Ақуыздың қатталу қарқындылығы туралы

Ақуыздың үшінші реттік қүрылымы түбінде тізбектегі аминқышқылдардың реттілігіне байланысты екендігі белгілі. Сондай-ақ, 4.20-суретте көрсетіл- гендей ақуыздардың нативті құрылымдарының қалыптасуы мен олардың денатурацияға ұшырап қайта қалпына келуі өздігінен жүріп отырады. Аталған заңдылықтарға сүйену келесі сұрақтардың тууына алып келеді: Егер бізге ақуыздың қурамындағы аминқышқылдық тізбектің реттілігі белгілі болса, оның үшіншіреттік қурылымын алдын ала білуге бола ма? Қазіргі заманғы компьютерлік бағдарламалар арқылы біз ақуыздың толық құрылымын алдын-ала біле аламыз. Орасан мөлшердегі ақпараттарды өңдеуге мүмкіндік беретін есептеуіш шамасы жоғары компьютерлердің арқасында көптеген мүмкіншіліктер пайда болып жатыр. Биохимия және компьютерлік бағдарламалау салаларының бірлесуі биоинформатика саласының туындауына алып келді. Ақуыздың құрылымын алдын- ала жобалап, болжау биоинформатиканың негізгі міндеті болып табылады. Сонымен қатар нуклеин қышқылдарындағы азоттык негіздердің орналасу ретін салыстыру биоинформатиканың тағы бір маңызды қолданбалы саласы болып табылады. 14- тарауда талқыланатын тақырыптардың ішінде нуклеин қышқылдарымен жұмыс істеу әдістері де бар. Аталған тарауда көрсетілгендей, бүгінгі таңда гендегі нук- леотидтік тізбектің реттілігін білу арқылы сол генде кодталатын ақуыздың құрылымы мен қызметін алдын-ала болжауға болады. Ақуыздардың компьютерлік қорындағы құрылымы белгілі аминқыш қылдық тіз- бектер мен зерттелетін ақуыздың құра- мындағы тізбектердің арасындағы ұқсас- тықты (гомологияны) іздестіру жұмысы ақуыз молекуласының біртұтас құрылымын анықтауда қолданылатын алғашқы қадам болып есептеледі. Екі немесе одан да көп аминқышқылдық тізбектердің ұқсас келуі гомология ретінде қарастырылады. Егер кұрылымы белгілі ақуыздағы аминқыш қылдардың орналасу реті, зерттеліп жатқан ақуыздың ам инқы ш қы лды қ тізбегіне айтарлықтай ұқсас болса, он- дай ақуы зды ң құрылымы ж аңа ақуы зды ң салы сты рмалы түрдегі үлгісін жасауға пайдаланылады. Зерттеліп жатқан ақуыздың құрылымын бізге мәлім құрылымдармен салыстыру үшін үлгілеу алгоритмі қолданылады. Модель- деу алгоритм інің нәтижесінде, ақуыздың болжам түріндегі құрылымы жа- салынады. Бұл әдіс тізбектер арасындағы ұқсастық (гомология) 25% —30% жоғары болған жағдайда өте тиімді болып табылады. Тізбектердің ұқсастығы 25 %—30 % төмен болса, басқа әдістерді қолданған жөн. Ақуыздың бүктелу жо- лын анықтау тәртібі (алгоритмі) екінш і реттік құрылымдардың көпшілігіне тән бізге белгілі қатталу жолдарымен салыстыруға мүмкіндік береді. Мұндай қатталу жолдарының бірқатар түрлері 4.3-секцияда көрсетілген. Ал бұл, сол мәліметтердің қолданбалы жағы болып табылады. Тағы бір әдіс — сіе по^о бол- жау, ол химия, биология және физиканың негізгі заңдылықтарына негізделген. Аталған әдіс бойынша алынған құрылымдар кейіннен рентгендік кристалло- графия әдісімен тексеріліп, расталуы қажет. 4.30-суретте көрсетілген үдерістің сы збанұсқасы на қарай оты рып, ақуы з құры лы м ы н жобалау әдістерінде компью терлік қордағы мәліметтер қалай қолданылатынын білуге болады. 4.31-суреттің оң жағында ДНҚ-ның репарациялық жүйесінің Миі8 ақуызы мен бактериялардағы НІ0817 ақуызының болжам түріндегі құрылымдары салыс- тырылған. Ал, сол жақта екі ақуыздың кристалды құрылымдары көрсетілген. Ақуыздардың ам инқы ш қы лды қ тізбектері мен құрылымы туралы айтар- лықтай мәліметтерді ғаламтордан алуға болады. Аса маңызды электрондық көздердің бірі Құрылымды Биоинформатикалық зерттеулер зертханасының (Кезеагсһ СоІІаЬогаіогу/ог Зігисіигаі Віоіп/огтаІісз-ЯСЗВ) демеуімен жұмыс істейтін Ақуыздардың А қпараттық Банкі болып табылады. Оның электронды сайты ҺИр://\пу\у. гс8Ь.ог§/ргіЬ. Мұнда бүкіл әлемдік сайттардың тізімі көрсетілген. Бұл сайт үлкен молекулалардың құрылымы туралы ақпараттардың бірден-бір көзі. Онда ақуыздармен қатар нуклеин қышқылдары туралы мәліметтер бар. С айттың беті біліммен қамтамасыз ететін электронды қ көздермен арнайы байланысқан сілтемелермен толықтырылған. Бұл бөлім де талқы лан ған әдістерді қолдану нәтиж есінде ж асалған құрылымдардың жобалық үлгілерін ғаламтордан алуға болады. Ең тиімді электрондық мекенжайдың бірі һіір://рге(Ііс(іопсепіег.§с.ис(1аүі$.е(1и Аталған тақырып бойынша, тағы бір өте жақсы ақпарат көзін Ұлттық Денсаулық Ин- ституты арқылы (һіір://риЬтеЛсепіга1.піһ.ёОүДосгепЛег және һир:/Лу^уу.псЬі.п1т. піһ.доү) және ЕхРА8 сервері (Ақуызды Талдау Жүйесін сараптау-Ехрегі Ргоіеіп Апаіухіз 8у§іет) арқылы табуға болады (һіір://и8.ехра$у.ог§). ГИДРОФОБТЫ БАЙЛАНЫСТАР: ТЕРМОДИНАМИКА ЗАҢДЫЛ ЫҚТАРЫНА МЫСАЛ 4.4-секцияда гидрофобты байланыс деген ұғымға қысқаша тоқталып өткен бо- латынбыз. Гидрофобты байланыстар тірі организмдердің бойындағы биохимияға үлкен үлес қосады және олар ақуыздың қатталуында өте маңызды рөл атқарады. Гидрофобты байланыстардың болуы нәтижесінде молекулалардың күрделі жиынтығы белгілі бір құрылымдықпішінге ие болады. Мысалы, фосфолипидтік қабаттардан үлкен кешенді құрылымның түзілу жолы. Еске сала кетейік, (2 та- рау, 2.1-секция) фосфолипидтер дегеніміз — полярлы топтардан құралатын бас бөліктен және полярлы емес көмірсутектік тізбектен құралған, ұзын, соңғы бөлігінен тұратын молекулалар. Аталған қос қабатты құрылым күрделі оралған ақуызбен салыстырғанда әлдеқайда қарапайым болып келеді. Бірақ, олар да ақуыздың қатталып бүктелуінде негізгі рөл атқаратын байланыстардан түзіледі. Қос қабаттың түзілуіне қолайлы жағдай туғанда ондағы молекулалардың поляр- лы басы сулы ортамен жанасқан күйде, ал полярлы емес құйрық бөліктері бір- бірімен тығыз байланысып, сулы ортадан алшақ болатындай күйде орналасады. Бұл қосқабаттан липосомалар деп аталатын үшінші реттік құрылымдар түзіледі (4.32-сурет). Мұндай құрылымдар қос қабаттан және ақуыздық түйіршіктерден тұратын биологиялық мембраналарға өте қолайлы үлгі ретінде бола алады. Қос қабат пен олардың аралығындағы ақуыздардың өзара байланысуы да гидрофоб- ты байланыстарға мысал бола алады. Мембраналардың тіршілікте болуының өзі гидрофобты байланыстарға тәуелді. Гидрофобты байланыстар ақуыздардын бүктеліп, қатталуында да шешуші рөл атқарады. Ақуыздар өздерінің ферменттік, тасымалдаушылық (мысалы, оттегіні) не- месе құрылымдық бірлік ретіндегі қызметтерін атқару үшін үшінші реттік құрылымда болуы қажет. Гидрофобты байланыстар ақуыздардың үшінші реттік құрылымға дейін бүктеліп қатталуында аса маңызды рөл атқарады. Ақуыздардың қатталуы барысында гидрофобты немесе полярлы емес бүйірлік тізбектер судан оқшауланып ақуыздың ішкі жағында орналасуға тырысатындығы, ал полярлы болып келетін гидрофильді бүйірлік тізбектер молекуланың сыртқы жағында жатып, сулы ортаға жақын болатындығы тәжірибе жүзінде анықталды (4.33-сурет). Гидрофобты байланыстардың өте қолайлы болуын қамтамасыз ететін не? Гидрофобты байланыстар кездейсоқжүріп отыратын үдерістер болып табы- лады. Гидрофобты байланыстар пайда болған жағдайда, әлемдік энтропияның мөлшері жоғарылай түседі. Мысалы, сұйық көмірсутекке жататын гександы (С6Н14) сумен араластыру керек болды деп санайық. Нәтижесінде, біз ёрітінді емес, бір қабаты гексан- нан, ал екінші қабаты судан тұратын екі қабатты жүйе аламыз. Толықараласқан ерітінді өздігінен түзілмейді, ал екі қабаттың түзілуі кездейсоқ түрде өздігінен жүреді. Егер де ерітіндінің түзілуі үшін еріткіштің (яғни бұл жағдайда судың) біркелкі таралуы қажет болса, жүйеде қолайсыз энтропиялық жағдайлар пай- да болады (4.34-сурет). Полярлы емес молекулаларды қоршап жатқан су молеку- лалары бір-бірімен сутектік байланыс түзе алады, дегенмен олардың бір-бірімен толық байланысып, бірігу мүмкіншілігі тек судың молекулаларынан тұратын ерітіндідегі мүмкіншілікке қарағанда төмендеу келеді. Сондықтан, мұнда су молекулаларының орналасуындағы реттілік жоғары дәрежеде болып, қуаттың текке шашырауына жол берілмейді. Олардың орналасу реті судың сұйық күйіне емес, мұз түрінің торлы құрылымына көбірекұқсас болатындықтан ондағы энтро- пия да төмендеу келеді. Мұндай ортада үдерістер жүру үшін ондағы энтропиялық көрсеткіш тым төмен болады. Сол үшін полярлы емес заттар суда ерімейді; по- лярлы емес молекулалар бір-бірімен гидрофобты байланыс арқылы белгілі бір дәрежеге дейін бірігеді де, сулы ортадан бөлек жатады. Көптеген адамдардың пікірі бойынша аминқышқылдардың арасындағы гидрофобты байланыстар қайтымды түрде немесе кері бағытта да жүре алады. Мысалы, 4.13-суретте көрсетілген лей- цин, валин және изолейциннің арасындағы гидрофобты байланыстарға қарай отырып, гидрофобты байланыстарды аталған аминқышқылдардың бір-біріне қарай тартылуы деп түсінуіміз мүмкін. Бірақ шындығында ол байланыс поляр- лы емес аминқышқылдардың бір-біріне қатты тартылуынан емес, судың поляр- лы емес аминқышқылдармен байланысу алшақтауынан туады. ДУРЫС ҚАТТАЛУДЫҢ МАҢЫЗДЫЛЫҒЫ Үшінші реттік құрылымның дұрыс қалыптасуына қажетті ақпараттардың барлығы бірінші реттік құрылымнан алынады, алайда жағдаиында ақуыздардың бүктелу үдерісі әлдеқайда күрделі болса керек. К л е т к а н ы ң ақуыз жататын аймақтарында ақуыздар түзіліп ш ы ққ ан н ан кейін, оларды ң қатталуы дұрыс емес басталуы мүмкін немесе олар қатталу үдерісі аяқталм ай жатып, басқа да ақуыздармен бірігіп кетуі мүмкін. Эукариоттарда ақуы здарды ң мембрана арқылы клетканы ң ішіндегі органеллаларға тасы м алдануы үш ін, бүктелмеген ұзын тізбек күйінде қалуды қажет ететін ақуыздар болуы м үм кін. Дұрыс қатталған ақуыздар, әдетте, клетканы ң сулы ортасында ерігіш келеді немесе олар мембраналарға қосылады. А лайда, ақуы здар дұрыс бүктелмеген жағдайда олар басқа ақуыздармен өзара бірігіп 4.35-суретте көрсетілгендей ақуыздықшоғырларды құрауы мүмкін. М ұның себебі, ақуызды ң іш інде көміліп жатқан гидрофобты аймақтардың жалаңаш қалы п, басқа молекулалардағы ги- дрофобты аймақтармен өзара байланысуы нда жатыр. А льцгейм ер, П ар ки н — сон және Х антингтон сияқты бірқатар нейродегенеративті аурулар аталған ақуыздық шоғырлардың ж иналуы нан түзілетін ақуы з ш өгінділерінен п ай — да болады. «Биохимиямен байланысты салалар» бөлім інің келесі тақы ры бы ақуыздар қатталуының бұзылуынан туындайтын емі жоқауруларды сипаттауға арналған. АҚУЫЗДЫ БҮКТЕУШІ ШАПЕРОНДАР Ақуыздың дұрыс емес қатталуына жол бермеу үшін. шаперондар деп атала- тын арнайы ақуыздар көптеген ақуыздардың дұрыс ж әне уақты лы қатталы п отыруына көмектеседі. Ш аперондық ақуыздар деген сөздің төркіні бұрынғы уақытта кездесуге аттанған жас тұлғаны шаперон деп аталатын «қорғаушымен» бірге жіберуді білдіретін ескі ұғымнан алы нған. Ш аперон болған жерде кездесу барысында қоғамға жат қылықтар болмайтындығына сенім болған. Бас- қаша айтқанда, шаперон «орынсыз» байланыстардың пайда болуына жол бермейді. Ақуыздың бүктеліп, қатталуы барысында да шаперондар кездейсоқ байланыстарға мүмкіндік бермейді. Сонымен қатар, шаперондар бірікпеуі қажет ақуыздардың бір-бірімен байланысуына және ақуыздың дұрыс емес жолмен өздігінен байланысуына дажол бермейді. Мұндай ақуыздардың алғаш ашылған тобы Һзр70 деп аталады (молекулалық салмағы 70,000 болып келетін, қызу — соғу ақуызы, һеаі-зһоск ргоіеіп). Бұл ақуыздар температурасы шектен тыс жоғары ортада өсірілген Е. соіі бактериясынан табылған. Шаперондар про- кариоттардан адамға дейін, барлық тірі жандарда кездеседі, олардың қызмет ету механизмі әлі де болса зерттелу үстінде. Ақуыздың іп у /у о күйдегі қызметі оның бастапқыда қалай қатталғандығына толығымен байланысты болады. Ақуыздардың қатталу үдерісі олардың іп у /уо жағдайындағы қызметінің жүзеге асырылуында шешуші рөл атқаратыны туралы дәлелдемелер көбею үстінде. Бұл тарауды түйіндеу үшін біз гемоглобиннің дұрыс түзілуін қамтамасыз ететін шаперонды қарастырамыз. Қандағы гемоглобиннің мөлшері өте жоғары, ол 340 г/л-ге дейін жетеді. Глобин ақуызына жауап беретін геннің экспрессиясы өте күрделі болып та- былады, себебі оның а- және |3-тізбектері әртүрлі гендерде кодталған, со- нымен қатар ол гендер әртүрлі хромосомаларда орналасқан. |3-глобиннің әрбір геніне екі а-глобин гені сәйкес келеді. Сондықтан а-тізбек әрқашан да артығымен түзіліп отырады. а-тізбектің шектен тыс көп мөлшерде түзілуінен 4.36-суретте көрсетілген шоғырлар пайда болуы мүмкін. Бұл өз кезегінде, қандағы эритроциттердің зақымдалуы мен талассемия деп аталатын аурудың т у у ы н а ал ы п келеді. С оны мен бірге, бір-біріне жабысқан а-тізбектердің ш оғы рлары нан қалыпты гемоглобин түзілмейді, мұндай жағдайда өз қызметін атқ ар а ал м ай ты н пайдасы жоқ гемоглобин түзіледі. Гемоглобиннің дұрыс түзілуін екі түрлі глобин тізбектерінің арасындағы стехиометриялық қатынас қам там асы з етеді. Э-тізбекпен кешен түзу үшін а-тізбектер міндетті түрде бір- біріне ж абы спаған күйде және жеткілікті мөлшерде болуы қажет. Сонымен, а-т ізб ек т е р Э-тізбектермен біріккен күйде болғанда а-тізбектік шоғырлар түзілмейді. М ұның барлығы гемоглобинді тұрақтандырушы а-ақуыз деп ата- латы н арнайы шаперонның (АН8Р) арқасында жүзеге асырылады. Бұл шаперон қан д ағы эритроциттердің а-тізбектерден зақымдалуына жол бермейді және а-тізбектерді Э-тізбектерге жеткізіп салады. Бүгінгі таңда ақуыздардың қатталуы мен бүктелуі биохимия саласындағы аса м аңы зды мәселелердің бірі деп есептеледі. Төмендегі «Биохимиямен бай- л ан ы сты салалар» бөлімде ақуыздардың қатталу үдерісінің маңыздылығын а й қ ы н көрсететін көрнекі мысалдар берілген.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *