5 – Ma’ruza: Molekulyar biofizika asoslari

5 – Ma’ruza: Molekulyar biofizika asoslari

REJA:

1. 
   Biomakromolekulalar tuzilishining struktura asoslari.
   
2. 
   Biomakromolekulalardagi ta’sirlashuvchi kuchlar.
   
3. 
   Domenlar va oqsilning uchlamchi strukturasi.
   
4. 
   Kooperativlik tushunchasi.
   
5. 
   Gemoglobin strukturasida sodir bo’ladigan konformatsion o’zgarishlar.
   

Tayanch iboralar: Biomakromolekulalar, chiziqli zanjir, shoxlangan zanjir, fazoviy to’r, D va L shakl stereoizomerlar, stereospesifiklik, birlamchi, Ikkilamchi, uchlamchi va to’rtlamchi strukturalar, elektrostatik-, Van-der-Vaans-, dispersion-, dipon-dipon-, dipon-induksiyalangan dipon-, suv strukturasi va gidrofob – Ta’sirlashishlar, klasterlar, domenlar, ekzonlar, genom ekvivalent.
1. Biomakromolekulalar tuzilishining struktura asoslari
Biopolimerlar zanjir shaklidagi tirik va egiluvchan molekulalardan iborat, yuqori Molekulyar birikmalardir. Zanjir shaklidagi tuzilish chiziqli (oqsillar, nuklein kislotalar, kauchuk, guttapercha, sellyuloza), shoxlangan zanjir (glikogen, aminopektin) yoki fazoviy to’r (ba’zi bir oqsillar) shaklida bo’lishi mumkin. Polimerlarga stereospesifiklik (xiralik) xarakterli bo’lib, molekulaning stereos­pesifikligi ikki tur oyna simmetriyasi- stereoizomerlar: o’ng-D va chap L-forma holatida uchraydi. Nuklein kislotalar tarkibiga qand­larning D-qator, oqsillar tarkibiga esa, aminokislotalarning L-qator vakillari kiradi. Molekulaning xiraligi qutblangan nurni turlicha yutish va burish xossalari bilan farqlanadi. Organizm uchun L- va D-formalarning antipodlari o’zaro farqlanadi. Shunday modda­lar borki, ularning bir formasi zaharli bo’lsa, boshqasi zararsiz, L-aspargin kislota mazaga ega emas, ammo uning antipodi D-asparagin kislotasi shirin.
Molekulaning stereospesifikligi ularning kimyoviy xossalarida o’z aksini topadi. Masalan, hayvonlarning proteonitik fermentlari faqat L-aminokislotalardan tarkib topgan oqsillarni gidrolizlay oladi. Sibir yazvasi bakteriyalari po’stidagi oqsil tarkibida D-glutamin kislota bo’lgani uchun ular proteolitik fermentlar ta’siridan parchalanadi. Oqsillar va nuklein kislotalardan tashqari ba’zi bir qandlar Biopolimerlar jumlasiga kiradi. Hujayraning muhim polisaxaridlari - kraxmal (amiloza va aminopektindan iborat ikki formada), o’simliklar sellyulozasi, bo’g’imoyoqlilar xitini, hayvon kraxmali- glikogen amilazadan farqlanib, tarmoqlangan shaklga ega.
Birlamchi, ikkilamchi va uchlamchi strukturalar. Oqsillar va nuklein kislotalar informasiya saqlovchi va tashuvchi makromonekular bo’lib, ularda informasiyaning kodlanishi, ularga mos aminokislota, nukleotid "harflari" vositasida amalga oshiriladi. Mutasiyalar tufayli informasiya teksti o’zgaradi. Polisaxaridlar Makromolekulasi bir xil zvenolardan iborat bo’lgani uchun, informasiyaga ega emas. Shuning uchun ular tayanch va oziqa vazifalarini bajaradi.
Oqsil va nuklein kislotalar molekulalari, kovalent bog’lar orqali bog’langan monomerlarning muntazam va aniq ketma-ketligidan tashkil topadi. Mazkur ketma-ketlikdagi monomerlarning soni va takrorlanish tartibi Makromolekulaning birlamchi strukturasi deb ataladi.
Polimer zanjiridagi aminokislota qoldig`i qlarining muayyan tipi va ularning muntazam ravishda davriylik bilan takrorlanib kelishi, oqsillar turi va funksiyalarining xilma- xilligini ta’minlaydi. Nuklein kislotalarning birlamchi strukturasi qand (RNKda riboza, DNKda dezoksiriboza) bilan fosfat+6 kislota qoldig`i g`i ularni zvenolarining takrorlanishidan iborat. Har bir uglevod zvenosiga azot asoslaridan (adenin, timin, guanin, sitozin) birikadi, ya’ni DNK va RNK tekstlari, to’rt harfni alifbe bilan yozilgan. RNKda timin o’rniga uratsil kirgan. DNK- nukleotid tarkibi Chargaff qoidasiga bo’ysunadi: molekuladagi A soni T soniga, S esa G soniga teng, purinlar (A+G) soni piramidinlar soni (S+T)ga teng, ya’ni (A+G)/(S+T) = 1.
Oqsil va nuklein kislotalar strukturasining o’ziga xos alohidaligi - struktura erkin energiyasining minimal kattaligi bilan xarakterlanadigan kimyoviy guruhlar barqarorligidir. Bunday holatga ko’pincha vodorod bog’lari hosil qilish orqali erishiladi. Monomerlarning fazoviy muntazamligi ikkilamchi strukturani shakllantiradi. Amid guruhi (-N-H) vodorod atomi karbolin (-Sq0) guruh kislorod atomi bilan vodorod bog’i -Sq0^.....H-N hosil qiladi. Aynan shu munosabat bilan DNK ikkilamchi struktura yakka ( oqsillar va RNKda) yoki qo’sh (DNKda) spiral xarakteriga ega bo’ladi.
Poling va Kori polipeptid zanjiri ikkilamchi strukturasining asosiy ikki varianti haqidagi g’oyani ilgari surdi. -spiral har bir peptid bog’i zanjir o’qiga nisbatan 100^o ga burilib o’ram hosil qiladi va bir to’la o’ram 3,6 peptid birligini o’z ichiga oladi. Har bir o’ram molekula o’qi bo’ylab 0,54 nmga siljiydi. Spiral o’ngga va chapga buralgan bo’lishi mumkin. Ikkilamchi struktura elementi sifatida, -spiraldan tashqari har xil taxlangan -struktura ham mavjud bo’lib, ular parallel va antiparallel formalar holida uchraydi. Nativ DNK ikkilamchi strukturasi azot asoslarining bog’lari vositasida juftni ( bir zanjirdagi A ikkinchi zanjirdagi T bilan, G esa S bilan bog’lanadi, aynan mana shuning o’zi Chargaff qoidasining mohiyatini tashkil etadi) bog’lanib, bir-biriga o’ralgan ikkita polinukleotid zanjirining qo’sh spiral shaklida taxlanishidan hosil bo’ladi. Oqsillarda muntazam struktura hosil qilmaydigan (tartiblanmagan) sohalar ham bo’lib, ular spiralning fazoda egilish joylarida uchraydi. Egilishlar, diffuziya va vodorod bog’lari elektrostatik va gidrofob ta’sirlashishlari tufayli ikkilamchi struktura elementlarining fazoviy taxlanishidan uchlamchi struktura shakllanadi.
Ikkilamchi va uchlamchi strukturalararo chegara shartli bo’lib, amalda, oqsilning muntazam (domenni) hamda muntazam bo’lmagan zvenolardan tashkil topgan yaxlit fazoviy struktura (konformatsiya) bilan ish ko’riladi.
Nativ oqsil molekulasi bir yoki bir nechta har xil uchlamchi struktura elementlari (subbirliklar)dan tashkil topgan bo’lishi mumkin. Subbirliklar assotsiatsiyasidan iborat molekulyar ust struktura - to’rtlamchi struktura . deb ataladi. Masalan, gemoglobin molekulasi to’rtta (₁, ₂, ₁ va ₂) subbirliklardan tashkil topgan. Tashqi muhit parametrlarining (harorat, ion tarkibi, rN, tuban molekulyar birikmalar konsentratsiyasining) o’zgarishi oqsil konformatsiyasini belgilovchi kuchlar balansini o’zgartib, oqsilning yangi sharoitda, barqaror yangi konformatsiyaga o’tishga sabab bo’ladi. Makromolekulalarning strukturasi va konformatsion o’tishlarini tekshirish uchun har xil fizik-kimyoviy metodlar qo’llaniladi.