн. Тирүү клеткада кайра бүктөө шаперондор тарабынан камсыз кылынат.
