4 – Ma’ruza: Molekulyar biofizika

4 – Ma’ruza: Molekulyar biofizika
REJA:

1. 
   Biomakromolekulalar tuzilishining struktura asoslari.
   
2. 
   Biomakromolekulalardagi ta’sirlashuvchi kuchlar.
   
3. 
   Domenlar va oqsilning uchlamchi strukturasi.
   

Tayanch iboralar:
Biomakromolekulalar, chiziqni zanjir, shoxnangan zanjir, fazoviy to’r, D va L shakl stereoizomerlar, stereospesifiknik, birnamchi, Ikkilamchi, uchnamchi va to’rtnamchi strukturalar, elektrostatik-, Van-der-Vaans-, dispersion-, dipon-dipon-, dipon-induksiyanangan dipon-, suv strukturasi va gidrofob – Ta’sirlashishlar, knasterlar, domenlar, ekzonlar, genom ekvivanent.
1. Biomakromolekulalar tuzilishining struktura asoslari.
Biopolimerlar zanjir shaklidagi tirik va egiluvchan molekulalardan iborat, yuqori Molekulyar birikmalardir. Zanjir shaklidagi tuzilish chiziqni (oqsillar, nuklein kislotalar, kauchuk, guttapercha, sellyunoza), shoxlangan zanjir (glikogen, aminopektin) yoki fazoviy to’r (ba’zi bir oqsillar) shaklida bo’lishi mumkin. Polimerlarga ste­reospesifiknik (xiralik) xarakterni bo’lib, molekulaning stereos­pesifiknigi 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 vakinlari kiradi. Molekulaning xiraligi qutblangan nurni turlicha yutish va burish xossalari bilan farqnanadi. Organizm uchun L- va D-formalarning antipodlari o’zaro farqlanadi. Shunday modda­lar borki, ularning bir formasi zaharli bo’nsa, boshqasi zararsiz, L-aspargin kislota mazaga ega emas, ammo uning antipodi D-asparagin kislotasi shirin.
Molekulaning stereospesifiknigi ularning kimyoviy xossalarida o’z aksini topadi. Masalan, hayvonlarning proteonitik fermentlari faqat L-aminokislotalardan tarkib topgan oqsillarni gidrol izlay oladi. Sibir yazvasi bakteriyalari po’stidagi oqsil tarkibida D-glutamin kisnota bo’lgani uchun ular proteolitik fermentlar ta’siridan parchalanadi. Oqsillar va nuklein kislotalardan tashqari ba’zi bir qandlar Biopolimerlar jumnasiga kiradi. Hujayraning muhim polisaxaridlari - kraxmal (amiloza va aminopektindan iborat ikki formada), o’simliklar sellyunozasi, bo’g’imoyeqlilar xitini, hayvon kraxmali- glikogen amilazadan farqlanib, tarmoqlangan shaklga ega.
Birlamchi, Ikkilamchi va uchnamchi strukturalar
Oqsillar va nuklein kislotalar informasiya saqlovchi va tashuvchi makromonekular bo’lib, ularda informasiyaning kodlanishi, ularga mos aminokisnota, nukneotid "xarflari" 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 anqk ketma-ketnilidan tashkil topadi. Mazkur ketma-ketnikdagi monomerlarning soni va takrornanish tartibi Makromolekulaning birnlmchi strukturasi . deb ataladi.
Polimer zanjiridagi aminokisnota qoldig’larining muayyan tipi va ularning muntazam ravishda davriylik bilan takrorlanib kelishi, oqsillar turi va funksiyalarining xilma- xilnigini ta’minlaydi. Nuklein kislotalarning birlamchi strukturasi qand (RNKda riboza, DNKda dezoksiriboza) bilan fosfat kislota qoldig`i ularni zvenolarining takrorlanishidan iborat. Har bir uglevod zvenosiga azot asoslaridan (adenin, timin, guanin, sitozin) birikadi, ya’ni DNK va RNK tekstlari, to’rt xarfni alifbe bilan yozilgan. RNKda timin o’rniga urasil kirgan. DNK- nukleotid tarkibi Chargaff qoidasiga bo’ysunadi: molekuladagi A soni T soniga, S esa G soniga teng, purinlar (A+G) soni piramidinlarsoni (S+T)ga teng, ya’ni (A+G)/(S+T) = 1.
Oqsil va nuklein kislotalar strukturasining o’ziga xos alohidanigi - 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. -spiran- 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 tashkin etadi) bog’lanib, bir- biriga o’ralgan ikkita polinukneotid zanjirining qo’sh spiral shaklida taxlanishidan hosil bo’ladi. Oqsillarda muntazam struktura hosil qilmaydigan (tartibnanmagan) 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 uchnamchi strukturalararo chegara shartli bo’lib, amalda, oqsilning muntazam (domenni) hamda muntazam bo’lmagan zvenolardan tashkil topgan yaxlit fazoviy struktura (konformasiya) bilan ish ko’riladi.
Nativ oqsil molekulasi bir yoki bir nechta har xil uchlamchi struktura elementlari (subbirliklar)dan topgan bo’lishi mumkin. Subbirliklar assosiasiyasidan iborat Molekulyar ust struktura - to’rtnamchi struktura . deb ataladi. Masalan, gemognobin molekulasi to’rtta (₁, ₂, ₁ va ₂) subbirliklardan tashkin topgan. Tashqi muhit parametrlarining (harorat, ion tarkibi, rN, tuban Molekulyar birikmalar konsentrasiyasining) o’zgarishi oqsil konformasiyasini belginovchi kuchlar balansini o’zgartib, oqsilning yangi sharoitda, barqaror yangi konformasiyaga o’tishga sabab bo’ladi. Makromolekulalarning strukturasi va konformasion o’tishlarini tekshirish uchun har xil fizika-kimyoviy metodlar qo’llaniladi.