Нәруыздарға жалпы сипаттама

Нәруыздар – макромолекулалық табиғи қосылыстар, биологиялық полимерлер, суда ерігенде молекулалық коллоидты ерітінді түзеді. Нәруыз басқаша протеин «protos» сөзі алғашқы, маңызды деген мағына береді. Ағзадағы нәруыздар жиынтығын протеом деп атайды.

Нуклеин қышқылы немесе нуклеотидтер. Дезоксирибонуклеин қышқылы ДНҚ. Рибонуклеин қышқылы-РНҚ.

Мономерлері - α- амин қышқылдары.

Нәруыз – ағзадағы заттардың ең күрделісі, ал оның элементтік құрамы айтарлықтай қарапайым болып келеді. Онда 51-53% көміртегі, 16-18% азот, 7% сутегі, 21-23% оттегі, 0,7- 1,3% күкірт болады. Кейбір нәруыздарда бұған қосымша фосфор да кездеседі.

Нәруыздың құрамында 20–ға жуық амин қышқылдары кіреді (1.1-сурет). Бір нәруыздың бойында 20 амин қышқылдарының барлығы бірдей кездесе бермейді, кейбіреуі мүлдем кездеспеуі мүмкін, керісінше, бір амин қышқылы бірнеше рет кездесуі мүмкін. Олар әртүрлі кезектесу арқылы полипептидтердің түрлі нұсқаларын түзе алады.

1.1-сурет - Амин қышқылдарының структуралық формулалары

Нәруыз молекуласындағы амин қышқылдары бірімен-бірі пептидтік байланыс арқылы қосылады, ол бір амин қышқылының карбоксил тобы мен екінші амин қышқылының амин тобының есебінен түзіледі:

Пептидтік байланыс ковалентті, осының арқасында амин қышқылдарының түрлі мөлшері өзара қосылып, полипептидтік тізбек деп аталатын түзу тізбек түзеді. Полипептидтік тізбектің бір ұшында бос NH₂ тобы екінші ұшында бос COOH тобы орналасады. Осыған орай тізбектің ұштары N-ұшы және С-ұшы деп аталады.

Пептидтік байланысты биурет реакциясы арқылы анықтайды. Сілтілік ортада мыс сульфатымен әрекет еткенде пептидтік байланыс бар жерде мыстың кешені түзіледі, ол көк күлгін түс береді:

Неғұрлым қанық түс берсе, соғұрлым сынамада нәруыз мөлшері көп екенін білдіреді.

Өзінің конформациясына сәйкес нәруыздар: глобулярлы нәруыздар және фибрилярлы нәруыздар болып екі топқа бөлінеді (1.2-сурет). Осы екі негізгі пішін арасында көптеген аралық формалар бар.

Глобулярлы нәруыздардың құрылымы шағын ғана, олардың полипептидтік тізбектері сфера немесе эллипсоид сияқты тығыздала бүктелген болады.

1.2-сурет - Фибриллярлы және глобулярлы нәруыздар

Нәруыз глобуласының беткі жағына негізінен амин қышқылдарының полярлы және зарядталған тобы жинақталады. Олар сумен әрекеттеседі. Ал глобуланың ішкі жағы амин қышқылдарының полярсыз қалдықтарынан құралған полярсыз, гидрофобты болады.

Фибрилярлы нәруыздар тұрақты келеді. Суда және сұйық тұз ерітінділерінде ерімейді. Нәруыздағы полипептидтік тізбектер өзара параллель орналасады, сөйтіп ұзын талшықтар – фибрильдер түзіледі.

Мұндай нәруыздардың молекуласы созылған жіп сияқты және көп полипептидтік тізбектерден тұрады. Тізбектері қатты немесе жылжымалы жұмсақ келеді және тірі ағзада құрылымдық қызмет атқарады. Мысалы, коллаген – сіңір, сүйек және шеміршек сияқты ұлпалардың негізі болып табылады. Шашта, жүнде, қауырсында, тырнақта кератин нәруызы бар.  Жібек фиброины, қан фибриногені және тағы сол сияқты нәруыздар да фибрилярлы нәруыздарға жатады.

Нәруыздар 4 деңгейлік немесе реттік құрылымдар түзе алады.

Нәруыздардың 1-ші реттік құрылымы деп амин қышқылдарының белгілі бір қайталану тәртібі бар, полипептидтік тізбекті айтады. Нәруыздар жаңа  синтезделген кезде 1-ші реттік құрылымда болады. Әр нәруыз үшін ерекше сипаттағы 1-ші реттік құрылым генетикалық ақпаратпен сақталады.

Нәруыздың түрлері бір-бірінен тізбектегі амин қышқылдарының кезектесіп орналасу тәртібі және олардың сапалық құрамы арқылы ерекшеленеді. Табиғатта нәруыздың алуан түрлі болып кездесуі ең алдымен полипептидтік тізбектің құрамына байланысты.

Нәруыздардың 2-ші реттік құрылымы деп – сутектік байланыстар арқылы осы полипептидтік тізбектің спиральдануынан (α-спираль) және тізбектердің параллельді, антипараллельді қатарласуынан (β-қатпар) пайда болатын құрылымдарды айтады (1.3 - сурет).

-спираль (-құрылым) бірінші мен төртінші, төртінші және жетінші және т.с.с. пептидтік топтардың өзара тартылуы есебінен нәруыз молекуласының ішінде сутектік байланыстар түзіледі. Осының арқасында пептидтік тізбек спираль тәрізденіп оралады.

Полипептидтік тізбектің бойындағы кейбір амин қышқылдары спиральдануға кедергі жасайды, пролин, гидроксипролин тізбектің сынып, бұрылуын туғызады.  Қатарласқан тізбектердің арасында да сутектік байланыстар пайда болып, полипептидтік тізбектер параллель немесе антипараллель бағытталады, -қатпар (-құрылым) түзіледі.

α-спираль                                 β-қатпар                               

1.3 - сурет - Нәруыздың екінші реттік құрылымдары

Нәруыздардың 3-ші реттік құрылымы дегеніміз – неғұрлым тығыздалған құрылым, глобула деп те атайды. Шумақталған жіп тәрізді болады. Нәруыздардың 3-ші реттік құрылымын қалыптастыруда сутектік байланыстар, иондық байланыстар, гидрофобты өзара әрекеттесулер, дисульфидтік көпірлер қатысады. Сутектік байланыстар екі полярлы зарядталмаған радикалдар (мысалы, серин мен глутамин) арасында түзіледі:

Нәруыз молекуласында бір немесе бірнеше полипептидтік тізбек болуы мүмкін. Мысалы, рибонуклеаза нәруызында бір, инсулиннің молекуласында екі, ал гемоглобиннің молекуласында төрт, темекі теңбілі вирусы нәруызының құрамында 2100 полипептидтік тізбек болады. Молекуланың құрамына кіретін жеке тізбектер амин қышқылдарының бүйірлік радикалдарының жәрдемі арқылы бір-бірімен дисульфидтік байланыспен жалғасуы мүмкін. Дисульфидтік байланыстарды екі тізбекке жататын цистеин түзеді.

Нәруыздардың 4-ші реттік құрылымы – күрделі нәруыздарға тән, бірнеше нәруыз молекулалары бірігіп, ірі агрегат түзеді. Олар бір-бірімен әлсіз молекула аралық немесе Ван-дер-ваальстік күштер арқылы байланысады. Ферритин құрамында 24 суббірліктер біріге алады (1.4 сурет).

1.4 – сурет - Ферритиннің 4-ші реттік құрылымының түзілуі

Жеке бөлшектерді суббірлік немесе протомер деп атайды да, олардың қосылысын макромолекула немесе олигомер деп атайды. Гемоглобин нәруызы  төрт протомерден құралады.

Протомерлердің конформациясы мүлде симметриялы болған жағдайда да олар біріге алады. Осындай қосылыстағы протомерлердің бірі өзінің конформациясын өзгертіп қосылуға бейімделеді. Мұндай олигомерлерді квазиэквивалентті олигомер деп атайды, олардың биологиялық маңызы бар.

Күрделі құрылымды нәруыздардың кеңістіктік құрылымының түзілуі арнайы шаперондар (нәруыздар) қатысында жүзеге асады. Бұл үрдісті фолдинг деп атайды.

Глобулалық нәруыз молекуласының орталығы көбіне шумақталып, тығыз орналасқан -спираль және -құрылым учаскелерден тұрады. Оны домен деп атайды.

Осы екі құрылымның (α-спираль, -қатпар) белгілі бір үйлесуінен пайда болған тығын пішіндес (фермент пируваткиназа), ДНҚ байланыстырушы нәруыздардағы «мырыш саусақ», транскрипция факторы нәруызының «лейциндік ілмек» құрылымдары болады. Оларды супер екіншілік құрылымдар деп те атайды (1.5 - сурет).

«Лейциндік ілмек»                         «Мырыш саусақтар»

1.5 - сурет - Супер екіншілік құрылымдар

 

Нәруыздардың қызметі. Нәруыздардың биологиялық маңызы өте зор:

1.   Құрылымдық қызметі -  жасуша мембранасының құрамына кіреді;

2.   Ферменттердің басым бөлігі арнайы маманданған нәруыздар болып табылады. Яғни, биологиялық катализаторлар қызметін атқарады. Қазіргі кезде РНҚ-р да катализдік қасиет көрсететіні белгілі, оларды рибозимдер деп атайды;

3.   Қорғаныштық қызмет атқаратын, иммунитетті  қалыптастыратын антиденелер иммуноглобулиндер, интерферондар – нәруыздар. Тромбин және фибриноген нәруыздары ағзаның қан жоғалтуын болдырмайды.

4.   Қимылдық қызмет – бұлшық ет жиырылуы актин және миозин нәруыздарының жиырылуынан іске асады;

5.   Реттеушілік қызмет – биологиялық белсенді гормондар, нәруыз заттар. Мысалы, инсулин, гипофиздің тропты гормондары, тірі ағзадағы үрдістерді реттеуге қатысады.

6.   Транспорттық – гемоглобин оттегі мен көмір қышқылын тасымалдайды. Сол сияқты қан плазмасының нәруыздары альбумин, глобулин транспорттық қызмет атқарады.

7.   Қорға жинақталатын нәруыздар – жұмыртқа нәруызы, сүттің казеині.