Ауыздар рылымы, міндеттері, биологиялы маызы
 Скачать 429 Kb.
|
|
Ақуыздар құрылымы, міндеттері, биологиялық маңызы Табиғатта 1010-1012 есе түрлі белокты молекулалар кездеседі, олар вирустан бастап адамға дейінгі тірі ағзалардың тіршілігін қамтамасыз етеді. Ішек таяқшасы 3000 түрлі белокты молекулалардан, ал адам ағзасы шамамен 5 млн белок молекулаларынан құралған. Белок - молекулалары өте күрделі болатын аминқышқылдарынан құралған органикалық зат; тірі организмге тән азотты күрделі органикалық қосылыс. Аминқышқылдары қалдықтарынан құралған жоғары молекуларлық органикалық түзілістер. Ақуыз организмдер тіршілігінде олардың құрылысы дамуы мен зат алмасуына қатысуы арқылы әртүрлі және өте маңызды қызмет атқарады. Ақуызды зат - құрамында міндетті түрде азоты бар күрделі органикалық қосылыс. Белоктың биологиялық қасиеттері: - Биокатализдік; - Тасымалдаушы; - Қорғаушы; - Жиырылу; - Құрылымдық; - Реттеуші; - Трофикалық. Құрылымдық (пластикалық, тіректік) – белоктар өсімдіктердің, микроорганизмдердің, жануарлардың құрылымын қамтамасыз етеді. Олар жасуша және органелла мембраналарының құрамына кіреді. Тіндердің беріктігі мен құрылымын қамтамасыз ететін дәнекер тінінің коллагені мен эластині, сүйек оссеині, тері мен шаштағы кератин, қан тамырларындағы эластин кең таралған құрылымдық белоктар. Белоктардың катализаторлық қызметі. Организмдегі метаболизм процестерінің жүру жылдамдығын анықтайтын биологиялық катализаторлар - ферменттердің барлығы белоктарға жатады. 4000 жуық ферменттер анықталған. Қоректік. Амин қышқылдарының жай заттардан бірінші реттік синтезі тек қана өсімдіктерде жүруі мүмкін, сондықтан барлық алмастырылмайтын амин қышқылдары жануарлар организмінде қоректік заттармен түсіп отыруы қажет. Кейбір белоктар организмде биологиялық активті заттар түзуге жұмсалады. Дамып келе жатқан эмбрион үшін белоктар қорек көзі болып табылады (жұмыртқа, сүт, уылдырық белоктары және т.б.). Тасымалдау қызметі- белоктар суда ерімейтін заттарды – липидтерді, стероидтарды, майларда еритін витаминдерді, металдарды және т.б. заттарды қан ағысымен тасымалдау арқылы оларды нысана-органдарға апарады және осы заттардың мембраналар арқылы жасуша ішіне қарай тасымалдануына себін тигізеді. Тасымалдау қызметін (газдарды тасымалдау) гемоглобин де атқарады. Қорғаныштық қызметі - организмнің қорғаныштық қызметін негізінен иммундық жүйе атқарады. Бұл жүйе арнайы қорғаныш белоктарын – антиденелер мен иммуноглобулиндерді организмге енген бактериялар мен бөгде заттарға қарсы жауап ретінде синтездейді. Белоктардың қорғаныштық қызметіне қанның ұюына қатысатын фибриноген белогының организмді қансыраудан сақтауы және кейбір улы заттарды өзіне қосып алуға қабілеттілігі мысал бола алады. Белоктардың жиырылып–созылу қызметі. Жануарлардың кеңістікте қозғалуға қабілеттілігі, жүрек жұмысы, тыныс алу, ішек перистальтикасы, тамырлардың тарылуы мен кеңеюі бұлшық ет тінінің жиырылу белоктары арқылы қамтамасыз етіледі. Жиырылу қызметі жасушалардың маңызды тіршілік үрдістері жүзеге асатын цитоскелеттің белоктарына да тән. Белоктардың реттеуші қызметі. Метаболизм процестерінің реттелуінде белоктар өте үлкен роль атқарады. Организмде зат алмасу процестері ферменттермен ғана емес, табиғаты жағынан белоктар, пептидтер немесе амин қышқылдарының туындылары болып табылатын гормондармен де реттеледі. Реттеуші сигналдарды қабылдайтын жасуша рецепторлары да белок болып табылады. Белоктар организмдегі, ҚСТ, ортаның рН–ын, онкотикалық қысымды реттей отырып, гомеостазды сақтауға қатысады. Белоктардың электротрансформациялау қызметі.Белоктар электрлік және осмостық энергияны макроэргиялық АТФ энергиясына айналдыра алады. Ақуыз тірі организмнің негізін құрайды, онсыз өмір жоқ. Карл Маркстің пікір бойынша: «Тіршілік — ақуыз заттарының өмір сүру формасы». Ақуыздар органикалық заттар дамуының ең жоғарғы сатысы және жер бетіндегі тіршіліктің негізі, организмнің тірек жүйесі, бұлшықет, жамылғы ұлпалары ақуыздардан құралған. Олар организмде әртүрлі маңызды қызмет атқарады: химиялық реакцияларды жүргізеді, дене мүшелерінің қызметтерін өзара үйлестіреді, аурулармен күреседі, т.б. Ақуыздардың құрамы мен құрылысы өте күрделі. Молекулалық массалары жүздеген мыңнан миллионға дейін жетеді. Олардың құрылымы бұзылса, денатурацияға ұшырап, организмдегі қызметін атқара алмайды. Ақуыздар гидролизденіп, аминқышқылдарын түзеді және өздеріне тән түсті реакциялары бар. Ақуыз – азықтың құрамына кіретін бүкіл тірі организмнің негізгі қорегі. Ол жасуша протоплазмасын құрумен қатар, организмдегі көптеген тіршілік құбылыстарына – тамақтану, өсу, көбею, тітіркену, қозғалу, тыныс алу процестеріне тікелей қатысады. Адам тәулігіне, шамамен, 100 г ақуыз қабылдауы керек. Азықпен түскен ақуыз әуелі асқазанда, сосын ішектегі ферменттердің әсерінен гидролизденіп, аминқышқылдарына дейін ыдырайды. Белоктар туралы алғашқы мәліметтер. Ақуыз туралы алғашқы мәліметтер XVIII ғасырдан белгілі. 1745 ж. италиялық ғалым Беккори бидай ұнынан лейковина деген ақуызды бөліп шығарған. 19 ғасырдың 30-жылдарында ет, жұмыртқа, сүт, өсімдік тұқымдарында ақуыздық заттар бар екені анықталды. Ғалымдардың содан бергі зерттеулері нәтижесінде барлық тірі организмдер жасушасында болатын тірі материя – протоплазма, негізінен, ақуыздан құралатыны анықталды. 20-ғасырдың 30-шы жылдарында кристалды түрдегі алғашқы белоктар алынды. Белоктардың қарапайым құрамы туралы алғашқы мәліметтерді голланд химигі және дәрігері Г.Я. Мульдер жариялады.
Белокты молекулалардың құрамы:
Белок құрамында 20 негізгі амин қышқылдары және бірқатар олардың туындылары табылған.
Белок молекуласының құрамында тек пептидті байланыс қана емес сонымен қатар:
Белоктардың (ақуыздардың) жіктелуі Конформацияға байланысты:
 Фибриллярлы және глобулярлы белоктар Фибриллярлық белоктар суда және сұйылтылған тұзды ерітінділерде ерімейтін тұрақты зат. Фибриллярлық белоктар - дәнекер тканьдердің негізгі құрылымдық элементтері. Бұл белоктарға - шандыр және сүйек тканьдерінің коллагені, шаштың, терінің, тырнақтың альфа кератині жатады. Глобулярлық белоктардың полипептидтік тізбектері ықшамдалған сфералық немесе глобулярлық құрылымдарға тығыз оралған. Оларға: барлық ферменттер, анти денелер, кейбір гормондар, қан сары су альбумині және гемоглобин жатады. Бұлшық еттің құрылымдық элементтері - миозин, қан ұю жүйесінің белогы - фибриноген жатады. Белоктар (ақуыздар) құрылымы Белок құрылымы:
Белок молекуласының бірінші реттік құрылымы. Белоктың біріншілік құрылымы дегеніміз - полипептидті тізбекте бір-бірімен пептидті байланыс арқылы қосылған аминқышқылдарының саны және кезектілігі. Біріншілік құрылым полипептидтік тізбектерден тұрады. Белок молекуласының біріншілік құрылымы конформациялық код болып табылады. Белок молекуласының екіншілік құрылымы. Екіншілік құрылым дегеніміз - конформациясын немесе басқа сегменттерден өзара әрекеттесуін ескермегендегі полипептидті тізбектің бөліктері атомдарының локальды кеңістікті орналасуы болып табылады. Екіншілік құрылым сутектік байланыспен тұраұтанған альфа спираль түрінде болады. Белок молекуласының үшіншілік құрылымы. Көптеген белоктардың полипептидтік тізбектері ықшамдалған глобулаға оралуы мүмкін. Альфа спиральдың кеңістіктің конформациясы немесе басқа молекулаларымен өзара әрекеттесуін ескермегендегі глобулярлық белоктардың полипептидтік тізбектерінің белгілі бір көлемде жинақталу әдісі үшіншілік құрылымы деп аталады. Белок молекуласының төртіншілік құрылымы. Төртіншілік құрылым белок молекуласының құрылымдық ұйымдастығының ең жоғарғы деңгейі. Төртіншілік құрылымы бар олигомерлік белоктардың көпшілігін молекула үстілік қосылысқа жатқызуға болады. Мұндай белоктарға хромосомалар, рибосомалар жәнеклеткалық мембраналар жатады. Жай белоктар. Жай белоктар гидролиз кезінде амин қышқылдарға дейін ыдырайды, яғниолларсуббірліктердің полипептидті тізбектерін тек амин қышқылды қалдықтардан құралған. Жай белоктар: - Протаминдер және гистондар; - Глютолиндер, порламиндер; - Альбуминдер, глобулиндер; - Протеиноидтер. Күрделі белоктар - бұлар екі компонентті белоктар, олар жай белоктан - апопротеиннен және белокты емес, амин қышқылды емес бөліктерден, басқаша айтқанда простетикалық топтан тұрады. Простетикалық топ әр түрлі табиғаты бар қосылыстар: липидтер, көмірсулар, нуклеин қышқылдары, пигменттер, фосфор қышқылы түрінде болады. Күрделі немесе екі компонентті белоктар өздерінің простетикалық тобының түріне байланысты жіктеледі:
Белоктардың (ақуыздардың) физико-химиялық қасиеттері Биохимияның айтарлықтай күшті дамуы, әсіресе соңғы он жылдықтарда айқын байқалады. Оны қамтамасыз етуге алдымен биохимиялык зерттеулерде жаңадан ашылған физико-химиялық әдістерді кеңінен колдануға байланысты. Биохимияда ғылыми зерттеулердің мүмкіндігін арттыруға ерекше үлес қосқан рентген құрылымдык анализ, электронды микроскопия, газды, сұйықтықты, гельді және капиллярлы хроматография, таңбаланған атомдар әдісі, инфрақызыл және ультракүлгін спектрофотометрия, флуоресцентті және полярографты анализ, электрофорез, молекулярлы елек (сит) әдісі, масс-спектрометрия, гравитациялық жазықтыкта заттарды бөлуде ультрацентрифуганы пайдалану, магнитті-оптикалық айналудағы дисперсиялық әдістер, электронды парамагнитті резонанс, ядролық магнитті резонанс және басқалар. Биологиялық химияның жетістіктері биология мен физиологияның ары қарай дамуын аныктайды, себебі метаболизмге қатысатын заттардың құрылымдық және химиялық өзгерістерін білмей, оның мәнін анықтауға, көбею, тұқым қуалаушылық, жүйке импульсін жеткізу сияқты биологиялық құбылыстарды басқару әдістерін жетілдіруге болмайды. Сондай-ақ, қазіргі теориялык физика мен эксперименттің күрделі техникасы ғалымдар алдында әртүрлі қосылыстардың құрылысын танып-білуде шын мәніндегі шексіз мүмкіндіктерді, сонымен қатар, өндірісте қолданылатын, қоршаған орта мен бүкіл әлемде өтетін шексіз көптеген химиялык реакцияларды ашты. Белоктардың молекулярлық салмағы өте үлкен, оны осмометриялық, криоскопиялық, физкозометриялық әдістермен табуға болады, соңғы кезде фидементациялық анализ, гельфильтрация, гель-диск электрофорез әдістері кеңінен қолданылуда, олардың негізіне белоктардың физико-химиялық қасиеттері: ионизациялау, гидротация, ерігіштік және тұнбаға түсу алынған. Белок молекуласының құрылымының өзгеруі. Ауру кезінде тканьдердің белоктық құрамы өзгереді. Бұл өзгерісті протеинопотия деп атайды. Жүре пайда болған протеинопатия барлық паталогияда кездеседі, клиникалық әдістермен көбінесе табыла бермейді. Емдеу үшін белоктарың мөлшерін анықтап бөліп алу керек. Бөліп алу әдісі белоктың химиялық және биологиялық қасиеттеріне негізделген. Белоктар үлкен молекулалы органикалық қосылыстар, олар жартылай өткізгіш мембрана не жарғақтан (мал куығынан, целофаннан) өте алмайды. Белоктарды басқа коспалардан диализ аркылы тазарту осындай қасиетіне негізделген. Молекуласының пішіндеріне қарай белоктар фибриллярлык және глобулярлық болып екіге бөлінеді. Глобулярлык белоктардың құрылымы шағын ғана, олардың полипептидтік тізбектері сфера немесе элипсоид сияқты тығыздала бүктелген болады. Белок глобуласының бетіне негізінен амин қышқылдарының полярлы тобы және зарядталған атомдары жинақталады. Олар сумен әрекеттесуге қабілетті келеді. Глобулярлы белоктардың көпшілігі суда және су ерітінділерінде ериді. Мұндай белоктарға барлық ферменттер, қанның, сүттің белоктары (альбуминдер, глобулиндер және басқалары) жатады. Фибриллярлық белоктар тұрақты келеді. Суда және сұйық түз ерітінділерінде ерімейді. Белоктағы полипептидтік тізбектер белдік (ось) бойында өзара параллель орналасады, сөйтіп, ұзын талшықтар фибриллдер түзеді. Мұндай белоктардың молекуласы созылған жіп сияқты, өздері екі және көп полипептидтік тізбектерден тұрады. Тізбектері қатты немесе созылмалы жұмсақ келеді және тірі ағзаларда құрылымдық қызмет атқарады. Оларға: коллаген-сіңір, сүйек, тері, тіс және шеміршек сияқты ұлпалардың негізі болып табылады; шашта, жүнде, қауырсында, тырнақта, тұяқта кератин белогы бар, тағы оған жібек фибрионы, кан фибриногені және тағы сол сияқты белоктар да жатады. Белоктардың кейбір ерекше қасиеттеріне жоғары молекулалық салмағы, жарықты қосарынан сындыруы, электрлік жазықтықта жылжығыштығы жатады. Сонымен бірге поляризацияланған жарықта жазықтықты бұру қабілеті белоктардың арнайы оптикалық қасиетіне тән. Белоктардын, осы көрсетілген оптикалык қасиеттерін, олардың мөлшерін (сандық түрде) анықтауда, молекулалық салмағын есептеуде және т.б. пайдаланады. Белоктарға тән физикалык қасиеттердің біріне молекулаларының бетіне төмен молекулалы органикалық қосылыстар мен иондарды адсорбциялау (өткізу, қабылдау, copy) қабілеті жатады. Ағзадағы заттардың транспорттық (тасымалдану) қызметі белоктардың осы қасиетімен тығыз байланысты. Мысалы, кейбір белоктар зат алмасу өнімдерінің тасымалдануын жоғары деңгейде қамтамасыз ете алады. Белоктар, олардың амин қышқылдары сиякты структуралық элементтері әрі СООН тәрізді қышқыл топтары, әрі NH2 сияқты негіздік топтары бар болуы себепті амфолиттер немесе амфотерлік электролиттер болады. Ақуыздардың химиялық қасиеті Құрамы мен құрылысы күрделі болғандықтан, ақуыздардың қасиеттері де алуан түрлі. Олардың құрамында әртүрлі химиялық реакцияларға түсетін функционалдық топтары бар.
а) Ксантопротеинреакциясымен (грек. ксанты — сары) құрамында бензол ядросы бар ақуыздар концентрлі азот қышқылымен сары түс береді. ә) Биурет реакциясы. Мыс (II) гидроксидінің сілтідегі ерітіндісімен ақуыздарға әсер еткенде, ашық күлгін түс пайда болады. Бұл реакция ақуызтардың құрамындағы пептидтік байланыстарды анықтайды. б) Құрамында күкірті бар ақуыздарға қорғасын ацетатын және сілті қосып қыздырғанда, қорғасын сульфидінің қара тұнбасы түзіледі.  Ақуыз синтезінің проблемасы. Ақуызды синтездеу проблемасының теориялық және практикалық маңызы бар. Ақуыз молекуласының күрделі болуына байланысты қазіргі уақытқа дейін ақуыз синтезі толық іске аспай отыр. Ақуыз молекулалары үздіксіз қозғалыста болады. Ақуыз молекулаларын синтездеуге әрекет жасаған ғалымдардың сәтсіздіктерінің себебі де осында болуы мүмкін. Ақуыз молекулаларының үздіксіз өзгеруін анықтайтын заңдылықтарды түсіну — қазіргі ғылымның ең басты міндеттерінің бірі. Жоғары деңгейлі организмдерде ақуыз биосинтезі таңғаларлықтай тез жүреді: 350 аминқышқылынан тұратын полипептид бар болғаны 10 секундта түзіледі! Ақуыз синтезінің құпия сырын ашу көптегек вирус ауруларын жеңуге мүмкіндік береді. Жаңа химиялық талшықтар мен пластмассалар жасауға, тамақ және химия өнеркәсібінде жаңа өндіріс процестерін ойлап табуға көмектеседі. Алғаш рет қарапайым ақуызды заттар, гипофиздің гормондары вазопрессин мен окситоцин алынды. Одан басқа ақуыз синтездеудегі зор табыстарға инсулин мен интерферон алу жатады. Полипептидтік теория ашылғаннан бері ақуыздық қасиеттері бар полипептидтер синтезделіп, жемдік қоспа, дәрі-дәрмек ретінде қолданылып жүр. Қазіргі замандағы маңызды міндеттердің бірі — синтездік тағам жасау проблемасы. Соның ішінде ақуыздық тағам түрлерін алу бірінші кезекте түр. Бұл салада академик A. Н. Несмеянов бастаған ғалымдар тобы жұмыс істеп, біраз жетістіктерге жетті. Мысалы, сапасы жөнінен табиғи түрінен кем соқпайтын қара уылдырық синтездеп алды. Ғалымдар биосинтез бен жасушаларда жүретін процестердің заңдылықтарын толық меңгерген кезде жасанды жолмен ақуыздар алу мәселесі де толық шешілуі мүмкін. Аминқышқылдар Табиғатта аминқышқылдардың 150-ден астам түрі бар. Олардың 20-сына жуығы ақуыздар түзілісінде аса маңызды қызмет атқаратын мономер блок-топшалар. (Аминқышқылдардың ақуыз құрамына енгізілуі тәртібін тектік код есептейді). Аминқышқылдары барлық ағзалардың зат алмасу процесіне қатысып гормондар витаминдер мидиаторлар пуринді және пиримидинді азоттық негіздердің алқолоидтердің т. б. гормондар биосинтезінің негізгі қосылыстарын түзу қызметін атқарады. Микроапалардың көпшілігі өздеріне керекті аминқышқылдарын синтездейді. Адам мен барлық жануарлар аминқышқышқылдарын өздері түзіле алмағандықтан оларды дайын түрінде ішіп-жейтін қорегіне алады. Қазіргі кезде адам және жануарлардың тамағына косылатын аминқышқылдары биотехнологиялық синтездеу әдісімен (химия және микробиология) игеріледі. Сонымен қатар олар өнеркәсіптік полиамидтер – бояулар мен дәрі-дәрмек шығаруда да үнемі пайдаланылатын өнім. Амин қышқылдары барлық тірі организмдерде жүретін азотты заттар (гормондардың, витаминдердің, медиаторлардың, пурин және пиримидин негіздерінің, алкалоидтардың т.б. заттардың негізгі де бастапқы қосылыстары болып саналады) алмасуына қатысады, жануарлар мен өсімдіктер организмдерінің барлық ақуыздарының (протеиндерінің) мономерлері қызметін атқарады. Жасушалардағы протеиндер биосинтезіндегі амин қышқылдарының ақуыздағы орындарын генетикалық код анықтайды. Микроорганизмдер мен өсімдік организмдерінің көпшілігінде, оларға қажет амин қышқылдарының барлыгы түгелімен, аталган организмдерде түзіледі, ал адам мен жануарлар организмдерінде алмаспайтын амин қышқылдары түзілмейді, олар тек дайын түрінде ғана тамақ пен азықтың құрамымен организмге келеді. Адам организмі қажетті аминқышқылдарының жартысынан астамын өздігінен синтездей алады. Ал сегіз аминқыщқылын адам организмі синтездей алмайды. Олар ауыстырылмайтын аминқышқылдары деп аталады. Организмде синтезделмейтін аминқышқылдарын адам қоректік заттармен қабылдауы керек. Барлық аминқышқылдары мал етінің құрамында болатындықтан, ет аминқышқылдарының негізгі көзі болып саналады. Ал әр өсімдіктің құрамында өзіне тән жеке аминқышқылдары болады. Аминқышқылдары медицинада дәрі-дәрмек, ал ауыл шаруашылығында мал азығына үстеме қорек ретінде пайдаланылады. Өнеркәсіпте синтетикалық талшық (капрон, нейлон) алу үшін де аминқышқылдары қолданылады.1 ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Ш. ЕСЕНОВ АТЫНДАҒЫ КАСПИЙ МЕМЛЕКЕТТІК ТЕХНОЛОГИЯЛАР ЖӘНЕ ИНЖИНИРИНГ УНИВЕРСИТЕТІ СӨЖ Тақырыбы: Белоктар туралы жалпы түсінік, физикалық және химиялық қасиеттері. Белоктардың химиялық құрылысы. Орындаған: Био-15-1 Азанова Көркем Ақтау 2018ж |