Oqsilning uchinchi darajali tuzilishi polipeptid zanjirining uch oʻlchamli fazoda buklanish usulidir. Ushbu konformatsiya bir-biridan uzoqda joylashgan aminokislotalar radikallari o'rtasida kimyoviy bog'lanishlar hosil bo'lishi tufayli yuzaga keladi. Bu jarayon hujayraning molekulyar mexanizmlari ishtirokida amalga oshiriladi va oqsillarga funksional faollikni berishda katta rol o'ynaydi.
Uchinchi darajali tuzilmaning xususiyatlari
Kimyoviy oʻzaro taʼsirlarning quyidagi turlari oqsillarning uchinchi darajali tuzilishiga xosdir:
- ionik;
- vodorod;
- hidrofobik;
- van der Vaals;
- disulfid.
Bu aloqalarning barchasi (kovalent disulfiddan tashqari) juda zaif, ammo miqdori tufayli molekulaning fazoviy shaklini barqarorlashtiradi.
Aslida, polipeptid zanjirlarining buklanishining uchinchi darajasi ikkilamchi strukturaning turli elementlari (a-spirallar; b-plassik qatlamlar vayon aminokislota radikallari orasidagi kimyoviy o'zaro ta'sir tufayli kosmosda yo'n altirilgan ilmoqlar). Oqsilning uchinchi darajali tuzilishini sxematik ko'rsatish uchun a-spirallar silindrlar yoki spiral chiziqlar bilan, katlamlar strelkalar bilan va halqalar oddiy chiziqlar bilan ko'rsatilgan.
Uchinchi darajali konformatsiyaning tabiati zanjirdagi aminokislotalarning ketma-ketligi bilan belgilanadi, shuning uchun teng sharoitlarda bir xil asosiy tuzilishga ega bo'lgan ikkita molekula fazoviy o'rashning bir xil variantiga mos keladi. Bu konformatsiya oqsilning funksional faolligini ta'minlaydi va mahalliy deb ataladi.
Oqsil molekulasining katlanishi jarayonida faol markazning tarkibiy qismlari bir-biriga yaqinlashadi, birlamchi tuzilishda ularni bir-biridan sezilarli darajada ajratib olish mumkin.
Bir zanjirli oqsillar uchun uchinchi darajali struktura oxirgi funksional shakl hisoblanadi. Murakkab ko'p bo'linmali oqsillar bir nechta zanjirlarning bir-biriga nisbatan joylashishini tavsiflovchi to'rtlamchi tuzilishni hosil qiladi.
Oqsilning uchinchi darajali tuzilishidagi kimyoviy bogʻlanishlarning xarakteristikasi
Ko'p darajada polipeptid zanjirining burmalanishi hidrofil va hidrofobik radikallarning nisbati bilan bog'liq. Birinchisi vodorod (suvning tarkibiy elementi) bilan ta'sir o'tkazishga moyildir va shuning uchun sirtda bo'ladi, hidrofobik hududlar esa, aksincha, molekula markaziga shoshiladi. Bu konformatsiya energiya jihatidan eng qulay hisoblanadi. DAnatijada gidrofobik yadroli globul paydo bo'ladi.
Hidrofil radikallar, shunga qaramay molekula markaziga tushib, ion yoki vodorod aloqalarini hosil qilish uchun bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladi. Qarama-qarshi zaryadlangan aminokislota radikallari o'rtasida ionli bog'lanish paydo bo'lishi mumkin, ular:
- arginin, lizin yoki histidinning kationik guruhlari (musbat zaryadga ega);
- Glutamik va aspartik kislota radikallarining karboksil guruhlari (manfiy zaryadga ega).
Vodorod bogʻlari zaryadsiz (OH, SH, CONH2) va zaryadlangan gidrofil guruhlarning oʻzaro taʼsiridan hosil boʻladi. Kovalent bog'lanishlar (uchlamchi konformatsiyada eng kuchli) sistein qoldiqlarining SH guruhlari o'rtasida paydo bo'lib, disulfid ko'priklari deb ataladi. Odatda, bu guruhlar chiziqli zanjirda bir-biridan ajralib turadi va faqat stacking jarayonida bir-biriga yaqinlashadi. Disulfid aloqalari ko'pchilik hujayra ichidagi oqsillarga xos emas.
Konformatsiya labilligi
Oqsilning uchinchi darajali tuzilishini tashkil etuvchi bogʻlar juda zaif boʻlgani uchun aminokislotalar zanjiridagi atomlarning Broun harakati ularning uzilishi va yangi joylarda paydo boʻlishiga olib kelishi mumkin. Bu molekulaning alohida bo'limlarining fazoviy shaklining ozgina o'zgarishiga olib keladi, lekin oqsilning tabiiy konformatsiyasini buzmaydi. Bu hodisa konformatsion labillik deb ataladi. Ikkinchisi hujayra jarayonlari fiziologiyasida katta rol o'ynaydi.
Oqsillar tuzilishiga uning boshqalar bilan oʻzaro taʼsiri taʼsir qiladimolekulalar yoki muhitning fizik va kimyoviy parametrlaridagi o'zgarishlar.
Oqsilning uchinchi darajali tuzilishi qanday shakllanadi
Oqsilni oʻzining asl holiga keltirish jarayoni buklanish deb ataladi. Bu hodisa molekulaning erkin energiyaning minimal qiymatiga ega boʻlgan konformatsiyani qabul qilish istagiga asoslanadi.
Hech bir protein uchinchi darajali tuzilmani aniqlaydigan vositachi instruktorlarga muhtoj emas. Qo'yish tartibi dastlab aminokislotalar ketma-ketligida "yoziladi".
Ammo oddiy sharoitda katta oqsil molekulasi birlamchi tuzilishga mos keladigan tabiiy konformatsiyani qabul qilishi uchun trillion yildan koʻproq vaqt kerak boʻladi. Shunga qaramay, tirik hujayrada bu jarayon bir necha o'n daqiqa davom etadi. Vaqtning bunday sezilarli qisqarishi ixtisoslashgan yordamchi oqsillar - katlamalar va chaperonlar katlamlashda ishtirok etish orqali ta'minlanadi.
Kichik oqsil molekulalarining (zanjirda 100 tagacha aminokislota) katlanishi juda tez va vositachilar ishtirokisiz sodir boʻladi, buni in vitro tajribalari koʻrsatdi.
Qatlama omillar
Buklanishda ishtirok etuvchi yordamchi oqsillar ikki guruhga bo'linadi:
- foldazalar - katalitik faollikka ega, substrat konsentratsiyasidan sezilarli darajada pastroq miqdorda talab qilinadi (boshqa fermentlar kabi);
- chaperonlar - turli ta'sir mexanizmlariga ega bo'lgan oqsillar, buklangan substrat miqdori bilan taqqoslanadigan konsentratsiyada zarur.
Ikkala turdagi omillar buklanishda ishtirok etadi, lekin ular tarkibiga kirmaydiyakuniy mahsulot.
Buklamlar guruhi 2 ta ferment bilan ifodalanadi:
- Protein disulfid izomeraza (PDI) - ko'p miqdordagi sistein qoldiqlari bo'lgan oqsillarda disulfid bog'larining to'g'ri shakllanishini nazorat qiladi. Bu funktsiya juda muhim, chunki kovalent o'zaro ta'sirlar juda kuchli va noto'g'ri ulanishlar bo'lsa, oqsil o'zini qayta tartibga sola olmaydi va tabiiy konformatsiyani qabul qila olmaydi.
- Peptidil-prolil-cis-trans-izomeraza - prolinning yon tomonlarida joylashgan radikallar konfiguratsiyasining o'zgarishini ta'minlaydi, bu esa ushbu sohadagi polipeptid zanjirining egilish xarakterini o'zgartiradi.
Shunday qilib, burmalar oqsil molekulasining uchinchi darajali konformatsiyasini shakllantirishda tuzatuvchi rol o'ynaydi.
Chaperonlar
Chaperonlar aks holda issiqlik shoki yoki stress oqsillari deb ataladi. Bu hujayraga salbiy ta'sir ko'rsatishda (harorat, radiatsiya, og'ir metallar va boshqalar) ularning sekretsiyasining sezilarli darajada oshishi bilan bog'liq.
Chaperonlar uchta protein oilasiga tegishli: hsp60, hsp70 va hsp90. Bu oqsillar ko'p funktsiyalarni bajaradi, jumladan:
- Oqsillarni denaturatsiyadan himoya qilish;
- yangi sintezlangan oqsillarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirini istisno qilish;
- radikallar oʻrtasida notoʻgʻri zaif bogʻlanishlar hosil boʻlishining oldini olish va ularning labializatsiyasi (tuzatish).
Shunday qilib, shaperonlar ko'plab variantlarni tasodifiy sanab o'tishni istisno qilib, hali pishmaganlarni himoya qilish uchun energiya jihatidan to'g'ri konformatsiyani tezda egallashga yordam beradi.oqsil molekulalari bir-biri bilan keraksiz shovqinlardan. Bundan tashqari, vasiylar quyidagilarni ta'minlaydi:
- ba'zi oqsillarni tashish turlari;
- qayta katlama nazorati (uchinchi darajali tuzilmani yoʻqotgandan keyin qayta tiklash);
- tugallanmagan katlama holatini saqlab turish (ba'zi oqsillar uchun).
Oxirgi holatda, buklanish jarayoni oxirida chaperon molekulasi oqsil bilan bog'lanib qoladi.
Denaturatsiya
Har qanday omillar ta'sirida oqsilning uchinchi darajali tuzilishining buzilishi denaturatsiya deyiladi. Nativ konformatsiyaning yo'qolishi molekulani barqarorlashtiradigan ko'p miqdordagi zaif bog'lanishlar buzilganda sodir bo'ladi. Bunda oqsil o'ziga xos funksiyasini yo'qotadi, lekin birlamchi tuzilishini saqlab qoladi (denaturatsiya jarayonida peptid bog'lari buzilmaydi).
Denaturatsiya jarayonida oqsil molekulasining fazoviy ortishi sodir boʻladi va yana gidrofobik joylar yuzaga chiqadi. Polipeptid zanjiri tasodifiy spiralning konformatsiyasini oladi, uning shakli oqsilning uchinchi darajali tuzilishining qaysi bog'lari buzilganligiga bog'liq. Bu shaklda molekula proteolitik fermentlar ta'siriga ko'proq moyil bo'ladi.
Uchlamchi tuzilmani buzuvchi omillar
Denaturatsiyaga olib kelishi mumkin bo'lgan bir qator fizik va kimyoviy ta'sirlar mavjud. Bunga quyidagilar kiradi:
- harorat 50 darajadan yuqori;
- radiatsiya;
- muhitning pH qiymatini o'zgartirish;
- ogʻir metallar tuzlari;
- ba'zi organik birikmalar;
- yuvish vositalari.
Denaturatsiya ta'siri tugagandan so'ng, oqsil uchinchi darajali tuzilmani tiklashi mumkin. Bu jarayon renaturatsiya yoki refolding deb ataladi. In vitro sharoitida bu faqat kichik oqsillar uchun mumkin. Tirik hujayrada qayta buklanish shaperonlar tomonidan amalga oshiriladi.
