Ilmiybaza.uz OQSILLARNING KIMYOVIY TARKIBI, FUNKSIYASI. AMINOKISLOTALAR, ULARNING FIZIK-KIMYOVIY XOSSALARI. OQSILLARNING FIZIK-KIMYOVIY XOSSALARI Reja: 1. Oqsillarning qisqacha tavsifi 2. Oqsillar kimyosida qo’llaniladigan uslublar 3. Oqsillarning xossalari. Peptidlar va polipeptidlar. Almashinuvchi va almashinmovchi aminokislotalar. 4. Oqsillarning funksiyalari 5.Oqsillarning polipeptid tuzilishi Ilmiybaza.uz Oqsillarning qisqacha tavsifi Tirik organizm o’z tarkibiy komponentlarining yuqori darajadagi tartibdaligi va undagi fenotipik jarayonlar kabi turli xil biologik funksiyalarning ham sodir bo’lishini ta‘minlaydigan noyob tarkibiy tuzilishga ega ekanligi bilan ajralib turadi. Bu hayotning mohiyatini tashkil etadigan organizmlarning strukturaviy-funksional tartib birligida oqsillar hal qiluvchi rol o’ynaydi va ularni boshqa organik birikmalar guruhlari bilan almashtirib bo’lmaydi. Oqsillar yuqori molekulyar, tarkibida azot tutuvchi organik moddalar bo’lib, ularning molekulalari aminokislotalar qoldiqlaridan tashkil topgan. Ular hujayraning tarkibiy tuzilishi va funksiyalarida muhim rol o’ynaydi, chunki ular yordamida genetik axborotning ko’chirilishi amalga oshadi. Boshqachasiga ular proteinlar deb nomlanadi (yunoncha, ―protos‖ ‒ ―birlamchi‖, ―muhim‖). Darhaqiqat, oqsillar tirik organizmlar uchun miqdoriy ko’rsatkich jihatdan ham, organizmdagi ahamiyati jihatidan ham birlamchi hisoblanadi, hayvonlar organizmida oqsil quruq massa hisobida 40-50 % va undan ko’proq miqdorni tashkil qilsa, o’simliklarda kamroq 1 % dan 16 % gacha, bakteriyalar, viruslar va achitqida 13 % dan 99 % gacha bo’ladi (3-jadval). 3-jadval. Ba‘zi organizmlarning quruq modda qoldig’idagi oqsil miqdori Organizm turi O’rtacha oqsil miqdori (% hisobida) Odam va hayvon organizmi 45-70 Baliq 40-47 O’tchil o’simliklar 9-16 Daraxtlar 1-2 Bakteriyalar 50-93 Viruslar 81-99 Ilmiybaza.uz Achitqi 31-62 Mog’or zamburug’i 13-43 3-jadvaldan ko’rinib turibdiki, o’simliklar tarkibidagi oqsil miqdori ancha kam, lekin o’simlikning jadal o’suvchi va modda almashinuvi kuchli bo’lgan qismlarida oqsil miqdori yuqori bo’ladi. Oqsillar boshqa xil organik birikmalar uchun xos bo’lmagan qator xususiyatlarga ega. Bu xususiyatlar ularning hayotiy jarayonlarini namoyon bo’lishini ta‘minlovchi oqsillarning funksiyalari bilan bog’liqdir. Bu xususiyatlar jumlasiga quyidagilar kiradi: - strukturasini cheksiz xilma-xilligi va shu bilan birgalikda, uning turga xos bo’lgan maxsusligi; - fizik va kimyoviy o’zgarishlarning o’ta darajadagi xilma-xilligi; - hujayra ichida yuz beradigan o’zaro ta‘sirlanish qobiliyati; - tashqi ta‘sirga molekula konfiguratsiyasini o’zgartirish orqali javob berish va ta‘sir tugagan zamon dastlabki holatni tiklash qobiliyati; - boshqa kimyoviy birikmalar bilan komplekslar va tuzilmalarni hosil qilish yo’li bilan o’zaro ta‘sirlanishga moyilligi; - biokatalitik va boshqa xildagi xususiyatlarning mavjudligi. Tirik organizmlar oqsillarining elementar tarkibiga kelsak, miqdor jihatdan ular quyidagicha bo’ladi: uglerod 50,0-55,0 %; vodorod 6,5-7,3 %; azot 15,0-18,0 %; kislorod 21,0-24,0 %; oltingugurt 0,0-20,54 %; kul qoldig’i 0,0-0,5 %. 3.2. Oqsillar kimyosida qo’llaniladigan uslublar Oqsillarni ajratish va tozalashning birinchi bosqichi ularni hujayralardan xoli qilishdan boshlanadi. Buning uchun hujayralarning butunligi buziladi, ya‘ni ular gemogenatga aylantiriladi. Hujayralar va to’qimalarni gomogen holatga keltirishning turli xil uslublari mavjud va ularni tanlash dastlabki obyektning xususiyatlari, tarkibi, barqarorlik holati bilan belgilanadi. Ular jumlasiga quyidagilar kiradi: Ilmiybaza.uz 1) o’simlik to’qimalari va hujayralarini qattiq tavsifli material-abraziv (kvars qumi) bilan gomogenlash; 2) porshensimon-pestikli aylanib turuvchi gomogenizator yordamida gomogenlash; 3) hujayralar suspenziyasini diametri 50-500 mikron bo’lgan kichik shisha bo’lakchalar qo’shib silkitib gomogenlash; 4) bosimni oshirish va pasaytirish asosida gomogenlash; 5) hujayra suspenziyasini elakday qurilmadan siqib o’tkazish orqali gomogenlash; 6) maxsus ultratovush-dezintegrator qurilmalari yordamida gomogenlash; 7) hujayrali biomaterialni muzlatib va eritib turishni takror-takror amalga oshirish asosida shikastlash. Biomaterialni gomogenlashdan keyin undagi oqsillar ekstraksiyalanadi. So’ng ularni fraksiyalarga ajratish uchun ―tuzlash‖ amalga oshiriladi. Tuz qo’shish yo’li bilan ajratilgan oqsil fraksiyalarida ko’p miqdorda tuz mavjud bo’lganligi sababli, ularni ajratish uchun oqsil cho’kmasi dializlanadi yoki molekulyar elak orqali gelfiltratsiyalanadi. Oqsillarni tozalashning keyingi bosqichi xromatografiya yordamida fraksiyalash yo’li bilan amalga oshiriladi. Xromatografiya yo’li bilan fraksiyalashning: adsorbsion, taqsimlovchi, ion almashinuvi orqali, molekulyar elakli va affin xromatografiyasi uslublari mavjud. Oqsillarni elektroforez (qog’oz, kraxmal va poliakrilamid-gellari yordamidagi) uslubida fraksiyalashdan ham foydalaniladi. Tozalangan oqsil preparatlari, dializlanadi, so’ng liofilizatsiyalanadi (ya‘ni sublimatsiyalanadi ‒ eritmalarini muzlatib, vakuumga joylashtirib bug’lantiriladi), keyin ularning gomogenligi aniqlanadi, gidrolizlagandan keyin aminokislota tarkibi aniqlanadi. 3.3. Oqsillarning xossalari. Peptidlar va polipeptidlar. Almashinuvchi va almashinmovchi aminokislotalar. Ilmiybaza.uz Oqsillar amfoter elektrolitlar hisoblanadi, chunki ularning molekulalarida ham kislotali, ham asosli guruhlar mavjud. Oqsillarning kislota-asos xususiyatlari, asosan, ionlanish xossasiga ega bo’lgan amino-kislotalarning yon radikallari bilan belgilanadi. Bunda terminal (molekulalarning uchlaridagi) amino va karboksil guruhlarining hissasi juda oz. Oqsillarda dissotsiatsiyalangan guruhlarning mavjudligi, ularning umumiy zaryadini belgilovchi omil hisoblanadi, u vodorod ionlari konsentratsiyasiga bog’liq bo’ladi. Har bir oqsil uchun muhitning shu xildagi faol reaksiya qiymati mavjudki, unda molekuladagi musbat va manfiy zaryadlar miqdori teng bo’ladi. Zaryadlari o’zaro teng bo’lgan ko’rsatkichda bo’lgan oqsil molekulasi elektr maydonida harakatlanmaydi, uni oqsilning izoelektrik nuqtasi (IEN) deb nomlanadi va pH ko’rsatkichi tarzida belgilanadi. Pepsinning izoelektrik nuqtasi PI = 1,0; ureazaniki ‒ 5,1; katalazaniki ‒ 5,6; ribonukleazaniki ‒ 7,8; lizozimniki ‒ 11.0 ga teng bo’ladi. Bunda agar oqsil tarkibida asosli aminokislotalarning miqdori ko’p bo’lsa, IEN darajasi 7 dan yuqori, nordon aminokislotalar ko’p bo’lganda esa, 7 dan past bo’ladi. Oqsillarning izoelektrik nuqtasini izoion nuqtadan farqli ekanligini tushunib olish lozim, chunki ularning ko’rsatkichlari har doim bir-biriga mos kelavermaydi. Oqsilning izoion nuqtasi oqsil molekulasidagi dissotsiatsiyalangan kislota guruhlari protoni sonini, asosli guruhlar bilan birikkan qiymatiga teng bo’lgan pH ko’rsatkichi hisoblanadi. Shunday qilib, oqsilning izoion nuqtasi pH ko’rsatkichining shu darajasiga mos keladiki, unda oqsil eritmasidagi oqsil molekulasining yig’indi zaryadi nolga teng bo’ladi. Oqsillarning ko’p qismi gidrofil moddalar bo’lib, ular suvli eritmalarda yaxshi eriydi. Ularning eruvchanligi boshqa makromolekulyar moddalar kabi molekulaning yuza qismi konformatsiyasini makonda joylashuvi orqali belgilanadi. Oqsillarning suvda eruvchanligi neytral tuzlarning kichik konsentratsiyasini qo’shilishi natijasida oshadi. Eruvchanlik erituvchining pH ko’rsatkichiga, tarkibiga, haroratiga ham bog’liq. Eritmalarda oqsillar kolloid eritma xossalarni namoyon qiladi, ular aralashmada sekin taqsimlanadi, yarim o’tkazgich membranadan o’tmaydi, nurni tarqatadi va yuqori darajadagi yopishqoqligi bilan ajralib turadi. Shu bilan birga, Ilmiybaza.uz oqsil eritmalari odatdagi kolloid eritmalar emasligini yodda tutish kerak, chunki oqsillar yakka molekulalargacha dispersiyalanadi va gomogen eritma hosil qiladi. Tabiiy oqsillar aniq belgili fazoviy konfiguratsiyaga ega, harorat va pHning fiziologik ko’rsatkichlarida qator fizik-kimyoviy va biologik xossalarni namoyon qiladi. Turli xil fizikaviy va kimyoviy omillar ta‘sirida oqsillar iviydi va cho’kmaga tushadi, tabiiy xossalarini yo’qotadi, ya‘ni denaturatsiyaga uchraydi. Shunday qilib, denaturatsiya – bu noyob tuzilishga ega bo’lgan oqsil molekulasi tartibining buzilishi bo’lib, uning natijasida oqsilning o’ziga xos xususiyatlari (eruvchanlik, elektroforetik harakatchanlik, biologik faollik va boshqalar)ni yo’qolishiga olib keladi. Aksariyat oqsillar eritmalari 50-60° Cdan yuqori haroratgacha qizdirilganda denaturatsiyaga uchraydi. Denaturatsiya paytida, asosan, kovalent bo’lmagan bog’lar va disulfid bog’larga putur yetadi, peptid bog’larga esa ta‘sir qilmaydi. Oqsil eritmasiga qisqa muddatdagi ta‘sirdan keyin uni denaturatsiyani keltirib chiqaruvchi agentdan xolis qilganda oqsilning dastlabki strukturasi, funksional xossasi, xususan biologik funksiyasi ham to’liq tiklanadi. Odatda, barcha oqsillar ultrabinafsha (UB) nurlarni yutadi. Oqsillarning ultrabinafsha (UB) nurlari spektor chegarasida yutish xususiyatidan foydalanib, ularni miqdorini 280 nm to’lqin uzunligida spektrofotometrik yo’l bilan tahlil qilish uslubi ishlab chiqilgan. Oqsil eritmalari optik faol bo’lib, ular qutblangan nurlarni burish qobiliyatiga ega hamda sirkular tarzda o’ng va chap tomonga qutblangan yorug’likni bir xil yutmaydi. Aminokislotalar haqida fikr yuritilsa, ular ham optik faollikka ega. Glitsindan tashqari hamma aminokislotalar optik faol va juft – L- va D-izomer holatda uchraydi, chunki aminoguruhli (NH2) karbon atomi asimmetrik hisoblanadi. Polarizatsiyani burish yo’nalishi ―+‖ yoki ―‒‖ ishoralar bilan belgilanadi. Tirik organizmlarda L va D shakldagi aminokislotalar uchraydi. Tabiiy oqsillar tarkibida faqat L-aminokislotalar bo’ladi. Aminokislotalar suvda yaxshi eriydi. Neytral suvli eritmalardan dissotsiatsiyalanmagan molekulalar tarzida emas, balki bipolar (amfoter) ionlar (svitterionlar) tarzida kristallanadi. Ilmiybaza.uz Alanin Svitterion alanin Kristall aminokislotani suvda eritganda u o’zini yo kislota (protonning donori) sifatida: NH3+CH/CH3/COO- = H+ + NH2/CHCH3/COO- yoki asos (akseptor) sifatida namoyon qiladi: NH3CH/CH3/COO-+ H+ = NH3+CH/CH3/COOH Aminokislotaning muhim xossalaridan biri bu ularning optik faolligidir. Ular suv (yoki HCl)da eruvchan bo’lib, qutblangan nurni burish qobiliyatiga ega. Bu narsa barcha (glitsindan tashqari) aminokislotalarning zanjirini α-qismida asimmetrik karbon atomi mavjudligidandir (ya‘ni bunda karbonning to’rttala valentliklari ham bir-biridan farqlanuvchi guruhlar bilan bog’langan bo’ladi). Aminokislotalarning o’ng yoki chap tomonga qarab solishtirma burish ko’rsatkichi optik zichlikning miqdoriy tavsifi hisoblanadi va ko’p aminokislotalar uchun [α]+25D u 10 dan 30° gachani tashkil qiladi; oqsillar tarkibida uchraydigan aminokislotalarning yarmidan ko’prog’i o’ngga buruvchi bo’lib, ular (Ala, Ile, Glu, Liz va boshq.) ―+‖ ishora bilan belgilanadi, yarmidan kamrog’i esa chapga buruvchi (Fen, Trp, Ley va boshq.) hisoblanadi, ular ―‒‖ ishora bilan belgilanadi. Yuqorida keltirilganidek, tirik organizmlar tarkibidagi oqsillarning aminokislotalari L-izomer hisoblanadi. Treonin va izoleysindan tashqari barcha aminokislotalarda bittadan asimmetrik karbon atomi uchrab, ikkitadan (L va D) izomeri bo’lsa, treonin va izoleysinlarda ikkitadan asimmetrik karbon atomi uchraydi va to’rttadan izomeri bo’ladi, masalan: L-alanin D-alanin Ilmiybaza.uz Aminokislotalar-atsillanish, alkillanish, nitratlanish, eterifikatsiya va boshqa turli xil reaksiyalarga kirishadi. Barcha aminokislotalar ningidrin bilan reaksiyaga kirishib ko’k-binafsha rangga bo’yaladi. Ularni miqdorini kimyoviy usulda aniqlaganda ham, avtomatik analizator yordamida aniqlaganda ham shu reaksiyadan foydalaniladi. Bundan tashqari, alohida aminokislotalar turli xil sifatiy reaksiyalarga kirishadi, masalan, nitrat kislotasi ishtirokida simob nitrat bilan tirozin qizil rangga bo’yaladi (Millon reaksiyasi). Konsentrlangan nitrat kislota bilan fenilalanin va tirozin sariq rang hosil qiladi (ksantoprotein reaksiyasi). Glioksil kislotasi bilan triptofan konsentrlangan sulfat kislota ishtirokida ko’k-binafsha rang (Gopkins-Kol reaksiyasi) hosil qiladi. Arginin alfa-naftol va natriy gipoxlorid bilan qizil rangga bo’yaladi (Sakaguchi reaksiyasi). Natriy nitroprussid va 1-, 3-naftoxinon, 4sulfonat bilan sistein qizil rang (Sallivan reaksiyasi) hosil qiladi. Ishqoriy eritmada diazotlangan sulfonat kislotasi ishtirokida gistidin va tirozin qizil rangga kiradi (Pauli reaksiyasi). Fosfomolibden-volframat kislotasi bilan tirozin ko’k rang beradi (Folin-Chiokalteu reaksiyasi). Deyarli barcha aminokislotalarda alfa-amino va alfa-karboksil guruhlari oqsil molekulasining peptid bog’larini shakllantirishda ishtirok etadi va shu bilan birga erkin aminokislotalarga xos bo’lgan kislota asos xususiyatlarini yo’qotadi. Shuning uchun oqsil molekulalarining tarkibiy xususiyatlari va funksiyalarining xilmaxilligi aminokislotalar radikallarning kimyoviy tabiati va fizik-kimyoviy xususiyatlariga bog’liq bo’ladi. Tabiiy oqsillar 106 xil turdagi organizmlarda mavjud. Olimlarning fikriga ko’ra, jami tirik organizmlarda uchraydigan tabiiy oqsillarning umumiy miqdori 1010-1012 ga teng. E.coli nitritlar va nitratlar yoki ammiak yordamida barcha aminokislotalarni sintez qila oladi, sut kislotasi bakteriyalari esa bu qobiliyatga ega emas. Yuksak umurtqali hayvonlar barcha kerakli aminokislotalarni sintezlay olmaydi. Inson tanasida va kalamushlarda 20 xil aminokislotalardan 10 tasi sintezlanadi, shuning uchun ularni bir-biridan farqlanuvchi almashinadigan va almashinmaydigan aminokislotalarga ajratiladi (4-jadval). Ilmiybaza.uz 4-jadval. Almashinadigan va almashinmaydigan aminokislotalar Almashinadigan Almashinmaydigan Alanin Arginin1 Asparagin Valin Asparagin kislotasi Gistidin1 Glitsin Izoleysin Glutamin Leysin Glutamin kislotasi Lizin Prolin Metionin Serin Treonin Tirozin Triptofan Sistein (sistin) Fenilalanin 1-Qisman almashinadigan aminokislotalar Ozuqa tarkibidagi oqsillarning aminokislota tarkibi tana oqsillari aminokislotalariga qay darajada yaqin bo’lsa, uning bioligik qimmati shuncha yuqori bo’ladi. Almashinmaydigan aminokislotalarni sintezlay olmaydigan hayvonlarda bu qobiliyat bo’lmasligining sababi, ularning organizmida aminlanish yo’li bilan tegishli almashinmaydigan aminokislotalarga aylanadigan tegishli ketokislotalarning hosil bo’lmasligidadir. Demak, ularning hayotiy jarayonlarini normal tarzda kechishi uchun ozuqa tarkibida almashinmaydigan aminokislotalarning barchasi bo’lishi lozim. Ozuqa tarkibida u yoki bu almashinmovchi aminokislotaning bo’lmasligi azot almashinuvini salbiylashuvi, o’sishning to’xtashi, asab faoliyatini izdan chiqishi va h.k.larga olib keladi. Bu aminokislotalarga nisbatan bo’lgan talab har xil hayvonlarda turlicha bo’ladi. Ko’p bakteriyalar va yuksak o’simliklar bu aminokislotalarni faol ravishda sintezlaydi, bu ulardagi sintezlanish yo’lini o’xshashligini yoki yaqin ekanligini ko’rsatadi. Kavshovchi hayvonlarning qatqorin mikroflorasi oqsil bo’lmagan azotli moddalardan, masalan, oqsillarni parchalanishida hosil bo’ladigan siydikchil va Ilmiybaza.uz ammiakdan barcha kerakli aminokislotalarni sintez qila oladi. Bu hayvonlar uchun ozuqa tarkibidagi aminokislotalarni normallashtirmasa ham bo’ladi. Lekin hayvonlarning ratsionini nooqsil azotli moddalar bilan to’ldirib turish uchun siydikchil ishlatiladi. Ularning yangi tug’ilgan bolalarida almashinmaydigan aminokislotalarga nisbatan ehtiyoj seziladi. Cho’chqalar va parrandalar ratsioni aminokislotalar tarkibi bo’yicha muvofiqlashtirilishi zarur. Shu maqsadda aminokislotalar tarkibi jihatidan bir-birini to’ldiradigan ozuqalar tanlanadi va uni tarkibiga sanoat miqyosida ishlab chiqarilgan sintetik aminokislotalardan qo’shiladi.