Уураг (молекул)

Энэ өгүүллэг нь уургийг молекулын бүтэц талаас нь авч үзсэн бөгөөд уургийн тухай ерөнхий ойлголтыг эндээс үзнэ үү.

Цэнхэр өнгөтэй альфа спираль нь миоглобин уургийн 3D бүтэц. Энэ уураг нь рентген кристаллографаар бүтэц тодорхойлогдсон анхны уураг юм. Зургийн баруун хэсэгт хүчилтөрөгчтэй (улаан) холбогдсон гем бүлэг (саарал) гэж нэрлэгддэг кофакторыг харж болно.

Уураг нь нэг эсвэл түүнээс олон амин хүчлийн үлдэгдлээс бүрдсэн том биологийн молекул буюу макромолекул юм. Уургууд нь, катализаторт метаболизм, ДНХ репликац (хуулбарлах), сөрөг нөлөөлөлд хариу үйлдэл үзүүлэх, нэг байрлалаас нөгөө рүү молекул зөөх зэрэг амьд организм дотор маш өргөн хүрээний үүргүүдийг гүйцэтгэдэг. Уургууд нь бие биеэсээ амин хүчлийн дарааллаараа ялгагддаг ба энэ дарааллыг тэдгээрийг кодчилсон генийн нуклеотидын дараалал заадаг. Уургууд нь үүссэнийхээ дараа 3D хэлбэрт орж нугалардаг ба яаж нугарах нь уургуудын амин хүчлийн дарааллаас хамаардаг бөгөөд нугалралтаас тэдгээрийн идэвх шалтгаална.

Полипептид нь амин хүчлүүдийн үлдэгдлээс тотох дан шугаман полимер хэлхээ юм. Амин хүчлийн үлдэгдлүүд нь хоорондоо пептидийн холбоогоор холбогдсон байдаг. Уураг дахь амин хүчлийн үлдэгдлийн дараалал нь генетик кодод орших генийн дарааллаар тодорхойлогддог. Ерөнхийдөө, генетикийн код нь 20 стандарт амин хүчлүүдийг тодорхойлдог боловч, зарим организмд генетик код нь селенит цистеинийг багтаадаг (архейн генетик код пирролизинийг агуулдаг). Нийлэгжил (синтез) дуусмагц эсвэл явагдаж байх үед үүссэн/үүсэж буй уураг нь трансляцийн дараах сайжруулалтад өртдөг бөгөөд энэ нь уургийн физик болон химийн шинж, нугалралт, тогтвортой байдал, идэвх, эцэст нь үүргийг нь өөрчилдөг. Заримдаа уургуудад пептидийн бус бүлэг холбогдсон байдаг ба тэдгээрийг простетик бүлэг эсвэл кофактор гэж нэрлэгддэг. Уургууд нь тодорхой үүргийг гүйцэтгэх зорилгоор хамтран ажилладаг ба хоорондоо холбогдохдоо тогтвортой уургийн нэгдлийг үүсгэдэг.

Полисахарид ба нуклейний хүчил зэрэг биологийн макромолекулуудтай адилаар, уургууд нь организмийн чухал бүрэлдэхүүн бөгөөд эс доторх бараг бүхий л үйл ажиллагаанд оролцдог. Ихэнх уургууд нь биохимийн урвалуудыг катализалдаг ферментүүд бөгөөд, эдгээр нь метаболизмд маш чухал байр эзэлдэг. Уургууд нь мөн бүтцийн (барилгын материал) болон механик үүргүүдтэй байдаг. Жишээ нь, булчин дахь актин ба миозин, цитоскелетон дахь эсийн хэлбэрийг барьж өгдөг уургуудыг нэрлэж болох юм. Өөр уургууд нь эсийн дохиолол, дархлааны үйл ажиллагаа, эсийн холболтийг болон эсийн циклийг явуулахад чухал үүрэгтэй оролцдог. Уургууд нь бас амьтдын хүнсний чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Учир нь, амьтад шаардлагатай бүх амин хүчлүүдээ нийлэгжүүлж чаддаггүй бөгөөд, орлуулж үл болох амин хүчлүүдийг хүнсээрээ авах ёстой байдагт оршино. Хүнсээрээ авсан уургаа амьтад амин хүчил болгон задалдаг ба эдгээр нь метаболизмд ашиглагдана.

Ультрацентрфуг, тунадасжуулалт, электрофорез, хромотограф зэргээр, уургаас эсийн бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг салган цэвэршүүлж болдог. Генийн инженерчлэл бий болсноор, уургийг цэвэршүүлэх процессийг хөнгөвчилсөн хэд хэдэн аргуудыг нээсэн. Уургийн бүтэц болон үүргийг судлахад иммуногистохими, сайт чиглэлтэй мутагенеци, рентген кристаллограф, цөмийн соронзон резонанс болон масс спектрометрийн аргуудыг ихэвчлэн ашигладаг.

Биохими

Пептидийн холбооны химийн бүтэц (доор). Аланин ба түүнтэй зэрэгцээ орших амин хүчлийн пептидийн холбооны 3D бүтэц (дээр/тодотгосон).

Уургийн полимерийг үүсгэх амин хүчлүүдийн пептидийн холбооны резонанс бүтэц.

Ихэнх уургууд нь шугаман полимеруудаас бүрддэг ба полимерууд нь 20 хүртэл тооны өөр L-α-амин хүчлүүдээс тогтдог. Бүх уураг бүтээгч амин хүчлүүд нь нийтлэг бүтцийн онцлогийг агуулдаг. Тэд альфа α-нүүрстөрөгчтэй ба түүнд амин бүлэг, карбоксил бүлэг болон өөр өөр хажуугийн хэлхээ холбогддог. Зөвхөн пролин энэ үндсэн бүтцээс өөр бүтэцтэй байдаг. Пролин нь амин бүлгийн N-төгсгөлдөө өвөрмөц цагираг агуулдаг ба энэ нь CO-NH амидийн үлдэгдлийг хөдөлгөөнгүй конформацд оруулдаг. Стандарт амин хүчлүүдийн хажуугийн хэлхээ нь маш өргөн хүрээний химийн бүтэцтэй болон шинжүүдтэй байдаг. Уураг дахь бүх амин хүчлүүдийн хажуу хэлхээнүүдийн үйлчлэлүүдийн нийлбэрээр тухайн уургийн 3D бүтэц болон түүний химийн идэвхийг тодорхойлдог. Полипептид дахь амин хүчлүүд нь пептидийн холбоогоор холбогдсон байдаг. Уургийн хэлхээнд холбогдсон бол тухайн амин хүчлийг "үлдэгдэл" гэдэг ба нүүрстөрөгч, азот болон хүчилтөрөгчийн цуваа атомуудыг нь "үндсэн хэлхээ" буюу "уургийн нуруу" гэж нэрлэдэг.

Пептидийн холбоо нь хоёр резонанс хэлбэртэй ба эдгээр холбоо нь хосолсон (давхар) холбооны зарим шинж чанарыг агуулж, тэнхлэгүүдээ тойрон эргэхийн хориглосноор альфа нүүрстөрөгчийн атомуудыг бараг копланар (нэг хавтгайд) байрлалд оруулдаг. Пептидийн холбооны нөгөө хоёр хоёрталт өнцгүүд нь тухайн уургийн нурууны хэлбэрийг тодорхойлдог. Уургийн чөлөөтэй карбоксил бүлэгтэй төгсгөлийг С-төгсгөл эсвэл карбоксил төгсгөл, чөлөөтэй амин хүчилтэй төгсгөлийг нь N-төгсгөл буюу амин төгсгөл гэдэг. Уураг, полипептид болон пептид гэдэг үгс нь давхар утгатай ба тэдгээрийн утгууд нь заримдаа давхацдаг. Уураг гэдгээр ерөнхийдөө бүтэн бүрэлдсэн, тогтвортой байгаа биологийн молекулуудыг илэрхийлдэг байхад, пептид гэдэг нь ерөнхийдөө богино, 3D тогтвортой бүтэцгүй амин хүчлийн олигомерийг хэлдэг. Хэдийгээр энэ хоёрын хоорондын заагийг сайтар тайлбарлаагүй ч, ойролцоогоор 20-30 үлдэгдлээр ялгагддаг. Полипептид нь ямар нэгэн амин хүчлийн шугаман хэлхээ ба ямар ч урттай байж болдог.

Нийлэгжүүлэлт буюу синтез

Рибосом нь мРНХ-ийг загвар болгон ашиглан уургийг үүсгэнэ.

ДНХ дахь генийн дараалал нь уургийн амин хүчлүүдийн дарааллыг кодчилно.

Био нийлэгжүүлэлт буюу биосинтез

Уургууд нь генүүдэд кодчилогдсон байгаа мэдээллийн дагуу амин хүчлүүдээс угсрагддаг. Уураг болгон нь, тэдгээрийг кодчилох генийн нуклеотидуудын дарааллын дагуу бүрддэг амин хүчлийн үл давтагдах дараалалтай байдаг. Генетик код нь, кодон гэж нэрлэгдэх 3 нуклеотидын багцуудаас тогтдог ба 3 нуклеотид болгон нь нэг амин хүчлийг кодчилдог. Жишээлбэл, АУГ(аденин-урацил-гуанин) нь метионины код болно. ДНХ нь 4 нуклеотид агуулдаг ба нийт байж болох кодооны тоо 64 учир, генетикийн кодод нэг буюу түүнээс дээш тооны кодон нь нэг амин хүчлийг тодорхойлдог. ДНХ-д кодчилогдсон байгаа генүүд нь юуны өмнө, РНХ полимераза гэх мэтийн уургуудаар урьдчилсан мессенжэр РНХ (анхдагч транскрипц гэж мөн нэрлэдэг) болон транскрипцлагддаг. Ихэнх организмууд урьдчилсан мРНХ-ээ, транскрипцын дараах сайжруулалтын ялгаатай хэлбэрүүдийг ашиглан боловсорсон мРНХ болгодог ба дараа нь энэ нь рибосомуудаар явагдах уургийн нийлэгжилд загвар болон ашиглагддаг. Прокариотуудад мРНХ нь үүсмэгц шууд ашиглагдах эсвэл нуклеойдоос салмагц рибосом дээр холбогддог. Эсрэгээр, эукариотууд мРНХ-ийг эсийн бөөм дотор бий болгоод, бөөмийн мембраныг нэвчүүлэн цитоплазмд байрлуулдаг ба цитоплазмд уургийн бионийлэгжил явагддаг. Уургийн нийлэгжлийн хурд нь прокариотуудад илүү байдаг (эукариотуудтай харьцуулахад) ба 20 амин хүчил/сек хүрдэг.

мРНХ-г загвар болгон ашиглан уургийг нийлэгжүүлэх процессийг трансляц гэдэг. Тухайн мРНХ нь рибосом дээр суурилагдаж, кодон бүр нь тРНХ молекул дээрх антикодонтой суурь хослох байдлаар нуклеодтидууд нь гурав гурваараа уншигдана. Аминоацил тРНХ синтетаза фермент нь тРНХ молекулуудыг тохирох амин хүчлээр хангадаг. Томорч байгаа полипедтидийг үүсч буй хэлхээ гэж нэрлэдэг. Уургууд нь ямагт N-төгсгөлөөс C-төгсгөл рүү чиглэлтэйгээр нийллэгждэг.

Нийлэгжлийн үр дүнд үүссэн уургийн хэмжээг түүнд агуулагдаж байгаа амин хүчлийн тоогоор болон түүний молекулын массаар тодорхойлдог. Хэмжээг ихэвчлэн дальтоноор (Да) эсвэл уламжлагдсан нэгж болох килодальтоноор (кДа) илэрхийлдэг. Дрожжийн уургууд нь дунджаар 466 амин хүчлийн урттай бөгөөд 53 кДа масстай байдаг. Мэдэгдэж буй уургуудаас хамгийн том нь 3000 кДа масстай ба ойролцоогоор 27000 амин хүчлийн урттай титинууд (булчингийн сакромерийн нэг бүрэлдэхүүн хэсэг) юм.

Химийн нийлэгжил

Богинохон уургууд химийн нийлэгжлээр үүсэж болдог. Ингэхдээ пептидийн нийлэгжил гэж нэрлэгддэг бүлэг аргуудаар үүсгэгддэг. Эдгээр аргууд нь органик нийлэгжлийн аргачлалууд дээр суурилдаг. Химийн нийлэгжил нь полипептидийн хэлхээнд байгалийн гаралтай бус амин хүчлүүдийг залгах аргыг нээж өгсөн, жишээлбэл: амин хүчлүүдийн хажуугийн хэлхээнд флуоресцент тэмдгийг залгах. Эдгээр аргууд нь биохимийн лаборатори болон эсийн биологид чухал боловч, арилжааны (аж ахуйн) хэрэглээнийх биш юм. Химийн нийлэгжил нь 300 амин хүчлээс илүү урттай полипептидэд хэрэгцээгүй болдог ба үүссэн уургууд өөрийн 3D бүтэцдээ хялбар орж чаддаггүй. Дийлэнх химийн нийлэгжлийн аргууд нь биологийн урвалын эсрэгээр C-төгсгөлөөс N-төгсгөл рүү чиглэлтэй байдаг.

Бүтэц

Шаперониний талст бүтэц. Шаперон уургийн нугаралтад тусалж байгаа нь.

Триозофосфатизомераза уургийн байж болох 3D бүтцүүд. Зүүн талд: атомуудын төрлөөр будагдсан. Дунд: Үндсэн хэлхээний конформацийн хялбаршуулсан дүрслэл, хоёрдогч бүтцээрээ будагдсан. Баруун талд: Ууссан байдалтай дүрслэл, үлдэгдлүүдээрээ будагдсан (хүчлийн үлдэгдэл-улаан, суурийн үлдэгдэл-хөх, тултай үлдэгдэл-ногоон, туйлгүй үлдэгдэл-цагаан).)

Ихэнх уургууд өвөрмөц 3D хэлбэрт орон нугардаг. Уургийн ингэж ордог хэлбэрийг нь уургийн бодит төлөв гэдэг. Олон уургууд гадны туслалцаагүйгээр өөрсдийн бодит төлөвт ордог (ердөө л өөрсдийн амин хүчлийн химийн шинжүүдийг ашиглан) бол, зарим нь шаперон молекулын туслалцааг шаарддаг. Биохимичид ихэвчлэн уургийн бүтцийн 4 өөр хэлбэрийг дурддаг:

• Анхдагч бүтэц: амин хүчлийн дараалал. Уураг нь полиамид.
• Хоёрдогч бүтэц: устөрөгчийн холбоогоор тогтворжсон, локал бүтцүүдийн давталт (үечлэл). Өргөн тархсан жишээ нь, альфа мушгиа (спираль), бета ялтас болон эргэлтүүд (тойрог). Хоёрдогч бүтэц нь локал учраас, ялгаатай хоёрдогч бүтцийн олон хэсгүүд нь нэг уургийн молекулд орших боломжтой.
• Гуравдагч бүтэц: уургийн нэг молекулын ерөнхий хэлбэр (хоёрдогч бүтцүүдийн хоорондын холбоо). Гуравдагч бүтэц нь ерөнхийдөө локал бус холбоонуудаар холбогдож, ихэвчлэн гидрофоб (усанд дургүй) бүтцийг үүсгэдэг. Мөн давсны гүүрээр, устөрөгчийн холбоогоор, дисульфидийн холбоогоор, тэр бүү хэл трансляцийн дараах хувиргалтаар холбогддог. Гуравдагч бүтэц нь нугалралт гэдэг ойлголттой ижил утгатайгаар дэлгэрэнгүй ашиглагддаг. Гуравдагч бүтэц нь уургийн үндсэн үүргийг удирддаг.
• Дөрөвдөгч бүтэц: хэд хэдэн уургийн молекулуудаас үүсдэг бөгөөд нэг комплекс уураг шиг ажилладаг бүтэц. Энэ сэдэвт уургийн дэд нэгж гэж нэрлэгдсэн.

Уургууд нь хатуу бүтэцтэй молекулууд биш. Дээр дурдагдсан бүтцүүдээс гадна, уургууд нь хэд хэдэн хамааралтай бүтцэд хувирах чадвартай ба тэр үедээ үүргээ гүйцэтгэсэн хэвээр байдаг. Энэ өөрчлөн байгуулалтын хүрээнд хамрагдах гуравдагч ба дөрөвдөгч бүтцүүдийг хувиралт (конформац), тэдгээрийн хоорондын шилжилтийг хувиралтын өөрчлөлт гэж тус тус нэрлэдэг. Субстратын молекул ферментийн идэвхтэй талд эсвэл химийн урвалд катализаторын үүрэг гүйцэтгэж байгаа уургийн физик хэсэгт холбогдсоноор дээрх өөрчлөлтүүд ихэвчлэн бий болдог. Уусмал доторх уургууд нь дулааны хэлбэлзлэлийн нөлөөгөөр мөн бусад молекулуудтай мөргөлдсөнөөр бүтцийн хувиргалтад ордог.

Уургуудыг албан бусаар, гуравдагч бүтцэд нь суурилан 3 үндсэн ангилалд хуваадаг: бөмбөрцгөн уураг, утаслаг уураг, мембранан уураг. Бөмбөрцгөн уургуудын дийлэнх нь уусдаг ба тэдгээрийн олонх нь фермент байдаг. Утаслаг уургууд нь ихэвчлэн бүтцийн үүрэгтэй байдаг. Жишээ нь, коллаген (холболтын эдийн үндсэн бүрдүүлэгч), кератин (үс ба хумсны уурган бүрдүүлэгч). Мембранан уургууд нь ихэвчлэн рецепторын (химийн дохиолол хүлээн авагч) эсвэл, туйлтай эсвэл цэнэгтэй молекулуудыг эсийн мембраныг нэвтрүүлдэг сувгийн үүргийг гүйцэтгэдэг.

Уураг нь усны довтолгооноос маш муу хамгаалагдсан байдаг учир, өөрийгөө усгүйжүүлэх, дегидрон гэж нэрлэгддэг, молекул дотроо тусгай устөрөгчийн холбоотой байдаг.

Бүтцийг тодорхойлох

Уургийн гуравдагч бүтцийг эсвэл тэдгээрийн комплексүүдийн дөрөвдөгч бүтцийн судлах нь уураг өөрийн үүргийг яаж гүйцэтгэдэг тухай чухал мэдээллийг өгөх юм. Уургийн бүтцийг тодорхойлох өргөн ашиглагддаг туршилтын аргуудад, рентген кристаллограф ба ЦСР-спектоскоп ордог. Эд хоёулаа атомын хэмжээнд мэдээлэл бүрдүүлдэг. ЦСР туршилтууд нь хос атомуудын хоорондын зай нь таамаглагдаж болох үед мэдээлэл бүрдүүлж чаддаг ба уургийн авч болох эцсийн төлөвийг (конформацийг) зайн геометрийн тооцооллыг хийсний дараа мэдэж авдаг. Давхар туйлшралтын интерферометр нь уургийн ерөнхий конформац ба харилцан үйлчлэлцэл эсвэл өөр эрмэзлэлээс (уургийн өөрийн үүргийг солих сонирхол г.м.) үүсэлтэй конформацийн өөрчлөлтийг хэмжих тоон аналитик арга юм. Тойргийн дихроизм нь уургийн мушгианы (спиралийн) бүтэц эсвэл бэта ялтсын бүтцийг тодорхойлох лабораторийн өөр нэг арга юм. Криоэлектрон микроскопын арга маш том уургийн комплекс болон нийлмэл вирусийн бүтцийн тухай нарийвчлал багатай (ерөнхий) мэдээллийг олоход ашигладаг. Энэ төрөлд багтах электрон кристаллограф гэж нэрлэгддэг аргаар зарим тохиолдолд (ихэвчлэн мембранан уурын хоёр хэмжээст талстын хувьд) өндөр нарийвчлалтай мэдээллийг бүрдүүлж чаддаг. Тодорхойлогдсон бүтцүүд нь Уургийн Мэдээллийн Санд ордог ба санд чөлөөтэй нэвтэрч болдог. Энэ сангаас мянга мянган уургийн бүтцийн мэдээллийг тухайн уураг дахь атом бүрийн тэгш өнцөгт координат хэлбэртэйгээр авж болно.

Уургийн бүтцийн төрлөөс, генийн дарааллын тоо их байдаг. Уурыг бүлгийн тодорхойлогдсон бүтцүүдийг рентген кристаллографаар (уургийн бүтцийг тодорхойлдог үндсэн аргуудын нэг) хялбар тодорхойлогдох уургуудад хамааруулдаг. Тухайлбал, бөмбөрцгөн уургуудыг талст болгон бэлтгэхэд (рентген кристаллографд оруулахаар) харьцангуй амархан байдаг. Мембарнан уургууд нь эсрэгээр, талстжуулхад амаргүй байдаг учир УМС-д бүрэн суугаагүй. Уургийн бүлгийг төлөөлж чадах бүтцүүдийн үндсэн нугларалтаар нь ангилан бүтцийг системчлэх замаар уургийн бүтцийг тодорхойлж дээрх дутагдлыг арилгах санааг бүтцийн геномик гаргасан. Уургийн бүтцийг таамаглах аргуудыг ашиглан, туршилтаар бүтэц нь тодорхойлогдоогүй байгаа уургуудын үнэмшилтэй бүтцүүдийг гаргаж авахыг оролдож байна.

Эсэд гүйцэтгэх үүрэг

Уургууд нь эс дотор голлох үүргийг гүйцэтгэдэг. Уургууд нь генд кодчилогдсон мэдээллийн тодорхойлсноор үүргүүдийг гүйцэтгэдэг гэж үздэг. Зарим төрлийн Рибонуклейн хүчлийг эс тооцвол, дийлэнх биологийн молекулууд нь харьцангуй идэвхгүй байдаг учраас тэдгээрт уургууд нөлөөлдөг. Гэдэсний савханцрын (Escherichia coli) эсийн хуурай бодисын хагасыг уургууд эзэлдэг бол, өөр, ДНХ болон РНХ мэт макромолекулууд нь харгалзан 3% ба 20% эзэлдэг. Тодорхой эсэд эсвэл эсийн төрөлд байгаа уургийн бүрдлийг түүний протеом гэдэг.

Уургуудын гол шинж чанар нь тэдгээрийн өөр молекулуудтай тодорхой, бат бөх холбогддогт оршино. Энэ нь уургуудад олон үүргүүдийг гүйцэтгэх боломжийг олгодог. Уургийн бусад молекулуудтай холбогдохыг хариуцдаг хэсгийг холбогдох цэг гэж нэрлэдэг. Холбогдох цэг нь ихэвчлэн молекулын гадарга дээр хонхорхой ("халаас") хэлбэртэй оршдог. Холбогдох цэгийн халаасыг тодорхойлдог уургийн гуравдагч бүтэц ба эргэн тойронд орших амин хүчлүүдийн туслах хэлхээнүүдийн химийн шинж чанаруудаас уургийн холбогдох чадвар хамаардаг. Уургийн холбогдолт нь гайхамшигтай бөх бат ба онцлог байдаг. Жишээлбэл: рибонуклеазагийн ингибитор уураг нь дэд фемтомоляр диссоциацийн тогтмолтой (<10^-15М) хүний ангиогенинтэй холбогддог боловч, түүний амфиб гомолог онконазатай (>1 M) огт холбогддоггүй. Заримдаа өчүүхэн химийн өөрчлөлт нь (ганцхан метил бүлгийг(CH₃-)холбогдож байгаа хамтрагч дээр нэмэх г.м.) холбоог устгахад хүргэдэг. Жишээлбэл: валин гэдэг амин хүчлийн аминоацил тРНХ синтетаза нь изолеуцин амин хүчлийн хажуугийн хэлхээтэй маш төстэй зүйлийг эсэргүүцдэг.

Уургууд нь өөр уурагтай бусад жижиг молекулуудтай адил холбогддог. Уургууд нь нэг молекулын бусад хуулбаруудтай холбогдохдоо фибрил үүсгэхээр олигомер хэлбэрт шилжидэг. Энэ процесс нь ихэвчлэн, бие даан хатуу эслэгийг үүсгэдэг бөмбөрцөг мономеруудаас бүрдсэн бүтцийн уургуудад явагддаг. Уураг-уураг холболтууд нь, ферментлэг идэвхжилийг тохируулах, эсийн циклийн үйл явцыг удирдах, ердийн биологийн үйлдэлүүдтэй холбоотой олон урвалуудыг явуулдаг том уургийн иж бүрдлийг (уургийн комлекс) үүсгэх зэрэг үйлдлүүдийг гүйцэтгэдэг. Уургууд нь эсийн мембрантай холбогдох, тэр бүү хэл дотор нь багтах тохиолдол байдаг. Уургууд хоорондоо нэгдэж бүтцийн өөрчлөлтөд орохын тулд маш хүнд (хэцүү) бүтэцтэй дохиололын хэлхээг үүсгэдэг. Уургуудын хоорондын харилцан үйлчлэл нь буцах (эргэж хэвэндээ орох боломжтой) ба энэ нь янз бүрийн бүлэг уургууд нь өөр хоорондоо ялгаатай бүлэг үүргүүдийг гүйцэтгэж чадах агрегатуудыг үүсгэж чадах эсэхээс хамаарна. Уургуудын хоорондын харилцан үйлчлэлийн судалгаа нь, эсийн үүргийн чухал шинжүүдийг ойлгох түлхүүр болох ба эцэст нь эсийн төрлүүдийг ялгах шинж чанаруудыг тодорхойлох юм.

Фермент

Эс дэх уургийн хамгийн олонд танигдсан үүрэг нь химийн урвалуудад катализатор болох ферментийн үүрэг юм. Ферментүүд нь ихэвчлэн маш тодорхой байдаг ба зөвхөн нэг эсвэл цөөн тооны химийн урвалыг хурдасгадаг. Ферментүүд нь метаболизмтай холбоотой ихэнх урвалуудад оролцхоос гадна, ДНХ репликац, ДНХ засвар болон транскрипц зэрэг процессуудад ДНХ-г удирдаг. Зарим ферментүүд трансляцийн дараах сайжруулалт гэдэг процессийн үед бусад уурагуудад химийн бүлэг нэмэх эсвэл хасах байдлаар нөлөөлдөг. Ойролцоогоор 4000 урвалуудад ферментүүд катализатор болон оролцдог. Фермент оролцож байгаа урвалын хурд, оролцоогүй хурдаас төсөөлөшгүй их байдаг, жишээ нь, оротат декарбоксилаз нь урвалын хурдыг 1017 дахин нэмэгдүүдэг (фементгүй 78 сая жил, ферменттэй 18 миллисекунд).

Фермент холбогдон дээр нь ажиллаж байгаа молекулуудыг субстрат гэдэг. Ферментүүд нь олон зуун амин хүчлүүдээс бүрддэг хэдий ч тэдгээрийн үлдэгдлүүдийн хэдхэн хувь нь субстраттай нэгдэж, ойролцоогоор дөнгөж 3-4 үлдэгдэл л яг катализад оролцдог. Ферментийн каталитик үлдэгдлүүдийг агуулдаг, субстраттай холбогдог хэсгийг идэвхтэй хэсэг (active site) гэдэг.

Диригент уургууд (dirigent-удирдаач) нь бусад ферментүүдийн нийлэгжүүлсэн бодисийн стереохимийг зааж (тогтоож) өгдөг уургийн нэгэн бүлийн гишүүд.

Эсийн дохиолол ба лиганд холболт

Олон уургууд эсийн дохиолол ба дохиолол дамжуулах (signal transduction) процессуудад оролцдог. Инсулин мэтийн зарим уургууд нь эсийн гадна байрлах ба өөриигөө үүсгэсэн эсээс бусад хол байгаа эдүүдэд орших эсүүд рүү дохио дамжуулдаг. Өөр уургууд болох мембраны уургууд рецептор байдлаар ажилдаг ба тэдгээрийн гол үүрэг нь, дохиололын молекултай холбогдож эс дотор биохимийн хариу үйлдэл үүсгэх юм. Ихэнх рецепторууд нь эсийн гадаргууд орших холбогдох хэсэг, эс дотор орших effector domain-г агуулдаг ба энэ нь ферментлэг идэвхийг үзүүлэх эсвэл эс дотор орших бусад уургуудын тодорхойлсон конформацийн өөрчлөлтөд (хэлбэрийн өөрчлөлтөд) орох боломжтой.

Эсрэг биетүүд (antibody) нь дасан зохицох дархлааны системийн уургийн бүрдүүлэгч ба тэдгээрийн гол үүрэг нь антигентэй эсвэл организм доторх гадны бодистой нэгдэж, тэдгээрийг усгахаар онилдогт оршино. Эсрэг биетүүд нь эсийн гаднах орчин уруу ялгарагдах эсвэл плазман эс гэж нэрлэгддэг тусгай Б эсийн мембран дотор хадгалагдаж байдаг. Ферментүүд нь урвалаа явуулахаар өөрсдийн субстраттай нэгдэх чадвар нь хязгаарлагдмал байдаг байхад эсрэг биетүүдэд ямар ч хязгаарлалт байдаггүй. Эсрэг биетүүд нь өөрийн онилсон зүйлтэйгээ нэгдэх чадвар нь зүйрлэшгүй өндөр байдаг.

Үүнээс доошхи хэсэгт найруулгын засвар хийгдэж байна! Дунд сургуулийн сурагч орчуулгыг хийсэн тул найруулгын олон алдаа байгаа гэдгийг анхааралдаа авна уу!

Олон лиганд зөөврийн уургууд нь тодорхой жижиг биомолекултай холбогдож олон эст амьтны биеийн өөр газарт авиачдаг. Эдгээр уургуудад лигандын концентраци их байгаа газар холбогдох чадвар их мөртлөө лигандын концентраци бага байгаа эдэд суллах чадвартай байх шаардлагтай. Өргөн тархсан лиганд-холбогддог уураг бол гемоглобин юм, энэ уураг нь бүх сээр нуруутаны уушигануудаас хүчилтөрөгчийг авч бусад эдэд зөөж өгдөг ба бүх биологийн ангид ойролцоо гомологтой байдаг. Ликтин гэдэг чихэртэй холбогддог уурагууд нь өөрсдийн чихэрэн moieties-уудаа маш тодорхой сонгодог. Эс болон уурагуудтай холбоотой хүлээн зөвшөөрүүлэх үйл явцад лектин нь үүрэг гүйцэтгэдэг. Хүлээн авагч болон гормонууд нь маш тодорхой холбогддог уурагууд юм.

Транс мембранан уурагууд нь эсийн мембраны ион болон жижиг молекул нэвтрүүлэх чадварыг нь өөрчилдөг лиганд зөөгч уураг юм. Зөвхөн мембар нь цэнэглэгдсэн эсвэл туйлширсан молекулыг нэгвтрүүлдэггүй усанд дургүй төвтэй байдаг. Мембраны уурагууд эдгээр молекулуудыг нэвтрүүлдэг тусгай сувагтай байдаг. Ингэж нэвтрүүлдэг сугаван уурагууд нь нэг уураг зөвхөн нэг тодорхой ион сонгон нэвтрүүлэх чадвартай, жишээлбэл: кали болон натрийн сувагууд энэ хоёр ионыг ялган нэгийг нь нэвтрүүлдэг.

Бүтцийн уургууд

Бүтцийн уургууд нь бусад биологийн шингэн молекулуудад хатуу ба зуурамтгай чанартай болгож өгдөг. Ихэнх бүтцийн уургууд нь утаслаг уураг байдаг, жишээлбэл: коллаген ба эластин нь мөгөөрс мэтийн холбох эдийн чухал орц, ба кератин нь үс, хумс, өд, эвэр, болон зарим амьтны бамбай мэтийн мяндаслаг эсвэл хатуу хэсгүүдэд олддог. Зарим бөмбөрцөг уургууд нь бүтцийн уургийн үүрэг гүйцэтгэдэг, жишээлбэл: актин ба тубулин мономерээр уусдаг бөмбөрцөг уураг мөртлөө эсийн хэлбэр дүрсийг хадгалж өгдөг цитоскелетоныг бүрдүүлдэг урт хатуу утаслаг болон полимержидэг.

Бүтцийн уургийн үүргийг гүйцэтгэдэг бусад уургууд нь мотор уургууд юм, тэдгээрт миозин, кинезин болон динейн гэх мэтийн уураг ордог. Эдгээр уургууд нь механик хүч гаргах чадалтай бөгөөд нэг эст амьтны хөдөлгөөнд ба бэлгийн үржлээр үрждэг олон эст амьтны бэлгийн эр эсэд чухал үүрэгтэй байдаг. Тэдгээр нь бас агшиж байгаа булчингаас ялгарч байгаа хүчийг ялгаруулж чаддаг ба эсийн дотоодын зөөлтөнд үндсэн үүргийн гүйцэтгэдэг.

Судалгааны аргууд

Уургийн бүтэц болон үйлдлийг vitro-д, vivo-д болон silico-д үзэж болдог. Vitro-д хяналт доор байгаа орчинд цэвэршүүлсэн уургийн судалгаа нь уураг яаж өөрийн үүргээ гүйцэтгэдгийг сурах ашигтай байдаг, жишээлбэл: ферментийн кинетикс нь ферментийн химийн каталитик үйл ажиллагааг ба өөр өөр субстратад үзүүлэх харьцангуй үйлдлийг нээдэг. Дүгнэвэл vivo туршилтууд нь уургийн эс эсвэл бүхэл бүтэн организм дотор гүйцэтгэх физиологийн үүргийг тодорхойлж өгдөг. Silico судлалд уургийг судлахдаа тооцооны арга ашигладаг.

Уураг цэвэрлэлт

Vitro анализад орохын тулд эхлээд уурагыг бусад эсийн бүтцүүдээс салгаж цэвэрлэх хэрэгтэй. Энэ үйл ажиллагаа нь эсийн lysis-ээр эхэлдэг бөгөөд энэ процессэд эсийн мембраныг нурааж доторх органелле-нуудыг нь crude lysate гэдэг уусмал дотор хийдгээр эхэлдэг билээ. Үүнээс үүссэн уусмалыг ултрасентрифугаци ашиглаж цэвэрлэдэг ба энэ нь эсийн хэсгүүдийг уусдаг уураг, мембраны липид ба уураг, эсийн органелле болон нуклейн хүчил агуулдаг бүлгүүдэг хуваадаг. Salting out гэдэг тунжуулах аргийг энэ лизат дээр ашиглаж уурагыг бөөгнөрүүлдэг. Үүний дараа янз бүрийн хромотограф ашиглаж сонирхож байгаа уураг ба уурагуудыг тэдгээрийн жин, нийт цэнэг болон холбогдох чанаргын тусламжтайгаар ялгаж авдаг. Хэрвээ хүсэж байгаа уурагын молекул жин ба изоэлектрик цэгүүд мэдэгдэж байвал өөр өөр төрлийн gel electrophoresis-ийг ашиглан, эсвэл уурагын spectroscopic чанарууд нь ялгагддаг бол spectroscope, эсвэл уураг нь фементийн үйл ажилгаатай байвал ферментийн essay-г тус тус ашиглан уураг цэвэрлэлтийн шатуудыг хяналтан доор байлгадаг. Нэмж хэлэ++хэд уурагуудыг тэдгээрийн цэнэг дээр тулгуурлан электрофокусинг ашиглан ялгаж авж болно.

Байгал дээр олддог уургуудыг лабороторид ашиглаж болдог болтол нь цэвэрлэхийн тулд хэд хэдэн шат алхмаар цэвэрлэдэг. Энэ процессийг хялбарчилхийн тулд уурагуудыг цэвэрлэж байх үед тэдгээрийн бүтэц болон үүргийг өөрчлөхгүй байлгадаг химийн шинж тэмдгүүдийг генийн инженерчлэлээр нэмдэг. Энд амин хүчлийн тодорхой дарааллаас тогтсон "tag" нь, ихэвчлэн хистидины үлдэгдэл("Хис-tag"), уурагын нэг төгсгөлд залгагддаг. Үүний үр дүнд, лизатыг никель агуулсан хромотографын баганаар явуулхад хистидиний үлдэгдэл нь 'никелийг холбож' баганад наалдах үед уурагын tag-лагдаагүй хэсэгүүд нь саадгүй нэвтэрдэг. Тодорхой уурагыг маш комплекс уусмалаас цэвэршүүлж гарахын тулд эрдэмтэд янз янзын tag бүтээжээ.

Эсийн байрлал

Proteins in different cellular compartments and structures tagged with green fluorescent protein (here, white)

Уургуудын амьд организм (in vivo) дахь судлал нь эс доторх уурыгын байршил болон нийлэгжилтэй холбоотой байдаг. Ихэнх уурагууд нь цитоплазм нийлэгждэг ба мембранан бүрхүүлтэй байдаг эвсэл уураг нь эндоплазмын торлогоос ялгардаг гэвч уурагууд нь тодорхой органелле болон эсийн бүтэц рүү яаж очдог нь тодорхой бус билээ. Эс дотор нэгдсэн уураг эсвэл ногоон Флюресцент уураг мэтийн "Reporter"-той холбогдсон сэтгэлд нийцсэн натурал уурагаас бүрдсэн chimera-г илэрхийлэхийн тулд генийн инженерчлэлийг ашиглаж эсийн доторх байршилтыг тогтоох тохиромжтой арга юм. Нэгдсэн уурагын эс доторх байрлалыг микроскопи ашиглан цэвэр ба ашигтайгаар олдог, дараах зурган дээр үзүүлсэн байна.

Уургуудын эс доторх байрлалуудыг олох өөр аргууд нь ЭТ, Голжийн торлог, лизосом эсвэл вакуоль, митохондри, хлородласт, плазман мембран мэтийн газруудыг харьцуулалт хийх маркерийн оролцоог шаарддаг. Антибодийг маркер болгон ашиглах ба эдгээр маркеруудын флоресцент тэмдэглэгээтэй хэлбэрүүдийг ашиглахад хүсэж байгаа уурагынхаа байршлийг олоход амархан болдог. Жишээлбэл, шууд бус immunofluorescence will allow for fluorescence colocalization and demonstration of location. Флоресцент будагчууд нь эсүүдийн хэсгүүдийг үүнтэй адил зорилготойгоор тэмдэглэхэд ашигладаг.

Өөр хувилбарууд мэдээж байна. Жишээлбэл, иммунохистохими нь ихэвчлэн хүсэж байгаа нэг эсвэл олон уурагт нэг антибоди ашигласнаар уураг антободи хоёр нэгдэж luminescent эсвэл chrimogenic сигнал гаргадаг ба эдгээр сигналийг харьцуулснаар байршилтийн мэдээлэл олж авдаг. Өөр нэг ашиглаж болох арга нь бол isopycnic centrifugation -ыг ашиглан сухрозын градиент дахь cofractionation-оор юм. While this technique does not prove colocalization of a compartment of known density and the protein of interest, it does increase the likelihood, and is more amenable to large-scale studies.