Уургийн бүтцэд амин хүчлүүдийн үүрэг
Уураг нь амьд биетийг бүрдүүлдэг гол биомолекулуудын нэг юм. Эд эс үүсэх, ферментийн идэвхжилээс эхлээд бодисын тээвэрлэлт, дархлааны хариу урвал хүртэл бараг бүх биологийн процессууд нь уургаас хамаардаг. Гэсэн хэдий ч уургууд нь дан, бэлэн нэгж биш юм. Уураг нь амин хүчил гэж нэрлэгддэг жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрддэг. Уургийн бүтцэд амин хүчлүүдийн үүргийг ойлгох нь уургууд хэрхэн тодорхой хэлбэр, тогтвортой байдал, өндөр өвөрмөц биологийн ажлуудыг гүйцэтгэх чадварыг олж авдаг болохыг ойлгох гэсэн үг юм.
Амин хүчил нь уургийн "барилгын материал" юм
Амин хүчил нь ерөнхийдөө хоёр чухал бүлэгтэй органик молекулууд юм: амин бүлэг (-NH₂) ба карбоксил бүлэг (-COOH), мөн хажуугийн бүлэгтэй (R) холбогдсон төвийн нүүрстөрөгчийн атом (альфа нүүрстөрөгч). Энэ R бүлэг нь нэг амин хүчлийг нөгөөгөөс нь ялгаж өгдөг зүйл юм. Эсүүд уураг үүсгэхэд түгээмэл ашигладаг 20 стандарт амин хүчил байдаг.
Амин хүчлүүдийн хамгийн үндсэн үүрэг бол хоорондоо холбогдож полимер, тухайлбал уураг үүсгэдэг мономерууд юм. Амин хүчлүүдийг холбодог холбоог пептидийн холбоо гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь нэг амин хүчлийн карбоксил бүлэг ба өөр амин хүчлийн амин бүлгийн хоорондох конденсацийн урвал (усны молекул ялгарах)-аар үүсдэг. Энэхүү амин хүчлүүдийн гинж нь полипептидийн гинж үүсгэдэг бөгөөд дараа нь энэ нь функциональ уургийн бүтэц болж хувирдаг.
Амин хүчлийн дараалал нь бүтэц, үйл ажиллагааг тодорхойлдог.
Уургуудад амин хүчлийн дараалал (анхдагч бүтэц гэж нэрлэдэг) нь зүгээр л бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалт биш, харин уураг хэрхэн нугалах, тогтвортой байдал, үйл ажиллагааг нь тодорхойлдог "код" юм. Энэхүү дарааллыг транскрипц ба орчуулгын процессоор дамжуулан генетикийн мэдээлэл (ДНХ) хянадаг.
Дарааллын багахан өөрчлөлт нь томоохон нөлөө үзүүлж болно. Жишээлбэл, ганц амин хүчлийг орлуулах нь уургийн хэлбэрийг өөрчилж, гүйцэтгэлийг нь бууруулж эсвэл бүр хортой болгож болзошгүй. Энэ нь амин хүчил нь зөвхөн барилгын материал төдийгүй уургийн мөн чанарыг тодорхойлдог гэсэн үг юм. Анхдагч бүтэц нь дээд түвшний бүтцийг бий болгох үндэс суурийг бүрдүүлдэг.
Хоёрдогч бүтэц дэх амин хүчлүүдийн үүрэг: α-геликс ба β-хуудас
Полипептидийн гинж үүссэний дараа хоёрдогч бүтэц гэж нэрлэгддэг орон нутгийн нугалах хэв маяг үүсч эхэлдэг. Хамгийн түгээмэл хоёр хэлбэр нь:
1. α-спираль (альфа спираль): Полипептидийн гинжин хэлхээ нь пүрш шиг ороомогтой.
2. β-хуудас (бета хуудас): Полипептидийн гинж нь атираат хуудас үүсгэхийн тулд параллель байрладаг.
Хоёрдогч бүтэц нь голчлон полипептидийн нурууны атомуудын хоорондох устөрөгчийн холбоогоор тогтворждог бөгөөд R бүлгүүдээр биш юм. Гэсэн хэдий ч R бүлгүүд нь α-спираль эсвэл β-хуудас үүсэх хандлагад хүчтэй нөлөөлдөг. Жишээлбэл, пролин нь хатуулаг чанараасаа болж спиральыг ихэвчлэн "эвддэг" бол аланин нь спираль үүсэхийг дэмждэг.
Тиймээс амин хүчил нь химийн шинж чанар болон хажуугийн бүлгүүдийн хэлбэрээрээ орон нутгийн нугалах зохицуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
Гуравдагч бүтэц: 3 хэмжээст нугалалт нь R бүлгийн харилцан үйлчлэлээр тодорхойлогддог.
Гуравдагч бүтэц нь полипептидийн гинжин хэлхээний нийт гурван хэмжээст хэлбэр юм. Энэ үе шатанд R бүлгүүдийн хоорондох харилцан үйлчлэл нь уураг хэлбэрээ хэрхэн "түгжихийг" тодорхойлдог тул амин хүчлүүдийн үүрэг илүү тодорхой болдог. Амин хүчлийн төрлөөс хамаардаг зарим чухал харилцан үйлчлэлүүд нь:
– Гидрофобик харилцан үйлчлэл: Туйлшгүй бус амин хүчил (жишээ нь, валин, лейцин, изолейцин) нь уснаас зайлсхийхийн тулд уургийн дотор бөөгнөрөх хандлагатай байдаг. Энэ нь уургийн нугалалтыг хөдөлгөгч гол хүчин зүйлсийн нэг юм.
– Устөрөгчийн холбоо: Туйлын амин хүчил (жишээ нь серин, треонин, аспарагин, глутамин) нь нугалаасыг тогтворжуулахад тусалдаг устөрөгчийн холбоо үүсгэж чаддаг.
– Ионы холбоо (давсны гүүр): Цэнэглэгдсэн амин хүчлүүд (хүчил: аспартат, глутамат; суурь: лизин, аргинин, гистидин) нь бүтцийг бэхжүүлдэг давсны гүүр үүсгэхийн тулд бие биенээ татан оролцдог.
– Ван дер Ваалсын хүч: Хэдийгээр сул боловч нягт савлагдсан уургуудад олонх нь нэгэн зэрэг тохиолдоход эдгээр харилцан үйлчлэл чухал болдог.
– Дисульфидын холбоо: Хоёр цистеины үлдэгдэл нь ковалент дисульфидын (S-S) холбоо үүсгэж чаддаг бөгөөд энэ нь маш хүчтэй бөгөөд уургийн тогтвортой байдалд, ялангуяа кератин эсвэл эсрэгбие зэрэг эсийн гаднах уургуудын тогтвортой байдалд гол үүрэг гүйцэтгэдэг.
Эндээс бид амин хүчил нь зөвхөн уураг үүсгэдэг төдийгүй уургийн бат бөх, уян хатан, тогтвортой байдлыг тодорхойлдог "холбооны сүлжээ" үүсгэдэг болохыг харж болно.
Дөрөвдөгч бүтэц: амин хүчил нь хэд хэдэн дэд нэгжийн холбоог зохион байгуулдаг
Зарим уургууд нь ганц гинж биш, харин дэд нэгж гэж нэрлэгддэг хэд хэдэн полипептидийн гинжний нэгдэл болж үйлчилдэг. Дэд нэгжийн энэхүү зохион байгуулалтыг дөрөвдөгч бүтэц гэж нэрлэдэг. Үүний сайн мэддэг жишээ бол дөрвөн дэд нэгжээс бүрдэх гемоглобин юм.
Амин хүчил нь дэд нэгжийн гадаргуугийн харилцан үйлчлэлээр дамжуулан дөрөвдөгч бүтцэд хувь нэмэр оруулдаг: гидрофобик харилцан үйлчлэл, устөрөгчийн холбоо, ионы холбоо. Дэд нэгжийн интерфейс дэх амин хүчлийн найрлага нь дэд нэгжүүд хэр нягт холбогддог, уураг хэр амархан деформацид ордог, хэр хамтын ажиллагаатай ажилладагийг тодорхойлдог. Өөрөөр хэлбэл, амин хүчил нь уургийн янз бүрийн хэсгүүдийг хооронд нь холбодог "түгжээ" болж, тэдгээр нь нэг нэгж болж ажилладаг.
Амин хүчил нь идэвхтэй төвийг бүрдүүлж, уургийн өвөрмөц чанарыг тодорхойлдог.
Уургийн үйл ажиллагаа нь тэдгээрийн хэлбэр, гадаргуугийн химийн найрлагаас ихээхэн хамаардаг. Амин хүчил нь дараахь чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бүрдүүлдэг.
- Химийн урвал явагддаг ферментийн идэвхтэй төв.
– Лигандын холболтын цэгүүд, жишээлбэл, даавар, ионууд эсвэл жижиг молекулууд холбогддог газрууд.
– Таних хэсэг, жишээлбэл, эсрэгбие эсвэл мембраны рецепторуудад.
R бүлгүүдийн өвөрмөц байдал нь уургуудад тодорхой функцэд тохирсон бичил орчинтой байх боломжийг олгодог. Жишээлбэл, гистидин нь физиологийн рН-д протоныг хүлээн авах эсвэл ялгаруулах чадвартай тул ферментийн катализд ихэвчлэн чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Серин нь сериний протеазуудад нуклеофилийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Цистеин нь тодорхой ферментийн урвалд түр зуурын ковалент холбоо үүсгэж чаддаг. Тодорхой тохиргоонд хэд хэдэн амин хүчлийн нэгдэл нь нарийн функциональ төвүүдийг үүсгэдэг.
Амин хүчил нь уургийн рН болон температурт тогтвортой байдалд нөлөөлдөг.
РН, температур, давсны агууламж зэрэг орчны нөхцөл байдал нь уургуудад нөлөөлж болно. Цэнэглэгдсэн амин хүчлүүд нь иончлолын түвшин өөрчлөгддөг тул рН-ийн өөрчлөлтөд онцгой мэдрэмтгий байдаг. РН өөрчлөгдөхөд ионы холбоо суларч эсвэл бэхжиж, гуравдагч буюу дөрөвдөгч бүтцийн өөрчлөлтөд хүргэдэг. Энэ нь уургууд яагаад хэт туйлширсан нөхцөлд денатурацид орж (хэлбэр, үйл ажиллагаагаа алдаж) болох нэг шалтгаан юм.
Цаашилбал, амин хүчлийн найрлага нь температурын эсэргүүцлийг тодорхойлдог. Өндөр температурт тогтвортой байдаг уургууд (жишээлбэл, дулаанд дуртай организмд) нь ихэвчлэн илүү их ионы харилцан үйлчлэлтэй, илүү нягт бүтэцтэй байдаг. Тиймээс амин хүчлийн төрөл болон түүний уураг дахь байрлалыг сонгох нь уургийн эсэргүүцэлд шууд нөлөөлдөг.
Орчуулгын дараах өөрчлөлт: уургийн "дуусгах" цэг болох амин хүчлүүд
Уураг үүссэний дараа зарим амин хүчлийн үлдэгдэл нь фосфоржуулалт, метилжилт, ацетилжилт эсвэл гликозилжилт гэх мэт трансляцийн дараах өөрчлөлтөд орж болно. Эдгээр өөрчлөлтүүд нь ихэвчлэн тодорхой амин хүчлүүдэд тохиолддог: фосфоржуулалтын хувьд серин/треонин/тирозин, ацетилжилтын хувьд лизин, эсвэл гликозилжилтын хувьд аспарагин. Тэдгээрийн зорилго нь уургийн идэвхжил, эсийн доторх байршил эсвэл бусад уургуудтай харилцан үйлчлэлийг зохицуулах явдал юм.
Энэ нь амин хүчлүүдийн үүрэг нь үндсэн бүтцийг бүрдүүлэхэд зогсохгүй, уургийн үйл ажиллагааг динамикаар зохицуулах биологийн хяналтын цэг болж байгааг харуулж байна.
Дүгнэлт
Амин хүчил нь уургийн бүтцэд гол үүрэг гүйцэтгэдэг: полипептидийн гинжний барилгын блок, нугалалтыг чиглүүлдэг дарааллын тодорхойлогч, хоёрдогч, гуравдагч болон дөрөвдөгч бүтцийг тогтворжуулдаг холбоо үүсгэгч бодис, уургийн үйл ажиллагааг тодорхойлдог идэвхтэй төвүүдийн бүтээгч юм. R бүлгийн химийн шинж чанар нь туйлшралгүй, туйлт, цэнэгтэй эсвэл дисульфидын холбоо үүсгэх чадвартай эсэхээс үл хамааран уураг бүрт өвөрмөц хэлбэр, чадварыг өгдөг. Уургийн бүтэц дэх амин хүчлүүдийн үүргийг ойлгох нь уургууд яагаад ийм олон янз бөгөөд амьдралд чухал болохыг ойлгоход тусалдаг бөгөөд уургийн инженерчлэл, эмийн дизайн, генетикийн мутацид суурилсан өвчний оношлогоо зэрэг өргөн хэрэглээний замыг нээж өгдөг.
