Valgud (valgud) on peptiidse olemusega kõrgmolekulaarsed polümeersed ühendid (polüheteroaminohapped).

Esmane struktuur valgud on polüpeptiidahela (PPC) vahelduvate aminohappejääkide järjestus.

Valkude esmane struktuur on kovalentne struktuur, kuna see põhineb peptiid side aminohapete a-amino- ja a-karboksüülrühmade vahel. Selle tulemusena on polüpeptiidahelad hargnemata.

Polüpeptiidahela skelett (selgroog, skelett) koosneb korrapäraselt korduvatest struktuurielementidest

Polüpeptiidahelal on vektor, ahela suund on N-otsast (ahela algusest) C-otsa (ahela lõppu), N-ots on ots, millel vaba a -aminorühm asub. C-ots on ots, kus asub vaba a-karboksüülrühm. Valkude aminohappejärjestus on tähistatud alates N-otsast, kasutades kolmetähelisi aminohapete lühendeid, näiteks: gli-ala-cis-pro. Kasutada võib ka valgu aminohappejääkide ühetähelist tähistust.

Valkude N- ja C-otsa saab modifitseerida. N-otsas olev aminorühm võib olla atsetüülitud, formüülitud või metüülitud. Paljudes valkudes on N-ots pürrolidoonkarbonaadi (püroglutamaadi) jääk, mis ei sisalda vaba aminorühma. C-ots võib olla amideeritud. C-otsa modifikatsioonid on haruldasemad kui N-terminaalsed modifikatsioonid.

Valkude polükondensatsioonikoefitsient varieerub vahemikus 50 kuni 2500. Tavaliselt sisaldab valk 100-300 aminohappejääki. Kuna ühe aminohappejäägi keskmine molekulmass on umbes 110 Da, varieerub valkude molekulmass 6000 kuni miljonite Da.

Igal üksikul valgul on ainulaadne esmane struktuur. Esimene valk, mille esmane struktuur loodi, oli insuliin. Sanger tegi seda. Tema strateegia oli järgmine. Esmalt eraldas ta kaks polüpeptiidahelat ja seejärel teostas nende spetsiifilise ensümaatilise lõhustamise väikesteks peptiidideks, mis sisaldasid kattuvaid järjestusi. Seejärel tuvastati 1-fluoro-2,4-dinitrobenseeni abil N-terminaalsed jäägid. Lisaks määras ta peptiidide aminohappelise koostise ja suutis lõpuks kattuvate peptiidide järjestuste võrdlemise teel kindlaks teha nende struktuuri. Üldiselt on Sangeri strateegia oma tähtsust säilitanud tänaseni. Siiski on pakutud ka teisi lähenemisviise. Edman töötas välja meetodi automaatseks protseduuriks N-terminaalsete aminohappejääkide järjestikuseks lõhustamiseks ja identifitseerimiseks. Primaarstruktuuri dešifreerimiseks saab kasutada röntgendifraktsioonianalüüsi. Aminohappejääkide järjestuse saab määrata messenger-RNA nukleotiidjärjestuse järgi.

Praegu on kindlaks tehtud enam kui 2000 valgu esmane struktuur. Teoreetiliselt number erinevaid valikuid Valkude esmane struktuur on piiramatu. Isegi 20 erinevast aminohappest koosneva polüpeptiidi puhul on võimalike järjestuste arv 20×1018. Elus looduses realiseerub vaid väike osa võimalikest järjestustest, koguarv mida igat tüüpi elusorganismides hinnatakse 10 10 -10 12. .

Valkude esmane struktuur on geneetiliselt määratud, s.o. valgu aminohapete järjestuse määrab nukleotiidide järjestus DNA. DNA nukleotiidjärjestuse moonutused põhjustavad muutunud bioloogiliste omadustega ebanormaalsete valkude tekkimist, mis on molekulaarse patoloogia põhjuseks. Eelkõige on sirprakulise aneemia põhjuseks hemoglobiini b-ahelat kontrolliva geeni punktmutatsioon. Selle tagajärjeks on b-ahela 6. positsiooni glutamaadijäägi asendamine valiiniga. Selline asendus toob kaasa ühe negatiivse laengu kadumise mõlemas kahes b-ahelas, mis viib hemoglobiini konformatsiooni muutumiseni ja selle bioloogilise funktsiooni kadumiseni.

Homoloogsed valgud on valgud, mis toimivad erinevad tüübid samad funktsioonid. Näiteks hemoglobiin: kõigil selgroogsetel täidab see sama funktsiooni, mis on seotud hapniku transpordiga. Homoloogseid valke iseloomustab samade aminohapete olemasolu paljudes positsioonides. Nagu selgus, on aminohappejääkide arv, mille võrra homoloogsed valgud erinevad, võrdeline nende liikide fülogeneetilise erinevusega. Näiteks hobuse ja pärmi tsütokroom C molekulid erinevad 48 aminohappejäägi poolest, samas kui sama kana ja pardi molekulid erinevad vaid 2 jäägi poolest. Mis puutub kana ja kalkuni tsütokroom Cs-sse, siis neil on identsed aminohappejärjestused. Teavet erinevate liikide homoloogsete valkude aminohappejärjestuste erinevuste arvu kohta kasutatakse evolutsioonikaartide koostamiseks, mis kajastavad üksteisele järgnevaid tärkamise ja arengu etappe. mitmesugused loomad ja taimed evolutsiooniprotsessis.

Valgu esmane struktuur on lineaarne a-aminohappejääkide ahel, mis paiknevad polüpeptiidahelas teatud järjestuses ja on omavahel ühendatud peptiidsidemetega.

Seega mõistetakse valgu primaarstruktuuri all polüpeptiidahela aminohappejääkide arvu, koostist ja järjestust. Igal valgul on spetsiifiline struktuur, mille määrab geneetiline informatsioon. Esmane struktuur põhineb kovalentsetel peptiidsidemetel. Valgumolekulide sortide arv looduses on tohutu, nende mitmekesisus on seotud valgu moodustavate aminohapete erineva komplektiga ja nende vaheldumise järjekorraga polüpeptiidahelas. Nii et juba neljast aminohappest saab ehitada 24 erinevat tetrapeptiidi, viiest - 120 pentapeptiidist, üheteistkümnest - 40 miljonist isomeerist ja 20 erinevast aminohappest saab teoreetiliselt moodustada astronoomilise arvu isomeere (2x1018), arvestades, et igaüks neist aminohapetest esineb ainult üks kord. Isomeeride arv suureneb veelgi, kui võtta arvesse, et valk sisaldab rohkem kui ühte teatud aminohappe molekuli. Lisaks võivad mõned aminohapped üldse puududa. Kuid eluslooduses realiseerub vaid väike osa võimalikest isomeeridest. Kõik valgud on oma põhistruktuurilt erinevad. Nagu juba märgitud, on selliste struktuuride potentsiaalne arv praktiliselt piiramatu. Mõelge sellele kokku erinevat tüüpi valkude sisaldus igat tüüpi elusorganismides on umbes 1010–1012. Inimkehas on ligikaudse hinnangu kohaselt umbes 100 tuhat erinevat valku.

Valgu molekuli selgroogu iseloomustab struktuuri absoluutne ühtlus. Sel juhul paiknevad aminohappejääkide radikaalid (R) väljaspool, mõlemal pool polüpeptiidahelat trans-positsioonis. Aatomitevaheliste kauguste ja sidenurkade standardväärtused selles on näidatud joonistel fig. 2.

Siin on kõigi polüpeptiidahelate selgroog või tuum ehitatud ühtemoodi ja see on lämmastikuaatomi ja kahe süsinikuaatomi vaheldumine, millest vesinikuaatom ja vastava happe (R) radikaal on seotud esimese süsinikuga. , ja teise külge on kinnitatud oksorühm (aminohappe karbonüüljääk). See muster muudab valgu polüpeptiidahela esmase struktuuri üleskirjutamise lihtsaks, muutes ainult aminohappejääkide radikaale. Niisiis, iga sellise ahela lüli on esindatud ühe või teise aminohappe jäägiga ja kogu ahel on samal tasapinnal. Kui proliini iminorühm osaleb peptiidsideme moodustamises, siis polüpeptiidahel omandab veidi teistsuguse kuju.

Polüpeptiidahel proliini paiknemise piirkonnas on kergesti painutatud, mis mõjutab ruumiliste struktuuride teket.

Polüpeptiidahelaid muudetakse mõnikord lõpprühmadega. See esineb näiteks atsetüülimisel (äädikhappejäägi kinnitumisel) aktiini, müosiini, tsütokroom c, laktaatdehüdrogenaasi jne a-KY2 rühmaga; formyluvanni (mesilase mürk, melitiin), metüülimine Escherichia coli ribosomaalsetes valkudes. Polüpeptiidahela C-otsas võib mõnel juhul toimuda amideerimine koos amiidrühma moodustumisega (mõned hormoonid, mesilasmürk). Praeguseks on dešifreeritud ligikaudu 2500 valgu aminohappejärjestus: hemoglobiinid, immunoglobuliinid, tsütokroomid, ribosoomivalgud, suur hulk ensüümid (pepsiin, kümotrüpsiin, lüsosüüm, aldolaas jne).

Valkude esmase struktuuri edukas uurimine viis nende keemilise sünteesini (näiteks insuliin, ribonukleaas jne).

Seega on valgu põhistruktuur (polüpeptiidahel) valkude üldine struktuurvalem. Valgumolekuli struktuur on aga keerulisem, mis on seotud selle ruumilise organiseerituse-konformatsiooniliste vormidega. Igal aminohappejäägil on a-süsiniku aatom, mis määrab kahe identse sideme (N-Sp ja Sp-C) olemasolu.

Kuna polüpeptiidahela moodustavad looduslikud L-aminohapped (v.a glütsiin) on asümmeetrilised, saavad nad võimalikuks tiirleda ümber a-süsiniku aatomi, mis viib peptiidahelate keerdumiseni teatud ahelas sisalduvateks silindrilisteks spiraalideks. positsioon molekulisiseste n "sidemete poolt. Selle pöörlemise tõttu tekivad steerilised struktuursed moodustised - konformatsioonid. See aminohappejääkide omadus peptiidahelates mängib olulist rolli valguliste ainete labiilsuse tagamisel, nende kõrge individuaalsuse tagamisel ja on oluline tegur bioloogilisi funktsioone pakkuvate molekulide aktiivsete kohtade (keskuste) moodustumine.

Aminohapete ühendamine peptiidsidemete kaudu loob lineaarse polüpeptiidahela, mida nimetatakse valgu esmane struktuur

Arvestades, et valkude sünteesis osaleb 20 aminohapet ja keskmine valk sisaldab 500 aminohappejääki, saame rääkida kujuteldamatult suurest hulgast potentsiaalsetest valkudest. Inimkehast on leitud umbes 100 000 erinevat valku.

Näiteks 2 aminohapet (alaniin ja seriin) moodustavad 2 peptiidi Ala-Ser ja Ser-Ala; 3 aminohapet annab juba 6 tripeptiidi varianti; 20 aminohapet – 1018 erinevat peptiidi ainult 20 aminohappe pikkused (eeldusel, et iga aminohapet kasutatakse ainult üks kord).

Suurim praegu teadaolev valk on titin- on müotsüütide sarkomeeride komponent, selle erinevate isovormide molekulmass on vahemikus 3000 kuni 3700 kDa. Inimese talla titiin koosneb 38 138 aminohappest.

Valkude esmane struktuur, s.o. aminohapete järjestus selles on programmeeritud DNA nukleotiidide järjestuse järgi. Nukleotiidi kadumine, sisestamine, asendamine DNA-s toob kaasa muutuse aminohappe koostises ja sellest tulenevalt sünteesitud valgu struktuuris.

Valguahela osa pikkusega 6 aminohapet (Ser-Cis-Tir-Lei-Glu-Ala)
(peptiidsidemed on kollasega esile tõstetud, aminohapped on raamitud)

Kui aminohappejärjestuse muutus ei ole letaalne, vaid adaptiivne või vähemalt neutraalne, siis võib uus valk olla päritud ja populatsiooni püsima jääda. Selle tulemusena tekivad uued sarnaste funktsioonidega valgud. Sellist nähtust nimetatakse polümorfism valgud.

Näiteks sirprakulise aneemia korral asendatakse hemoglobiini β-ahela kuues asend glutamiinhape peal valiin. See viib sünteesini hemoglobiin S (HbS)- selline hemoglobiin, mis polümeriseerub desoksüvormis ja moodustab kristalle. Selle tulemusena erütrotsüüdid deformeeruvad, omandavad sirbi (banaani) kuju, kaotavad oma elastsuse ja hävivad kapillaaride läbimisel. See viib lõpuks kudede hapnikusisalduse vähenemiseni ja nende nekroosini.

Paljude valkude puhul on märgatav struktuurne konservatiivsus. Näiteks hormooninsuliin inimene erineb bullish ainult kolm aminohapet sealiha- aminohappe kohta (treoniini asemel alaniin).

tekkimine veregrupid AB0 on seotud ensüümi kolme variandiga, mis seovad erütrotsüütide membraanide oligosahhariidiga kas N-atsetüülgalaktoosi (rühm A) või galaktoosi (rühm B), või ensüüm ei seo täiendavaid sahhariidrühmi (rühm 0).

Aminohapete järjestus ja suhe primaarstruktuuris määrab moodustumise teisejärguline, kolmanda taseme ja Kvaternaar struktuurid.

Valgu struktuuri saab esitada ühe neljast võimalusest. Igal valikul on oma omadused. Seega on olemas kvaternaar, kolmeosaline, sekundaarne ja primaarne

Selle loendi viimane tase on aminohapete lineaarne polüpeptiidahel. Aminohapped on omavahel seotud peptiidsidemetega. Esmane on molekuli lihtsaim organiseerituse tase. Läbi kovalentsete peptiidsidemete ühe aminohappe alfa-aminorühma ja teise aminohappe alfa-karboksüülrühma vahel on tagatud molekuli kõrge stabiilsus.

Kui rakkudes moodustuvad peptiidsidemed, aktiveeritakse esmalt karboksüülrühm. Siis tekib seos aminorühmaga. Ligikaudu sama viiakse läbi polüpeptiidi laboratoorse sünteesiga.

Peptiidsidemel, mis on polüpeptiidahela korduv fragment, on mitmeid tunnuseid. Nende tunnuste mõjul ei moodustu mitte ainult valgu esmane struktuur. Need mõjutavad ka polüpeptiidahela kõrgemaid organisatsioonilisi tasemeid. Peamiste eristavate tunnuste hulgas on koplanaarsus (kõigi peptiidrühma moodustavate aatomite võime olla samal tasapinnal), asendajate transpositsioon C-N sideme suhtes, omadus eksisteerida kahes resonantsvormis. Peptiidsideme tunnuste hulka kuulub ka võime moodustada vesiniksidemeid. Sel juhul võib iga peptiidrühm moodustada kaks vesiniksidet teiste rühmadega (kaasa arvatud peptiidsed). Siiski on erandeid. Nende hulka kuuluvad hüdroksüproliini või proliini aminorühmadega peptiidrühmad. Nad võivad moodustada ainult ühe.See mõjutab valgu sekundaarse struktuuri teket. Niisiis, piirkonnas, kus hüdroksüproliin või proliin asub, paindub peptiidahel kergesti, kuna puudub teine ​​vesinikside, mis seda hoiaks (nagu tavaliselt).

Peptiidide nimi on moodustatud neis sisalduvate aminohapete nimedest. Dipeptiid annab kaks aminohapet, tripeptiid annab kolm, tetrapeptiid annab neli jne. Igas mis tahes pikkusega polüpeptiidahelas (või peptiidis) on N-otsa aminohape, mis sisaldab vaba aminorühma, ja C-otsa aminohape, mis sisaldab vaba karboksüülrühma.

Valkude omadused.

Neid ühendeid uurides huvitasid teadlasi mitmed küsimused. Teadlased püüdsid kõigepealt välja selgitada valgu molekulide suurust, kuju ja massi. Tuleb märkida, et need olid üsna rasked ülesanded. Raskus seisnes selles, et määramine valgulahuste suurendamise teel (nagu seda tehakse teiste ainetega) on võimatu, kuna valgulahuseid ei saa keeta. Ja indikaatori määramine vastavalt külmumistemperatuuri langusele annab ebatäpseid tulemusi. Lisaks valgud sisse puhtal kujul kunagi ei kohtu. Väljatöötatud meetodeid kasutades leiti aga, et see jääb vahemikku 14–45 tuhat ja rohkemgi.

Üks neist olulised omadusedühendite fraktsionaalne väljasoolamine. See protsess on valkude eraldamine lahustest pärast erineva kontsentratsiooniga soolalahuste lisamist.

Teine oluline omadus on denaturatsioon. See protsess toimub valkude sadestamisel raskmetallide poolt. Denatureerimine on looduslike omaduste kadumine. See protsess hõlmab lisaks polüpeptiidahela katkemisele molekuli erinevaid transformatsioone. Teisisõnu, valgu esmane struktuur jääb denatureerimise ajal muutumatuks.