Ақуыздардың төртінші реттік құрылымы

Төртінші реттік құрылым ақуыздың ең соңғы құрылымдық деңгейі болып табылады ж ән е ол бір ем ес бірнеше полипептидтік тізбектен тұраты н ақуыздарда болады. Ондағы әрбір тізбек суббірлік деп аталады. Тізбектердің са- ны 2 —10 аралы қта н ем есе о н н а н жоғары болуы мүмкін ж әне де тізбектер бірдей, не болмаса алуан түрлі болып келеді. Әдетте, кездесетін қарапайым түрлері ретінде димерлерді, тримерлерді ж ән е тетрамерлерді келтіруге бола- ды. Олар атына сәйк ес екі, үш ж әне төр т п о л и п е п т и д т ік т із б е к т е р д е н тұрады (жалпы алғанда, аз мөлшердегі суббірліктерден құралған мұндай моле- кула олигомер деп аталады). Тізбектер б ір -б ір ім ен тұрақты электрлік тар- тылыс күш тері, сутектік байланы с- тар ж ән е гидроф обты байланы стар арқылы ковалентті ем ес түрде өзара байланысады. Ковалентті емес мұндай байланы старды ң н әти ж есін де ақуыз молекуласының құрылымындағы белгілі бір аймақта аздаған өзгерістін пайда бо- луы одан ш алғай жатқан аймақты ң қасиеттерінде айтарлықтай өзгерістер тудыруы мүмкін. М ұндай қасиеті бар ақуы здар аллостериялы қ ақуы здар деп аталады. А ллостериялы қ қасиет суббірліктері өте көп болы п келетін ақуыздардың барлығында бола бермейді, д е г е н м е н к ө п т еген а қ у ы зд а р д ы ң аллостериялы қ әсер і бар. Т өртінш і реттік құрылымға классикалы қ мы- сал р ет ін д е ж ән е т өр тін ш і реттік құры лы м н ы ң ақ уы з қ а си ет т ер ін е тигізетін әсерін айқын көрсететін мы- Табиғи рибонуклеаэа сал ретінде, аллостериял ы қ ақуызға жаГЕМОГЛОБИН Гемоглобин — төрт полипептидтік тізбектерден тұратын тетрамер болып та- былады. Олардың ішінде екеуі а-тізбек болса, екеуі Э-тізбекке жатады (4.21-су- рет). (Олигомерлік ақуыздардың полипептидтік тізбектері Грек әріптерімен белгіленеді. Мұндағы, а және |3 деп белгіленген тізбектердің а-спираль мен 3-қатпарға ешқандай қатысы жоқ; олар әртүрлі екі полипептидтік тізбек не- месе суббірлік ретінде қарастырылады). Гемоглобиндегі екі а-тізбектің бірдей болуы секілді, екі р-тізбек те бірдей болып келеді. Грек әріптер жүйесі бой- ынша, гемоглобиннің жалпы құрылымы а 2(32 деп белгіленеді. Гемоглобиннің а-ж ән е Э-тізбектері миоглобиннің тізбектеріне өте ұқсас. а-тізбек 141 аминқыш қыл қалдығынан тұрады, ал 0-тізбек 146 аминқышқылдық қалдықтан құралған; миоглобинмен салыстыратын болсақ, оның тізбегі 153 аминқышқыл қалдығынан тұрады. а-тізбек пен 0-тізбектіңжәне миоглобиннің кұрамындағы көптеген аминқышқылдар гомологты болып келеді; бұл кейбір аминқышқылдарының орналасу реті өзгермейді, яғни бір жерде орналасады деген сөз. Миоглобин мен гемоглобиндегі гем тобы бірдей болып табылады. Биохимия 1 6 5 Жоғарыда көрсетілгендей миоглобиннің бір молекуласы оттегінің бір ғана молекуласымен байланысады. Ал бір молекула гемоглобин оттегінің төрт молекуласымен байланыса алады. Гемоглобин де, миоглобин де оттегім ен қайтымды түрде, яғни тұрақсыз байланысады, алайда гемоглобин оттегімен оңтайлы бірлесу арқылы байланысады, ал миоглобин мен оттегінің байланы- суында мұндай құбылыс байқалмайды. Оңтайлы бірлесу дегеніміз — бір м о- лекула оттегінің байланысуы келесі оттегі молекуласының байланы суы н жеңілдетуі. Мұны гемоглобин мен миоглобиннің оттегімен байланысу қасиетін көрсететін диаграммадан анық байқауға болады (4.22-сурет). Миоглобиннің оттегімен қанығу дәрежесі оттегінің қы сы мы на ту- ра келмеген жағдайда, оның деңгейі толық қаныққан көрсеткіш ке ж ет- кенге дейін біркелкі қарқынмен көтеріліп отырады, С он ан -соң қисы қ сызықтың деңгейі төмендей бастайды. Миоглобиннің оттегімен байланысу- ын қисықсызықпен көрсетсек, ол гипербола түрінде болады. Ал гемоглобиннің оттегімен байланысуын көрсететін қисық сызықтың пішіні сигма тәрізді б о — лып келеді. Қисық сызықтың мүндай пішінде болуы, оттегінің бірінш і м о- лекуласы байланысқаннан кейін, ол екінші оттегі молекуласының байла- нысуын оңайлататынын, ал екінші байланысқан оттегі өз кезегінде, үш інш і оттегі молекуласының байланысуын, үшінші молекула төртінш і оттегі молекуласының байланысуын жеңілдететінін білдіреді. Оңтайлы бірлесу де- ген үғымның мағынасы осылай сипатталады. Бірақ бірлескен түрде байланы- су дегеніміз, әрбір келесі күйдегі оттегінің байланысуы алдыңғы тұрған оттегі молекуласына қарағанда әлдеқайда оңай жүріп отырғанмен, гемоглобиннің байланысу қисық сызығының деңгейі миоглобиндегі оттегі қысымының кез келген көрсеткішінен төмен болып шығатынына назар аударыңыз. Басқаша айтқанда, оттегі қысымының көрсеткіші кез-келген күйдегі миоглобинді алып қараған жағдайда, оның оттегімен қанығу дәрежесі әруақытта гемоглобиннен жоғары болып отырады. Гемоглобин қалай қызмет етеді? Миоглобин мен гемоглобиннің жоғарыда көрсетілген оттегімен байланы- су қабілеттерінің екі түрлі болуы аталған ақуыздардың қызметтеріне байла- нысты. Миоглобин оттегін бұлшықеттерде қойма ретінде сақтау қызметін атқарады. Ол өте төмен қысым жағдайында оттегімен берік байланыс түзуі тиіс. Оттегінің парциалды қысымы 1 Торр болған жағдайда, миоглобиннің қанығу дәрежесі 50 % құрайды (торр — қысым бірлігінің кең тараған түрі, бірақ ол Халықаралық Бірліктер Жүйесіне жатпайды. Бір Торр — температу- ра 0 °С болғанда, сынап бағанасындағы қысым көрсеткішінің 1 мм мөлшеріне тең. Бір физикалық атмосфера 760 Торрға тең). Гемоглобиннің қызметі оттегіні тасымалдау болып табылады, сондықтан ол оттегімен берік байла- ныс түзумен қатар, одан оңай ажырау қабілетіне ие болуы қажет. Өкпенің альвеоллаларындағы (ұлпаларға тасымалдау үшін гемоглобиннің оттегімен байланысатын жері) оттегінің қысымы 100 Торрға тең. Мұндай қысым болған жағдайда, гемоглобиннің оттегіге қанығу деңгейі 100 % құрайды. Жұмыс үстіндегі бұлшықеттердің қылтамырларында оттегінің қысымы 20 Торрға тең болады, мұнда гемоглобиннің қанығу көрсеткіші 50 % -дан төмен деген сөз, себебі гемоглобиннің 50 %-ға қанығуы қысымның 26 Торр мөлшеріне сәйкес. Басқаша айтқанда, қылтамырларда гемоглобин оттегіден оңай ажырайды, мұнда оттегіні тұтыну қажеттілігі жоғары келеді. ¥сақ молекулалардың өзара байланысуы барысында құрылымдық өзгерістердің жүруі гемоглобин сияқты аллостериялық ақуыздарға тән қасиет болып табылады. Оттегімен байланысқан (оксигенді) гемоглобин мен оттегімен байланыспаған күйдегі (деоксигенді) гемоглобиннің төртінші реттік құрылымдары әртүрлі болып келеді. Оксигенді гемоглобиннің құрамындағы екі (3-тізбек деоксигенді гемоглобиндегі р-тізбектерге қарағанда бір-біріне өте жақын орналасқан. Гемоглобиннің екі түрінде айтарлықтай айырмашылықтың болатындығына байланысты, олардың тіпті кристалды құрылымдарының өзі екі түрлі болады (4.23-сурет). ГЕМ0ГЛ0БИННІҢ ҚЫЗМЕТ ЕТУІНЕ ЫҚПАЛ ЕТЕТІН ҚҮРЫЛЫМДЫҚ ӨЗГЕРІСТЕР Оттегі мен гемоглобин байланысқан жағдайда бірлесіп әсер етуге басқа да лигандтар қатысады. Гемоглобинмен өздігінен байланысатын Н+ мен С 02 мо- лекуласы гемоглобин ақуызының үшінші реттік құрылымын өзгерту арқылы гемоглобиннің оттегіге сәйкес келуін бұзады, яғни олар гемоглобинмен бай- ланысу үшін оттегімен бәсекеге түседі. Н+ ионының мұндай қасиетін (4.24-су- рет) Кристиан Бор (физика ғалымы Нильс Бордың әкесі) ашқандықтан, ол Бор әсері деп аталады. Ал миоглобиннің оттегімен байланысу қабілетіне Н+ неме- се С 02молекуласының болуы ықпал етпейді.

Н+ ионы ны ң концентра- циясы жоғарылаған жағдай- да (я ғн и рН к ө р с е т к іш і төмендегенде), оттегінің ге- м огл оби н ге с әй к е ст іг і тө- мендейді. Н+ ионының жоға- рылауы а-тізбектердің И-ұшын құрайтын негізгі аминқыш — қылдардың және (3-тізбектердегі НІ8146 аминқышқылының про- тондалуын тудырады. Протон- далған г и с т и д и н н ің А вр94 аминқышқылына тартылуы- нан олардың арасында тұрақты байланыс түзіледі. Бұл гемо- глобиннің деоксигенді күйге ауысуына қолайлы жағдай бо- лып табылады. Зат алмасуы белсенді жүріп, оттегіні ерек- ше қажет ететін ұлпа Н+ ио- нын бөледі де, жергілікті ор- таны қышқылдандыра түседі. Бұл жағдайда, гемоглобиннің оттегіге сәйкестілігі төмен- д ей д і, сонды қтан гемогло- бин оттегіден ажырай бастай- ды да, оттегіні көп қажет етіп отырған аймақты сол оттегімен қамтамасы з етеді (4 .25-су- рет). М ұнда гем оглобиннің қышқыл-негіздік көрсеткіші ықпал етеді, ал оған әсер ететін гемоглобиннің оттегімен байланысу қасиеті болып табылады. Гемоглобиннің деоксигенді түріне қарағанда, оксигендел- ген түрі күшті қышқылға жатады (рКа көрсеткішІ төмен). Басқаша айтқанда, деоксигенделген гемоглобиннің Н+ ионына сәйкестілігі оксигенді гемогло- бинмен салыстырғанда жоғары болып келеді. Осылайша, гемоглобиннің төртінші реттік құрылымындағы өЗгерістер қанның буферлік көрсеткішін реттеп отырады. 4.1-кестеде Борр әсерінің маңызды қасиеттері жинақталған.

Зат алмасу салдарынан С 0 2 көп мөлшерде түзіледі. С 0 2 молекуласы- нан өз кезегінде, карбон қышқылы (Н2С 03) түзіледі. Н2С 03 қышқылының рКа көрсеткіші 6.35-ке тең; қанның қалыпты рН мөлшері 7.4-ке тең. Соның нәтижесінде, еріген С 02 молекуласының шамамен, 90%-ы бикарбонат ио- ны яғни НС03~ түрінде болады, бикарбонат ионы Н+ ионын бөледі (мұны дәлелдеу үшін Гендерсон—Хассельбах теңдеуін пайдалануға болады). Тірі организмдердегі Н2С 03 мен НС03“ қосыл ыстары нан тұратын буфер жүйесі 2.5-секциясында талқыланған. С 02молекуласыныңтүзілуі нәтижесінде пай- Биохимия 169 да болатын Н+ионының көбеюінен деоксигенді гемоглобинге тән төртінш і реттік құрылымның қалыптасуына қолайлы жағдай туады. Соның салдары- нан, гемоглобиннің оттегіне сәйкестілігі төмендейді. Н С 03~ ионы өкпеге та- сымалданады да, гемоглобиннің оксигенделуі барысында бөлінген Н+ионы- мен бірігіп, Н 2С 0 3 қышқылын түзейді. Н2С 0 3 қышқылы өз кезегінде С 0 2 молекуласын босатады. Босап шыққан С 0 2 молекуласы тыныс арқылы шығарылады. Сонымен қатар гемоглобин С 0 2 қосылысының да бірқатар мөлшерін тікелей тасымалдайды. С 0 2 концентрация- сы жоғарылаған жағдайда, ол бос күйдегі а-ам индік топтармен бірігіп, карба- мин қышқылының тұзы — карбаматты түзейді: К— ]ЧН2 + С О а ^ К— ҒШ— С О О » + Н + О 0“ 1 І I нс —о н2с — 0Р032“ Бұл реакция тізбектің а-аминдікұш тарын аниондарға айналдырады, сонан соң, аниондар Аг§141 аминқышқылының а-тізбегімен өзара әрекеттесе отырып, гемоглобинді деоксигенді күйде ұстап тұрады. Тыныс алу ұлпаларындағыдай Н+ мен С 0 2 молекуласы көп мөлшерде болған жағдайда гемоглобин оттегіден ажырайды. Өкпеде оттегінің көп мөлшерде болуы керісінше, гемоглобиннің 0 2 молекуласымен байланыс түзуіне алып келеді. Содан кейін, оксигендел- ген күйдегі гемоглобин оттегіні ұлпаларға тасымалдай алады. Аталған үдеріс күрделі, алайда ол рН мәнін және де С 0 2 мен 0 2 молекулаларының деңгейлерін ретке келтіріп отыруға мүмкіндік береді. С оны м ен бірге, қандағы гемоглобин 2,3-бифосфоглицерат (БФГ) деп аталатын тағы бір лигандпен байланысады (4.26-су- рет). БФГ гемоглобиннің оттегімен байла- нысу қабілетіне өте үлкен ықпалын тигі- зеді. Гемоглобин мен БФГ арасындағы байланыс тұрақтыэлектрлік байланыс бо- лып табылады; м ұндай арнайы байла- ныс БФГ қосылысындағы теріс зарядтар мен гемоглобиндегі оң зарядтар арасын- да түзіледі (4.27-сурет). БФГ бар болған жағдайда гемоглобиннің 50%-ы оттегімен байланысып, парциалды қысым 26 Торрға тең болады. Егер, қанда БФГ болмағанда г е м о г лобин ің о т т е гім е н б а й л а н ы — су қабілеті өте жоғары болар еді (қысым мөлшері шамамен 1 Торрболғанны ңөзінде оттегімен гем оглобиннің 50%-ы байла- 4.26-с у р е т . Бифосфоглицераттың нысар еді), ал қылтамырларға бөлінетін (БФГ) ңұрылымы. оттегінің мөлшері өте аз болатын еді. Мұны фоглицерат) гемоглобиннің маңызды . . . аллостериялың эффекторы болып қаннан бөлініп алынған «бос» түрдегі ге- табылады моглобин ж әне құрамындағы Б Ф Г алынып тасталған гемоглобиннен көруге бола- ды (4.28-сурет). С он ы м ен қатар БФГ іш те ө сіп келе жатқан ұрықты оттегімен қамтамасыз етеді. Құрсақтағы ұрық өзіне қажетті оттегіні ба- ла жолдасы арқылы ананың қан айналымы- нан алып отырады. ¥ры қ гем оглобинінің (НЪҒ) оттегіге сәйкестілік дәрежесі ананың гем огл обин іне қарағанда жоғары болы п келеді. Бұл ананы ң қан айналымы ндағы гем оглобиннің ұрыққа тиім ді түрде тасы- 100 £23 го | 50 3 і <4. І*Г 0 0 20 40 60 80 100 0 2 қысымы (р02) 4.28-СУРЕТ. Гемоглобиннің от- тегімен байланысу ңасиетін ңу- рамы нда Б Ф Г бар болғанда және БФГ жоң болған жағдайда о зара салы сты р у. БФГ болуы гемоглобиннің о ттегіге сәйкес- тілігін едәуір темендететініне назар аударыңыз 100 Л £2І>2:ш ■ > з х га ъг 0 4.29-СУРЕТ. Ересек адамдардың гемоглобині мон ұрың бойындағы гемоглобиннің оттегімен байла- нысу ңабілеттерін салыстыру. Ұрың гемоглобині мен БФГ әлсіз бай- ланысады, сондыңтан оның оттегіге сәйкестілігі ересектердегі гемогло- бинге ңарағанда жоғары болып келеді Фетапьды гемологбин О2 арқылы бастапқы оксигемоглобин фетальды деокси- гемоглобинге өтеді 0 2 қысымы (р 02) Биохимия 171 малдануына мүмкіндік береді (4.29-сурет). Ұрық гемоглобинінің оттегімен байланысу қабілетінің жоғары болуын қамтамасыз ететін екі қасиеті бар. Олардың бірі: екі полипептидтіктізбектердің әртүрлі болуы. НЬҒ құрамындағы суббірліктердің құрылымы а 2ү2 табылады. Мұнда ересек адамдарда болатын әдеттегі гемоглобиннің (НЬА) құрамындағы Р-тізбектердің орнына ү-тізбектер болады. ү-тізбектер Р-тізбектерге ұқсас, бірақ бірдей емес. ¥рық гемоглобинінің екінші ерекшелігі ретінде оның БФГ-пен байланысуы ересектер гемоглобиніне қарағанда әлсіз екендігін атауға болады. Ересектерге тән гемоглобиндегі р-тізбектің құрамындағы Ніз143 аминқышқылы БФГ-пен байланыс түзеді. ¥рық гемоглобинінің ү-тізбегінде Ніз143 орнына серин аминқышқылы болады. Оң зарядталған аминқышқылдың орнын басқан бейтарап зарядты аминқышқылы гемоглобин мен БФГ арасындағы байланыстардың санын азайта отырып, аллостериялық топтың әсерін тиімді түрде төмендетеді. Нәтижесінде, ұрық гемоглобинінің оттегімен байланысу дәрежесі ересектердегі гемоглобинге қарағанда жоғары болады. Гемоглобиннің айтарлықтай дәрежеде зерттелген тағы бір түрі — орақ тәрізді клеткалы гемоглобин немесе НЬ8. Орақ тәрізді клетка гемоглобинінің кұрамындағы Р-тізбектерде валин аминқыш қылының орнына глутамин қышқылы болады. Орақ тәрізді клетка анемиясына тән ерекше белгілер осы аталған полярлы аминқыш қылының полярлы емес аминқышқылға алмасуынан туындайды. Ақуыздың үстіңгі жағында орналасқан поляр- лы емес аминқышқылы молекулалардың бірігіп, жабысуына алып келеді. Молекулалардың осылайша бірігуі полярсыз байланыстардың түзілуінен бо- лады. Біріккен молекулалар қандағы эритроцит клеткаларының орак тәрізді пішінге айналуына алып келеді.