Zülalın üçüncü strukturu polipeptid zəncirinin üçölçülü məkanda bükülmə üsuludur. Bu konformasiya bir-birindən uzaq olan amin turşusu radikalları arasında kimyəvi bağların əmələ gəlməsi nəticəsində yaranır. Bu proses hüceyrənin molekulyar mexanizmlərinin iştirakı ilə həyata keçirilir və zülalların funksional fəaliyyətinin verilməsində böyük rol oynayır.
Üçüncü strukturun xüsusiyyətləri
Aşağıdakı kimyəvi qarşılıqlı təsir növləri zülalların üçüncü strukturu üçün xarakterikdir:
- ionik;
- hidrogen;
- hidrofobik;
- van der Waals;
- disulfid.
Bütün bu bağlar (kovalent disulfiddən başqa) çox zəifdir, lakin miqdarına görə molekulun məkan formasını sabitləşdirir.
Əslində, polipeptid zəncirlərinin qatlamasının üçüncü səviyyəsi ikinci dərəcəli strukturun müxtəlif elementlərinin (α-spirallar; β-qəti təbəqələr vədöngələr), yan amin turşusu radikalları arasındakı kimyəvi qarşılıqlı təsirlər səbəbindən kosmosda yönəldilir. Zülalın üçüncü strukturunu sxematik şəkildə göstərmək üçün α-spirallar silindrlər və ya spiral xətlərlə, qatlanmış təbəqələr oxlarla, ilmələr isə sadə xətlərlə göstərilir.
Üçüncü dərəcəli konformasiyanın təbiəti zəncirdəki amin turşularının ardıcıllığı ilə müəyyən edilir, ona görə də bərabər şəraitdə eyni ilkin struktura malik iki molekul məkan qablaşdırmasının eyni variantına uyğun olacaq. Bu konformasiya zülalın funksional fəaliyyətini təmin edir və ona yerli deyilir.
Zülal molekulunun bükülməsi zamanı aktiv mərkəzin komponentləri bir-birinə yaxınlaşır və ilkin strukturda bir-birindən əhəmiyyətli dərəcədə ayrıla bilir.
Bir zəncirli zülallar üçün üçüncü struktur son funksional formadır. Mürəkkəb çoxşaxəli zülallar bir-birinə münasibətdə bir neçə zəncirin düzülməsini xarakterizə edən dördüncü struktur təşkil edir.
Zülalın üçüncü strukturunda kimyəvi bağların xarakteristikası
Böyük dərəcədə polipeptid zəncirinin bükülməsi hidrofilik və hidrofobik radikalların nisbəti ilə bağlıdır. Birincilər hidrogenlə (suyun tərkib elementi) qarşılıqlı təsirə meyllidirlər və buna görə də səthdədirlər, hidrofobik bölgələr isə əksinə, molekulun mərkəzinə tələsir. Bu uyğunlaşma enerji baxımından ən əlverişlidir. ATnəticə hidrofobik nüvəyə malik kürəcikdir.
Hidrofilik radikallar, buna baxmayaraq molekulun mərkəzinə düşərək, ion və ya hidrogen bağları yaratmaq üçün bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar. İon bağları əks yüklü amin turşusu radikalları arasında yarana bilər, bunlar:
- arginin, lizin və ya histidinin kationik qrupları (müsbət yükə malikdir);
- Qlutamik və aspartik turşu radikallarının karboksil qrupları (mənfi yükə malikdir).
Hidrogen bağları yüklənməmiş (OH, SH, CONH2) və yüklü hidrofilik qrupların qarşılıqlı təsiri nəticəsində əmələ gəlir. Kovalent bağlar (üçüncü konformasiyada ən güclü) sistein qalıqlarının SH qrupları arasında yaranır və sözdə disulfid körpüləri əmələ gətirir. Tipik olaraq, bu qruplar xətti zəncirdə bir-birindən ayrılır və yalnız yığma prosesində bir-birinə yaxınlaşır. Disulfid bağları əksər hüceyrədaxili zülallar üçün xarakterik deyil.
Konformasiya labilliyi
Zülalın üçüncü strukturunu meydana gətirən bağlar çox zəif olduğundan, amin turşusu zəncirindəki atomların Broun hərəkəti onların qırılmasına və yeni yerlərdə əmələ gəlməsinə səbəb ola bilər. Bu, molekulun ayrı-ayrı bölmələrinin məkan şəklində bir qədər dəyişməsinə gətirib çıxarır, lakin zülalın yerli konformasiyasını pozmur. Bu fenomen konformasiya labilliyi adlanır. Sonuncu hüceyrə proseslərinin fiziologiyasında böyük rol oynayır.
Protein konformasiyası onun başqaları ilə qarşılıqlı əlaqəsindən təsirlənirmolekullar və ya mühitin fiziki və kimyəvi parametrlərində dəyişikliklər.
Zülalın üçüncü strukturu necə əmələ gəlir
Zülalın öz doğma formasına qatlanması prosesinə qatlama deyilir. Bu fenomen molekulun minimum sərbəst enerji dəyəri olan uyğunluğu qəbul etmək istəyinə əsaslanır.
Heç bir zülal üçüncü dərəcəli quruluşu təyin edəcək vasitəçi təlimatçılara ehtiyac duymur. Döşəmə nümunəsi əvvəlcə amin turşularının ardıcıllığı ilə "qeyd olunur".
Lakin normal şəraitdə böyük bir zülal molekulunun ilkin quruluşa uyğun yerli konformasiyanı mənimsəməsi üçün trilyon ildən çox vaxt lazımdır. Buna baxmayaraq, canlı hüceyrədə bu proses cəmi bir neçə on dəqiqə davam edir. Vaxtın belə əhəmiyyətli azalması ixtisaslaşdırılmış köməkçi zülalların - qıvrımların və şaperonların qatlanmasında iştirakla təmin edilir.
Kiçik zülal molekullarının qatlanması (zəncirdə 100-ə qədər amin turşusu) kifayət qədər tez və vasitəçilərin iştirakı olmadan baş verir ki, bu da in vitro təcrübələrlə göstərilib.
Qatlanan amillər
Qatlanmada iştirak edən köməkçi zülallar iki qrupa bölünür:
- foldazlar - katalitik aktivliyə malikdir, substratın konsentrasiyasından əhəmiyyətli dərəcədə aşağı miqdarda tələb olunur (digər fermentlər kimi);
- şaperonlar - qatlanmış substratın miqdarı ilə müqayisə edilə bilən konsentrasiyada lazım olan müxtəlif təsir mexanizmlərinə malik zülallar.
Hər iki amil qatlanmada iştirak edir, lakin daxil deyilson məhsul.
Qatlanmalar qrupu 2 fermentlə təmsil olunur:
- Protein disulfid izomeraza (PDI) - çoxlu sayda sistein qalıqları olan zülallarda disulfid bağlarının düzgün formalaşmasına nəzarət edir. Bu funksiya çox vacibdir, çünki kovalent qarşılıqlı təsirlər çox güclüdür və səhv birləşmələr baş verərsə, zülal özünü yenidən təşkil edə və yerli uyğunlaşma ala bilməyəcək.
- Peptidyl-prolyl-cis-trans-isomerase - bu sahədə polipeptid zəncirinin əyilmə xarakterini dəyişən prolinin tərəflərində yerləşən radikalların konfiqurasiyasının dəyişməsini təmin edir.
Beləliklə, qıvrımlar zülal molekulunun üçüncü dərəcəli konformasiyasının formalaşmasında düzəldici rol oynayır.
Şaperonlar
Şaperonlar başqa cür istilik şoku və ya stress zülalları adlanır. Bu, hüceyrəyə mənfi təsirlər (temperatur, radiasiya, ağır metallar və s.) zamanı onların ifrazının əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə əlaqədardır.
Şaperonlar üç protein ailəsinə aiddir: hsp60, hsp70 və hsp90. Bu zülallar bir çox funksiyaları yerinə yetirir, o cümlədən:
- Zülalların denatürasiyadan qorunması;
- yeni sintez edilmiş zülalların bir-biri ilə qarşılıqlı təsirinin istisna edilməsi;
- radikallar arasında yanlış zəif bağların yaranmasının və onların labiallaşmasının qarşısının alınması (korreksiyası).
Beləliklə, şaperonlar bir çox variantın təsadüfi sadalanması istisna olmaqla və hələ yetişməmiş formaları qoruyaraq, enerji baxımından düzgün uyğunluğun sürətlə əldə edilməsinə töhfə verirlər.protein molekullarının bir-biri ilə lazımsız qarşılıqlı təsirindən. Bundan əlavə, nəzarətçilər təmin edir:
- zülal nəqlinin bəzi növləri;
- yenidən qatlama nəzarəti (itirdikdən sonra üçüncü strukturun bərpası);
- tamamlanmamış qatlama vəziyyətini saxlamaq (bəzi zülallar üçün).
Sonuncu halda, şaperon molekulu qatlama prosesinin sonunda zülala bağlı qalır.
Denaturasiya
Hər hansı faktorun təsiri altında zülalın üçüncü strukturunun pozulması denaturasiya adlanır. Doğma konformasiyanın itirilməsi molekulu sabitləşdirən çoxlu sayda zəif bağlar qırıldığında baş verir. Bu zaman zülal özünəməxsus funksiyasını itirir, lakin ilkin strukturunu saxlayır (denaturasiya zamanı peptid bağları məhv edilmir).
Denatürasiya zamanı zülal molekulunda məkan artımı baş verir və yenidən hidrofobik sahələr səthə çıxır. Polipeptid zənciri təsadüfi bir rulonun konformasiyasını əldə edir, forması zülalın üçüncü strukturunun hansı bağlarının qırıldığından asılıdır. Bu formada molekul proteolitik fermentlərin təsirinə daha həssasdır.
Üçüncü strukturu pozan amillər
Denatürasiyaya səbəb ola biləcək bir sıra fiziki və kimyəvi təsirlər var. Bunlara daxildir:
- 50 dərəcədən yuxarı temperatur;
- radiasiya;
- mühitin pH-nın dəyişdirilməsi;
- ağır metal duzları;
- bəzi üzvi birləşmələr;
- yuyucu vasitələr.
Denaturasiya effekti kəsildikdən sonra zülal üçüncü quruluşu bərpa edə bilər. Bu proses renaturasiya və ya refolding adlanır. In vitro şəraitdə bu, yalnız kiçik zülallar üçün mümkündür. Canlı hüceyrədə yenidən qatlama şaperonlar tərəfindən təmin edilir.
