ІІ. Негізгі бөлім. Ақуыз фолдингі. Шаперондар

І. Кіріспе.

ІІ. Негізгі бөлім.  

2.1. Ақуыз фолдингі.Шаперондар

2.2. Протеолиз немесе ақуыздың ыдырауы

2.3. Ақуыз типі мен оның қызметі

2.4.Биоинженерлік жүйелердегі ақуыздың қате фолдингі мүмкіндігін төмендету

IV.Қорытынды.

V. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі.

Кіріспе

Фолдингті қамтамасыз ету үшін шаперон деп аталатын қосалқы белоктар тобы қолданылады. Олар қоныстанған ақуыздардың бір-бірімен өзара әрекеттесуін болдырмайды, ақуыздардың гидрофобтық учаскелерін цитоплазмадан оқшаулайды және оларды молекуланың ішіне "алып тастайды", ақуыз домендерін дұрыс орналастырады. Фолдинг-шаперондары ақуыздардың дұрыс конформация қабылдауына көмектеседі. Олардың көбісі кішігірім қанттық немесе петидтік негіздерден тұрады.Шаперондар-рефолдингке бақылау жүргізеді.Рефолдинг-қайтадан құрылу деген мағына береді.Шаперондар жасуша ішілік тасымалдауға қатысады.

3

Ақуыз фолдингі

Фолдинг-бұл полипептидті тізбекті дұрыс үш өлшемді кеңістіктік құрылымға салу процесі. Фолдингті қамтамасыз ету үшін шаперон деп аталатын қосалқы белоктар тобы қолданылады. Олар қоныстанған ақуыздардың бір-бірімен өзара әрекеттесуін болдырмайды, ақуыздардың гидрофобтық учаскелерін цитоплазмадан оқшаулайды және оларды молекуланың ішіне "алып тастайды", ақуыз домендерін дұрыс орналастырады. Шаперондар құрылысы мен функциясы бойынша гомологиялық ақуыздардан тұратын, экспрессия сипаты мен клетканың әр түрлі компартенттерінде бар.

Амин қышқылдарының орналасу реті ақуыз молекуласының пішінін анықтайтын жалғыз белгі емес. Жасушада ақуыздың фолдингіне белсене қатысатын арнаулы молекулалар да болады. Осындай ақуыз фолдингіне қатысатын молекулалар жиынтықтарын бірнеше типтерге бөледі. Мысалы, ақуыз фолдингіқарқынын арттыратын молекулалар – фолдинг катализаторлары деп аталса, ақуыз пішінін өзгертуге ат салысатындары – фолдинг шаперондары делінеді. Осындай шаперондік роль атқаратын молекулаларының төрт типі белгілі:

1.Ақуыздардың дұрыс фолдингін қамтамасыз ететін молекулалар (фолдингшаперондары – folding chaperones)

2. Жартылай ұйыған ақуыз молекуласын білгілі бір қалыпта ұстап тұру үшін жаратылған молекулалар (ұстап тұрғыш шаперондар - holding chaperones)

3.Дұрыс емес пішінді ақуыздарды айналдыратын шаперондар (дезагрегациялаушы шаперондар – disaggregating chaperones)

4. Жасушалар мембраналары арқылы тасымалданатын ақуыздарға ілесетін шаперондар (секреторлық шаперондар – secretory chaperones).

Фолдинг-шаперондары ақуыздардың дұрыс конформация қабылдауына көмектеседі. Олардың көбісі кішігірім қанттық немесе петидтік негіздерден тұрады. Фолдиг шаперондары молекулаларының атқаратын қызметтеріне түсіндірме жасау үшін, зауыттағы жинау конвейерінің жұмыс істеу ретін мысалға келтірейік. Айталық, қандай да бір қондырғының жиналуы барысында, олардың бөлшектерінің қозғалмай тұруы үшін, қатырма (фиксатор) ретінде арнайы тартқыштар, бекіткіштер, скобалар сияқты қосалқы заттар қолданылады. Қондырғыны жинастырудың келесі кезеңінде, жаңағы қосалқы заттар қажетсіз болып қалып, қондырғының басқа бір бөлігін бекіту үшін қажет болатын қосымша заттар (қысқыштар, жапсырғыштар, түйрегіштер жəне т.б. тəрізді) пайдаланылуы мүмкін. Көлемі шағын келетін фолдинг-шаперон молекулалары, ақуыз синтезі конвейерінде

4

жүретін əртүрлі кезеңдерінде осындай лайықты қызметтерін атқарып отырады. Егерде ақуыздар қажетті пішіндерін алмаған болса, бұл шаперондардың тиісті қызметтерін атқармағандығын білдіреді жəне қосындылар (включений) деп аталатын ерімейтін агрегаттар түрінде жинақтала береді. Жасуша құрамында су мөлшері көп болатыны белгілі. Мұның ішіндегі молекулалар көбінесе зарядталған, яғни гидрофильді болып келсе, ал зарядталмағандары гидрофобты деп аталады. Ұзына бойына тізбектеле орналасқан ақуыз құрылымында гидрофильді бөліктері мен гидрофобты тұстары да кездеседі. Сулы орта жағдайында ақуыздың гидрофобты жасушалы бөлігі ақуыз молекуласының ішкі жағына қарай ығысып, сырт жаққа гидрофильді бөліктерін қояды жəне олар су молекулаларымен əрекетке түседі. Көлемі шағын келетін фолдинг-шаперон молекулаларының негізгі қызметтері – ақуыздың гидрофобты бетімен əрекетке түсу арқылы оларды зарядтау, немесе керісінше – қажетті жағдайда зарядталған бөліктерін бүркеу арқылы ақуыздардың дұрыс пішінге ие болуларын қамтамасыз ету. Ұстап тұрғыш шаперондар, фолдинг шаперондары босап, ақуыздармен өз қызметтерін бастағанға дейін, ақуыздарды тұтып-сақтап тұратын резервуар қызметін атқарады. Ұстап тұрғыш шаперондары, жасуша ішіндегі жағдай ақуыздың дұрыс фолдингін қамтамасыз ете алатын дəрежеге жеткенше, ақуыздарға қажетті химиялық жəне жылулық ортаны жасап тұрады. Бұл, жасушаның ақуыздың қате фолдингінің жүрмеуін қамтамасыз ету үшін пайдаланатын механизмдерінің біреуі. Екінші механизмі дезагрегациялаушы шаперондарды пайдалануға байланысты. Дезагрегациялаушы шаперондар қате фолдинг жүрген ақуыздарды (дұрыс түзілмеген) рефолдинг (қайта шешу) қызметін атқарады. Олар жасушадағы дұрыс түзілмеген ақуыздарды бақылап, қажетсіз өнімдерден тазарту (утилизация) қызметін атқарады. Осындай механизмнің бар болғанымен, жасушада ақуыздардың белгілі бір пайызы қажетсіз қалдық қосындылары (включений) ретінде жиналып қалады. Мұндай қалдықтар жасушада кішігірім тығыз түйіршіктер ретінде байқалып тұрады.

1.Көптеген ағзаларда болады: бактериядан адамға дейін; 

5

2.Көбісі жылылық шокты ақуыз деп атайды (hsp); 

Ақуыз метаболизмін қадағалайтын жасушалық жүйе, құрамындағы амин қышқылдарын қайта пайдалану мақсатында ақуыздарды ыдырату қызметіне ие болады. Ақуыздардың ыдырауы – протеолиз деп аталады. Ыдырауға тиесілі көптеген ақуыздар бірнеше рет фолдингке жəне рефолдингке ұшыратылады. Ақуыз протеолизіне қатысатын ферменттер – протеолетикалық ферменттер деп аталады жəне олар протеасома түзеді. Көбінесе бұлар ақуыздарды кішігірім бөлшектерге кесуге арналған, цилиндр пішінді құрылымдар болып келеді. Протеолетикалық ферменттер жасуша ішінде бұрыс (аномальді) полипептидтерінің жинақталып қалуының алдын алады жəне амин қышқылдарын түзуге қажетті энергия көздерін сақтайды. Эукариотикалық жүйелерде, ақуыздардың ыдырауы алдында, олардың маркировкасы жүреді. Эукариотикалық жүйелерінде маркерлер барлық жерлерінде кездесуі себепті – убиквитиндер (ағылш. Ubiquitous – кездескіш, барлық жерде болғыш) деген атқа ие болды. Протеолетикалық ферменттерінің нысанасы болып табылатын көптеген ақуыздары, қоршаған ортаның қолайсыз (стрестік) жағдайларының əсерінен ыдырауға ұшырайды. Сонымен бірге əубастан қате фолдингі жүрген ақуыздар да ыдыратылады. Кейбір ақуыздар аз өмір сүру уақытына ие болады.

Төменде жасушаның ақуыз түзілуіндегі, ақуыздың дұрыс фолдингі жəне олардың ыдырау үдерістерінде өтетін іс-қимылдарының барысы беріледі:

6

1. Ақуыздың түзілуі қоршаған орта жағдайлары мұны қажет еткен жағдайда ғана жүреді.

3. мРНҚ жасушалық ферменттер арқылы «редакцияланады».

4. Пайда болған ақуыздар, қоршаған ортаның жағдайы ақуыздың дұрыс фолдингін қамтамасыз ете алғанға дейін, арнаулы шаперондармен тұтылып тұрылады.

5. Фолдинг-шаперондары ақуыздардың дұрыс фолдингі үшін қажет.

6. Егерде ақуыз фолдингі дұрыс жүрмеген болса, дезагрегациялаушы шаперондары оларды жазып (ашып), қайтадан дұрыс конформация алуына мүмкіндік жасайды.

7. Көптеген ақуыздар мембранаға тіркесу үшін, рефолдингке ұшырауы қажет болады.

8. Секреторлық шаперондары жасушадан шығарылуы алдында, ақуыз құрамына кіретін арнайы амин қышқылдық ретімен байланысуы қажет.

9. Қартайған немесе қате фолдингі жүрген ақуыздары, убиквитиндермен тіркеседі жəне протеасоманың қатысуымен ыдыратылады.

      Ақуыздар әр түрлі себептердің әсерінен (қызып кету, сәулелену, оксиданттардың әсері) өзінің нативті конформациясын жоғалтуы мүмкін, яғни жарым жартылай немесе толығымен денатурацияланады. Денатурация – белоктың табиғи құрылымының бұзылуы. Бұндай ақуыздар шаперондардың белсенді көмегі кезінде рефолдингке немесе ренатурацияға ұшырауы мүмкін. Егер клетка ұзақ стрессті жағдайда болса, шаперондардың синтезі артады. 
Ақуыздарды, клетка ішілік тасымалдауының кейбір түрлеріне шаперондар қатысады (лизосомаларда, митохондрияда). Лизосомаларға, өзінің мезгілін өтеген және рефолдингке берілмейтін ақуыздар түседі. Митохондрияларға жаңадан синтезделген ақуыздар апарылады. . Мида конформациясы дұрыс емес прионды ақуыздар бар, бірақ кейбір ауруларда оның конформациясы өзгереді және бұл ақуыз – прион немесеақуызды жұқпалы бөлшек деп аталады. Приондар, конформациясын өзгертуге мәжбүр етеді және басқа ақуыздар, яғни антишаперондар ролін атқарады және фолдингті керісінше өткізеді. 
    Нәтижесінде, бірнеше жылдан соң адамды немесе жануарды өлімге әкелетін ауру жетіледі. Көптеген жасушаішілік ақуыздарда олардың бір-бірімен бірігіп әсер ететін, «серіктестерінің» саны аз, бір ғана болуы да мүмкін. Мысал ретінде, рецептор және оның лигандаларын жатқызуға болады, олар бір-бірімен кілт және құлып сияқты сәйкес келеді. Басқа рецептор типтеріне бұл лигандалар сәйкес келмейді, және әрбір рецептор өзіне құрылым жағынан жақын лигандаларын немесе заттарын белсендіреді.

7

Бұдан шаперондардың ерекшелігі әртүрлі жұмыстарды орындауы үшін, ақуыздың кең айналымымен әсерлеседі. Мысалы, жаңатүзілген аминқышқылдары тізбегінің дұрыс кеңістіктік конфигурацияны қабылдауға көмектеседі, зақымданған ақуыз малекулаларын жинақтайды, ақуыздарды әртүрлі қауіптерден қорғай отырып керек орындарға тасымалдайды.

Төменде жасушаның ақуыз түзілуіндегі, ақуыздың дұрыс фолдингі жəне олардың ыдырау үдерістерінде өтетін іс-қимылдарының барысы беріледі:

1. Ақуыздың түзілуі қоршаған орта жағдайлары мұны қажет еткен жағдайда ғана жүреді.

2. Көптеген гендер бірнеше ақуыздарды коделейді. ДНҚ матрицасында синтезделетін мРНҚ өте көптеген кодондарға ие болуы мүмкін, сондықтан дұрыс құрылымды ақуызы түзілуі үшін ол «редакциялануы» қажет.

3. мРНҚ жасушалық ферменттер арқылы «редакцияланады».

4. Пайда болған ақуыздар, қоршаған ортаның жағдайы ақуыздың дұрыс фолдингін қамтамасыз ете алғанға дейін, арнаулы шаперондармен тұтылып тұрылады.

5. Фолдинг-шаперондары ақуыздардың дұрыс фолдингі үшін қажет.

6. Егерде ақуыз фолдингі дұрыс жүрмеген болса, дезагрегациялаушы шаперондары оларды жазып (ашып), қайтадан дұрыс конформация алуына мүмкіндік жасайды.

7. Көптеген ақуыздар мембранаға тіркесу үшін, рефолдингке ұшырауы қажет болады.

8. Секреторлық шаперондары жасушадан шығарылуы алдында, ақуыз құрамына кіретін арнайы амин қышқылдық ретімен байланысуы қажет.

9. Қартайған немесе қате фолдингі жүрген ақуыздары, убиквитиндермен тіркеседі жəне протеасоманың қатысуымен ыдыратылады.

Ақуыз типі мен оның қызметі

Протоем – жасушадағы барлық ақуыздар бірлігі. Бұрынғы көптеген ғылыми жұмыстарында əрбір жасуша протоемын жекелей сипаттап беруге талпыныстар жасалған болатын. Протоем сараптауы қазіргі компютерлік технологияларды пайдалану мүмкіндігінің өзінде де өте күрделі жұмыс бо-

8

лып табылады жəне əрдайым сирек ақуыз түрлерін анықтауға мүмкіндік бере бермейді. Протеомиканың мақсаты – ДНҚ-чипіне ұқсас микросараптауларын жасау. ДНҚ-чипінде матрикске бекітілген (байланған) белгілі жасушаның гені болатыны белгілі. Матрикске байланған гендер екі үзікті (цепь) ДНҚ молекуласының тек бір үзігі ғана чиптің құрамына кіретіндей болып денатурацияға ұшырайды. Мұнда, ДНҚ-ның бір үзігі екінші үзігін комплементарлық принципі бойынша байлап тұрады. Комплементарлық үзікке белгіні «тігу» арқылы чиптегі генді байқауға болады. Алайда, ақуызда ДНҚ молекуласындағы комплементарлық үзігіне ұқсас нəрсе жоқ. Чиптегі əртүрлі ақуыздарды түстеп-тану (идентификация) үшін, олардағы əрбір жеке ақуызға арналған моноклональді антиденелері қажет болады. Протеомадағы көптеген санды ақуыздардың қызметтерін анықтау – биоинженерлердің жақын болашақта зерттеуі қажет болатын үлкен жұмыстары қатарына жатады.ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтер реттілігін анықтаудың да маңызы жоғары, өйткені қызметтері ұқсас келетін коделенетін ақуыздар, туыстық картасы бойынша бір-біріне жақын орналасады. Кейбір жағдайларда, қарапайым ағзаларда бір-біріне жақын орналасқан гендер, эволюциялық тұрғыдан жоғары дамыған түрлерде – алыс орналасады. Антисенс-технологиясын қолданып (антимағыналы реттілігін қолдану) гендерді ажырату мүмкіндігі белгілі-бір ген коделейтін ақуыздың қандай қызмет атқаратындығын анықтауға мүмкіндік береді. Антисенс-технологиясын қолдану нəтижесінде, осы жүйеге РНҚ молекуласын, комплементарлы мРНҚ молекулаларын ендіру арқылы, мРНҚ-ның дезактивизациясы жүреді. Мұнда ақуыз синтезінің алдын алып, РНҚ-ның комплементарлық молекуласы, мРНҚ-ның бір үзікті молекуласымен байланысқа түседі. Осындай сараптаулар жүргізу үшін көптеген мəліметтер қоры (базасы) жасақталған. Осындай қорлар арасынан Шиковски бастаған бір топ ғалымдардың (2000 ж) жасаған ашытқылардағы ақуыз-ақуыз жүйесін айтуға болады. Осындай жүйелерді пайдалану арқылы жасалған сараптаулар нəтижесінде, əлі де толық сипатталмаған ақуыздардың қызметтерін анықтауға мүмкіндіктер туылады.

Ақуыз өндіру бағытындағы биоинженерлік жұмыстарында ең өзекті мəселелерінің бірі ретінде геном бактерияларына енгізілетін гендерінің дұрыс жұмыс істеуін қамтамасыз ету, яғни ақуыздың дұрыс фолдингін қамтамасыз ететін трансляция мен транскрипция үдерістерінің қалыпты жүретіндіктеріне көз жеткізуді айтуға болады. Сондықтан, ақуыз фолдингі

9

жүретін бағыттың дұрыс қалыптасуын қамтамасыз ету қажет. Қазіргі кезде ғылымға ақуыздың қате фолдингісінің алдын алудың жолдары белгілі болды. Микроорганизмдерді қажетті өнім шығаруға бейімдеудегі басты кедергі, оларды табиғатына жат құбылыс – эукариотты ақуыздарды синтездеуге бағыттау болып табылады. Қажетті ақуыздың синтезін жүргізу үшін, көбінесе вектор ретінде қолданылатын плазмида немесе вирустардың көмегімен белгілі бір ДНҚ реттілігін бактерияға енгізгеннен кейін, ақуыз синтезіне жауапты гендерінің транскрипциясы, бактериялды жасушасының өзіндік механизмі арқылы жүзеге асырылатынын есімізде ұстайық. Мұндағы синтезі жүретін ақуыз – жасушалық ортаға жат болып табылады. Сондықтан ақуыздың қате фолдингі мəселесінің болуы күтілмеген жағдай емес. Осы мəселені шешу мақсатында қолдануға болатын бірнеше əдістер бар. Мұның біріншісі ретінде – ақуыз синтезінің қарқындылығын төмендетуге бағытталған жұмысты айтуға болады. Ақуыздың аса көп өндірілуі – жасуша үшін негізгі стресс-фактор болып табылады жəне мұның нəтижесінде қате фолдингінің жүру мүмкіндігі де артады. Сонымен бірге, мысалы, қоректік ортаның температурасын төмендету арқылы, өсіру жағдайын да өзгертуіңізге болады. Басқа бір жолы ретінде – фолдинг регуляциясын коделейтін гендерді ендіруді айтуға болады. Мұнда жасушадағы фолдинг регуляциясына жауапты гендері, ақуыз түзілуіне жауапты құрылымдық гендерімен бірге экспрессиялануы қажет. Егер де, жасушада фолдинг регуляторларының гендері көп болса, ақуыз фолдингінің тиімділігі мен дəлдігі де артады. Сонымен бірге, молекула секрециясының тиімділігін – секрецияға қатысатын шаперондардың пайда болуына жауап беретін гендерді ендіру арқылы да арттыруға болады. Мұндағы тағы бір айта кететін жайт – бұл шаперондар жасушадан ақуызды шығаруды қамтамасыз етеді. Осындай жолмен шығарылған ақуыздарды қажетті мақсатта пайдалану үшін жинақтап алуға болады. Мұндай ақуыздарда арнайы амин қышқылдық орналасу реті болатынын еске түсірейік. Осы реттілікпен секреторлық шаперондары байланысады. Секреторлық шаперондары ақуыздардың жасушалық мембраналарынан өтуін қамтамасыз етеді. Сөйтіп, ақуыздардағы сигналдық реттілігінің болуы, олардың жасушадан секрециялануына жəрдемдеседі. Ақуыздардың қате фолдингісінің жүру мүмкіндігі қоршаған ортаның кейбір факторларының əсеріне, мысалы ыстықтық қолайсыздығына (стресіне) байланысты артады. Ақуыз синтезінің қарқынды түрде жүру нəтижесі, олардың қате фолдингі мүмкіндігіне де алып келеді.

Қорытынды

Жалпы қорытындылай келе,ақуыз фолдингі үшін қатаң түрде мынадай шарттар қажет: бастапқы құрылым,яғни бірінші реттік құрылым, нақты физикалық-химиялық жағдайлар, сондай -ақ қосалқы ақуыздардың екі тобы-спецификалық жұмыс істейтін ферменттер және спецификалық емес жұмыс істейтін шаперондар. Ақуыз фолдингін зерттеу — бұл қазіргі заманғы биохимия мен молекулалық микробиологияның,нанотехнологияның маңызды мәселелерінің бірі, сонымен қатар фолдинг процесін зерттеу бізге көптеген қатерлі аурулармен күресуге мүмкіндік береді.Мысалға, Альцгеймер, Паркинсон,II типті диабет,Крейтцфельдт — Якоб ауруы (сиыр құтыру) және склероз сияқты ауыр ауруларды жақсы түсінуге және емдеуге мүмкіндік береді.

11

Қолданылған әдебиеттер тізімі:

2..А.Н.Огурцов.,Бионанотехнология Харьков НТУ «ХПИ» 2012

3.↑http://emirsaba.org/pdfview/ouli-azastan-respublikasi-bilim-jene-filim-ministrligi-bekitke.html

4. ↑ http://coolnew.ru/folding-belkov.html?page=16