Kimyo · Organik kimyo · 3-kurs
Aminokislotalar va oqsillar
Sutga kislota qo‘shilsa, nega kazein ivib, qatiqqa aylanadi?
Vaziyat
Toshkent sut kombinatining laboratoriyasida ertalabki sut tekshirilmoqda. Sutga ozgina sirka kislota tomizilsa, u birdan ivib, oq laxtalar — kazein va sarg‘ish zardobga ajraladi; tuxum oqini qaynatsak, tiniq suyuqlik oqarib qotadi. Oqsillar aminokislotalardan qanday tuzilgan, nega muayyan pH da cho‘kadi va qizdirilganda ularda nima buziladi?
Mavzu
Aminokislotalar, peptidlar va oqsillar. Toshkent sut kombinati: sutga kislota qo‘shilganda kazein ivib qatiq va pishloqqa aylanadi; tuxum oqsili qizdirilganda oqaradi. Laboratoriyada aminokislota…
Asosiy tushunchalar
- Izoelektrik nuqta
- Peptid bog‘i
- α-spiral va β-qatlam
Formulalar
Izoelektrik nuqta — umumiy zaryad nolga teng pH: tsvitter-ionning ikki tomonidagi pKₐ larning o‘rtasi.
Genderson–Gasselbax: yarim ekvivalent nuqtada pH = pKₐ.
Alanin + glitsin → Ala-Gly dipeptidi + suv (peptid bog‘i hosil bo‘lishi; amalda himoya va faollashtirish orqali).
α-spiral (Poling–Kori, 1951): o‘ramda 3,6 qoldiq, qadam 0,54 nm, bir qoldiqqa 0,15 nm; vodorod bog‘i C=O(i)···H–N(i + 4).
Elektroforez: tezlik maydon kuchlanganligiga va zarracha zaryadiga proporsional; pI da z = 0 — zarracha harakatlanmaydi.
Nazariya
Bioorganik kimyo, hujayra va aminokislotalar
Bioorganik kimyo tirik tabiat moddalari — oqsillar, nuklein kislotalar, uglevodlar, lipidlar va bioregulyatorlarning tuzilishi va funksiyasini o‘rganadi. Hujayraning elementar tarkibida ≈ 98 % ni to‘rt element — O, C, H, N tashkil etadi (qolgani P, S, K, Na, Ca, Mg, Fe va mikroelementlar); molekulyar tarkibida asosiy qism suv, quruq moddasida oqsillar yetakchi. Prokariot hujayralarda (bakteriyalar) yadro qobig‘i yo‘q, eukariotlarda DNK yadroda, organellalar membranalar bilan ajralgan. Membrana — lipid qo‘sh qavati va unga botgan oqsillar (Singer–Nikolson «suyuq mozaika» modeli, 1972): to‘siq, tashish, signal qabul qilish. O‘zbekistonda bioorganik kimyo maktabi akademik O. S. Sodiqov nomi bilan bog‘liq — Toshkentdagi Bioorganik kimyo instituti uning nomida. Geterofunksional birikmalar: gidroksikislotalar (sut, olma, limon kislota), okso-kislotalar (pirouzum, asetosirka kislota) va aminokislotalar; Reformatskiy reaksiyasi — α-bromefir rux va aldegid (keton) bilan β-gidroksiefir beradi. Oqsillardagi 20 ta α-aminokislota yon zanjiriga ko‘ra qutbsiz (Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Met), aromatik (Phe, Tyr, Trp), qutbli (Ser, Thr, Cys, Asn, Gln), manfiy (Asp, Glu) va musbat zaryadli (Lys, Arg, His) guruhlarga bo‘linadi; Trp, His, Pro — geterohalqali. Kattalar uchun almashinmaydigan aminokislotalar (organizmda sintezlanmaydi, oziq bilan kelishi shart): Val, Leu, Ile, Thr, Met, Phe, Trp, Lys (va His); qolganlari — almashinadigan. Suvda aminokislota tsvitter-ion H₃N⁺–CHR–COO⁻: kislotada kation, ishqorda anion; umumiy zaryad nol bo‘lgan pH — izoelektrik nuqta pI. Tibbiyotda aminokislota aralashmalari tomir orqali oziqlantirishda, ayrimlari dori sifatida ishlatiladi.
Kimyoviy xossalar va stereokimyo
Glitsindan boshqa barcha oqsil aminokislotalari xiral; oqsillarda faqat L-qator uchraydi (Fisher proyeksiyasida NH₂ chapda; glitseraldegid bilan taqqoslanadi). Ko‘pchiligi (S)-konfiguratsiyada, sistein esa (R) — oltingugurt tufayli CIP ustuvorligi o‘zgaradi, fazoviy joylashuv bir xil. L-aminokislotalarni «CORN» qoidasi bilan tanish mumkin. Enantiomerlarni ajratish: diastereomer tuzlar, fermentlar (atsilaza faqat L-shaklni gidrolizlaydi), xiral xromatografiya. Reaksiyalar: karboksil — murakkab efirlar (spirt + HCl), amin — N-atsil hosilalar, Shiff asoslari (aldegidlar bilan; piridoksalfosfat fermentlari shunday ishlaydi), 2,4-dinitroftorbenzol bilan sariq DNF-hosila (Senger), fenilizotiotsianat bilan feniltiogidantoin (Edman), ningidrin bilan ko‘k-binafsha rang (Ruhemann binafshasi; prolin — sariq). Oqsil tarkibida aminokislotalar modifikatsiyalanadi: gidroksiprolin (kollagen), fosfoserin (kazein), sistin (S–S ko‘prik), glikozillangan asparagin.
Peptid bog‘i va peptid sintezi
Peptid bog‘i –CO–NH– bir aminokislotaning karboksili va ikkinchisining aminoguruhidan suv chiqib hosil bo‘ladi. Rezonans tufayli C–N bog‘i qisman qo‘sh: uzunligi ≈ 0,133 nm (oddiy C–N 0,147 nm, C=N 0,128 nm), atrofida aylanish yo‘q, Cα–C(O)–N(H)–Cα oltita atom bir tekislikda, odatda trans (ω = 180°). Zanjir faqat Cα atrofida aylanadi: φ va ψ burchaklari. Oqsil tuzilishining polipeptid nazariyasi (E. Fisher, F. Gofmeyster, 1902): oqsil — peptid bog‘lari bilan ulangan aminokislotalar zanjiri. Kimyoviy sintezda ikki aminokislotani shunchaki aralashtirib bo‘lmaydi — har ikkisi ham amin, ham kislota, natijada aralashma chiqadi. Shuning uchun himoya guruhlari qo‘yiladi: aminoguruhga — Boc, Z (benziloksikarbonil), Fmoc; karboksilga — metil, benzil efirlar. Karboksil faollashtiriladi: xlorangidrid (SOCl₂), azid (Kurtsius), aralash angidrid, faollashtirilgan efirlar (p-nitrofenil, N-gidroksisuksinimid), karbodiimid (DSK — disiklogeksilkarbodiimid: O-atsilizomochevina hosil bo‘ladi, qo‘shimcha mahsulot — erimaydigan disiklogeksilmochevina). So‘ng himoya olinadi (Boc — triftorsirka kislota bilan, efir — ishqoriy gidroliz). R. Merrifild (1963) zanjirni polimer donachalar ustida qattiq fazada yig‘ishni ixtiro qildi (Nobel mukofoti, 1984).
Oqsil tuzilishi va denaturatsiya
Oddiy oqsillar (proteinlar) faqat aminokislotalardan, murakkab (proteidlar) — qo‘shimcha guruh bilan: glikoproteinlar, lipoproteinlar, nukleoproteinlar, metalloproteinlar, fosfoproteinlar (sut kazeini). Birlamchi tuzilish — ketma-ketlik: F. Senger 1955-yilda insulin ketma-ketligini birinchi bo‘lib aniqlagan — 51 qoldiq (A zanjir 21, B zanjir 30), 3 ta disulfid ko‘prik (A6–A11, A7–B7, A20–B19). Ikkilamchi: α-spiral (Poling va Kori, 1951) — o‘ng spiral, o‘ramda 3,6 qoldiq, qadam 0,54 nm, C=O(i)···H–N(i + 4) vodorod bog‘lari o‘q bo‘ylab; β-qatlam — cho‘zilgan zanjirlar yonma-yon, vodorod bog‘lari zanjirlar orasida (parallel yoki antiparallel), β-burilishlar. Uchlamchi — zanjirning fazoviy taxlanishi: gidrofob o‘zak, vodorod bog‘lari, ion juftlari, S–S ko‘priklar. To‘rtlamchi — bir necha zanjir (gemoglobin α₂β₂; insulin Zn²⁺ ionlari bilan geksamer holida saqlanadi). Denaturatsiya — qizdirish, kislota/ishqor, og‘ir metallar, spirt, mochevina ta’sirida ikkilamchi–to‘rtlamchi tuzilish buziladi, peptid bog‘lari esa saqlanadi; tuxum oqi taxminan 60–80 °C da qaytmas ivib qoladi. N- va C-uchlarni aniqlash: Senger (DNFB → DNF-aminokislota), Edman (PITC → FTG-aminokislota, zanjir bir qoldiqqa qisqaradi va sikl takrorlanadi), dansil xlorid (fluoressent), Akabori (gidrazinoliz → C-uchi); fermentativ — aminopeptidaza (N-uchi), karboksipeptidaza (C-uchi).
Fermentlar va peptid bioregulyatorlar
Fermentlar — oqsil tabiatli katalizatorlar: noorganik katalizatorlardan farqli o‘laroq juda tanlovchan va yumshoq sharoitda (37 °C, pH ≈ 7) ishlaydi. Faol markaz: substrat bog‘lanadigan va katalitik qism (masalan, gistidin imidazoli H⁺ tashuvchi); allosterik markazga effektor bog‘lanib, aktivlikni o‘zgartiradi. Ko‘p fermentlarga kofaktor (Mg²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺) yoki koferment (NAD⁺, FAD, piridoksalfosfat, koferment A) kerak. Izofermentlar — bir reaksiyani tezlatuvchi, tuzilishi farq qiluvchi shakllar (laktatdegidrogenaza — beshta). Poliferment tizimlar metabolizm zanjirlarini bajaradi (piruvatdegidrogenaza kompleksi). Ferment kinetikasi — «Kataliz va fermentlar» tajribasida. Peptid gormonlar: insulin va glyukagon (me’da osti bezi), somatotropin va prolaktin (gipofiz), paratgormon va kalsitonin (Ca²⁺ almashinuvi), angiotenzin (bosim), bradikinin, gastrin, sekretin. Neyropeptidlar: enkefalinlar, endorfinlar, oksitotsin, vazopressin. Toksinlar: zamburug‘ (α-amanitin), asalari (melittin), ilon (α-bungarotoksin), chayon (xlorotoksin). Peptid antibiotiklar: gramitsidin S, polimiksin, aktinomitsin D. Hammasi «Galereya»da.
Ajratish, laboratoriya ishlari va model haqida
Oqsillarni ajratish: gomogenizatsiya, ekstraksiya, tuzlash (ammoniy sulfat: globulinlar yarim, albuminlar to‘liq to‘yinganda cho‘kadi), dializ, xromatografiya (adsorbsion, taqsimlanish, ion almashinish, affin, YuSSX — «Ekstraksiya va xromatografiya»), elektroforez (zardob oqsillari pH 8,6 da albumin, α₁, α₂, β, γ fraksiyalariga ajraladi), mass-spektrometriya. Oqsillar — amfoter polielektrolitlar (poliamfolitlar): pI dan pastda musbat, yuqorida manfiy zaryadli; pI da zanjir eng zich o‘raladi, eruvchanligi, qovushqoqligi va bo‘kishi eng kichik — kazein pH ≈ 4,6 da cho‘kadi (L5). Polielektrolitlar gidrodinamikasi, jelatinning izoelektrik nuqtasi va Donnan muvozanati — «Makromolekulalar fizikasi» tajribasida. Laboratoriya: L1 — rang reaksiyalari (ningidrin, biuret, ksantoprotein, Millon, Foll), L2 — eruvchanlik va cho‘ktirish (qizdirish, og‘ir metall tuzlari, spirt, kislota, tuz), L3 — tuxum oqidan albumin va globulinlar, L4 — tuxum va qon zardobi oqsillari, kislotali gidroliz (6 M HCl, 110 °C) va aminokislota tarkibi, L5 — sutdan kazein. Xavfsizlik: konsentrlangan HNO₃ va NaOH bilan — ko‘zoynak va qo‘lqop; Millon reaktivida simob bor — zaharli; og‘ir metall tuzlarini kanalizatsiyaga to‘kmang; ningidrin teriga bo‘yoq qoldiradi. Model: pKₐ lar 25 °C dagi jadval qiymatlari, guruhlar mustaqil; titrlash zaryad balansidan aniq hisoblanadi; elektroforezda tezlik zaryadga proporsional (o‘lcham hisobga olinmagan); sut bufer egri chizig‘i va cho‘kish egri chiziqlari — taxminiy; insulin Cα izi — cheklovlardan hisoblangan sxema, kristall koordinatalari emas; galereya modellari — sxematik «marjon».
Bilasizmi?
- Frederik Senger insulinning aminokislota ketma-ketligini aniqlagani uchun 1958-yilda, DNK ketma-ketligini o‘qish usuli uchun esa 1980-yilda Nobel mukofotini olgan — kimyo bo‘yicha ikki marta Nobel olgan birinchi olim (ikkinchisi — Barri Sharpless, 2001 va 2022).
- Laynus Poling va Robert Kori α-spiral va β-qatlam modellarini 1951-yilda taklif qilishgan — oqsil kristallarining birinchi aniq tuzilmalaridan oldin, peptid bog‘ining tekisligi va vodorod bog‘lariga asoslanib.
Tajribada nima bor
Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.
Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar
- Radikal va elektrofil mexanizm — 3-kurs
- SN1, SN2 va eliminatsiya — 3-kurs
- Aromatik halqa va azobo‘yoqlar — 3-kurs
- Karbonil birikmalar va sintez — 3-kurs
- Geterohalqalar va DNK — 3-kurs
- Makromolekulalar fizikasi — 3-kurs
- Polimerlar sintezi va kinetikasi — 3-kurs
- Polimer materiallar kimyosi — 3-kurs