Кимёда физикавий усуллар

IV.Биополимерларнинг рентген-тузилиш анализи
Дифракцияли усуллардан бўлган рентген—тузилиш анализи анорганик ва органик бирикмаларнинг кристаллик ҳолатини ўрганишда муҳим маълумот берадиган усул ҳисобланади.
Агар бу услубни ривожланиш босқичига эътибор берсак, энг аввал анорганик моддалар ва кейинчалик оддийроқ тузилишга эга бўлган органик моддалар ўрганилган. Кейинги йилларда эса оқсиллар ва нуклеин кислоталарнинг тузилишини ўрганишда ишлатилади. Оқсилларда рентген нурларининг сочилиш диаграммаси орқали асосан унинг конформацияси ҳақида маълумот олинган. Бу ишлар асосан унинг учламчи тузилишини аниқлашга имкон берган. ДНК нинг рентген-тузилиш анализи орқали унинг жуфт спираллиги ҳақида маълумот олинди. Рентген—тузилиш анализининг нуклеин кислоталарнинг тузилиши ҳақида мaълyмот олишда имконияти мавжуд, аммо бу имкониятлар молекуласи тРНК дан йирик бўлган нуклеин кислоталар учун тааълуқли эмас, чунки молекуляр массанинг ошиши натижасида дифракция тасвири ҳам мураккаблашади, тРНК ни анализ қилиш учун 1600 та атомларнинг (водороддан ташқари) бир—бирига нисбатан ҳолати ҳақида маълумот олиш зарур. Бундай қийинчиликларга қарамасдан, ушбу услуб нуклеин кислотанинг бирламчи структурасини билишда қуйидаги босқич-ларда олиб борилади:
1) тРНК нинг кристалланиши.
2) Конформация ҳақида умумий ахборотлар олиш.
3) Рибозофосфат скелетига нисбатан пурин ва пиримидин ядросининг ҳолатини аниқлаш.
4) Аденин ва гуанинни билиш. Аминдаги N билан С₄—даги карбонил кислородининг электрон зичлиги цитозин ва урацилда жуда яқин бўлгани учун уларни бир-биридан фарқ қилишда қийинчилик туғдиради.
5) Олинган ҳамма маълумотлар йиғиндиси орқали бирламчи тузилиш ҳақида хулоса қилиш. Оқсил моддаларига ўхшаб бу услуб ёрдамида нуклеин кислоталарнинг бирламчи тузилишини ҳамда кристаллик ҳолатини аниқлаш мумкин.
Гемоглобин таркибидаги глобин қон oқсили ҳисобланиб, унинг таркибидаги гемин гурухи темир иони билан комплекс ҳосил қилади. Шу мураккаб комплекснинг тузилишини аниқлик билан рентген ёрдамида тасдиқланган (70, 71-расмлар).
Гемоглобинга нисбатан миоглобиннинг молекуляр оғирлиги тахминан 5-6 марта кичик, у ҳам гемин гурухини ўз таркибида тутади.
Миоглобиннинг тузилиши гемоглобинга нисбатан анча кейинроқ аниқланган. Миоглобинда умумий атомлар сони 2500 дан ортиқ, агар водород атомлари эътиборга олинмаса атомлар сони 1200 га тенг.

70-расм. Геминнинг тузилиши.



71-расм. Гемин электрон зичлигининг рентген ёрдамида кўрсатилиши.

Биополимерларнинг тузилишини ўрганишдаги муаммолардан бири уларнинг монокристалларини олиш ҳисобланади. Бу мураккаб иш амалга оширилса рентген услубининг берган маълумоти бошқа физикавий услублар ёрдамида хал этилмаган масалаларни ҳам аниқлик билан билишга имкон беради. Ҳозирги вақтда оқсил моддаларнинг учламчи тузилишини аниқлашда уларнинг кристаллик намуналарини рентген-тузилиш анализи ёрдамида ўрганиш асосий услуб ҳисобланади. Бунинг учун оқсилларнинг монокристалларини олиш зарур, аммо бу масалани хал этиш мураккаб вазифа бўлиб, махсус услублар ва юқори савиядаги тажрибаларни талаб этади.

Кўпгина ҳолларда оқсил молекуласига оғир атом (масалан, симоб) киритилади, аммо унинг киритилиши оқсилнинг фазовий тузилишини ўзгартириб юбормаслиги керак. Бу изоморф ўрин алмашишнинг асосий муаммоси ҳисобланади. Оқсилнинг изоморф ҳосиласининг кристали текширишнинг асосий манбаси бўлиб хизмат қилади.
Оқсилларни рентген-анализ ёрдамида ўрганишда инглиз кристаллографларининг мактаби (Дж. Бернал, Д. Ходжкин, Д.Филиппс ва бошқалар) катта ҳисса қўшганлар. Бу услуб ёрдамида ҳозиргача 200 дан ортиқ оқсилларнинг тузилиши тахлил қилинган. Энг замонавий услублардан фойдаланиш ва ҳозирги замон ҳисоблаш машиналарини ишлатиш анализ ишларининг вақтини кескин камайтиради ва оқсил молекуласининг жойлашишини ва унинг харакатчанлик тавсифномасини билишга имкон беради.
Шуни эътироф этиш керакки, рентген-тузилиш анализининг маълумотлари асосида кўпгина оқсилларнинг биологик фаоллиги ва тузилиши орасидаги боғлиқлик тўла-тўкис тасдиқланилган. Шундай қилиб, тасдиқлаш мумкинки, оқсиллар қоидага биноан мустахкам фазовий тузилишга эга бўлиб, кристалл ҳолатда ҳамда эритмада аниқ параметрларга эга бўлган муҳитда ўзининг бошланғич, яъни ўзгармаган ҳолатини сақлаб қолади.
Инсулин оқсилининг осон кристалланиши унинг фазовий тузилишини рентген-тузилиш ёрдамида аниқлашга имкон берди. Бу мураккаб тадқиқот ишини 1969 йилда Д.Ходжкин (Буюк-Британия) раҳбарлигидаги олимлар олиб бориб, иккита рух атоми тутган инсулин гексамерининг тасвирий харитасини олишди. Гексамер таркибидаги инсулиннинг 6 молекуласи бир хил конформацияга эга эканлиги исботланди.
ДНК нинг бошқа оптик услублар билан бир қаторда рентген-тузилиш анализ ёрдамида олинган маълумотлар унинг қўшалоқ спираллик тузилиши ҳақида кашфиёт яратилишига имконият яратди.
ДНК нинг рентгенограммаси 1953 йилда олиниб, хақиқатдан ҳам унинг қўш спираллик тузилиши ҳақидаги фаразни тўла тасдақилади. Пурин ва пиримидин асосларининг халқалари бир-биридан 3,4А° масофада жойлашгани, ҳамда улар жуфт спирал ўқига перпендикуляр ҳолатда эканлиги тасдиқланди.
Шундай қилиб, оптик услублар билан бир қаторда мураккаб тузилишли биополимерларни ўрганишда рентген-тузилиш анализи ҳам берган маълумотларининг аҳамиятлилиги ва аниқлиги билан ажралиб туради.