Белок молекуласының құрылысы
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі
Қожа Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақ - түрік университеті
Биология кафедрасы
х.ғ.к., доцент м.а. Дүйсебекова А.
оқытушы Ибрагимова Д.
5В 011300, 5В060700 - Биология мамандықтары
В45.120 Молекулалық биология
пәні бойынша дәрістер жинағы
Түркістан - 2018
Дәрістер жинағы Ахмет Ясауи университетінің білім беру үдерісін ұйымдастыру бойынша нормативтік құжаттар жинағы -1 негізінде дайындалды.
Лекция кешенін дайындағандар: 1. х.ғ.к., доцент м.а. Дүйсебекова А.
Лекция кешені Биология кафедрасының № 1,01.09.2018ж.мәжілісінде қаралды.
Кафедра меңгерушісі, техн.ғ.к., доцент _______________ Ғ.И.Исаев
Лекция кешені Жаратылыстану факультетінің №1 хаттама, 02. 09.2018ж. оқу-әдістемелік Кеңесінде мақұлданды.
Оқу- әдістемелік кеңес төрайымы, техн.ғ.к. __________Э.Ибрагимова
Лекция № 1
Тақырыбы: Молекулалық биологияның қысқаша даму тарихы
Дәрістің мақсаты мен міндеті: молекулалық биологияның қысқаша тарихы, молекулалық биологиялық зерттеу әдістері және олардың медицина үшін маңызы
Дәрістің мазмұны. Молекулалық биология - тіршілікті молекулалық деңгейде зерттейтін кешенді биология ғылымының маңызды саласының бірі.
Молекулалық биология ғылымының негізгі зерттеу объекттері -- жасушаның ақпараттық макромолекулалары-ақуыз және нуклеин қышқылдары болып саналады. Ол ақпараттық макромолекулалардың құрылысын, қызметтерін, таралуын зерттейді.
Қазіргі таңда молекулалық биология жедел дамып келе жатқан ғылым ретінде теориялық және қолданбалы биология, генетика, медицина, ауылшаруашылығы т.б. ғылымдардың дамуында маңызды рөл атқарады. XXI ғасырды молекулалық биология ғасыры деп атауда.
Молекулалық биология ғылымы бірнеше бөлімдерге бөлінеді: геномика -- тұқым қуалаушылықтың материалдық негіздері-ДНҚ, РНҚ молекулаларының құрылыстарын, қызметтерін зерттейді; протеомика -- жасуша ақуыздарьшың құрылысын, қызметгерін зертгейтін бөлім.
Геномика ғылымының негізгі міндеті мен мақсаты - адам және басқа да тірі ағзалардың геномдарының құрылысын, қызмет ету тетіктерін зерттеп, анықтап, анықталған деректерді, білімдерді адам өмірінің сапасын жақсартуға пайдалану болып табылады.
Молекулалық биология ғылымының дербес ғылым ретінде қалыптасуы 1953 жылдан кейін басталды, себебі осы жылы Ф.Крик және Дж. Уотсон дезоксирибонуклеотид қышқылының (ДНҚ) қос ширатпалы құрылысын анықтап, оның моделін құрастырған. Соңғы 50-55 жыл ішінде молекулалық биология ғылымы тіршіліктің сырларын зерттеуде көптеген маңызды жетістіктерге қол жеткізді.
XX ғасырдың 40-50 жылдары ғалымдардың зерттеулері нәтижесінде тұқым қуалаушылықтың материалдық негізі нуклеин қышқылдары екендігі белгілі болды (О.Эйвери, К.Мак Леод, М.Мак Карти; Н.Циндер, Д.Ледерберг; Х.Френкель-Конрат т.б.)
1954 жылы американ ғалымы Г.Гамов тұқым қуалаушылық ақпарат ДНҚ молекуласында генетикалық код күйінде жазылған, генетикалық ход 3 нуклеотидтен түруы мүмкін деген болжам жасады. Ал, 1961-1964 жылдары Ф.Крик, Х.Корана, М.Ниренберг, С.Очао т.б. ғалымдардың еңбектері нәтижесінде генетикалық кодтың толық сөздігі анықталды.
1961 жылы француз ғалымдары Ф.Жакоб және Ж.Моно прокариотгар гендерінің экспрессиялануының оперондық гипотезасын үсынды. Кейінірек гендердің экспрессиялану тетіктері (механизмі) прокариоттарда да, эукариоттарда да бірдей жоба күйінде болатындығы белгілі болды (Г.П.Георгиев).
2001-2003 жылдары Адам геномы атты халықаралық ғылыми бағдарлама толық аяқталып, 2001 жылдан кейін адамзат постгеномдық дәуірге аяқ басты.
Молекулалық биологияның дамуына көптеген орыс және қазақ ғалымдары ат салысты, олардың арасынан ААБаев, А.Н.Белозерский, А.С.Спирин, ВАЭнгельгард, А.П.Георгаев, ТДарханбаев, МААйтхожин, Х.Жуматов т.б. есімдерді атауға болады.
Молекулалық биология өз алдына дербес ғылым ретінде XX -ғасырдың 40 - 50 жылдары бөлініп шықты. Ол әртүрлі ғылымдардың (биология, химия, физика т.с.с.) түйісуінің нәтижесінде пайда болды, сондықган да молекулалық биологая аталған және баскд да ғылымдардың жетістіктерін, зерттеу әдістерін кеңінен пайдаланып талдау жасайды.
Молекулалық биология тіршілікті молекулалық деңгейде зерттейтін биологияның ең маңызды салаларының бірі. Ол биологиялық макромолекулалар - нуклеин қышқылдары мен белоктардың құрылысын, қызметін зерттейді.
Цитогенетикалық әдіс - микроскоп арқылы хромосомаларды зерттеуден басталады. Бұл әдіс арқылы: 1) ағзалардың кариотипін анықтайды; 2) хромосома санын анықтайды; 3) хромосомалардың морфологиясын зерттеп, олардың кұрылысында өзгерістер бар-жоғын анықтайды, яғни хромосомалық ауруларды анықтайды; 4) хромосомалардың генетикалық карталарын жасау үшін пайдаланады-ол үшін хромосомаларды тандамалы бояйды; 5) геномдық не хромосомалық мутацияларды, олардың жиілігін, анықтау үщін пайдаланады.
4) Соматикалық жасушалар генетикасы әдісі. Жасушаларды ағзадан тыс, жасанды қоректік орталарда өсіреді. Оларды өсіру кезінде қажет болған, немесе зерттеушінің көзіне түскен ереюде жасушаны бөліп алып клондайды, яғни көбейтеді және сол жасушалар тобын алып зерттейді. Ол жасушаларды әрі қарай сұрыптап будандастырады.
Бұл әдіс нәтижесінде: 1) гендердің тіркесуін және олардың хромосома бойында орналасу орнын анықтайды; 2) кейбір гендердің активтігінің нәтижесі ретінде синтезделінетін олардың нақтылы өнімдерін зерттейді; 3) гендердің әрекеттесуін және олардың активтілігінің реттелу механизмдерін анықтайды; 4) гендік мутацияларды зерттеу үшін қолданады.
Осы әдісті пайдаланып медицина практикасында әлі туылмаған баланың жынысын, 60 жуықтұқым куалайтын ауруларын анықтауға болады. Ол үшін жатырдан сұйықтық алып ондағы ұрық жасушаларын өсіріп зерттейді (амниоцентез).6) Биохимиялық әдістер - ферменттік жүйелердің белсенділігін зерттеу арқылы жүргізіледі. Олар зат алмасу ауруларының себебі-гендік мутацияларды анықгауға, сол сияқгы биохимиялық тесттер арқылы патологиялық гендердің гетерозиготалы тасымалдаушыларын да анықтауға мүмкіндік береді. Ол үшін зерттелуші адамдардың қанына (венасына) белгілі бір аминқышқылының (мысалы фенилалениннің) бірідама мөлшерін енгізеді де мезгіл мезгіл оның кандағы концентрациясын анықтайды.
Молекулалық биологияның негізгі жаңалықтары:
1869 жылы Ф. Мишер ДНҚ-н ашты;
1935 жылы А.Н. Белозерский өсімдіктен ДНҚ-н бөліп алды;
1940 жылы У.Эстбюри ДНҚ-ң алғашқы рентгеннограммасын жасады;
1951 жылы Л.Полинг және Р.Кори ақуыздардың полипептидті тізбегіндегі амин қышқылы қалдықтарының негізгі типтерін анықтады;
1944 жылы О.Т. Эвери ДНҚ тұқым қууалау ақпаратын тасымалдаушы екендігін анықтады;
1952 жылы Р.Франклин мен М.Уилкинс ДНҚ-ның жоғары сапалы рентгенограммасын түсірді;
1953 жылы Д. Уотсон және Ф. Крик ДНҚ-ң қос спиральды моделін жасады;
1960 жылы РНҚ транскрипциясын жүзеге асыратын полимераза ферменті ашылды;
1961 жылы Ф.Жакоб және Дж.Моно бактерияларда гендердің ұйымдасып жұмыс істеуінің және гендік белсенділіктің реттелуінің оперондық (лат. ``operare`` - жұмыс істеу, қызметіне қарай бір-бірімен байланысты ферменттердің синтезін анықтайтын гендер тобы) принципін ашты;
1969 жылы АҚШ-та Г.Хорана қызметтестерімен бірге химиялық жолмен алғашқы генді синтездеді.
Д. Уотсон мен Ф. Крик және т.б. көптеген ірі молекулалық биологтардың керемет жаңалықтарының нәтижесінде ХХ ғасырдың 60 жылдарында-ақ жасушадағы гентикалық ақпараттың берілу жолы анықталды: ДНҚ-РНҚ-Ақуыз.
Сосын біртіндеп ДНҚ репликациясы, транскрипция (РНҚ биосинтезі), трансляция (ақуыз биосинтезі) механизмдері анықталды.
Мұнымен қоса бұл процестердің клетка ішінде таралуын зерттеу жұмыстары дамыды, осының негізінде клеткаішілік компоненттердің (ядро, митохондрия, рибосома) функционналдық маңыздылығы анықталды және Д. Уотсонның 1968 жылы молекулалық биологияға анықтама беруіне негіз болды: Молекулалық биология биологиялық макромолекулалардың құрылымдарының байланысын және клетканың негізгі компоненттері мен олардың қызметтерін, сонымен қатар тіршіліктің негізін құрайтын клеткада жүретін барлық процесстердің үйлесімділігі мен тұтастығын біріктіретін клетканың өзін-өзі реттеуінің негізгі принциптері мен механизмдерін зерттейді.
Кейіннен бұл ереже кері транскрипция (РНҚ матрицасындағы ДНҚ синтезі) және РНҚ репликациясы процестері туралы ұғымдармен толықтырылады. Тұтас ферменттер қатарын (кері транскриптаза, ДНҚ рестриктаза және т.б.) мақсатты түрде қолданудың әдістерінің ашылуы және талдануы нәтижесінде рекомбинатты ДНҚ алу технологиясы жасалды, молекулалық биология тарихындағы революциялық оқиға бол
ХХ ғасырдың 70 жылдарының соңы мен 80 жылдарының басында молекулалық биология ең бір кемелдену кезеңіне қадам басты. Ферменттердің және биологиялық мембраналардың құрылымы белсенді түрде зерттелді, жоғары сатыдағы организмдердің геномының құрылымын анықтау жұмыстары басталды, жаңа биотехнологияның негіздері жасалды, ақуыз инженериясы дүниеге келді.
Молекулалық биологияның қарқынды дамуының нәтижесінде ХХ ғасырдың 80 жылдарының басында жаңа ғылым саласы биоинформатика (сандық биология, компьютерлік гентика) дүниеге келді.
ХХ ғасырдың молекулалық биология кеңейе түсті, біршама міндеттері: геном құрылымының құпиясын ашу, гендер банкін құру, геномдық дактилоскопия; клеткалардың жітклеуінің, биоалуантүрліліктің, дамудың және қартаюдың, канцерогенездің (қатерлі ісіктің пайда болуы), иммунитеттің молекулалық негіздерін зерттеу және т.б.; генетикалық, вирустық ауруларды анықтау және емдеудің әдістерін ашу; азық-түлік және әртүрлі азықтық биологиялық белсенді қосылыстар (гормондар, энергия сақтаушы заттар, релизинг-фатор) өндірісінің жаңа биотехнологиясын жасау.
Қазақстандағы молекулалық биология
Қазақстанда молекулалық биология саласындағы ғылыми зерттеулер XX ғасырдың 50-жылдарының аяғында Қазақстан Ғылым Академиясының Ботаника институтында басталды. Академик М.Айтхожинның басшылығымен рибосомалардың құрылымы зерттеліп, соның нәтижесінде рибосомалар мен рибонуклеопротеидтердің (мысалы, вирустар) құрылымында айтарлықтай айырмашылықтар бар екені анықталды. Бұл жаңалық - жануарлар клеткасының цитоплазмасында информосома түрінде болатын ақпараттық РНҚ (аРНҚ) бар екенін көрсетті. Молекулалық биология саласындағы зерттеулер, әсіресе, Қазақстан Ғылым Академиясының молекулалық биология және биохимия институты ашылғаннан кейін (1983) дами түсті.
Өсімдік клеткасындағы информосомалар, яғни, бос цитоплазмалық, полисомды-байланысқан және ядролы белоктардың (РНҚ-ны қоса) және төменгі молекулалы РНҚ-ның физика-химиялық қасиеттері зерттеліп, олардың өсімдік эмбриогенезі мен дамуы кезінде белок биосинтезі мен биогенезін реттеуге қатысатыны анықталды. Соның нәтижесінде функционалды белсенді әркелкі (гетерогалды) будан рибосомалары құрастырылды. Бұрын белгісіз болып келген өсімдік клеткаларындағы (қалыпты және стресс жағдайында) зат алмасу процесінің маңызды бөліктеріндегі (азотты, көмір сулы, фенолды) ферментті кешендердің реттелу механизмі ашылды. Бұл техникалық және астық дақылдарының бағалы шаруашылық белгілерін қалыптастыру бағытының ғылыми негізін салуға мүмкіндік берді. Азот алмасу кезіндегі маңызды ферменті - НАДФ-ГДГ-ны (никотинамидадениндинуклеотидфосфат -глютаматдегидрогенез) активациялаудың жаңа жолы анықталды. Қазақстан өсімдіктерінен жасалынған биологиялық активті заттардың биотехнологиясы жетілдірілді. Қазір республикада молекулалық биология саласы бойынша: геномды құрастыру, экспрессиясы және оның реттелуі, клетканың маңызды полимерлері белок пен нуклеин қышқылының құрылымы мен қызметі, өсімдіктердің гендік инженериясы, молекулалық иммунология мәселелері зерттелуде.
Оқытудың техникалық құралдары: интерактивті тақта, проектор сызба - кестелер
Оқытудың әдістері мен түрлері: баяндау, сұрақ - жауап, түсіндіру, кіріспе лекция
Деңгейлік тапсырмалар:
1-деңгейлік сұрақ: Соматикалық жасушалар генетикасы әдісі.
2-деңгейлік сұрақ: Митотикалық циклдің кезеңдерін атаңыз
3-деңгейлік сұрақ: Цитогенетикалық әдіс
ОБСӨЖ тапсырмалары: Аттенуаторлардың қызметі
СӨЖ тапсырмалары: гендердің тіркесуін және олардың хромосома бойында орналасуы.
Негізгі әдебиеттер:
1. Спирина А.С.Молекулярная биология: структура рибосом и биосинтез белка, М. Высш. школа, 2005.
2.Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2006, с.369-389.
3. Қуандықов Е.Ө. Жалпы және медициналық генетика негіздері . Алматы, 2009, с. 98-104.
4. Аманжолова Л.Е. Жалпы және медициналық генетиканың биологиялық негіздері. А., 2006, 140 б.
5. Қуандықов Е.Ө Медициналық биология және генетика. А., 2005, 113 б.
Қосымша әдебиеттер:
6. Корочкин Л.И. Введение в генетику развития. М., 2006, с.252.
7. Куандыкова Е.У. Медицинская биология и генетика. Учебное пособие для студентов. А., 2007 с. 220-227.
8. Нуртазин С.Т., Всеволодов Э.Б. Биология индивидуального развития. А., 2007, с.260.
9.Қазымбет П.Қ., Аманжолова Л.Е., Нұртаева Қ.С. Медициналық биология. А., 2006, б. 193-194.
10. Қуандықов Е.Ө., Әбілаев С.А. Медициналық биология және генетика. А., 2006, б. 124-135.
11.Қуандықов Е.Ө., Нұралиева Ұ.Ә. Негізгі молекулалық-генетикалық терминдердің орысша
қазақша сөздігі. Алматы, 2012, 112б.
12. Иванова В.И. Генетика. М., 2006, с.291-314.
WEB сайттар тізімі:
1.http:ru.m.wikipedia orgwiki
2.http:biouroki.rumaterialplants lishain
3.http:wikigribru
№2 дәріс
Тақырыбы: Белоктардың жалпы сипаттамасы
.
Дәрістің мақсаты мен міндеті: Белоктардың молекулалық массасы, Белоктардың биологиялық функциясы
Дәрістің мазмұны: Жер жүзіндегі тірі ағзалардың негізгі құрамды бөлігі - белок. Ф. Энгельс өзінің Табиғат диалектикасы еңбегінде: Өмір дегеніміз - белокты денелердің тіршілік ету тәсілі деген.
Демек белок барлық тірінің негізі, ал олардың тіршілік ету тәсілі - өмір болып табылады.
(Тірі ағзаның құрамына кіретін белоктар немесе протеиндер (protos - бірінші, алғашқы, маңызды деген грек сөзі) органикалық қосылыстардың 50-85% - ын құрайды.
1871ж. орыс химигі Н.Н. Любавин белоктар амин қышқылдарынан тұратынын анықтады.
Белоктар цитоплазма мен ядроның негізін құрайды. Олар табиғатта кездесетін органикалық заттардың ішіндегі ең күрделісі. Белоктардың элементтік құрамы:
Көміртегі - 50-55%
Оттегі - 21-24%
Азот - 15-18%
Сутегі - 6-7%
Күкірт - 03-2,5%
Кейбір белоктік заттардың құрамына фосфор кіреді, аз мөлшерде кейде темір, мыс, иод, хлор, бром, кальций, мырыш және т.б. элементтер де кездесуі мүмкін.
Белоктардың басқа полимерлерден өзгешелігі - олар құрылысы жағынан бір - біріне ұқсас болғанымен мүлдем басқа мономерлерден құралған.
Белоктың молекулалық салмағы оның құрамындағы аминқышқылдарының санына байланысты. Мысалы, инсулин белогінің құрамында 51 аминқышқылдарының қалдығы бар, екі полипептидтік тізбектен тұрады, молекулалық салмағы 5733, ал гемоглобиннің құрамында 574 аминқышқылдарының қалдығы бар,молекулалық салмағы 64500. Әртүрлі белоктардың құрамындағы аминқышқылдары қалдықтарының саны әртүрлі- 100-ден бірнеше мыңдаған. Белоктың молекулалық массасын әртүрлі физико-химиялық әдістермен анықтауға болады, солардың ішінде кең тарағаны: электрофорез, молекулалық тор әдісі, ультрацентрифугалау т.б.
Нақтылы нәтиже алу үшін бір ғана әдісті емес, әртүрлі әдістерді пайдаланады. Осы әдістерді қолдана отырып белоктың молекулалық салмағы өте кең аралықта ауытқитыны анықталған, 6 мыңнан бірнеше миллион дальтон аралығында.
Молекулалық масса
Белоктар үлкен молекулалы зат, ол жартылай өткізгіш мембранадан өте алмайды. Ерітіндінің түбіне шөгу уақытына, еріткіштің температурасына, тығыздығына және тұтқырлығына байланысты есептеу жолымен белоктың массасын анықтайды (Т. Сведберг әдісі). Белоктардың молекулалық массасы дальтон (Д) өлшемі бойынша беріледі. Кейде молекулалық массаны килодальтон (КД) өлшемімен де береді. 1Д сутегі атомының массасына тең болады (1,6∙10-24 г.)
Дальтон дегеніміз - берілген зат молекуласының сутегі атомынан қанша есе ауыр екенін көрсететін шама. Дальтон термині мен молекулалық масса ұғымы бірін-бірі алмастыра алады. Мысалы, 16 000 Д белоктың молекулалық массасы да 16 000 болады.
Рибонуклеаза 12 4000 д немесе 12,4 КД.
Многлобин 17 000 Д немесе 17 КД.
Жұмыртқа альбумині 45 000 Д немесе 45 КД.
Гемоглобин 68 000 Д немесе 68 КД.
Уреаза 480 000 д немесе 480 КД.
Мұндай әдістерді іске асыру үшін қымбат жабдық, мысалы, анализ жасайтын ультрацентрифуга қажет. Белоктың молекулалық массасын, молекулалық массасы белгілі белоктардың электрофорездік жылдамдығымен салыстыра отырып анықтайды.
Белоктардың электрофорездік қасиеті
Белоктардың амин ықшқылдарынан құралатынын біз білеміз. Ал амин қышқылдарының амфотрелік қасиеті бар. Сондықтан белоктар амфотерлік электролиттер болып табылады. Оның судағы ерітіндісінде белгілі бір электр заряды бар. Белок молекуласындағы теріс зарядтарының саны ондағы аспарагин қышқылы мен глутамин қышқылының қалдықтары санына тең болады, ал оң зарядтардың саны лизин, аргинин және гистидин қышқылдарының қалдықтары санына тең болады.
Белок молекуласының заряды ортаның рн шамасны байланысты: белок қышқыл ортада негіз сияқты диссоциацияланады және оның молекуласы оң зарядталады, ал сілтілік ортада карбоксил тобы диссоциацияланған күйде болады, белок молекуласы теріс зарядталады.
Егер белок зарядталған болса, онда ол ерітінді күйінде болады. рН шамасының бір мәнінде беткі жағында оң заряд саны теріс заряд санына тең болады, екі зарядтың қолсындысы нөлге теңеледі. Белок молекуласы электр бейтараптанған кездегі рН шамасы белоктың изоэлектрлік нүктесі деп аталады. Изоэлектрлік нүктеге жеткен кезде белок молекулалары арасында өзара тартылыс байқалады. Ал ол жағдай белок молекулаларының агрегациялануына себеп болады да, белок ерітіндінің түбіне шөгеді. Изоэлектрлік нүкте рН түрінде белгіленеді. Оның шамасы әр белокта әртүрлі. Пепсиннің рН шамасы 1 санына тең; сүт казеинінікі - 4,6; бидай глиадинінікі - 7,1; гистондікі - 10.
Белок қоспасын бөлшектерге ажыратып бөлу үшін, белоктың электрлік қасиеті пайдаланылады. Осылайша бөліп ажырату әдісі электрофорез деп аталады. Электрофорез әдісі зарядталған бөлшектердің тұрақты ток өрсіндегі қозғалысына негізделген. Сілтілік ортада белок теріс зарядталады. Егер белокты сілтілік ортада ерітіп, электр өрісінде орналастырса, онда ол анод (+) жаққа қарай ығысады. Ал қышқыл ортада белок катион сияқты қасиеткөрсетіп оң зарядталады да, электр өрісінде катодқа (-) қарай ығысады.
Белоктардың ерігіштігі
Белоктрадың ерігіштігі еріткіш табиғатына, ортаның рН көрсеткішіне, ерітіндінің иондық күшіне және молекула құрылымына байланысты. Кейбір белоктар суда ериді, екінші біреулері тұздардың сұйық ертіндісінде, үшінші біреулері еріткіштіе ерімейтін белоктар да бар.
Белоктардың суда және су ерітінділерінде ерігіштігі олардың құрылымына, яғни амин қышқылдары қалдығындағы бүйірлік топтарғажәне олардың иондануына байланысты. Белоктардың тұзды ерітіндідегі ерігіштігі иондық күшке (μ әрпімен белгіленеді) тәуелді. Ондай күшті табу үшін әр ион концентрациясы жиынтығының жартысын оның валенттілігі (яғни заряды) квадратына көбейтеді:
μ = (12) ∑ С∙ Z[2],
мұндағы; С - әр ионның концентрациясы;
Z - ионның электр заряды.
Бұл формуладан мынадай қорытынды шығаруға болады: иондық күш төмен болған кезде белоктың ерігіштігі артады. Ерітіндінің иондық күші артқан кезде белоктың ерігіштігі төмендейді де, белок ерітндінің түбіне шөгеді.Тұздың концентрациясы жоғары болған кезде белоктарды тұнбаға шөктіру осыған негізделген.
Белоктардың тұнбаға шөгуі су молекулаларына қатысты тұз бен белоктың өзара бәсекесіне байланысты. Бұл кезде тұз иондары судың көпшілік бөлігімен байланыса алады да, белокты ерітетін судан азғантай ғана қалады, сондықтан белоктың ерігіштігі төмендейді де, ол тұнба бөліп шөгеді.
Белоктың ерігіштігі ортаның рН шамасына байланысты. рН шамасы изоэлектрлік нүктеге жақындаған кезде белок молекулалары арасындағы бірін-бірі итеру күші азаяды, белок молекулалары бірігіп үлкейеді де, белок тұнбаға шөгеді.
Белоктарға сапалық (түрлі-түсті) реакция жасау
Түсті реакция жасау арөқылы заттың белоктық табиғатын анықтауға және оның құрамында кейбір амин қышқылдары бар екнін дәлеледеуге болады.
Биурет реакциясы.Несеп нәрін (мочевина) қыздырған кезде биурет түзіледі, ол затқа мыс сульфатының ерітіндісін қосса, сілтілік ортада күлгін түске боялады. Белокқа мыс сульфаты ерітіндісін қосса, сілтілік ортада дәл осындай бояу пайда болады.
Биурет реакциясын пептидтік - СО - NН - байланысы бар қосылыстар береді. Бұл реакция көбінесе ерітіндідегі белок мөлшерін анықтау үшін қолданылады. Осы реакция кезінде мыс ионы Сu[2+] пептид байланысымен қосылады деген болжам бар.
Фолин реакциясы.Күшті негіздер және фосфорлы-молибденді-вольфрам қышқылы қатысқан кезде мыс иондары Сu[2+ ]белокпен қосылып, көк түске боялады. Пептидтік байланысы бар мыс иондарының комплексі мен фосфорлы-молибденді-вольфрам қышқылы тирозинмен реакцияға түседі. Бұл реакция биурет реакциясымен салыстырғанда сезімтал келеді. Осы реакциямен лоуридің әдісі бойынша белоктардың мөлшерін анықтайды (500 нм мөлшері кезіндегі ең көп сіңіруі бойынша).
Нингидрин реакциясы.Амин қышқылдарында сипаттама берген тарауда бұл реакция толық қарсытырылған болатын. Нингидрин қосып қыздырған кезде амин қышқылдары, пептидтер және белоктар көкшіл күлгін түске немесе райхан түске боялады. Бұл реакция құрамында амин тобы бар қосылыстарға тән. Амин қышқылдарының мөлшерін анықтау үшін қолданылады.
Ксантопротеин реакциясы.Белок ерітіндісіне концентрациялы азот қышқылымен әсер еткен кезде ерітінді сары түске боялады. Осыған аммиак қосса, қызғылт қоңыр түске айналады. Бұл реакция ерітіндіде циклды амин қышқылдары - фенилаланин, тирозин, триптофан бар екенін көрсетеді. Осы қышқылдардың бензол сақинасы нитрленеді.
Миллон реакциясы.Белок ерітіндісін азот қышқыл және азотты қышқыл сынап тұздарын араластырып қайнатса, қоңыр-қызыл тұнба шөгеді. Бұл реакция тирозиннің фенол сақинасына тән.
Сакагучи реакциясы.Белокты натрий гипохлоридімен және α - нафтолмен натрий гидроксидін қатыстырып реакцияластырған кезде сұйықтық қою қызыл түске бояла түседі. Ол реакция құрамына гуанидин тобы кіретін паргинин бар екнін көрсетеді.
Адамкевич реакциясы.Белокқа концентрациялы сірке қышқылын қосып, күкірт қышқылын қатыстырып, қыздырған кезде ерітінді қызғылт-күлгін түске боялады. Бұл реакция триптофанның бар екенін білдіреді.
Нитропруссид реакциясы.Аммиактың сұйық ерітіндісіндегі белокта цистеин болса, оған нитропруссид қосса, сұйықтық қызыл түске боялады.
Амин қышқылдары - белоктардың құрылымдық бірліктері
Белоктар бір-бірімен берік ковалентті байланысқан амин қышқылдарынан тұратын полимерлі молекулалар (полипептидтер) болып табылады. Белоктардың құрамына бір-біріне ұқсамайтын 20 түрлі амин қышқылдары кіреді. Амин қышқылдарының молекуласының құрамында олардың бәріне ортақ карбоксильді топ (-COOH) және амин тобы (-NH2). Бұл химиялық топтар амин қышылының молекуласының бірінші тұрған көміртегі атомымен (α-көміртегі атомы) байланысқан. Амин қышқылдарын бір-бірінен өзгеше етіп отыратын олардың молекуласының бүйірімен байланысқан және әр амин қышқылының түріне тән химиялық тізбектер болады (оларды радикал немесе R-топ деп белгілейді).
Пептидтік байланыс бір амин қышқылының карбоксильдік тобы екінші амин қышқылының амин тобымен химиялық әрекеттесуінің пайда болады. Ары қарай екінші амн қышқылының амин тобы үшінші амин қышқылының карбоксиль тобымен байланысады. Осындай жолмен қышқылдары тізбек құрайды - оны полипептид тізбегі деп атайды. 1.2-ші суретте ең қарапайым подипептидтік бөлшек - дипептидтің тізбегі көрсетілген (пептидтердің құрамындағы амин қышқылдарын амин қышқылының қалдықтары деп атаймыз, себебі пептидтік байланыс құрғанда сутегі атомы мен гидроксил тобы бөлініп кетеді). Сонымен, полипептидтер деп көптеген амин қышқылдарының қалдықтарынан тұратын пептидтер тізбегін айтамыз.
Екі амин қышқылдарының арасында пептидтік байланыстың пайда болуы. Белоктардың құрамына кіретін жиырма амин қышқылдарын әртүрлі тәсілдермен жіктеуге болады. Әдетте амин қышқылдарын химиялық құрылысы және олардың бүйіріндегі радикалдардың қасиеттері арқылы жіктейді. Белоктың құрамындағы амин қышқылдарының көптеген қасиеттері тек бүйірдегі химиялық топтардың табиғатына байланысты.
Пептидтік байланыс құрылатын реакция (конденсация)
Бірқатар полярлы емес немесе гирдрофобты болып бір топқа бірігеді. Оған R-тобы алифатикалық көмірсулар болатын бес амин қышқылдары жатады (олар - аланин, валин, лейцин, изолейцин және пролин). Екі амин қышқылдарында ароматикалық сақина болады (фенилаланин мен триптофан) және бір амин қышқылының R - тобының құрамында күкірт атомы болады (ол - метионин). Полярлы амин қышқылдарымен салыстырғанда бұл амин қышқылдарына тән қасиет - олардың суда өте баяу еритіндігі. Химиялық құрылысы тұрғысынан пролин қалған 19 амин қышқылдарынан ерекше өзгеше және ол имин қышқылына жатады. Он екі амин қышқылдары R-топтары зарядталмаған полярлы немесе гидрофильді амин қышқылдарына жатады. Олардың жетеуі (глицин, серин, треонин, цистеин, тирозин, аспарагин және глутамин) рН-тың физиологиялық мәнінде электрлік бейтарап қасиет көрсетеді, ал үшеуі (лизин, аргинин, гистидин) негіздік амин қышқылдар болып келеді, яғни, олар оң зарядталуға бейім. Екі амин қышқылдары - аспарагиндік және глутамидік қышқылдар қышқылдық қасиет көрсетеді, сондықтан олар теріс зарядталған. Аспарагиндік және глутаминдік қышқылдарының бүйір тізбегінде карбоксильді топ (-COOH) бар. Екі негіздік амин қышқылдарының (лизин мен аргинин) бүйір тізбегінде амин тобы (-NH2) бар. Полипептидтің пептидтің құрамындағы амин қышқылдарының тізбегін жазғанда оны N-ұшынан бастап оқиды. Бұлшық еттің белогы - миозиннің құрамында метиллизинамин қышқылы болады. Сонымен қатар, лизиннің төрт қалдығы өте күрделі десмозинкомплексін құрайды және ол комплекс фибриллярлы белок - эластинніңқұрамында болады. Қазіргі кезде тірі организмдердің жасушаларынан 300-ге жуық басқа, белоктардың құрамына кірмейтін, бірақ өздеріне тән қызметі бар амин қышқылдары табылған. Олардың кейбірі белгілі бір заттардың синтезінде аралық қосылыс болып табылады.
Селеноцистеин
4-гидроксипролин 5-гидроксилизин
6-N-метиллизин γ-карбоксиглутамат
Амин қышқылдарының қышқыл-негіздік қасиеттері. Кәдімгі амин қышқылдарының қасиеттерін қышқылдар мен негіздердің классикалық теориясы тұрғысынан түсіндіруге болады. Амин қышқылдарының көпшілігі моноаминомонокарбон қышқылдары болғандықтан олар рН-тың бейтарапқа жақын мәндерінде қандай да бір айқын заряд көрсете алмайды. Моноаминомонокарбон амин қышқылдары рН-тың төменгі мәндерінде екі негіздік қышқылдар бола алады (H3N+CHRCOOH). Қышқылдықтың мәнін шамамен рН 6-ға дейін көтергенде карбоксиль тобы протонын жоғалтады, оның нәтижесінде электрлі бейтарап дипольді ионы пайда болады. Оны цвиттерион H3N+CHRCOO- деп атайды, яғни тірі клеткалардың ішіндегі сулы ортада амин қышқылдары биполярлы иондар болып табылады (немісше цвиттерион - гибридтік ион деген мағынаны білдіреді).
Таза заряды: +1 0 -1
Қышқылдықты, яғни рН-ты ары қарай көтергенде ол екінші протонның жоғалуына және H2N+CHRCOO--ның пайда болуына алып келеді. Ионизацияның бірінші сатысындағы рК'-ның шамасы, яғни -карбоксиль тобының иондалуы, 2 - 2.5-ке тең болады, ал ионизацияның екінші сатысындағы рК'-ның шамасы 9 - 10-ға тең болып шығады. Сонымен қатар R - тобы бар және ионизацияға қабілетті амин қышқылдары басқа да иондық формаларда бола алады және олай болу сол R - тобының рК'-сына тәуелді болады.
Амин қышқылдарының негіз-қышқылдық қасиеттері.
Екі кезеңдегі диссосиацияның рК'-ның шамалары қатты өзгеше болады, оның нәтижесінде алынған сызық бір-бірінен өте жақсы айырылатын тармақтарға бөлінеді. ОН-иондарын бергенде рН-тың өзгерісі ең аз болатын әр тармақта орталық нүкте болады. Аланин үшін мүмкін шамалар рК'1 = 2,34 және рК'2 = 9,69.
Белоктардың қызметі
Белоктар тірі организмде алуан түрлі және өздеріне ғана тән қызмет атқарады. Организмде жүретін барлық биологиялық процестер белок қызметімен байланысты. Енді белок атқаратын қызметтердің аса маңыздыларымен танысамыз.
1.Катализдік қызметті толып жатқан ферменттер атқарады. Олар тірі материядағы химиялық реакцияларды реттейді және тездетеді.
2.Транспорттық қызмет деп молекулалық оттегін, липидтерді, әртүрлі төменгі молекулалы органикалық заттарды, металл иондарын ауыстырып, жеткізіп беру қызметін атайды. Бұл қызметті қан гемоглобині, бұлшық ет миоглобині атқарады. Олар молекулалық оттегін, липопротеидтерді, металлопротиедтерді және басқа да белоктарды тасымалдап жеткізеді.
3.Механикалық (жиырылып-созылу) қызметі. Белоктар жиырыла және созыла отырып жұмыс істейді. Мұндай қызмет атқаратын белоктарға бұлшық етте және басқа да тканьдерде болатын актин, миозин белоктары жатады.
4.Қорғаныс қызметі - гентикалық тұрғыдан алғанда табиғаты жат белоктарды зиянсыздандырады, организмдерді вирус және микроб инфекцияларынана қорғайды. Мұндай белоктарға иммуноглобулин (антитела), интерферон, комплемент жатады. Фибриноген және тромбин сияқты белоктар қан ұйытуға қатысады, сөйтіп қан тамырлары зақымданған жағдайда қанның көп ағуынан сақтайды.
5.Реттегіш қызметі - жеке клеткалардағы және тұтас организмдегі зат алмасуын реттейді, оның стимулдануына жағдай жасайды. Мұндай белоктарға инсулин гормоны, гипофиз гориондары және басқалары жатады.
6.Құрылымдық қызметі - клетка мембраналарының, жалғастырып тұратын тканьдердің орналасуын реттейді. Мұндай белоктардың құрамына: сүйектің және сіңірдің құрылымдық белогы-коллаген; жүннің, мүйіздің құрылымдық негізі болып табылатын белок-кератин; буын байланыстары құрылымында екі өлшемдік бағытта созыла алатын эластин кіреді.
7.Рецепторлық қызметті клетка мембранасына орналасқан әртүрлі белоктар атқарады. Ол белоктар клетка мембранасының беткі жағында белгілі бір қосылыстармен (гормондар, медиаторлар, циклдік нуклеотидтермен) әрекеттескеннен кейін клетканың ішіне хабар беріп тұрады.
8.Қоректік қызметті қоректік белоктар атқарады. Оған негізхігі азық-түлік өнімдері болып табылатын жануарлар мен өсімдіктердегі альбумин, глобулин, казеин, глиадин, гордеин, зеин және басқа қоректік белоктар жатады.
9.Репрессор белоктар ДНК құрамындағы гендердің беделдігін реттейді, ДНК молекуласының жеке учаскелерідегі күшейту және бәсеңдету (репрессия - депрессия) процестеріне қатысады. Мұндай белоктарға хромосомдағы гистондар, қышқыл белоктар жатады. Олар хабар беруші транскрипциялануын реттейді.
Ковалентті дисульфидтік байланыс - S - S - .
Бұл байланыс белок молекуласындағы әр түрлі екі полипептидті жалғастырады, немесе бір полипептидтің екі бөлігін жалғастырып, цистин қалдығын түзеді.
2. Сутектік байланыс.Егер теріс электр зарядты екі атомның біреуі сутегінің атомымен байланысқан болса, сол екі атомның арасында сутектік байланыс қалыптасады. Мысалы, сутегінің атомы оттегінің немесе азоттың атомымен байланысқан болса, онда оттегі (азот) атомының теріс электр зарядының күштілігі салдарынан байланыс электрондары оттегі атомына немесе азот атомына ығысады. Осыған байланысты сутегі атомында біршама оң заряд (δ[+]), электр терістілігі басым атомда біршама теріс заряд (δ[-]) пайда болады. Оң зарядталған сутегі атомы теріс зарядталған басқа атомға тартылады. Осылайша химиялық емес байланыс - сутектік байланыс - қалыптасады. Бұл байланыс коваленттік байланыспен салыстырғанда әлсіздеу, бірақ ол белгілі белок құрылымын қалыптастыруда үлкен қызмет атқарады.
Екі пептид тобының арасында сутектік байланыстың пайда болуы.
3. Өзара гидрофобтық әрекеттесу.Мұндай өзара әрекеттесу амин қышқылдарындағы полярсыз бүйірлік топтарының өзара тартылысынан болады. Ондай топтар полипептидтік тізбектер арасындағы суды ығыстырып шығару нәтижесінде қалыптасады. Мұндай учаскелерге су ерітінділері ене алмайды. Осы жағдайға қатысты аса маңызды лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, триптофан сияқты амин қышқылдары жатады. Фенилаланиннің екі қалдығының және валин қалдығының өзара гидрофобты әрекеттесуі.
4. Иондық немесе тұз тәріздес байланыстар.Мұндай байланыстар әр түрлі зарядталған екі ион өте жақындасқан кезде (0,3 нм) пайда болады. Бұл - аспарагин, глутамин қышқылдары мен аргинин, гистидиннің қышқылдық және негізгі топтардың арасындағы өзара электростатикалық әрекеттесу күші.
Белок молекуласында N-және C-соңғы амин қышқылдарын анықтау.
Белок молекуласындағы N-және C-соңғы амин қышқылдарын білудің маңызы зор. N-және C-соңғы амин қышқылдары мольінің саны бойынша оның молекуласындағы полипептидтердің санын анықтауға болады. N-соңғы амин қышқылдарын анықтау үшін мына әдістердің біреуің қолданады:
1. 1 фтор -2,4 динитробензолдыңқатысуымен (Ф. Сенгер); Зерттелетін белокты (пептидті) сілтілік ортадағы жұмсақ жағдайда ФДНБ затымен қосып қыздырады. Бұл кезде белоктың сары түсті динитрофенил туындысы пайда болады.
Динитрофенилбелокты қышқылмен гидролиздейді (6Н. НСl қосылысында), бұл кезде ол N-соңғы амин қышқылының ДНФ-туындысына және бос амин қышқылдарына бөлініп жіктеледі:
Осыдан кейін стандартты ДНФ амин қышқылдары мен салыстыра отырып, N-соңғы амин қышқылының ДНФ-туындысын хромотография әдісі бойынша ұқсастығын анықтайды (идентификациялайды). Біз қарастырып отырған мысалдағы N-соңғы амин қышқылы глицин болып табылады.
2. Фенилизотиоцианаттың қатысуымен жүретін реакция. Бұл реакцияны әдетте Эдманның әдісі бойынша деградациялаудеп атайды. Беоктаға полипептидтік тізбекте амин қышқылдарының орналасу ретін тікелей анықтауға осы әдіс қана мүмкіндік береді және ол тізбекті N-соңынан бастап сатылап, бөледі, ажыратып жіктейді:
Модификацияланған полипептидті сусыз қышқылмен тез өңдейді. Бұл кезде тек N-соңғы амин қышқылы фенилтиогидантон (ФТГ) туындысы түрінде бөлініп шығады. Сөйтіп алғашқы полипептид бір амин қышқылына қысқарады. Бұл әдістің ерекшілігі - полипептидтің басқа бөлігі амин қышқылдарына бөлініп ажырамайды.
N-соңғы амин қышқылы ФТГ-туындысының хроматография әдістерінің біреуімен ұқсастығын анықтайды.
3. Дансилхлоридтің (диметиламинонафталин-5-сульфохлори дтің) қатысуымен жүретін реакция. Мұндай реакцияны іске асыру үшін полипептидті дансилхлоридпен өңдейді, бұл кезде соңғы амин қышқылындағы амин тобы мен реактивтік сульфотобы арасында байланыс түзіледі.
Осыдан кейін дансилденген полипептидті тұз қышқылында (6Н. НСl) гидролиздейді. Бұл қосылыста сульфамид байланысы тұрақты болғандықтан, тек қана амин қышқылының N-соңғы дистильденген туындысы бөлініп шығады. Ол туындының күшті флуоресценциялаушы қасиеті болады және бос амин қышқылдары бөлініп шығады. Осы әдісті қолдана отырып және флуоресценцияның жәрдеміммен N-соңғы амин қышқылының өте төменгі концентрациясын анықтауға болады.
4. Поилипептидтердегі (белоктардағы) С-соңғы амин қышқылды анықтау көпшілік карбоксипептидаза ферментініғң көмегімен жүргізіледі. Бұл фермент ұйқы безінде (қарын астындағы безі) түзіледі және ол полипептидтің бос карбоксил тобы бар соңынан бір-бірден амин қышқылдарын бөліп шығара алады. Бұл үшін полипептидке фермент қосып инкубациялайды, бөлініп шыққан С-соңғы амин қышқылын экстракциядан кейін хроматография әдісімен анықьтайды; стандарт амин қышқылдарымен салыстырылады.
Белоктардың классификациясы
Химиялық құрамына қарай белоктар: қарапайым белоктар (протеиндер) және күрделі белоктар (протеидтер) кластарына бөлінеді.
Қарапайым белоктар
Қарапайым белоктар гидролиздеу кезінде тек амин қышқылдарына ғана ажырайды. Төменде қарапайым белоктардың негізгі өкілдері көрсетілген.
1.Альбуминдер - бейтарап тұздармен толық қанықтырған кезде тұнбаға шөгеді. Қан плазмасында, сүтте, организм клеткаларында және биологиялық сұйық заттарда, тауық жұмыртқасында, бұршақ тұқымдас өсімдіктерде кездеседі. Молекуласы теріс зарядталған. Құрамында глутамин қышқылы көп болғандықтанғ, оның қышқылдық қасиеті бар, рН-4,7. олар суда, тұзды ерітінділерде ериді, қан плазмасында липидтерді, гормондарды, витаминдерді, микроэлементтерді тасымалдайды.
Қан сарысуының альбумині 500 амин қышқылы қаолдықтарынан құралады, м.м. - 70 000, лактальбумин (сүтте болады) 153 амин қышқылы қалдықтарынан құралады, м.м. - 45000.
2.Глобулиндер - бейтарап тұздармен жартылай қанықтырған кезде тұнбаға шөгеді. Өзі альбуминдер бар жерде кездеседі. Глобулин - сәл қышқылдау белоктарға немесе бнейтарап белоктарға жатады. Ол сұйытылған тұз ерітінділерінде ериді, суда ерімейді, рН 6 -7,3. Глобулиндер қанда көп мөлшерде кездеседі. Олар өздерінің құрамы, молек. Массасы және биологиялық қызметі жағынан бір-бірінен өзгеше. Глобулиндерді: α, β, γ - глобулиндер деп бөледі. Глобулиндер ішіндегілері ең маңыздысы: γ-глобулин. Ол антитела, организмді қорғаушы белок.
3.Гистондар (гректің деген сөзінен шыққан, ткань, ұлпа деген мағынаны білдіреді) - организмнің тканьдік белоктары. Ол хроматиннің ДНК қосылысымен байланысты болады. ДНК-нің кеңістіктік құрылымын тұрақтандыруға және репрессия процесіне қатысады.
Гистондар өсімдіктер мен жануарлар клеткаларындағы ядро белогы. Олардың құрамында аргинин мен лизин қалдықтары көп болуына байланысты сілтілік қасиеті бар, м.м. 11 000-21 000. рН - 1,0.
4.Протаминдер - ең шағын молекулалы белоктар, м.м. 4000-12 000 шамасындай, күшті негіздік қасиеті бар, құрамында аргинин қалдығы көп, гистондар сияқты ДНК мен байланысты.
5.Проламиндер - өсімдіктер белогы, әсіресе бұршақ тұқымдас өсімдіктер дәнінің жабысқақ ұлпасында болады. Суда, тұз, қышқыл, сілті ерітінділерде ерімейді, 70 % этанолда ериді. Оның құрамында глутамин және пролин көп мөлшерде болады. Проламиндер астық тұқымдас өсімдіктер құрамындағы маңызды белоктар болып табылады.
6.Глутилиндер де өсімдік белоктарына жатады, сілтінің ерітіндісінде ериді. Астық дақылдары дәнінде болады. Глутамин және лизинге бай келеді.
7.Протеиноидтар - белок тәріздес заттар. Бұларға сүйеніш тірек тканьдерінің (шеміршектің, сіңірдің, сүйектің, мүйіздің, жүннің, шаштың т.с.) фибрилл белоктары жатады. Олар ерекше мықты және иілмелі-созылмалы келед. Суда, тұз, қышқыл, сілті ерітінділерінде ерімейді.
Коллаген - бұл белок жалғастырып тұратын тканьдердің (сіңір, сүйек, тері, тіс) негізін құрайды. Оның молекуласы үш полипептидтік тізбектен тұрады. Ол тізбектер коллагеннің 3 қабат спиралін - тропоколлагенді түзеді. Ол тізбектердің әрқайсысының құрамына 1000 шамасындай амин қышқылының қалдықтары кіреді. Коллагеннің м.м. 285 000 және оның амин қышқылының құрамы ерекше. Коллагенді ұзақ қыздырған кезде ол денатурланады да, желатинге айналады.
Эластин - жалғастырып тұратын тканьнің иілмелі-созылмалы белогы. Ол әсіресе мойын омыртқалардың байланысында, орта қан тамыры қабырғаыснда коллагенмен бірге кездеседі. Эластин созылғыштық қасиеті жағынан каучукке жақындайды.
Кератин - шаш, тырнақ, тұяқ және қауырсындардың құрамына кіретін белоктар тобы. Құрамында цистеин, глутамин қышқылы, лейцин көп. Бұл белоктың иіліп-созылғыштығы және механикалық мықтылығы полипептидтік тізбектер арасындағы дисульфидтік байланыстардан болады.
Фиброин - табиғи жібек талшықтарының негізін құрайтын белок. Ол өрмекші өрмегінің де негізі болып табылады. Бұл белок құрамында көп мөлшерде глицин, аланин, серин, тирозин бар.
Күрделі белоктар
Құрамында белоктық бөлігі және белоксыз бөлігі бар өосылысты белоктар (протеидтер), ал мұндағы белоксыз бөлікті простетикалық топ деп атайды. Ол топ белоктың биологиялық қызметінде маңызды роль атқарады. Простетикалық топтың химиялық табиғатына байланысты күрделі белоктар бірнешеге бөлінеді.
1.Нуклеопротеидтер - нуклеин қышқылы бар белоктар комплексі. Простетикалық топтың ерекшелігіне байланысты оларды дезоксирибонуклеопротеидтер (ДН-протеидтер) және рибонуклеопротеидтер (РН-протеидтер) деп бөледі. ДН-барлық клеткалардың ядросында кездеседі. Бұл белоктар құрамында гистондар мен протаминдер бар. Олар ядродағы ДНК құрылымын қалыпқа келтіріп, тұрақтандырады. Ал гистондар одан өзге ДНК құрамындағы гендердің белсенділігін реттеуге қатысады. Нуклепротеидтер белок биосинетзінде аса маңызды қызмет атқарады.
2.Фосфопротеидтердегі простетикалық топ - фосфор қышқылының қалдықтары. Ол полипептидтік тізбектегі серинге немесе треонинге жалғасады. Фофопротеидтерге сүттегі казеин, жұмыртқа сары уызындағы виталлин, балық уылдырығындағы ихтулин және бірқатар ферменттер жатады.
3.Гликопротеидтер - құрамында қанттар (манноза, галактоза, гексозаминдер, сиал қышқылы және басқалары) бар күрделі белоктар. Жануарлардың, адамдардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің барлық тканьдерінде кездеседі. Гликопротеидтерге сілемей муциндері, тірек тканьдермукоидтары жатады.Олар буындарды майлайды, клетка мембранасы құрылымының қалыптасуына, иммунологиялық реакцияларға қатысады, эритроциттердің беткі жағында орналасады, қан тобын анықтайды.
4.Липопротеидтер - белоктар мен липидтерден (триглицеридтер, фосфолипидтер, холестерол, сфинголипидтер, май қышқылдары) тұратын комплекс. Клетка мембрасаның құрылымына кіреді. Липопротеидтер бос күйінде қан плазмасында және лимфада кездеседі және ол липидтерді, кейбір гормондарды бір орнынан екінші жерге ауыстырып апара алады. Электрофорездік қозғалғыштығы бойынша α-липопротеидтерге және β-липопротеидтерге бөлінеді. Липопротеидтерді ультацентрифугалау жолымен бөліп алады. Бұл кезде олар қалқып бетке шығады.
Липопротеидтер құрамына кіретін белоктар бөлігі негізінде әр түрлі 9 белоктан құралады.
5.Хромопротеидтер (гректің chroma - түс, бояу және протеидтер деген екі сөзінен тұрады) - боялған күрделі белкотар. Оған гемоглобин, миоглобин, цитохромдар, пероксидаза, каталаза флавиндік ферменттер жатады.
Гемоглобин (гректің haima - қан деген сөзінен шыққан) глобин белогының және простетикалық топ гемнен тұрады. Гемоглобин молекуласы Hb таңбасымен қысқаша таңбасымен белгіленеді.
Адам ішіндегі нәрестенің гемоглобині феталь (латынның - іштегі нәресте деген сөзінен шыққан) деп аталады. Қысқаша атауы - HbF.
Суббөліктің молекулалық массасы 16 000, гемогелобин молекуласынікі (16 000 ∙ 4) = 64 000.
Суббөліктің әрқайсысында 1 гем бар. Гем дегеніміз - күрделі қосылыс. Ол екі валентті темірмен байланысқан порфириннен құралады. Порфириннің 15 изомері бар. Оның бір изомері - протопорфирин IX гемнің құрамына кіреді. Протопорфирин IX қосылысының қаңқасы 4 пиррольдық сақинадан құралған. Ол сақиналар өзара метин тобы (= СН - ) арқылы байланысқан.
Гемоглобиндер қан эритроциттерінің құрамына кіреді. Бір эритроцитте 400 млн шамасына дейін гемоглобин молекулалары болады. Гемоглобиннің әр молекуласы оттегінің төрт молекуласымен байланыса алады. Гемоглобин құрамында оттегі гемдегі екі валентті темірге қосылады, бұл процесті оксигенация деп атайды. Оттегімен байланысқан гемоглобинді оксигемоглобин, оттегімен байланыспаған бос гемоглобинді дезоксигемоглобин деп атайды.
Гемоглобин молекуласы әртүрлі қосылыстармен өзара әрекеттесе алады. Көміртегі (II) тотығының организмге улы әсер етіп уландыруы гемоглобиннің көміртегі тотығымен СО көп жағынан өте ұқсас және ол тотықтың оттегімен салыстырғанда 300 еседей активті болуына байланысты.Осының нәтижесінде ол эритроцитпен кездескен кезде оның құрамындағы оксигемоглобиннен оттегін ығыстырып шығарады да, карбоксигемоглобин түзеді.
Бұл реакция қайтымды. Иіс тиіп уланған адамды таза ауаға шығарған жағдайда көміртегінің тотығы СО ығыстырылып шығарылады да, гемоглобин қайтадан әрекеттесіп, оксигемоглобин түзеді.
Оқытудың техникалық құралдары: интерактивті тақта, проектор сызба - кестелер
Оқытудың әдістері мен түрлері: баяндау, сұрақ - жауап, түсіндіру
Деңгейлік тапсырмалар:
1-деңгейлік сұрақ: Белоктардың электрофорездік қасиеті
2-деңгейлік сұрақ: Белоктарға сапалық (түрлі-түсті) реакция жасау
3-деңгейлік сұрақ: Белоктардың классификациясы. Қарапайым белоктар. Күрделі белоктар.
ОБСӨЖ тапсырмалары: Белоктардың ерігіштігі
СӨЖ тапсырмалары: Белок молекуласында N-және C-соңғы амин ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Қожа Ахмет Ясауи атындағы Халықаралық қазақ - түрік университеті
Биология кафедрасы
х.ғ.к., доцент м.а. Дүйсебекова А.
оқытушы Ибрагимова Д.
5В 011300, 5В060700 - Биология мамандықтары
В45.120 Молекулалық биология
пәні бойынша дәрістер жинағы
Түркістан - 2018
Дәрістер жинағы Ахмет Ясауи университетінің білім беру үдерісін ұйымдастыру бойынша нормативтік құжаттар жинағы -1 негізінде дайындалды.
Лекция кешенін дайындағандар: 1. х.ғ.к., доцент м.а. Дүйсебекова А.
Лекция кешені Биология кафедрасының № 1,01.09.2018ж.мәжілісінде қаралды.
Кафедра меңгерушісі, техн.ғ.к., доцент _______________ Ғ.И.Исаев
Лекция кешені Жаратылыстану факультетінің №1 хаттама, 02. 09.2018ж. оқу-әдістемелік Кеңесінде мақұлданды.
Оқу- әдістемелік кеңес төрайымы, техн.ғ.к. __________Э.Ибрагимова
Лекция № 1
Тақырыбы: Молекулалық биологияның қысқаша даму тарихы
Дәрістің мақсаты мен міндеті: молекулалық биологияның қысқаша тарихы, молекулалық биологиялық зерттеу әдістері және олардың медицина үшін маңызы
Дәрістің мазмұны. Молекулалық биология - тіршілікті молекулалық деңгейде зерттейтін кешенді биология ғылымының маңызды саласының бірі.
Молекулалық биология ғылымының негізгі зерттеу объекттері -- жасушаның ақпараттық макромолекулалары-ақуыз және нуклеин қышқылдары болып саналады. Ол ақпараттық макромолекулалардың құрылысын, қызметтерін, таралуын зерттейді.
Қазіргі таңда молекулалық биология жедел дамып келе жатқан ғылым ретінде теориялық және қолданбалы биология, генетика, медицина, ауылшаруашылығы т.б. ғылымдардың дамуында маңызды рөл атқарады. XXI ғасырды молекулалық биология ғасыры деп атауда.
Молекулалық биология ғылымы бірнеше бөлімдерге бөлінеді: геномика -- тұқым қуалаушылықтың материалдық негіздері-ДНҚ, РНҚ молекулаларының құрылыстарын, қызметтерін зерттейді; протеомика -- жасуша ақуыздарьшың құрылысын, қызметгерін зертгейтін бөлім.
Геномика ғылымының негізгі міндеті мен мақсаты - адам және басқа да тірі ағзалардың геномдарының құрылысын, қызмет ету тетіктерін зерттеп, анықтап, анықталған деректерді, білімдерді адам өмірінің сапасын жақсартуға пайдалану болып табылады.
Молекулалық биология ғылымының дербес ғылым ретінде қалыптасуы 1953 жылдан кейін басталды, себебі осы жылы Ф.Крик және Дж. Уотсон дезоксирибонуклеотид қышқылының (ДНҚ) қос ширатпалы құрылысын анықтап, оның моделін құрастырған. Соңғы 50-55 жыл ішінде молекулалық биология ғылымы тіршіліктің сырларын зерттеуде көптеген маңызды жетістіктерге қол жеткізді.
XX ғасырдың 40-50 жылдары ғалымдардың зерттеулері нәтижесінде тұқым қуалаушылықтың материалдық негізі нуклеин қышқылдары екендігі белгілі болды (О.Эйвери, К.Мак Леод, М.Мак Карти; Н.Циндер, Д.Ледерберг; Х.Френкель-Конрат т.б.)
1954 жылы американ ғалымы Г.Гамов тұқым қуалаушылық ақпарат ДНҚ молекуласында генетикалық код күйінде жазылған, генетикалық ход 3 нуклеотидтен түруы мүмкін деген болжам жасады. Ал, 1961-1964 жылдары Ф.Крик, Х.Корана, М.Ниренберг, С.Очао т.б. ғалымдардың еңбектері нәтижесінде генетикалық кодтың толық сөздігі анықталды.
1961 жылы француз ғалымдары Ф.Жакоб және Ж.Моно прокариотгар гендерінің экспрессиялануының оперондық гипотезасын үсынды. Кейінірек гендердің экспрессиялану тетіктері (механизмі) прокариоттарда да, эукариоттарда да бірдей жоба күйінде болатындығы белгілі болды (Г.П.Георгиев).
2001-2003 жылдары Адам геномы атты халықаралық ғылыми бағдарлама толық аяқталып, 2001 жылдан кейін адамзат постгеномдық дәуірге аяқ басты.
Молекулалық биологияның дамуына көптеген орыс және қазақ ғалымдары ат салысты, олардың арасынан ААБаев, А.Н.Белозерский, А.С.Спирин, ВАЭнгельгард, А.П.Георгаев, ТДарханбаев, МААйтхожин, Х.Жуматов т.б. есімдерді атауға болады.
Молекулалық биология өз алдына дербес ғылым ретінде XX -ғасырдың 40 - 50 жылдары бөлініп шықты. Ол әртүрлі ғылымдардың (биология, химия, физика т.с.с.) түйісуінің нәтижесінде пайда болды, сондықган да молекулалық биологая аталған және баскд да ғылымдардың жетістіктерін, зерттеу әдістерін кеңінен пайдаланып талдау жасайды.
Молекулалық биология тіршілікті молекулалық деңгейде зерттейтін биологияның ең маңызды салаларының бірі. Ол биологиялық макромолекулалар - нуклеин қышқылдары мен белоктардың құрылысын, қызметін зерттейді.
Цитогенетикалық әдіс - микроскоп арқылы хромосомаларды зерттеуден басталады. Бұл әдіс арқылы: 1) ағзалардың кариотипін анықтайды; 2) хромосома санын анықтайды; 3) хромосомалардың морфологиясын зерттеп, олардың кұрылысында өзгерістер бар-жоғын анықтайды, яғни хромосомалық ауруларды анықтайды; 4) хромосомалардың генетикалық карталарын жасау үшін пайдаланады-ол үшін хромосомаларды тандамалы бояйды; 5) геномдық не хромосомалық мутацияларды, олардың жиілігін, анықтау үщін пайдаланады.
4) Соматикалық жасушалар генетикасы әдісі. Жасушаларды ағзадан тыс, жасанды қоректік орталарда өсіреді. Оларды өсіру кезінде қажет болған, немесе зерттеушінің көзіне түскен ереюде жасушаны бөліп алып клондайды, яғни көбейтеді және сол жасушалар тобын алып зерттейді. Ол жасушаларды әрі қарай сұрыптап будандастырады.
Бұл әдіс нәтижесінде: 1) гендердің тіркесуін және олардың хромосома бойында орналасу орнын анықтайды; 2) кейбір гендердің активтігінің нәтижесі ретінде синтезделінетін олардың нақтылы өнімдерін зерттейді; 3) гендердің әрекеттесуін және олардың активтілігінің реттелу механизмдерін анықтайды; 4) гендік мутацияларды зерттеу үшін қолданады.
Осы әдісті пайдаланып медицина практикасында әлі туылмаған баланың жынысын, 60 жуықтұқым куалайтын ауруларын анықтауға болады. Ол үшін жатырдан сұйықтық алып ондағы ұрық жасушаларын өсіріп зерттейді (амниоцентез).6) Биохимиялық әдістер - ферменттік жүйелердің белсенділігін зерттеу арқылы жүргізіледі. Олар зат алмасу ауруларының себебі-гендік мутацияларды анықгауға, сол сияқгы биохимиялық тесттер арқылы патологиялық гендердің гетерозиготалы тасымалдаушыларын да анықтауға мүмкіндік береді. Ол үшін зерттелуші адамдардың қанына (венасына) белгілі бір аминқышқылының (мысалы фенилалениннің) бірідама мөлшерін енгізеді де мезгіл мезгіл оның кандағы концентрациясын анықтайды.
Молекулалық биологияның негізгі жаңалықтары:
1869 жылы Ф. Мишер ДНҚ-н ашты;
1935 жылы А.Н. Белозерский өсімдіктен ДНҚ-н бөліп алды;
1940 жылы У.Эстбюри ДНҚ-ң алғашқы рентгеннограммасын жасады;
1951 жылы Л.Полинг және Р.Кори ақуыздардың полипептидті тізбегіндегі амин қышқылы қалдықтарының негізгі типтерін анықтады;
1944 жылы О.Т. Эвери ДНҚ тұқым қууалау ақпаратын тасымалдаушы екендігін анықтады;
1952 жылы Р.Франклин мен М.Уилкинс ДНҚ-ның жоғары сапалы рентгенограммасын түсірді;
1953 жылы Д. Уотсон және Ф. Крик ДНҚ-ң қос спиральды моделін жасады;
1960 жылы РНҚ транскрипциясын жүзеге асыратын полимераза ферменті ашылды;
1961 жылы Ф.Жакоб және Дж.Моно бактерияларда гендердің ұйымдасып жұмыс істеуінің және гендік белсенділіктің реттелуінің оперондық (лат. ``operare`` - жұмыс істеу, қызметіне қарай бір-бірімен байланысты ферменттердің синтезін анықтайтын гендер тобы) принципін ашты;
1969 жылы АҚШ-та Г.Хорана қызметтестерімен бірге химиялық жолмен алғашқы генді синтездеді.
Д. Уотсон мен Ф. Крик және т.б. көптеген ірі молекулалық биологтардың керемет жаңалықтарының нәтижесінде ХХ ғасырдың 60 жылдарында-ақ жасушадағы гентикалық ақпараттың берілу жолы анықталды: ДНҚ-РНҚ-Ақуыз.
Сосын біртіндеп ДНҚ репликациясы, транскрипция (РНҚ биосинтезі), трансляция (ақуыз биосинтезі) механизмдері анықталды.
Мұнымен қоса бұл процестердің клетка ішінде таралуын зерттеу жұмыстары дамыды, осының негізінде клеткаішілік компоненттердің (ядро, митохондрия, рибосома) функционналдық маңыздылығы анықталды және Д. Уотсонның 1968 жылы молекулалық биологияға анықтама беруіне негіз болды: Молекулалық биология биологиялық макромолекулалардың құрылымдарының байланысын және клетканың негізгі компоненттері мен олардың қызметтерін, сонымен қатар тіршіліктің негізін құрайтын клеткада жүретін барлық процесстердің үйлесімділігі мен тұтастығын біріктіретін клетканың өзін-өзі реттеуінің негізгі принциптері мен механизмдерін зерттейді.
Кейіннен бұл ереже кері транскрипция (РНҚ матрицасындағы ДНҚ синтезі) және РНҚ репликациясы процестері туралы ұғымдармен толықтырылады. Тұтас ферменттер қатарын (кері транскриптаза, ДНҚ рестриктаза және т.б.) мақсатты түрде қолданудың әдістерінің ашылуы және талдануы нәтижесінде рекомбинатты ДНҚ алу технологиясы жасалды, молекулалық биология тарихындағы революциялық оқиға бол
ХХ ғасырдың 70 жылдарының соңы мен 80 жылдарының басында молекулалық биология ең бір кемелдену кезеңіне қадам басты. Ферменттердің және биологиялық мембраналардың құрылымы белсенді түрде зерттелді, жоғары сатыдағы организмдердің геномының құрылымын анықтау жұмыстары басталды, жаңа биотехнологияның негіздері жасалды, ақуыз инженериясы дүниеге келді.
Молекулалық биологияның қарқынды дамуының нәтижесінде ХХ ғасырдың 80 жылдарының басында жаңа ғылым саласы биоинформатика (сандық биология, компьютерлік гентика) дүниеге келді.
ХХ ғасырдың молекулалық биология кеңейе түсті, біршама міндеттері: геном құрылымының құпиясын ашу, гендер банкін құру, геномдық дактилоскопия; клеткалардың жітклеуінің, биоалуантүрліліктің, дамудың және қартаюдың, канцерогенездің (қатерлі ісіктің пайда болуы), иммунитеттің молекулалық негіздерін зерттеу және т.б.; генетикалық, вирустық ауруларды анықтау және емдеудің әдістерін ашу; азық-түлік және әртүрлі азықтық биологиялық белсенді қосылыстар (гормондар, энергия сақтаушы заттар, релизинг-фатор) өндірісінің жаңа биотехнологиясын жасау.
Қазақстандағы молекулалық биология
Қазақстанда молекулалық биология саласындағы ғылыми зерттеулер XX ғасырдың 50-жылдарының аяғында Қазақстан Ғылым Академиясының Ботаника институтында басталды. Академик М.Айтхожинның басшылығымен рибосомалардың құрылымы зерттеліп, соның нәтижесінде рибосомалар мен рибонуклеопротеидтердің (мысалы, вирустар) құрылымында айтарлықтай айырмашылықтар бар екені анықталды. Бұл жаңалық - жануарлар клеткасының цитоплазмасында информосома түрінде болатын ақпараттық РНҚ (аРНҚ) бар екенін көрсетті. Молекулалық биология саласындағы зерттеулер, әсіресе, Қазақстан Ғылым Академиясының молекулалық биология және биохимия институты ашылғаннан кейін (1983) дами түсті.
Өсімдік клеткасындағы информосомалар, яғни, бос цитоплазмалық, полисомды-байланысқан және ядролы белоктардың (РНҚ-ны қоса) және төменгі молекулалы РНҚ-ның физика-химиялық қасиеттері зерттеліп, олардың өсімдік эмбриогенезі мен дамуы кезінде белок биосинтезі мен биогенезін реттеуге қатысатыны анықталды. Соның нәтижесінде функционалды белсенді әркелкі (гетерогалды) будан рибосомалары құрастырылды. Бұрын белгісіз болып келген өсімдік клеткаларындағы (қалыпты және стресс жағдайында) зат алмасу процесінің маңызды бөліктеріндегі (азотты, көмір сулы, фенолды) ферментті кешендердің реттелу механизмі ашылды. Бұл техникалық және астық дақылдарының бағалы шаруашылық белгілерін қалыптастыру бағытының ғылыми негізін салуға мүмкіндік берді. Азот алмасу кезіндегі маңызды ферменті - НАДФ-ГДГ-ны (никотинамидадениндинуклеотидфосфат -глютаматдегидрогенез) активациялаудың жаңа жолы анықталды. Қазақстан өсімдіктерінен жасалынған биологиялық активті заттардың биотехнологиясы жетілдірілді. Қазір республикада молекулалық биология саласы бойынша: геномды құрастыру, экспрессиясы және оның реттелуі, клетканың маңызды полимерлері белок пен нуклеин қышқылының құрылымы мен қызметі, өсімдіктердің гендік инженериясы, молекулалық иммунология мәселелері зерттелуде.
Оқытудың техникалық құралдары: интерактивті тақта, проектор сызба - кестелер
Оқытудың әдістері мен түрлері: баяндау, сұрақ - жауап, түсіндіру, кіріспе лекция
Деңгейлік тапсырмалар:
1-деңгейлік сұрақ: Соматикалық жасушалар генетикасы әдісі.
2-деңгейлік сұрақ: Митотикалық циклдің кезеңдерін атаңыз
3-деңгейлік сұрақ: Цитогенетикалық әдіс
ОБСӨЖ тапсырмалары: Аттенуаторлардың қызметі
СӨЖ тапсырмалары: гендердің тіркесуін және олардың хромосома бойында орналасуы.
Негізгі әдебиеттер:
1. Спирина А.С.Молекулярная биология: структура рибосом и биосинтез белка, М. Высш. школа, 2005.
2.Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2006, с.369-389.
3. Қуандықов Е.Ө. Жалпы және медициналық генетика негіздері . Алматы, 2009, с. 98-104.
4. Аманжолова Л.Е. Жалпы және медициналық генетиканың биологиялық негіздері. А., 2006, 140 б.
5. Қуандықов Е.Ө Медициналық биология және генетика. А., 2005, 113 б.
Қосымша әдебиеттер:
6. Корочкин Л.И. Введение в генетику развития. М., 2006, с.252.
7. Куандыкова Е.У. Медицинская биология и генетика. Учебное пособие для студентов. А., 2007 с. 220-227.
8. Нуртазин С.Т., Всеволодов Э.Б. Биология индивидуального развития. А., 2007, с.260.
9.Қазымбет П.Қ., Аманжолова Л.Е., Нұртаева Қ.С. Медициналық биология. А., 2006, б. 193-194.
10. Қуандықов Е.Ө., Әбілаев С.А. Медициналық биология және генетика. А., 2006, б. 124-135.
11.Қуандықов Е.Ө., Нұралиева Ұ.Ә. Негізгі молекулалық-генетикалық терминдердің орысша
қазақша сөздігі. Алматы, 2012, 112б.
12. Иванова В.И. Генетика. М., 2006, с.291-314.
WEB сайттар тізімі:
1.http:ru.m.wikipedia orgwiki
2.http:biouroki.rumaterialplants lishain
3.http:wikigribru
№2 дәріс
Тақырыбы: Белоктардың жалпы сипаттамасы
.
Дәрістің мақсаты мен міндеті: Белоктардың молекулалық массасы, Белоктардың биологиялық функциясы
Дәрістің мазмұны: Жер жүзіндегі тірі ағзалардың негізгі құрамды бөлігі - белок. Ф. Энгельс өзінің Табиғат диалектикасы еңбегінде: Өмір дегеніміз - белокты денелердің тіршілік ету тәсілі деген.
Демек белок барлық тірінің негізі, ал олардың тіршілік ету тәсілі - өмір болып табылады.
(Тірі ағзаның құрамына кіретін белоктар немесе протеиндер (protos - бірінші, алғашқы, маңызды деген грек сөзі) органикалық қосылыстардың 50-85% - ын құрайды.
1871ж. орыс химигі Н.Н. Любавин белоктар амин қышқылдарынан тұратынын анықтады.
Белоктар цитоплазма мен ядроның негізін құрайды. Олар табиғатта кездесетін органикалық заттардың ішіндегі ең күрделісі. Белоктардың элементтік құрамы:
Көміртегі - 50-55%
Оттегі - 21-24%
Азот - 15-18%
Сутегі - 6-7%
Күкірт - 03-2,5%
Кейбір белоктік заттардың құрамына фосфор кіреді, аз мөлшерде кейде темір, мыс, иод, хлор, бром, кальций, мырыш және т.б. элементтер де кездесуі мүмкін.
Белоктардың басқа полимерлерден өзгешелігі - олар құрылысы жағынан бір - біріне ұқсас болғанымен мүлдем басқа мономерлерден құралған.
Белоктың молекулалық салмағы оның құрамындағы аминқышқылдарының санына байланысты. Мысалы, инсулин белогінің құрамында 51 аминқышқылдарының қалдығы бар, екі полипептидтік тізбектен тұрады, молекулалық салмағы 5733, ал гемоглобиннің құрамында 574 аминқышқылдарының қалдығы бар,молекулалық салмағы 64500. Әртүрлі белоктардың құрамындағы аминқышқылдары қалдықтарының саны әртүрлі- 100-ден бірнеше мыңдаған. Белоктың молекулалық массасын әртүрлі физико-химиялық әдістермен анықтауға болады, солардың ішінде кең тарағаны: электрофорез, молекулалық тор әдісі, ультрацентрифугалау т.б.
Нақтылы нәтиже алу үшін бір ғана әдісті емес, әртүрлі әдістерді пайдаланады. Осы әдістерді қолдана отырып белоктың молекулалық салмағы өте кең аралықта ауытқитыны анықталған, 6 мыңнан бірнеше миллион дальтон аралығында.
Молекулалық масса
Белоктар үлкен молекулалы зат, ол жартылай өткізгіш мембранадан өте алмайды. Ерітіндінің түбіне шөгу уақытына, еріткіштің температурасына, тығыздығына және тұтқырлығына байланысты есептеу жолымен белоктың массасын анықтайды (Т. Сведберг әдісі). Белоктардың молекулалық массасы дальтон (Д) өлшемі бойынша беріледі. Кейде молекулалық массаны килодальтон (КД) өлшемімен де береді. 1Д сутегі атомының массасына тең болады (1,6∙10-24 г.)
Дальтон дегеніміз - берілген зат молекуласының сутегі атомынан қанша есе ауыр екенін көрсететін шама. Дальтон термині мен молекулалық масса ұғымы бірін-бірі алмастыра алады. Мысалы, 16 000 Д белоктың молекулалық массасы да 16 000 болады.
Рибонуклеаза 12 4000 д немесе 12,4 КД.
Многлобин 17 000 Д немесе 17 КД.
Жұмыртқа альбумині 45 000 Д немесе 45 КД.
Гемоглобин 68 000 Д немесе 68 КД.
Уреаза 480 000 д немесе 480 КД.
Мұндай әдістерді іске асыру үшін қымбат жабдық, мысалы, анализ жасайтын ультрацентрифуга қажет. Белоктың молекулалық массасын, молекулалық массасы белгілі белоктардың электрофорездік жылдамдығымен салыстыра отырып анықтайды.
Белоктардың электрофорездік қасиеті
Белоктардың амин ықшқылдарынан құралатынын біз білеміз. Ал амин қышқылдарының амфотрелік қасиеті бар. Сондықтан белоктар амфотерлік электролиттер болып табылады. Оның судағы ерітіндісінде белгілі бір электр заряды бар. Белок молекуласындағы теріс зарядтарының саны ондағы аспарагин қышқылы мен глутамин қышқылының қалдықтары санына тең болады, ал оң зарядтардың саны лизин, аргинин және гистидин қышқылдарының қалдықтары санына тең болады.
Белок молекуласының заряды ортаның рн шамасны байланысты: белок қышқыл ортада негіз сияқты диссоциацияланады және оның молекуласы оң зарядталады, ал сілтілік ортада карбоксил тобы диссоциацияланған күйде болады, белок молекуласы теріс зарядталады.
Егер белок зарядталған болса, онда ол ерітінді күйінде болады. рН шамасының бір мәнінде беткі жағында оң заряд саны теріс заряд санына тең болады, екі зарядтың қолсындысы нөлге теңеледі. Белок молекуласы электр бейтараптанған кездегі рН шамасы белоктың изоэлектрлік нүктесі деп аталады. Изоэлектрлік нүктеге жеткен кезде белок молекулалары арасында өзара тартылыс байқалады. Ал ол жағдай белок молекулаларының агрегациялануына себеп болады да, белок ерітіндінің түбіне шөгеді. Изоэлектрлік нүкте рН түрінде белгіленеді. Оның шамасы әр белокта әртүрлі. Пепсиннің рН шамасы 1 санына тең; сүт казеинінікі - 4,6; бидай глиадинінікі - 7,1; гистондікі - 10.
Белок қоспасын бөлшектерге ажыратып бөлу үшін, белоктың электрлік қасиеті пайдаланылады. Осылайша бөліп ажырату әдісі электрофорез деп аталады. Электрофорез әдісі зарядталған бөлшектердің тұрақты ток өрсіндегі қозғалысына негізделген. Сілтілік ортада белок теріс зарядталады. Егер белокты сілтілік ортада ерітіп, электр өрісінде орналастырса, онда ол анод (+) жаққа қарай ығысады. Ал қышқыл ортада белок катион сияқты қасиеткөрсетіп оң зарядталады да, электр өрісінде катодқа (-) қарай ығысады.
Белоктардың ерігіштігі
Белоктрадың ерігіштігі еріткіш табиғатына, ортаның рН көрсеткішіне, ерітіндінің иондық күшіне және молекула құрылымына байланысты. Кейбір белоктар суда ериді, екінші біреулері тұздардың сұйық ертіндісінде, үшінші біреулері еріткіштіе ерімейтін белоктар да бар.
Белоктардың суда және су ерітінділерінде ерігіштігі олардың құрылымына, яғни амин қышқылдары қалдығындағы бүйірлік топтарғажәне олардың иондануына байланысты. Белоктардың тұзды ерітіндідегі ерігіштігі иондық күшке (μ әрпімен белгіленеді) тәуелді. Ондай күшті табу үшін әр ион концентрациясы жиынтығының жартысын оның валенттілігі (яғни заряды) квадратына көбейтеді:
μ = (12) ∑ С∙ Z[2],
мұндағы; С - әр ионның концентрациясы;
Z - ионның электр заряды.
Бұл формуладан мынадай қорытынды шығаруға болады: иондық күш төмен болған кезде белоктың ерігіштігі артады. Ерітіндінің иондық күші артқан кезде белоктың ерігіштігі төмендейді де, белок ерітндінің түбіне шөгеді.Тұздың концентрациясы жоғары болған кезде белоктарды тұнбаға шөктіру осыған негізделген.
Белоктардың тұнбаға шөгуі су молекулаларына қатысты тұз бен белоктың өзара бәсекесіне байланысты. Бұл кезде тұз иондары судың көпшілік бөлігімен байланыса алады да, белокты ерітетін судан азғантай ғана қалады, сондықтан белоктың ерігіштігі төмендейді де, ол тұнба бөліп шөгеді.
Белоктың ерігіштігі ортаның рН шамасына байланысты. рН шамасы изоэлектрлік нүктеге жақындаған кезде белок молекулалары арасындағы бірін-бірі итеру күші азаяды, белок молекулалары бірігіп үлкейеді де, белок тұнбаға шөгеді.
Белоктарға сапалық (түрлі-түсті) реакция жасау
Түсті реакция жасау арөқылы заттың белоктық табиғатын анықтауға және оның құрамында кейбір амин қышқылдары бар екнін дәлеледеуге болады.
Биурет реакциясы.Несеп нәрін (мочевина) қыздырған кезде биурет түзіледі, ол затқа мыс сульфатының ерітіндісін қосса, сілтілік ортада күлгін түске боялады. Белокқа мыс сульфаты ерітіндісін қосса, сілтілік ортада дәл осындай бояу пайда болады.
Биурет реакциясын пептидтік - СО - NН - байланысы бар қосылыстар береді. Бұл реакция көбінесе ерітіндідегі белок мөлшерін анықтау үшін қолданылады. Осы реакция кезінде мыс ионы Сu[2+] пептид байланысымен қосылады деген болжам бар.
Фолин реакциясы.Күшті негіздер және фосфорлы-молибденді-вольфрам қышқылы қатысқан кезде мыс иондары Сu[2+ ]белокпен қосылып, көк түске боялады. Пептидтік байланысы бар мыс иондарының комплексі мен фосфорлы-молибденді-вольфрам қышқылы тирозинмен реакцияға түседі. Бұл реакция биурет реакциясымен салыстырғанда сезімтал келеді. Осы реакциямен лоуридің әдісі бойынша белоктардың мөлшерін анықтайды (500 нм мөлшері кезіндегі ең көп сіңіруі бойынша).
Нингидрин реакциясы.Амин қышқылдарында сипаттама берген тарауда бұл реакция толық қарсытырылған болатын. Нингидрин қосып қыздырған кезде амин қышқылдары, пептидтер және белоктар көкшіл күлгін түске немесе райхан түске боялады. Бұл реакция құрамында амин тобы бар қосылыстарға тән. Амин қышқылдарының мөлшерін анықтау үшін қолданылады.
Ксантопротеин реакциясы.Белок ерітіндісіне концентрациялы азот қышқылымен әсер еткен кезде ерітінді сары түске боялады. Осыған аммиак қосса, қызғылт қоңыр түске айналады. Бұл реакция ерітіндіде циклды амин қышқылдары - фенилаланин, тирозин, триптофан бар екенін көрсетеді. Осы қышқылдардың бензол сақинасы нитрленеді.
Миллон реакциясы.Белок ерітіндісін азот қышқыл және азотты қышқыл сынап тұздарын араластырып қайнатса, қоңыр-қызыл тұнба шөгеді. Бұл реакция тирозиннің фенол сақинасына тән.
Сакагучи реакциясы.Белокты натрий гипохлоридімен және α - нафтолмен натрий гидроксидін қатыстырып реакцияластырған кезде сұйықтық қою қызыл түске бояла түседі. Ол реакция құрамына гуанидин тобы кіретін паргинин бар екнін көрсетеді.
Адамкевич реакциясы.Белокқа концентрациялы сірке қышқылын қосып, күкірт қышқылын қатыстырып, қыздырған кезде ерітінді қызғылт-күлгін түске боялады. Бұл реакция триптофанның бар екенін білдіреді.
Нитропруссид реакциясы.Аммиактың сұйық ерітіндісіндегі белокта цистеин болса, оған нитропруссид қосса, сұйықтық қызыл түске боялады.
Амин қышқылдары - белоктардың құрылымдық бірліктері
Белоктар бір-бірімен берік ковалентті байланысқан амин қышқылдарынан тұратын полимерлі молекулалар (полипептидтер) болып табылады. Белоктардың құрамына бір-біріне ұқсамайтын 20 түрлі амин қышқылдары кіреді. Амин қышқылдарының молекуласының құрамында олардың бәріне ортақ карбоксильді топ (-COOH) және амин тобы (-NH2). Бұл химиялық топтар амин қышылының молекуласының бірінші тұрған көміртегі атомымен (α-көміртегі атомы) байланысқан. Амин қышқылдарын бір-бірінен өзгеше етіп отыратын олардың молекуласының бүйірімен байланысқан және әр амин қышқылының түріне тән химиялық тізбектер болады (оларды радикал немесе R-топ деп белгілейді).
Пептидтік байланыс бір амин қышқылының карбоксильдік тобы екінші амин қышқылының амин тобымен химиялық әрекеттесуінің пайда болады. Ары қарай екінші амн қышқылының амин тобы үшінші амин қышқылының карбоксиль тобымен байланысады. Осындай жолмен қышқылдары тізбек құрайды - оны полипептид тізбегі деп атайды. 1.2-ші суретте ең қарапайым подипептидтік бөлшек - дипептидтің тізбегі көрсетілген (пептидтердің құрамындағы амин қышқылдарын амин қышқылының қалдықтары деп атаймыз, себебі пептидтік байланыс құрғанда сутегі атомы мен гидроксил тобы бөлініп кетеді). Сонымен, полипептидтер деп көптеген амин қышқылдарының қалдықтарынан тұратын пептидтер тізбегін айтамыз.
Екі амин қышқылдарының арасында пептидтік байланыстың пайда болуы. Белоктардың құрамына кіретін жиырма амин қышқылдарын әртүрлі тәсілдермен жіктеуге болады. Әдетте амин қышқылдарын химиялық құрылысы және олардың бүйіріндегі радикалдардың қасиеттері арқылы жіктейді. Белоктың құрамындағы амин қышқылдарының көптеген қасиеттері тек бүйірдегі химиялық топтардың табиғатына байланысты.
Пептидтік байланыс құрылатын реакция (конденсация)
Бірқатар полярлы емес немесе гирдрофобты болып бір топқа бірігеді. Оған R-тобы алифатикалық көмірсулар болатын бес амин қышқылдары жатады (олар - аланин, валин, лейцин, изолейцин және пролин). Екі амин қышқылдарында ароматикалық сақина болады (фенилаланин мен триптофан) және бір амин қышқылының R - тобының құрамында күкірт атомы болады (ол - метионин). Полярлы амин қышқылдарымен салыстырғанда бұл амин қышқылдарына тән қасиет - олардың суда өте баяу еритіндігі. Химиялық құрылысы тұрғысынан пролин қалған 19 амин қышқылдарынан ерекше өзгеше және ол имин қышқылына жатады. Он екі амин қышқылдары R-топтары зарядталмаған полярлы немесе гидрофильді амин қышқылдарына жатады. Олардың жетеуі (глицин, серин, треонин, цистеин, тирозин, аспарагин және глутамин) рН-тың физиологиялық мәнінде электрлік бейтарап қасиет көрсетеді, ал үшеуі (лизин, аргинин, гистидин) негіздік амин қышқылдар болып келеді, яғни, олар оң зарядталуға бейім. Екі амин қышқылдары - аспарагиндік және глутамидік қышқылдар қышқылдық қасиет көрсетеді, сондықтан олар теріс зарядталған. Аспарагиндік және глутаминдік қышқылдарының бүйір тізбегінде карбоксильді топ (-COOH) бар. Екі негіздік амин қышқылдарының (лизин мен аргинин) бүйір тізбегінде амин тобы (-NH2) бар. Полипептидтің пептидтің құрамындағы амин қышқылдарының тізбегін жазғанда оны N-ұшынан бастап оқиды. Бұлшық еттің белогы - миозиннің құрамында метиллизинамин қышқылы болады. Сонымен қатар, лизиннің төрт қалдығы өте күрделі десмозинкомплексін құрайды және ол комплекс фибриллярлы белок - эластинніңқұрамында болады. Қазіргі кезде тірі организмдердің жасушаларынан 300-ге жуық басқа, белоктардың құрамына кірмейтін, бірақ өздеріне тән қызметі бар амин қышқылдары табылған. Олардың кейбірі белгілі бір заттардың синтезінде аралық қосылыс болып табылады.
Селеноцистеин
4-гидроксипролин 5-гидроксилизин
6-N-метиллизин γ-карбоксиглутамат
Амин қышқылдарының қышқыл-негіздік қасиеттері. Кәдімгі амин қышқылдарының қасиеттерін қышқылдар мен негіздердің классикалық теориясы тұрғысынан түсіндіруге болады. Амин қышқылдарының көпшілігі моноаминомонокарбон қышқылдары болғандықтан олар рН-тың бейтарапқа жақын мәндерінде қандай да бір айқын заряд көрсете алмайды. Моноаминомонокарбон амин қышқылдары рН-тың төменгі мәндерінде екі негіздік қышқылдар бола алады (H3N+CHRCOOH). Қышқылдықтың мәнін шамамен рН 6-ға дейін көтергенде карбоксиль тобы протонын жоғалтады, оның нәтижесінде электрлі бейтарап дипольді ионы пайда болады. Оны цвиттерион H3N+CHRCOO- деп атайды, яғни тірі клеткалардың ішіндегі сулы ортада амин қышқылдары биполярлы иондар болып табылады (немісше цвиттерион - гибридтік ион деген мағынаны білдіреді).
Таза заряды: +1 0 -1
Қышқылдықты, яғни рН-ты ары қарай көтергенде ол екінші протонның жоғалуына және H2N+CHRCOO--ның пайда болуына алып келеді. Ионизацияның бірінші сатысындағы рК'-ның шамасы, яғни -карбоксиль тобының иондалуы, 2 - 2.5-ке тең болады, ал ионизацияның екінші сатысындағы рК'-ның шамасы 9 - 10-ға тең болып шығады. Сонымен қатар R - тобы бар және ионизацияға қабілетті амин қышқылдары басқа да иондық формаларда бола алады және олай болу сол R - тобының рК'-сына тәуелді болады.
Амин қышқылдарының негіз-қышқылдық қасиеттері.
Екі кезеңдегі диссосиацияның рК'-ның шамалары қатты өзгеше болады, оның нәтижесінде алынған сызық бір-бірінен өте жақсы айырылатын тармақтарға бөлінеді. ОН-иондарын бергенде рН-тың өзгерісі ең аз болатын әр тармақта орталық нүкте болады. Аланин үшін мүмкін шамалар рК'1 = 2,34 және рК'2 = 9,69.
Белоктардың қызметі
Белоктар тірі организмде алуан түрлі және өздеріне ғана тән қызмет атқарады. Организмде жүретін барлық биологиялық процестер белок қызметімен байланысты. Енді белок атқаратын қызметтердің аса маңыздыларымен танысамыз.
1.Катализдік қызметті толып жатқан ферменттер атқарады. Олар тірі материядағы химиялық реакцияларды реттейді және тездетеді.
2.Транспорттық қызмет деп молекулалық оттегін, липидтерді, әртүрлі төменгі молекулалы органикалық заттарды, металл иондарын ауыстырып, жеткізіп беру қызметін атайды. Бұл қызметті қан гемоглобині, бұлшық ет миоглобині атқарады. Олар молекулалық оттегін, липопротеидтерді, металлопротиедтерді және басқа да белоктарды тасымалдап жеткізеді.
3.Механикалық (жиырылып-созылу) қызметі. Белоктар жиырыла және созыла отырып жұмыс істейді. Мұндай қызмет атқаратын белоктарға бұлшық етте және басқа да тканьдерде болатын актин, миозин белоктары жатады.
4.Қорғаныс қызметі - гентикалық тұрғыдан алғанда табиғаты жат белоктарды зиянсыздандырады, организмдерді вирус және микроб инфекцияларынана қорғайды. Мұндай белоктарға иммуноглобулин (антитела), интерферон, комплемент жатады. Фибриноген және тромбин сияқты белоктар қан ұйытуға қатысады, сөйтіп қан тамырлары зақымданған жағдайда қанның көп ағуынан сақтайды.
5.Реттегіш қызметі - жеке клеткалардағы және тұтас организмдегі зат алмасуын реттейді, оның стимулдануына жағдай жасайды. Мұндай белоктарға инсулин гормоны, гипофиз гориондары және басқалары жатады.
6.Құрылымдық қызметі - клетка мембраналарының, жалғастырып тұратын тканьдердің орналасуын реттейді. Мұндай белоктардың құрамына: сүйектің және сіңірдің құрылымдық белогы-коллаген; жүннің, мүйіздің құрылымдық негізі болып табылатын белок-кератин; буын байланыстары құрылымында екі өлшемдік бағытта созыла алатын эластин кіреді.
7.Рецепторлық қызметті клетка мембранасына орналасқан әртүрлі белоктар атқарады. Ол белоктар клетка мембранасының беткі жағында белгілі бір қосылыстармен (гормондар, медиаторлар, циклдік нуклеотидтермен) әрекеттескеннен кейін клетканың ішіне хабар беріп тұрады.
8.Қоректік қызметті қоректік белоктар атқарады. Оған негізхігі азық-түлік өнімдері болып табылатын жануарлар мен өсімдіктердегі альбумин, глобулин, казеин, глиадин, гордеин, зеин және басқа қоректік белоктар жатады.
9.Репрессор белоктар ДНК құрамындағы гендердің беделдігін реттейді, ДНК молекуласының жеке учаскелерідегі күшейту және бәсеңдету (репрессия - депрессия) процестеріне қатысады. Мұндай белоктарға хромосомдағы гистондар, қышқыл белоктар жатады. Олар хабар беруші транскрипциялануын реттейді.
Ковалентті дисульфидтік байланыс - S - S - .
Бұл байланыс белок молекуласындағы әр түрлі екі полипептидті жалғастырады, немесе бір полипептидтің екі бөлігін жалғастырып, цистин қалдығын түзеді.
2. Сутектік байланыс.Егер теріс электр зарядты екі атомның біреуі сутегінің атомымен байланысқан болса, сол екі атомның арасында сутектік байланыс қалыптасады. Мысалы, сутегінің атомы оттегінің немесе азоттың атомымен байланысқан болса, онда оттегі (азот) атомының теріс электр зарядының күштілігі салдарынан байланыс электрондары оттегі атомына немесе азот атомына ығысады. Осыған байланысты сутегі атомында біршама оң заряд (δ[+]), электр терістілігі басым атомда біршама теріс заряд (δ[-]) пайда болады. Оң зарядталған сутегі атомы теріс зарядталған басқа атомға тартылады. Осылайша химиялық емес байланыс - сутектік байланыс - қалыптасады. Бұл байланыс коваленттік байланыспен салыстырғанда әлсіздеу, бірақ ол белгілі белок құрылымын қалыптастыруда үлкен қызмет атқарады.
Екі пептид тобының арасында сутектік байланыстың пайда болуы.
3. Өзара гидрофобтық әрекеттесу.Мұндай өзара әрекеттесу амин қышқылдарындағы полярсыз бүйірлік топтарының өзара тартылысынан болады. Ондай топтар полипептидтік тізбектер арасындағы суды ығыстырып шығару нәтижесінде қалыптасады. Мұндай учаскелерге су ерітінділері ене алмайды. Осы жағдайға қатысты аса маңызды лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин, триптофан сияқты амин қышқылдары жатады. Фенилаланиннің екі қалдығының және валин қалдығының өзара гидрофобты әрекеттесуі.
4. Иондық немесе тұз тәріздес байланыстар.Мұндай байланыстар әр түрлі зарядталған екі ион өте жақындасқан кезде (0,3 нм) пайда болады. Бұл - аспарагин, глутамин қышқылдары мен аргинин, гистидиннің қышқылдық және негізгі топтардың арасындағы өзара электростатикалық әрекеттесу күші.
Белок молекуласында N-және C-соңғы амин қышқылдарын анықтау.
Белок молекуласындағы N-және C-соңғы амин қышқылдарын білудің маңызы зор. N-және C-соңғы амин қышқылдары мольінің саны бойынша оның молекуласындағы полипептидтердің санын анықтауға болады. N-соңғы амин қышқылдарын анықтау үшін мына әдістердің біреуің қолданады:
1. 1 фтор -2,4 динитробензолдыңқатысуымен (Ф. Сенгер); Зерттелетін белокты (пептидті) сілтілік ортадағы жұмсақ жағдайда ФДНБ затымен қосып қыздырады. Бұл кезде белоктың сары түсті динитрофенил туындысы пайда болады.
Динитрофенилбелокты қышқылмен гидролиздейді (6Н. НСl қосылысында), бұл кезде ол N-соңғы амин қышқылының ДНФ-туындысына және бос амин қышқылдарына бөлініп жіктеледі:
Осыдан кейін стандартты ДНФ амин қышқылдары мен салыстыра отырып, N-соңғы амин қышқылының ДНФ-туындысын хромотография әдісі бойынша ұқсастығын анықтайды (идентификациялайды). Біз қарастырып отырған мысалдағы N-соңғы амин қышқылы глицин болып табылады.
2. Фенилизотиоцианаттың қатысуымен жүретін реакция. Бұл реакцияны әдетте Эдманның әдісі бойынша деградациялаудеп атайды. Беоктаға полипептидтік тізбекте амин қышқылдарының орналасу ретін тікелей анықтауға осы әдіс қана мүмкіндік береді және ол тізбекті N-соңынан бастап сатылап, бөледі, ажыратып жіктейді:
Модификацияланған полипептидті сусыз қышқылмен тез өңдейді. Бұл кезде тек N-соңғы амин қышқылы фенилтиогидантон (ФТГ) туындысы түрінде бөлініп шығады. Сөйтіп алғашқы полипептид бір амин қышқылына қысқарады. Бұл әдістің ерекшілігі - полипептидтің басқа бөлігі амин қышқылдарына бөлініп ажырамайды.
N-соңғы амин қышқылы ФТГ-туындысының хроматография әдістерінің біреуімен ұқсастығын анықтайды.
3. Дансилхлоридтің (диметиламинонафталин-5-сульфохлори дтің) қатысуымен жүретін реакция. Мұндай реакцияны іске асыру үшін полипептидті дансилхлоридпен өңдейді, бұл кезде соңғы амин қышқылындағы амин тобы мен реактивтік сульфотобы арасында байланыс түзіледі.
Осыдан кейін дансилденген полипептидті тұз қышқылында (6Н. НСl) гидролиздейді. Бұл қосылыста сульфамид байланысы тұрақты болғандықтан, тек қана амин қышқылының N-соңғы дистильденген туындысы бөлініп шығады. Ол туындының күшті флуоресценциялаушы қасиеті болады және бос амин қышқылдары бөлініп шығады. Осы әдісті қолдана отырып және флуоресценцияның жәрдеміммен N-соңғы амин қышқылының өте төменгі концентрациясын анықтауға болады.
4. Поилипептидтердегі (белоктардағы) С-соңғы амин қышқылды анықтау көпшілік карбоксипептидаза ферментініғң көмегімен жүргізіледі. Бұл фермент ұйқы безінде (қарын астындағы безі) түзіледі және ол полипептидтің бос карбоксил тобы бар соңынан бір-бірден амин қышқылдарын бөліп шығара алады. Бұл үшін полипептидке фермент қосып инкубациялайды, бөлініп шыққан С-соңғы амин қышқылын экстракциядан кейін хроматография әдісімен анықьтайды; стандарт амин қышқылдарымен салыстырылады.
Белоктардың классификациясы
Химиялық құрамына қарай белоктар: қарапайым белоктар (протеиндер) және күрделі белоктар (протеидтер) кластарына бөлінеді.
Қарапайым белоктар
Қарапайым белоктар гидролиздеу кезінде тек амин қышқылдарына ғана ажырайды. Төменде қарапайым белоктардың негізгі өкілдері көрсетілген.
1.Альбуминдер - бейтарап тұздармен толық қанықтырған кезде тұнбаға шөгеді. Қан плазмасында, сүтте, организм клеткаларында және биологиялық сұйық заттарда, тауық жұмыртқасында, бұршақ тұқымдас өсімдіктерде кездеседі. Молекуласы теріс зарядталған. Құрамында глутамин қышқылы көп болғандықтанғ, оның қышқылдық қасиеті бар, рН-4,7. олар суда, тұзды ерітінділерде ериді, қан плазмасында липидтерді, гормондарды, витаминдерді, микроэлементтерді тасымалдайды.
Қан сарысуының альбумині 500 амин қышқылы қаолдықтарынан құралады, м.м. - 70 000, лактальбумин (сүтте болады) 153 амин қышқылы қалдықтарынан құралады, м.м. - 45000.
2.Глобулиндер - бейтарап тұздармен жартылай қанықтырған кезде тұнбаға шөгеді. Өзі альбуминдер бар жерде кездеседі. Глобулин - сәл қышқылдау белоктарға немесе бнейтарап белоктарға жатады. Ол сұйытылған тұз ерітінділерінде ериді, суда ерімейді, рН 6 -7,3. Глобулиндер қанда көп мөлшерде кездеседі. Олар өздерінің құрамы, молек. Массасы және биологиялық қызметі жағынан бір-бірінен өзгеше. Глобулиндерді: α, β, γ - глобулиндер деп бөледі. Глобулиндер ішіндегілері ең маңыздысы: γ-глобулин. Ол антитела, организмді қорғаушы белок.
3.Гистондар (гректің деген сөзінен шыққан, ткань, ұлпа деген мағынаны білдіреді) - организмнің тканьдік белоктары. Ол хроматиннің ДНК қосылысымен байланысты болады. ДНК-нің кеңістіктік құрылымын тұрақтандыруға және репрессия процесіне қатысады.
Гистондар өсімдіктер мен жануарлар клеткаларындағы ядро белогы. Олардың құрамында аргинин мен лизин қалдықтары көп болуына байланысты сілтілік қасиеті бар, м.м. 11 000-21 000. рН - 1,0.
4.Протаминдер - ең шағын молекулалы белоктар, м.м. 4000-12 000 шамасындай, күшті негіздік қасиеті бар, құрамында аргинин қалдығы көп, гистондар сияқты ДНК мен байланысты.
5.Проламиндер - өсімдіктер белогы, әсіресе бұршақ тұқымдас өсімдіктер дәнінің жабысқақ ұлпасында болады. Суда, тұз, қышқыл, сілті ерітінділерде ерімейді, 70 % этанолда ериді. Оның құрамында глутамин және пролин көп мөлшерде болады. Проламиндер астық тұқымдас өсімдіктер құрамындағы маңызды белоктар болып табылады.
6.Глутилиндер де өсімдік белоктарына жатады, сілтінің ерітіндісінде ериді. Астық дақылдары дәнінде болады. Глутамин және лизинге бай келеді.
7.Протеиноидтар - белок тәріздес заттар. Бұларға сүйеніш тірек тканьдерінің (шеміршектің, сіңірдің, сүйектің, мүйіздің, жүннің, шаштың т.с.) фибрилл белоктары жатады. Олар ерекше мықты және иілмелі-созылмалы келед. Суда, тұз, қышқыл, сілті ерітінділерінде ерімейді.
Коллаген - бұл белок жалғастырып тұратын тканьдердің (сіңір, сүйек, тері, тіс) негізін құрайды. Оның молекуласы үш полипептидтік тізбектен тұрады. Ол тізбектер коллагеннің 3 қабат спиралін - тропоколлагенді түзеді. Ол тізбектердің әрқайсысының құрамына 1000 шамасындай амин қышқылының қалдықтары кіреді. Коллагеннің м.м. 285 000 және оның амин қышқылының құрамы ерекше. Коллагенді ұзақ қыздырған кезде ол денатурланады да, желатинге айналады.
Эластин - жалғастырып тұратын тканьнің иілмелі-созылмалы белогы. Ол әсіресе мойын омыртқалардың байланысында, орта қан тамыры қабырғаыснда коллагенмен бірге кездеседі. Эластин созылғыштық қасиеті жағынан каучукке жақындайды.
Кератин - шаш, тырнақ, тұяқ және қауырсындардың құрамына кіретін белоктар тобы. Құрамында цистеин, глутамин қышқылы, лейцин көп. Бұл белоктың иіліп-созылғыштығы және механикалық мықтылығы полипептидтік тізбектер арасындағы дисульфидтік байланыстардан болады.
Фиброин - табиғи жібек талшықтарының негізін құрайтын белок. Ол өрмекші өрмегінің де негізі болып табылады. Бұл белок құрамында көп мөлшерде глицин, аланин, серин, тирозин бар.
Күрделі белоктар
Құрамында белоктық бөлігі және белоксыз бөлігі бар өосылысты белоктар (протеидтер), ал мұндағы белоксыз бөлікті простетикалық топ деп атайды. Ол топ белоктың биологиялық қызметінде маңызды роль атқарады. Простетикалық топтың химиялық табиғатына байланысты күрделі белоктар бірнешеге бөлінеді.
1.Нуклеопротеидтер - нуклеин қышқылы бар белоктар комплексі. Простетикалық топтың ерекшелігіне байланысты оларды дезоксирибонуклеопротеидтер (ДН-протеидтер) және рибонуклеопротеидтер (РН-протеидтер) деп бөледі. ДН-барлық клеткалардың ядросында кездеседі. Бұл белоктар құрамында гистондар мен протаминдер бар. Олар ядродағы ДНК құрылымын қалыпқа келтіріп, тұрақтандырады. Ал гистондар одан өзге ДНК құрамындағы гендердің белсенділігін реттеуге қатысады. Нуклепротеидтер белок биосинетзінде аса маңызды қызмет атқарады.
2.Фосфопротеидтердегі простетикалық топ - фосфор қышқылының қалдықтары. Ол полипептидтік тізбектегі серинге немесе треонинге жалғасады. Фофопротеидтерге сүттегі казеин, жұмыртқа сары уызындағы виталлин, балық уылдырығындағы ихтулин және бірқатар ферменттер жатады.
3.Гликопротеидтер - құрамында қанттар (манноза, галактоза, гексозаминдер, сиал қышқылы және басқалары) бар күрделі белоктар. Жануарлардың, адамдардың, өсімдіктердің және микроорганизмдердің барлық тканьдерінде кездеседі. Гликопротеидтерге сілемей муциндері, тірек тканьдермукоидтары жатады.Олар буындарды майлайды, клетка мембранасы құрылымының қалыптасуына, иммунологиялық реакцияларға қатысады, эритроциттердің беткі жағында орналасады, қан тобын анықтайды.
4.Липопротеидтер - белоктар мен липидтерден (триглицеридтер, фосфолипидтер, холестерол, сфинголипидтер, май қышқылдары) тұратын комплекс. Клетка мембрасаның құрылымына кіреді. Липопротеидтер бос күйінде қан плазмасында және лимфада кездеседі және ол липидтерді, кейбір гормондарды бір орнынан екінші жерге ауыстырып апара алады. Электрофорездік қозғалғыштығы бойынша α-липопротеидтерге және β-липопротеидтерге бөлінеді. Липопротеидтерді ультацентрифугалау жолымен бөліп алады. Бұл кезде олар қалқып бетке шығады.
Липопротеидтер құрамына кіретін белоктар бөлігі негізінде әр түрлі 9 белоктан құралады.
5.Хромопротеидтер (гректің chroma - түс, бояу және протеидтер деген екі сөзінен тұрады) - боялған күрделі белкотар. Оған гемоглобин, миоглобин, цитохромдар, пероксидаза, каталаза флавиндік ферменттер жатады.
Гемоглобин (гректің haima - қан деген сөзінен шыққан) глобин белогының және простетикалық топ гемнен тұрады. Гемоглобин молекуласы Hb таңбасымен қысқаша таңбасымен белгіленеді.
Адам ішіндегі нәрестенің гемоглобині феталь (латынның - іштегі нәресте деген сөзінен шыққан) деп аталады. Қысқаша атауы - HbF.
Суббөліктің молекулалық массасы 16 000, гемогелобин молекуласынікі (16 000 ∙ 4) = 64 000.
Суббөліктің әрқайсысында 1 гем бар. Гем дегеніміз - күрделі қосылыс. Ол екі валентті темірмен байланысқан порфириннен құралады. Порфириннің 15 изомері бар. Оның бір изомері - протопорфирин IX гемнің құрамына кіреді. Протопорфирин IX қосылысының қаңқасы 4 пиррольдық сақинадан құралған. Ол сақиналар өзара метин тобы (= СН - ) арқылы байланысқан.
Гемоглобиндер қан эритроциттерінің құрамына кіреді. Бір эритроцитте 400 млн шамасына дейін гемоглобин молекулалары болады. Гемоглобиннің әр молекуласы оттегінің төрт молекуласымен байланыса алады. Гемоглобин құрамында оттегі гемдегі екі валентті темірге қосылады, бұл процесті оксигенация деп атайды. Оттегімен байланысқан гемоглобинді оксигемоглобин, оттегімен байланыспаған бос гемоглобинді дезоксигемоглобин деп атайды.
Гемоглобин молекуласы әртүрлі қосылыстармен өзара әрекеттесе алады. Көміртегі (II) тотығының организмге улы әсер етіп уландыруы гемоглобиннің көміртегі тотығымен СО көп жағынан өте ұқсас және ол тотықтың оттегімен салыстырғанда 300 еседей активті болуына байланысты.Осының нәтижесінде ол эритроцитпен кездескен кезде оның құрамындағы оксигемоглобиннен оттегін ығыстырып шығарады да, карбоксигемоглобин түзеді.
Бұл реакция қайтымды. Иіс тиіп уланған адамды таза ауаға шығарған жағдайда көміртегінің тотығы СО ығыстырылып шығарылады да, гемоглобин қайтадан әрекеттесіп, оксигемоглобин түзеді.
Оқытудың техникалық құралдары: интерактивті тақта, проектор сызба - кестелер
Оқытудың әдістері мен түрлері: баяндау, сұрақ - жауап, түсіндіру
Деңгейлік тапсырмалар:
1-деңгейлік сұрақ: Белоктардың электрофорездік қасиеті
2-деңгейлік сұрақ: Белоктарға сапалық (түрлі-түсті) реакция жасау
3-деңгейлік сұрақ: Белоктардың классификациясы. Қарапайым белоктар. Күрделі белоктар.
ОБСӨЖ тапсырмалары: Белоктардың ерігіштігі
СӨЖ тапсырмалары: Белок молекуласында N-және C-соңғы амин ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz