Ақуыздар. Құрылысы және қызметтері


Ақуыздар, яғни протеиндер ауыр молекулалы, құрамында азоты бар органикалық қосылыстар. Олар организм құрамының ең маңызды бөлігі және барлық өсімдік пен жануарлар жасушаларының цитоплазмасында, әрі ядросында болады. Тіршіліктің негізгі нышаны – ақуыздар. Ақуыз жоқ жерде тіршілік те жоқ. Бұдан 100 жылдан бұрын Ф. Энгельс “тіршілік дегеніміз – ақуызды дененің өмір сүру әдісі”, деген екен. Сол әлі күнге дейін күшін жойған жоқ. Ақуыз деген атау алдымен жұмыртқаның ақ затына берілген.Ол қыздырғанда ерімейтін ат затқа айналады. Кейіннен дәл сондай заттар өсімдіктерден және жануарлар организмінен де бөліп алынды. 1839 жылы голландия ғалымы Мульдер ақуыздарды “протеин” деп атауды ұсынды. Ақуыздар бұлшық еттердің, қанның, сүттің, жұмыртқаның, өсімдіктердің, жүннің, жібектің, шаштың құрамына кіреді. Олар негізінен 5 элементтен тұрады: C, O, H, N, S. Ақуыздар құрылысы бойынша 2 топқа бөлінеді: жай (қарапайым - протеиндер), күрделі (протеидтер). Жай ақуыздар гидролизденгенде (ыдырау) тек амин қышқылдарына ыдырайды. Мысалы, альбуминдер (жұмыртқаның, қанның, сүттің құрамында болады), глобулиндер (жануарлар организмінде ең көп таралған; қан сарысуында 20 дербес глобулин бар. Бұлшық ет, жұмыртқа, қан, сүт, өсімдіктер құрамына кіреді. γ – глобулиндерден организмде төтемелілік (иммунитет) түзіледі, ал фибриногеннің қан тоқтатуда маңызы зор), протаминдер (қасиеттері гистондарға ұқсас ақуыздар өкілі. Онда аргинин амин қышқылы көптеп кездеседі де, нуклеопротеидтер құрамына кіреді), гистондар (ядрода кездеседі, құрамында диаминмонокарбон қышқылдары көп кездеседі. Гистондар нуклеин қышқылдарымен кешенденіп дезоксирибонуклеотидтер түзеді), проламиндер (өсімдік ақуыздары, дәнді дақылдар тұқымында көп таралған. т.б. Күрделі ақуыздар гидролизденгенде амин қышқылдарынан басқа ақуыз емес заттарға ыдырайды. Мысалы, нуклеопротеидтер (протеин мен нуклеин қышқылдарының қосылуы, цитоплазма мен ядро құрамында болады), фосфопротеидтер (протеин мен фосфор қышқылы қалдығынан тұрады, сүт казеині, жұмыртқа оваальбумині, балықтың ихтулині мысал бола алады), глюкопротеидтер (протеиндердің көмірсулармен қосылуы, сілекей құрамындағы муцин, кейбір секреттерде), липопротеидтер (протеиндердің липоидтармен қосылуы, барлық ағзалар, ұлпаларда (Гольджи аппаратында) табылды, сүтте, жұмыртқада), гемоглобулин (қызыл қан түйіршіктерінде), миоглобулин (бұлшық етте) болады. Ақуыздаржасушалардағы органикалық заттардың негізгі массасын құратын полимерлер. Олардың үлесіне протоплазмадағы құрғақ массаның 40-50 % жуығы келеді. Ақуыздар көміртегі, оттегі, сутегі, азот, әрі күкірт пен фосфордан құралған. Олардың тек амин қышқылдарынан құралғандары қарапайым - протеиндер (гректің protos — алғашқы, маңызды) деп аталады да, қор ретінде жасушада жиналады. Күрделі ақуыздар (протеидтер) қарапайымдардың көмірсу, май және нуклеин қышқылдарымен байланысы нәтижесінде құралады. Жасушадағы барлық тіршілік әрекеттерін анықтап, реттейтін көптеген ферменттер негізі ақуыздар болып келеді. Ақуыздар молекуласы құрылысында төрт түрлі құрылым деңгейін ажыратады. Біріншілік құрылымда – амин қышқылдары жіпке іліп қойған моншақ тәрізді, олардың ұзын тізбек тәрізді орналасуы аса зор биологиялық маңыздылыққа ие. Екіншілік құрылымда – амин қышқылдарының тізбегі ақуыздар молекулаларында сутектік байланыстардың әсерлерінен ширатылып, айналымдық (спиральдық) құрылым түзіледі. Үшіншілік құрылым – ақуыздар молекулаларына белгілі бір арнайы пішін береді. Ол гидрофобты, электростатикалық немесе дисульфидті байланыстар арқылы іс жүзіне асады. Төртінші құрылымда - бірнеше ақуыздар молекулалары бір-бірімен бірігіп, пішіні жіпше (шар тәрізді) ақуыздардың молекулаларын құрайды. Ақуыздар мономерлерден (қазір белгілі 20 амин қышқылдарынан) тұрады. Ақуыз құрамына амин қышқылдарының қышқылдық (карбоксил), негіздік (амин) топтары кіретіндіктен, олар екі түрлі (қышқылдық, негіздік), яғни амфотерлік қасиеттерімен ерекшеленеді. Амин қышқылдары бір-бірімен пептидтік байланыстар түзіп, ақуыздар молекулаларының көптеген түрлерін құрайды.

Ферменттер дегеніміз жасуша ішінде химиялық реакцияларды жылдамдататын биологиялық катализаторлар. Олар молекулаларында бір немесе бірнеше төсеміктері (субстрат), заттары бекитін бөлімдері бар ақуыздар. Сөйтіп белгілі ферменттің әсеріне жауап береді. Бұл бөлімді қарқынды орталық деп те атайды. Қазіргі ферменттер атауының негізіне, олардың арнайы іс-қимылы алынған. Полипептидтерді (ақуыздар) олигопептидтерге немесе амин қышқылдарына дейін ажырататын ферменттерді протиеиназа, фосфор эфиріне – фосфатаза деп атайды. Дегидрогеназа – деп, түрлі төсеміктерден сутегіні ажырататын ферменттерді атайды. Гидролазалар (су еріткіш ферменттер) ферменттердің үлкен тобын құрайды; олар төсеміктерді ажыратып, әр үзілмек байланысқа тек бір су молекуласын ғана қосады. Ферменттік белсенділік бейорганикалық катализаторларға қарағанда арнайы болып келеді. Басқаша айтқанда, әр фермент төсемік типінің белгілі бір түріне ғана әсер етуге қабілетті болады. Кейбір ферменттер жасушада белсенді болмағандықтан зимоген деп аталады. Олар киназалар арқылы белсенділікке ие болады. Мысалы, ұйқы безі жасушалары бөлетін трипсиноген ішекте энтерокиназа көмегімен қарқындайды. Қарын кілегейлі қабығындағы бас жасушалар бөлетін пепсиноген көмкөрме жасушалар өндіретін тұз қышқылы әсерінен белсенді болады. Ферменттер — тек қана катализаторлар ғана емес, заттек алмасу процесінде де реттейді. Жасушада жүздеген қосындылар сақталады да, олар да санаусыз реакциялар жүреді. Бірақ реакциялар саны шектеледі, өйткені ферменттер арнайылылығы белгілі молекулаларды анықтауға мүмкіндік береді. Әр организмнің тұқымқуалаушылық негізіне орай, өз ферменттер құрамы болады. Бастапқы сатыда ферменттер кешені төсеміктермен құрылады. Онда ферменттер мен төсеміктер арасында түрлі (сутектік) байланыстар пайда болады. Мұндай ферменттік-төсеміктік кешеннің құрылуы ферментің жоғары арнайылығын талап етеді. Әдетте, төсемік молекуласы фермент молекуласымен салыстырғанда өте кіші болады. Сондықтан ферменттік-төсеміктік кешен құрылысына фермент молекуласы кішкене, оның белсенді орталығының бөлімі қатысады.

Белсенді орталық деп—ферменттік реакцияға тікелей қатынасатын қызметтік топ жиынтығын айтады. Ол ақуыздың арнайы қалауының нәтижесінде қалыптасады. Себебі, ферменттің катализдік белсенділігі алғашқы ақуыз құрылымына ғана емес, оның қолайлығына да байланысты болады.

7- сүрет. Ферменттің белсенді орталығының сызбалық бейнесі:

Ферменттің екі белсенді орталығы болады: қандай молекулаға (1) әсер етуіне, оның пішінсізденуіне (2-4), нәтижесінде ол екі құрамбөлікке ажырайды (мұнда қант пен спиртке (3)