Оқсиллар

протеин модел мосаиc.

Оқсиллар ёки протеин молекулалари — сут кислоталар қолдиқларидан (амин ва карбоксил гуруҳлари орқали бириккан) ташкил топган мураккаб моддалар ҳисобланади. Сув ва тузли эритмаларда эрувчанлигига қараб, оқсиллар қуйидаги етти гуруҳга бўлинади: албулинлар, глобулинлар, глутаминлар, гистонлар, проламинлар, протаминлар ва склеропротеинлар. Шунингдек, пепсин, трипсин, химотрипсин ва папаин каби протеолитик ферментлар ҳам протеинларга киради. Протеин атамаси кўпинча оқсилларнинг синоними сифатида ишлатилади. Оқсиллар барча тирик мавжудотларнинг таркибий қисмига кирувчи азот тутувчи органик моддалар ҳисобланади ва ҳаёт фаолияти учун муҳим аҳамиятга эга. Ҳужайрада бир неча минг хил оқсил мавжуд бўлиб, уларнинг ҳар бири ўзига хос вазифани бажаради. Шунинг учун улар протеинлар (юнонча протос — биринчи, энг муҳим) деб аталади. Оқсиллар ҳужайра вазнининг тахминан 3/4 қисмини ташкил этади. Маълумки, барча организмларнинг оқсиллари, уларнинг ҳар хил биологик фаолиятидан қатъи назар, бир хил 20 та стандарт аминокислотадан ташкил топган. Ушбу аминокислоталар алоҳида биологик фаолликка эга эмас. Оқсилларнинг кимёвий фарқлари улардаги аминокислоталарнинг тартибига боғлиқ. Аминокислоталар оқсил тузилмасининг „алифбоси“ бўлиб, уларни турли тартибда бириктириб, чексиз миқдордаги кетма-кетликларни яратиш ва шу билан чексиз турдаги оқсиллар ҳосил қилиш мумкин. Масалан, ҳар бир тур организмда бир неча минг хил оқсил мавжуд бўлиб, улар сони 10 миллионга яқин турли оқсилларни ташкил этади. Математик изланишлар шуни кўрсатадики, 20 та аминокислотадан ҳосил бўлиши мумкин бўлган оқсил изомерларининг умумий оғирлиги Ер шарининг оғирлигидан ҳам катта бўлиши мумкин. Оқсиллар макромолекулалар ҳисобланади ва уларнинг молекуляр массаси бир неча мингдан бир неча миллионгача етиши мумкин. Оқсиллар молекулаларининг асосий таркибий қисми сифатида аминокислоталар хизмат қилади. Ҳар бир аминокислотада битта углерод атоми (α-углерод атоми)га аминогуруҳ ва карбоксил гуруҳ бирикади. Оқсилларда 20 хил аминокислота учрайди, улар ўзаро Р-гуруҳи билан фарқланади, бу гуруҳ гидрофил ёки гидрофоб, асосли, кислотали ёки нейтрал бўлиши мумкин. Оқсилларда аминокислоталар бир-бирига пептид боғлари орқали, яъни амин боғлари билан уланади. Бу боғ бир аминокислота α-карбоксил қолдиғининг иккинчи аминокислота α-аминогуруҳ қолдиғи билан боғланиши натижасида ҳосил бўлади. Шу тарзда тузилган полимерлар пептидлар деб аталади. Дипептид, трипептид, тетрапептид каби номлар молекуладаги аминокислота қолдиқлари сонига боғлиқ: масалан, дипептидда 2 та қолдиқ, трипептидда эса 3 та қолдиқ бўлади. Кичик аминокислота пептидларидан фарқли ўлароқ, полипептидлар таркибида 20 ёки ундан ортиқ (оқсилларда тахминан 50 тадан 2500 тагача) аминокислота қолдиқлари мавжуд. Оқсилларда кетма-кет жойлашган аминокислота қолдиқлари узун занжирни ёки оқсилларнинг бирламчи тузилмасини ташкил этади. Бунинг натижасида, оқсил молекуласидаги ҳар хил жойлашган аминокислота қолдиқлари кимёвий боғлар орқали ўзаро боғланиб, оқсилнинг мураккаб иккиламчи, учламчи ва тўртламчи тузилмаларини ҳосил қилади. Юқори даражадаги ушбу тузилмалар физик ва кимёвий омиллар (юқори ҳарорат, кислота, ишқор ва бошқалар) таъсирида қуйи даражага қайтиши мумкин (бу жараён оқсилнинг денатурацияси деб аталади) ва оқсил ўзининг биологик фаоллигини йўқотади. Бироқ, айрим ҳолларда, ташқи таъсир бартараф этилгач, оқсил яна ўзининг юқори даражали тузилмасини қайта тиклаши мумкин.

Оқсил тузилиши ва вазифалари бўйича хилма-хил. Тузилишига кўра, 2 катта гуруҳга бўлиш мумкин: глобуляр ва фибрилляр. Глобуляр оқсиллар асосан, сферик ёки эллипс шаклида бўлиб, улар таркибига бошқа гуруҳ моддалар ҳам қўшилган (простетик гуруҳ). Масалан, гемоглобин глобин ва гемнинг қўшилмасидан ҳосил бўлган, шунинг учун уни яна гемопротеид деб ҳам аташади. Липид тутувчи оқсил липопротеидлар, углевод тутувчилар — гликопротеидлар, металл тутувчилар — металл протеидлар дейилади.

Фибрилляр оқсил — бир ёки бир неча полипептид занжирдан ташкил топган моддалар ҳисобланади. Улар узун ип кўринишида бўлади. Бириктирувчи тўқима (актин, миозин, коллаген), соч, тери (а-кератин) оқсиллари бунга мисол бўла олади. Фибрилляр оқсиллар, асосан, қурилиш ашёси ёки ҳимоя вазифасини бажаради. Оқсилларнинг биологик вазифалари бўйича қуйидаги таснифи мавжуд: ферментлар (трипсин, рибонуклеаза), ташувчи оқсиллар (гемоглобин, зардоб албумини, миоглобин), озиқ-овқат ва захира оқсиллари (тухум албумини, сутдаги казеин, ферритин), қисқарувчи ва ҳаракат оқсиллари (актин, миозин), тузилма оқсиллари (коллаген, протеогликанлар, креатин), ҳимоя Оқсиллари (антителолар, фибриноген, тромбин, илон заҳари, бўғма қўзғатувчисининг токсини), назорат қилувчи оқсиллар (инсулин, кортикотропин, ўсиш гормони) ва бошқалар.

Оқсил ажратиб олиш улардаги аминокислота қолдикларини аниқлашда кимё ва молекуляр биология фанларининг усулларидан (диализ, гелфилтрация, электрофорез, хроматография, секвенация ва бошқалар) фойдаланилади.

Оқсил ажратиб олиш жараёнида аминокислота қолдиқларини аниқлаш учун кимё ва молекуляр биология фанларининг турли усулларидан (диализ, гел-филтрация, электрофорез, хроматография, секвенация ва бошқалар) фойдаланилади.

Оқсиллар (полипептидлар) — юқори молекуляр оғирликка эга органик моддалар бўлиб, алфа аминокислоталардан иборат ва пептид боғлари орқали бириккан занжирларни ҳосил қилади. Кимёвий нуқтаи назардан, барча оқсиллар полипептидлар ҳисобланади Аммо таркибида 30 дан кам аминокислота қолдиқлари мавжуд бўлган қисқа полипептидлар, айниқса кимёвий синтезланганлар, оқсил деб аталмайди. Тирик организмларда оқсилларнинг аминокислота таркиби генетик код орқали белгиланади, ва синтез жараёнида аксарият ҳолларда 20 та стандарт аминокислота иштирок этади. Ушбу аминокислоталарнинг кўплаб комбинациялари оқсил молекулаларининг хилма-хил хусусиятларини белгилайди.

Оқсиллар таркибидаги аминокислота қолдиқлари кўпинча таржимадан кейинги ўзгаришларга учрайди, бу эса протеин ўз вазифасини бажаргунга қадар ёки фаолияти давомида содир бўлиши мумкин. Кўпинча тирик организмларда оқсилларнинг бир нечта молекулалари мураккаб комплексларни ҳосил қилади, масалан, фотосинтетик комплекс ва бошқа структуралар. Юқори даражада тозаланган оқсиллар паст ҳароратларда кристаллар ҳосил қилиб, уларнинг фазовий тузилишини ўрганишга ёрдам беради.

Тирик организмларнинг ҳужайраларидаги оқсилларнинг вазифалари ва функсиялари бошқа биополимерлар — масалан, полисахаридлар ва деоксирибонуклеин кислотаси (ДНК) функцияларидан анча хилма-хилдир. Оқсиллар иммунитет тизимида муҳим рол ўйнайди, транспорт вазифасини бажаради (масалан, гемоглобин қон орқали газларни ташийди, албумин эса ёғларни ташийди), сақлаш (масалан, казеин сутда мавжуд). ДНК полимераза ва РНК полимераза матрица реакцияларида иштирок этади, структуравий вазифани бажаради (масалан, соч ва тирноқлардаги кератин, бириктирувчи тўқималардаги коллаген ва эластин, микротубулалар ҳосил қилувчи тубулин), сигнализация тизимларида рецептор вазифасини бажаради (масалан, родопсин ёруғлик таъсирида нерв импулси шаклланишига ҳисса қўшади). Бундан ташқари, оқсиллар энергия манбаи ёки заҳарли моддалар сифатида ҳам вазифаларни бажаради.

Протеинлар ҳайвонлар ва одамлар учун (асосий манбалар: гўшт, парранда гўшти, балиқ, сут, ёнғоқ, дуккаклилар, дон маҳсулотлари; озроқ миқдорда: сабзавот, мева, резаворлар ва қўзиқоринлар) зарур, чунки уларнинг танаси барча муҳим аминокислоталарни мустақил синтез қила олмайди. Баъзи аминокислоталар протеинли овқатлардан олиниши керак. Ҳазм қилиш жараёнида ферментлар истеъмол қилинган оқсилларни аминокислоталарга парчалайди. Ушбу аминокислоталар организмнинг ўз оқсилларини биосинтези учун ёки кейинчалик энергия ҳосил қилиш учун ишлатилади.

Протеинларнинг аминокислота кетма-кетлигини биринчи марта аниқлаш учун Фридрих Сангер инсулин устида тадқиқот олиб борди ва 1958-йилда Кимё бўйича Нобел мукофоти билан тақдирланди. Гемоглобин ва миёглобин оқсилларининг дастлабки уч ўлчамли тузилмалари рентген нурлари диффраксияси ёрдамида 1950-йилларнинг охирида Перутз Макс Фердинанд ва Кендреw Жон Cоwдерй томонидан аниқланди. Бу тадқиқотлари учун улар 1962-йилда Кимё бўйича Нобел мукофотига сазовор бўлишди.

Ўрганиш тарихи

Антуан Франсуа де Фоурcрой, оқсилларни ўрганиш асосчиси

Протеин биринчи марта 1728-йилда италян олими Жаcопо Бартоломео Беccари томонидан буғдой унидан олинган. Оқсиллар ХВИИИ асрда франсуз кимёгари Антуан де Фуркрой ва бошқа олимларнинг фаолияти натижасида биологик молекулаларнинг алоҳида синфи сифатида аниқланган. Шунда оқсилларнинг хоссаси қайд этилган, масалан, коагуляция (дисперс система) ва оқсилларнинг денатурацияси иссиқлик ёки кислота таъсирида. Ўша пайтда албумин („тухум оқи“), фибрин (қон оқсили) ва дондан буғдой клейковинаси каби оқсиллар ўрганилган. ХИХ аср бошларида оқсилларнинг элементар таркиби тўғрисида баъзи маълумотлар аллақачон олинган эди, маълумки, оқсиллар гидролизланиши жараёнида аминокислоталар ҳосил бўлади. Ушбу аминокислоталарнинг баъзилари (масалан, глисин ва лейсин) аллақачон тавсифланган эди. Голландиялик кимёгари Мулдер Геррит Ян оқсилларнинг кимёвий таркиби таҳлилига асосланиб, деярли барча оқсиллар ўхшаш эмпирик формулага эга деган фикрни илгари сурди. 1836-йилда Мулдер оқсилларнинг кимёвий тузилишининг биринчи моделини таклиф қилди. Углеводород радикали назариясига асосланиб, бир қанча такомиллаштиришлардан сўнг, у оқсилнинг минимал структура бирлиги қуйидаги таркибга эга деган хулосага келди: C₄₀Ҳ₆₂Н₁₀О₁₂.У бу бирликни „оқсил“ (Пр) (қадимги юнонча: протос - биринчи, асосий дан), назарияни эса „оқсил назарияси“ деб атади. Мулдернинг ғояларига кўра, ҳар бир оқсил бир неча оқсил бирликларидан, олтингугурт ва фосфордан иборат. Мисол учун, у фибрин формуласини 10ПрСП сифатида ёзишни таклиф қилди. Мулдер, шунингдек, оқсилларни йўқ қилиш маҳсулотларини — аминокислоталарни ўрганди ва улардан бири (лейсин) учун кичик хатолик билан молекуляр оғирликни аниқлади — 131 атом масса бирлиги. Протеинлар ҳақидаги янги маълумотлар тўпланганлиги сабабли, оқсил назарияси танқид қилина бошлади, аммо шунга қарамай, 1850-йилларнинг охиригача у ҳали ҳам умумий қабул қилинган деб ҳисобланарди. ХИХ асрнинг охирига келиб, оқсилларни ташкил этувчи аминокислоталарнинг аксарияти ўрганилди. 1880-йилларнинг охирида рус олими Александр Яковлевич Данилевский оқсил молекуласида пептид гуруҳлари (CО-НҲ) мавжудлигини қайд этди. 1894-йилда немис физиологи Албречт Коссел аминокислоталар оқсилларнинг асосий тузилиш элементлари бўлган назарияни илгари сурди. ХХ аср бошларида немис кимёгари Ҳерманн Эмил Фисчер оқсиллар пептид боғлари билан боғланган аминокислоталар қолдиқларидан иборат эканлигини тажриба йўли билан исботлади. Шунингдек, у оқсилнинг аминокислоталар кетма-кетлигини биринчи таҳлилини ўтказди ва протеолиз ҳодисасини тушунтирди. Аммо оқсилларнинг организмлардаги марказий роли 1926-йилда америкалик кимёгар Жеймс Сумнер томонидан фермент реаза эканлигини кўрсатмагунча тан олинмаган. Сумнер кейинчалик кимё бўйича Нобел мукофоти совриндори бўлди.Соф оқсилларни ажратиб олишнинг қийинлиги уларни чуқур ўрганишни мураккаблаштирди. Шу сабабли, дастлабки тадқиқотлар кўпроқ осон тозаланиши мумкин бўлган полипептидлар, масалан, қон оқсиллари, товуқ тухумлари, турли токсинлар ва сўйишдан кейин ажралиб чиқадиган овқат ҳазм қилиш ферментлари ёрдамида амалга оширилди. 1950-йилларнинг охирида Армор Ҳот Дог компанияси бир килограмм сигир ошқозон ости бези рибонуклеаза А ни тозалашга муваффақ бўлди, бу кейинчалик кўплаб тадқиқотлар учун экспериментал мавзуга айланди. Оқсилларнинг иккиламчи тузилиши аминокислоталар қолдиқлари ўртасида водород боғлари ҳосил бўлиши натижасида шаклланади. Бу ҳақда 1933-йилда Уилям Астбери фикр билдирган, аммо Паулинг Линус, оқсилларнинг иккиламчи тузилишини муваффақиятли башорат қилган биринчи олим сифатида танилган. Кейинчалик, Валтер Каузман ва Линнерстрöм-Ланг Кай Улрик асарларида учламчи тузилишнинг роли ва гидрофобик ўзаро таъсирлар келтирилган. 1940-йилларнинг охири ва 1950-йилларнинг бошида Фридриcк Сангер секванслаш усулини ишлаб чиқди ва унинг ёрдамида инсулиннинг иккита занжирининг аминокислоталар кетма-кетлигини аниқлади. Бу усул протеинларнинг тузилишини ўрганишда муҳим ютуқ бўлди. 1955 йил , оқсиллар аминокислоталарнинг чизиқли полимерлари эканлигини ва шохланмаганлигини (масалан, баъзи шакарлар занжирлар, коллоидлар ёки сиклоллар эканлигини) кўрсатади. Аминокислоталар кетма-кетлиги Совет/Россия олимлари томонидан аниқланган биринчи оқсил 1972-йилда аспартат аминотрансфераза бўлган . Рентген нурлари диффракцияси орқали олинган оқсилларнинг биринчи фазовий тузилмалари 1950-йилларнинг охири ва 1960-йилларнинг бошларида маълум бўлган ва тузилмалар ядро магнит резонанси ёрдамида кашф этилган 1980-2012-йилларда. Протеин маълумотлар банки тахминан 87 000 протеин тузилмасини ўз ичига олган. ХХИ асрда оқсилларни ўрганиш сифат жиҳатидан янги босқичга кўтарилди, бунда нафақат алоҳида тозаланган оқсиллар, балки бир вақтнинг ўзида миқдори ва тажрибадан кейинги модификациялар ўрганилади. Алоҳида ҳужайралар, тўқималар ёки бутун организмларнинг кўп миқдордаги оқсиллари. Биокимёнинг бу соҳаси протеомика деб аталади. Биоинформатика усулларидан фойдаланиб, нафақат рентген нурланиш таҳлили маълумотларини қайта ишлаш, балки оқсилнинг аминокислоталар кетма-кетлиги асосида тузилишини башорат қилиш ҳам мумкин бўлди. Ҳозирги вақтда криоэлектрон микроскопия йирик оқсил комплекслари ва оқсиллар доменлари фазовий тузилмаларини компютер дастурлари ёрдамида башорат қилиш атом аниқлигига яқинлашмоқда.

Хусусиятлар

Оқсилнинг ҳажмини аминокислоталар қолдиқлари сонида ёки атом масса бирлиги (далтон) билан молекуляр масса билан ўлчаш мумкин, лекин молекула нисбатан катта бўлганлиги учун унинг массаси оқсилнинг ҳосила бирликларида, килодалтонларда (кДа) ифодаланади. Хамиртуруш оқсиллари ўртача 466 та аминокислота қолдиғидан иборат бўлиб, молекуляр оғирлиги 53 кДа ни ташкил қилади. Ҳозир маълум бўлган энг йирик оқсил, титин, саркомерлардаги мушакларнинг таркибий қисмидир; унинг турли хил вариантлари (изоформалари) молекуляр оғирлиги 3000 дан 3700 кДа гача бўлган оралиқда ўзгариб туради. Инсон титинининг солеус (лотинча: солеус) 38,138 та аминокислотадан иборат Фултон А., Исааcс В. 1991. Оқсилларнинг молекуляр оғирлигини аниқлаш учун ўлчамни истисно қилиш хроматографияси, полиакриламид гел электрофорези, масс-спектрометрик таҳлил, чўкиш таҳлили ва бошқалар ишлатилади.

Физик-кимёвий хоссалари

Оқсил молекулаларининг қиёсий ўлчами. Чапдан ўнгга: антикор (ИгГ) (150 кДа), гемоглобин (66,8 кДа), гормон инсулин, фермент аденозин монофосфат ва фермент глутаминсинтетаза

Оқсиллар амфотерлик хусусиятига эга, яъни шароитга қараб улар кислота ва асосий хоссаларини намоён қилади. Протеинлар сувли эритмада ионланишга қодир бўлган бир неча турдаги кимёвий гуруҳларни ўз ичига олади:

Карбоксил гуруҳи (кислотали аминокислоталарнинг ён занжирлари: аспартик кислота ва глутамик кислоталар) Асосий аминокислоталарнинг ён занжирларининг азот ўз ичига олган гуруҳлари (биринчи навбатда лизин ва амидин қолдиғи CНҲ(НҲ₂)) Аргинин, бироз камроқ даражада эса ҳистидиннинг имидазол қолдиғи. Ҳар бир оқсил изоэлектрик нуқта (пҲ) билан тавсифланади — муҳитнинг кислоталилиги ёки водород индекси (пҲ). Бунда берилган молекулаларнинг умумий электр заряди нолга тенг бўлади ва шунга мос равишда улар электр майдонида ҳаракат қилмайди (масалан, электрофорез пайтида). Изоэлектрик нуқтада оқсилнинг ҳидрацияси ва эрувчанлиги минималдир. пҲ қиймати оқсилдаги кислотали ва асосли аминокислоталар қолдиқларининг нисбатига боғлиқ. Кўп кислотали аминокислота қолдиқлари бўлган оқсиллар учун изоэлектрик нуқталар кислотали минтақада ётади (бундай оқсиллар кислотали деб аталади). Кўпроқ асосли қолдиқларни ўз ичига олган оқсиллар учун, изоэлектрик нуқта ишқорий минтақада жойлашади (бундай оқсиллар асосий оқсиллар деб аталади). Берилган оқсилнинг пҲ қиймати ион кучи ва у жойлашган буфер эритмаси турига қараб ҳам ўзгариши мумкин, чунки нейтрал тузлар даражага таъсир қилади. Оқсилнинг кимёвий гуруҳларини ионлаштириш орқали протеиннинг пҲ-ни, масалан, кислота асосида титрлаш эгри чизиғидан ёки изоэлектрик фокуслаш ёрдамида аниқлаш мумкин.. Умуман олганда, оқсилнинг пИ кўрсаткичи у бажарадиган функцияга боғлиқ: кўпчилик умуртқали тўқималар оқсилларининг изоэлектрик нуқтаси 5,5 дан 7,0 гача, лекин баъзи ҳолларда қийматлар экстремал минтақаларда бўлади: масалан, пепсин учун — кучли кислотали меъда ширасининг протеолитик ферменти пИ ~ 1ва салмина учун — оқсил-протамин сут юқори аргинин миқдори билан ажралиб турадиган қизил икра, — пИ ~ 12 . Фосфатлар билан электромагнит ўзаро таъсир туфайли нуклеин кислоталар билан боғланган оқсиллар, фосфат гуруҳлари, кўпинча асосий оқсиллардир. Бундай оқсилларга мисол қилиб гистонлар ва протаминларни келтириш мумкин. Оқсиллар ҳам гидрофил ва ҳидрофобикларга бўлинади. Гидрофилларга аксарият оқсиллар ситоплазма, ядролари ва ҳужайралараро модда, жумладан, эримайдиган кератин ва фиброин киради. Гидрофобикларга ҳужайра мембраналари ташкил этувчи оқсилларнинг аксарияти, — гидрофобик липидлар мембраналари билан ўзаро таъсир қилувчи интеграл мембрана оқсиллари(бу оқсиллар учун қоида тариқасида гидрофил жойлар ҳам мавжуд).

Денатурация

Юқори ҳарорат таъсирида товуқ тухумининг оқини йўқ қилиш

Оқсилнинг денатурацияси унинг биологик фаоллиги ёки физик-кимёвий хоссаларининг тўртламчи, учламчи ёки иккиламчи тузилма йўқолиши билан боғлиқ ҳар қандай ўзгаришдир (қаранг. „Оқсил тузилиши“ бўлими). Қоида тариқасида, оқсиллар организмда нормал фаолият кўрсатадиган шароитларда (ҳарорат, пҲ, босим, инфрақизил нурланиш ва бошқалар) анча барқарордир. Бу шароитларнинг кескин ўзгариши оқсил денатурациясига олиб келади. Денатурация қилувчи модданинг табиатига кўра механик (кучли аралаштириш ёки чайқатиш), физик (иситиш, совутиш, нурланиш, ултратовуш билан ишлов бериш) ва кимёвий (кислоталар ва ишқорлар, сирт фаол моддалар, карбамид) денатурация.

Протеин денатурацияси тўлиқ ёки қисман, қайтариладиган ёки қайтарилмас бўлиши мумкин. Кундалик ҳаётда қайтариб бўлмайдиган оқсил денатурациясининг энг машҳур ҳодисаси товуқ тухумининг тайёрланиши бўлиб, у юқори ҳарорат таъсирида сувда эрийдиган шаффоф оқсил овалбумин зич, эримайдиган ва шаффоф бўлиб қолади. Денатурация баъзи ҳолларда сувда эрувчан оқсилларни аммиак тузлари ёрдамида чўктиришда (тузлаш усули) каби тескари бўлади ва бу усул уларни тозалаш усули сифатида ишлатилади.

Тузилиши

Пептид боғланишининг схематик кўриниши (ўнгда). Худди шундай реаксия оқсилни синтез қилувчи молекуляр машинада, яъни рибосомада содир бўлади.

Протеин молекулалари чизиқли полимерлар бўлиб, улар Л-аминокислота қолдиқларидан ташкил топган (улар таркибида ўзгартирилган аминокислота қолдиқлари ва аминокислота бўлмаган табиатдаги таркибий қисмлар ҳам бўлиши мумкин). Илмий адабиётларда аминокислоталарни белгилаш учун Лотин тилидаги бир ёки уч ҳарфли қисқартмалар ишлатилади, масалан, валин учун: Вал, В . Бир қарашда кўпчилик оқсилларда „фақат“ 20 та аминокислотадан фойдаланиш оқсил тузилмаларининг хилма-хиллигини чеклаб қўйгандек туюлиши мумкин, аммо аслида уларнинг вариантлари сони жуда катта: 5 та аминокислота қолдиғи занжири 3 миллиондан ошади ва 100 та аминокислота қолдиғи занжири (кичик протеин) 10¹³⁰ дан ортиқ вариантда ифодаланиши мумкин. Узунлиги 2 дан бир неча ўнлаб аминокислота қолдиқларидан иборат занжирлар кўпинча полимеризация даражаси юқори бўлган „пептидлар“ деб аталади, аммо бу бўлиниш нисбатан ўзбошимчалик билан амалга оширилади. Бир аминокислотанинг а-карбоксил гуруҳи (-CООҲ) бошқа аминокислотанинг амино гуруҳи (-НҲ₂) билан ўзаро таъсири натижасида оқсил ҳосил бўлганда, пептид боғ ҳосил бўлади. Оқсилнинг учлари терминал аминокислоталар қолдиғи гуруҳларидан қайси бири эркин бўлишига қараб Н- ва C-терминус деб аталади: мос равишда -НҲ₂ ёки -CООҲ. Рибосомадаги оқсил синтезида биринчи (Н-терминал) аминокислота қолдиғи одатда метионин бўлади ва кейинги қолдиқлар олдингисининг C-терминусига қўшилади.

Тузулиш даражалари

Оқсилларнинг структуравий ташкилий даражалари: 1 — бирламчи, 2 — иккиламчи, 3 — учламчи, 4 — тўртламчи

К. Линдстром оқсилларнинг структуравий тузилишини 4 даражага ажратишни таклиф қилди: бирламчи, иккиламчи, учламчи ва тўртламчи тузилмалар. Ушбу бўлинма бироз эскирган бўлса-да, ундан фойдаланишда давом этилмоқда. Полипептиднинг бирламчи тузилиши (аминокислоталар қолдиқлари кетма-кетлиги) унинг ген ва генетик код тузилиши билан белгиланади, ва юқори тартибли тузилмалар оқсиллар ҳосил бўлиш жараёнида шаклланади.

Бирламчи тузилма

Турли организмлардаги оқсилларнинг (гемоглобинларнинг) аминокислоталар кетма-кетлиги тартибини текислаш мисоли

Бирламчи тузилма — бу полипептид занжиридаги аминокислоталар қолдиқларининг кетма-кетлиги. Протеиннинг асосий тузилиши аминокислоталар қолдиқлари учун бир ёки уч ҳарфли белгилар ёрдамида тасвирланади. Бирламчи тузилманинг муҳим хусусиятлари консерватив мотивлар — маълум бир функсияни бажарадиган ва кўплаб оқсилларда учрайдиган аминокислоталар қолдиқларининг барқарор бирикмалари. Консерватив мотивлар турларнинг эволюцияси жараёнида сақланиб қолади; улар кўпинча номаълум оқсил функсиясини башорат қилиш учун ишлатилиши мумкин. Турли организмлар оқсилларининг аминокислоталар кетма-кетлигининг ҳомология (ўхшашлик) даражасидан келиб чиқиб, бу организмлар тегишли бўлган таксонлар орасидаги эволюцион масофани тахмин қилиш мумкин. Оқсилнинг бирламчи тузилишини генетик кодлар жадвали ёрдамида РНК кетма — кетлигидан аниқлаш мумкин.

Иккиламчи тузилма

Иккиламчи тузилма — бу полипептид занжирининг водород боғлари билан барқарорлашган маҳаллий тартибидир. Қуйида оқсил иккиламчи тузилишининг энг кенг тарқалган турлари келтирилган:

• **а-спираллар** — молекуланинг узун ўқи атрофида зич бурилишлар ҳосил қилади. Бир бурилишда 3,6 аминокислота қолдиғи жойлашган бўлиб, спиралнинг баландлиги 0,54 нм ни ташкил этади (ҳар бир қолдиқ учун 0,15 нм). Спирал бир-биридан 4 бирлик масофада жойлашган Ҳ ва О пептид гуруҳлари орасидаги водород алоқалари билан барқарорлашади. Одатда, оқсилларда ўнг қўл спирал шакллари устунлик қилади. Спирал глутамин кислота, лизин ва аргинин каби электростатик ўзаро таъсирлар билан бузилиши мумкин. Аспарагин, серин, треонин ва лейсиннинг яқин жойлашиши спиралнинг пролин қолдиқлари орқали стерик тарзда халақит беради ва бу спирал узулишига олиб келади;
• **б-варақ (букланган қатламлар)** — узоқроқ масофадаги аминокислота қолдиқлари орасидаги водород боғлари ёрдамида барқарорлашган зигзаг шаклидаги полипептид занжирларидан ташкил топган. Ҳар бир аминокислота қолдиғи 0,34 нм оралиқда жойлашади. Бу занжирлар параллел (бир хил йўналишдаги) ёки антипараллел (қарама-қарши йўналишдаги) бўлиши мумкин. Шунингдек, параллел ва антипараллел б-тузилмалардан иборат аралаш б-тузилма ҳам мавжуд. Б-варақлар ҳосил бўлиши учун глисин ва аланин каби кичик ўлчамли ён гуруҳларга эга аминокислоталар муҳимдир;
• **п-спираллар**;
• **3₁₀-спирал**;
• **Тартибсиз бўлаклар**.

Учламчи тузилма

Мисол сифатида триосефосфат изомераза ёрдамида оқсилнинг уч ўлчовли тузилишини тасвирлашнинг турли усуллари. Чап томонда барча атомлар ва улар орасидаги боғланишлар тасвирланган „ядро“ модели мавжуд; Ранглар элементларни кўрсатади. Ўртада услублаш мотиви жойлашган. Ўнг томонда атомларнинг ван-дер-Ваалс радиус ҳисобга олинган ҳолда тузилган оқсилнинг контакт юзаси. Ранглар ҳудудларнинг фаоллик хусусиятларини кўрсатади

Учинчи даражали тузилма полипептид занжирининг фазовий шаклидир. Бу структура гидрофобик ўзаро таъсирлар ёрдамида барқарорлашган иккиламчи структура элементларидан ташкил топган бўлиб, унда турли ўзаро таъсирлар муҳим рол ўйнайди. Учинчи даражали тузилмани барқарорлаштиришда қуйидаги боғланишлар иштирок этади: Ковалент боғлар — икки систеин қолдиғи орасида ҳосил бўладиган дисулфид кўприклари; Ион боғлар — қарама-қарши зарядланган аминокислота қолдиқларининг ион гуруҳлари орасидаги боғланишлар; Водород боғлари — аминокислота қолдиқлари орасидаги водород атомлари орқали ҳосил бўладиган боғланишлар; Гидрофобик ўзаро таъсирлар — оқсилнинг қутбсиз гуруҳлари сувдан ажралиб, ички қисмда йиғилади, қутбли гидрофил гуруҳлар эса молекула юзасида жойлашади. Оқсиллар букланиш тамойилларини ўрганиш шуни кўрсатадики, иккиламчи тузилиш элементларининг жойлашиши ва атомларнинг фазовий шаклланиши орасида қўшимча даражали тузилма — буклама мотиви (ёки архитектура, структуравий мотив) мавжуд. Буклама мотиви а-спираллар ва б-торлар каби иккиламчи тузилиш элементларининг ўзаро жойлашишини ифодалайди. Шунингдек, оқсилларнинг таркибий қисмларини ташкил этадиган майдонлар мавжуд бўлиб, улар мустақил мавжуд бўлиши ёки каттароқ оқсил таркибига кириши мумкин. Бу буклама мотивлари кўплаб оқсилларда учрайди ва уларнинг эволюцион ёки функционал муносабатларини аниқлашда аҳамиятлидир. Структуравий мотивлар таснифи учун CАТҲ ёки СCОП каби тизимлардан фойдаланилади. Оқсилнинг фазовий тузилишини аниқлаш учун рентген дифраксион таҳлил, ядро магнит-резонанси ва микроскопнинг айрим турларидан фойдаланилади.

Тўртламчи тузилма

Тўртламчи тузилишга эга бўлган оқсил бир неча полипептид занжирларидан ташкил топиб, умумий супрамолекуляр шаклда йиғилади. Бу оқсил молекулалари рибосомаларда алоҳида синтез қилиниб, синтез тугаганидан сўнг ягона тўртламчи тузилмани ҳосил қилади. Тўртламчи тузилишга эга оқсил бир хил ёки турли хил полипептид занжирларини ўз ичига олиши мумкин. Унинг барқарорлиги ҳам учинчи даражали тузилишни мустаҳкамловчи ковалент боғлар, ионли боғлар, водород боғлари ва гидрофобик ўзаро таъсирлар билан таъминланади. Супрамолекуляр оқсил комплекслари кўпинча ўнлаб молекулалардан иборат бўлиб, мураккаб функсияларни бажаради.

Тузилиш тури бўйича таснифи

Тузилишнинг умумий турига кўра оқсилларни уч гуруҳга бўлиш мумкин: Фибрилляр оқсиллар — полимерларни ҳосил қилади, уларнинг тузилиши одатда жуда мунтазам бўлиб, асосан турли занжирлар орасидаги ўзаро таъсирлар орқали сақланади. Улар микрофиламентлар, микротубулалар, фибриллалар ҳосил қилади ва ҳужайра тўқималарнинг тузилишини қўллаб-қувватлайди. Фибрилляр оқсилларга кератин ва коллаген киради. Глобуляр оқсиллар — сувда эрийди, молекуланинг умумий шакли озми-кўпми шарсимон. Мембрана оқсиллари — ҳужайра мембранаси доменларини кесиб ўтувчи доменларга эга, лекин уларнинг қисмлари мембранадан ҳужайралараро муҳитга ва ҳужайра ситоплазмасига чиқиб туради. Мембрана оқсиллари рецепторлар вазифасини бажаради, яъни сигналларни узатади ва турли моддаларнинг мембрана орқали ўтишини ҳам таъминлайди. Транспортер оқсиллари ўзига хосдир, уларнинг ҳар бири фақат маълум молекулаларни ёки маълум бир сигнал турини мембранадан ўтказишга имкон беради.

Оддий ва мураккаб оқсиллар

Пептид занжирларидан ташқари, кўпгина оқсиллар аминокислоталар бўлмаган гуруҳларни ҳам ўз ичига олади ва бу мезонга кўра, оқсиллар иккита катта гуруҳга бўлинади — оддий ва мураккаб оқсиллар (протеидлар). Оддий оқсиллар фақат полипептид занжирларидан ташкил топган бўлса, мураккаб оқсиллар таркибида аминокислота бўлмаган ёки протез гуруҳлари ҳам мавжуд. Протез гуруҳларнинг кимёвий табиатига қараб, мураккаб оқсиллар орасида қуйидаги синфлар ажратилади: Гликопротеинлар, протез гуруҳи сифатида ковалент боғланган углеводлар қолдиқларини ўз ичига олади; мукополисахаридлар қолдиқларини ўз ичига олган гликопротеинлар протеогликанлар кичик синфига киради. Углевод қолдиқлари билан боғланиш одатда гидроксил гуруҳлари серина ёки треониннинг ўз ичига олади. Ҳужайрадан ташқари оқсилларнинг аксарияти, хусусан иммуноглобулинлар, гликопротеинлар деб таснифланади. Протеогликанларда углеводлар қисми оқсил молекуласининг умумий массасининг ~95% ни ташкил қилади ва улар ҳужайралараро матрицанинг асосий компоненти ҳисобланади. Липопротеинлар таркибида ковалент боғланмаган липидлар протез қисми сифатида мавжуд бўлиб, аполипопротеинлар оқсиллари ва улар билан боғлиқ липидлар томонидан ҳосил бўлган липопротеинлар қонда липидларни ташиш учун ишлатилади. Металлопротеинлар таркибида гем бўлмаган координатали боғланган металл ионлари мавжуд. Металлопротеинлар орасида сақлаш ва ташиш функцияларини бажарадиган оқсиллар (масалан, темир сақловчи ферритин ва трансферрин) ва ферментлар (масалан, рух ўз ичига олган карбонат ангидриди ва турли хил мис, марганец, темир ва бошқа металларнинг фаол марказларида ионларни ўз ичига олган супероксид дисмутаз) мавжуд. Нуклеопротеинлар таркибида ковалент боғланмаган ДНК ёки РНК мавжуд. Нуклеопротеинлар таркибига хроматин киради, уларнинг таркибига хромосомалар ҳам киради. Фосфопротеинлар, протез гуруҳи сифатида ковалент боғланган фосфор кислотаси қолдиқларини ўз ичига олади. Серин, треонин ва тирозиннинг гидроксил гуруҳлари фосфат билан эстер боғланиш ҳосил қилишда иштирок этади. Фосфопротеин, хусусан, сутдаги казеин. Хромопротеинлар турли хил кимёвий табиатдаги рангли протез гуруҳларини ўз ичига олади. Буларга турли функцияларни бажарадиган металл таркибидаги порфирин протез гуруҳига эга бўлган кўплаб оқсиллар киради: эмопротеинлар (протез гуруҳи сифатида гемни ўз ичига олган оқсиллар, масалан, гемоглобин ва ситохромлар), хлорофиллар, флавин гуруҳига эга флавопротеинлар ва бошқалар.