1. Ana Sayfa
  2. Eğitim
  3. Protein Denince Ne anlıyoruz? Protein Yapısı Hakkında

Protein Denince Ne anlıyoruz? Protein Yapısı Hakkında

Son güncelleme: 05.06.2010 14:35
nuri deniz nuri deniz foto

  • Protein Tanımı - Proteinin Yapısı - Hücresel işlevler - Araştırma yönetmeleri Hakkında


    Proteinler, amino asitlerin zincir halinde birbirlerine bağlanmasından oluşan büyük organik bileşiklerdir. Açlık anında en son tüketilir. Kimyasal sindirimi midede başlar.

    Proteinler, amino asit yapıtaşlarından oluşan polimerlerdir. Her proteinin kendisine has özelliklerinin olmasını sağlayan özel amino asit dizilimleri vardır. Proteinlerin işlevlerinin çoğu, kendisini oluşturan amino asitlerin özelliklerinin tayin edilmesiyle anlaşılabilir. İnsandan virüse proteinlerin oluşumunda en çok kullanılan 22 çeşit amino asit vardır.

    Bu zincirde bir amino asitin karboksil grubunun bir diğerinin amino grubuna bağlanmasıyla oluşan bağ peptit bağı olarak adlandırılır. Her proteindeki amino asit dizisinin sırası bir gen tarafından tanımlanır ve genetik kod ile kodlanmıştır. Genetik kod 22 "standart" amino asit tanımlasa da proteinlerdeki amino asitler çevrim sonrası değişimle kimyasal olarak değişikliğe uğrar. Bu değişimler ya proteinin işlev görmeye başlamasından önce gerçekleşir ya da kontrol mekanizmalarının parçası olarak, proteinin işlevini değiştirmek için olur. Proteinler belli işlevleri yerine getirmek için beraberce de çalışabilirler ve bazıları bir araya gelip kararlı kompleksler oluşturabilir.

    Polisakkaritler, nükleik asitler ve yağlar gibi biyolojik makromoleküllere benzer şekilde, proteinler de canlı organizmaların temel bileşenlerindendir ve hücrelerin içindeki her süreçte yer alırlar. Çoğu protein, biyokimyasal tepkimelerde katalizör işlevi olan enzimlerdir ve metabolizma için yaşamsal bir role sahiptir. Başka proteinlerin ise yapısal veya mekanik işlevleri vardır: örneğin hücre iskeletindeki proteinler, hücrenin şeklini koruması için bir iskele görevi yaparlar. Proteinler hücre haberleşmesi, bağışıklık yanıtı, hücre tutunması ve hücre bölünme döngüsünde yer alır.

    Protein, beslenmemizin önemli bir parçasıdır. Hayvanlar her amino asiti sentezleyemediklerinden, zorunlu (esansiyel) aminoasitleri gıda yoluyla almak zorundadırlar. Sindirimde hayvanlar yedikleri proteini serbest amino asitlere parçalayıp bunlarla yeni proteinler sentezler.

    "Protein" sözcüğünün kaynağı, Yunanca'nın "birincil öneme sahip" anlamını taşıyan πρώτα (prota) sözcüğüdür. Bu isim, proteinleri 1838'de ilk tanımlayan Jöns Jakob Berzelius tarafından verilmiştir. 1926'da James B. Sumner'in üreaz enziminin bir protein olduğunu göstermesine kadar, proteinlerin canlılar için ne derece önemli olduğu tam anlaşılmamıştır. Yapısı çözülen ilk proteinler arasında insülin ve miyoglobin bulunur ki, insülin için Sir Frederick Sanger 1958'de, miyoglobin için de Max Perutz ve Sir John Cowdery Kendrew 1962'de Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır.[1] Her iki protein de kırınım analizi ile üç boyutlu yapıları çözümlenen ilk proteinlerdendir.[2]



    Biyokimya
    Ana maddeler: Amino asit ve peptit bağı

    Amino asitleri birleştiren peptit bağının rezonans yapısı.
    Birbirine peptit bağıyla bağlanmış serin ve alanin birimlerini gösteren bir protein yapısı kesiti. Karbonlar beyaz renklidirve daha sade görünüm için hidrojenler çıkarılmıştır.Proteinler, 20 farklı L-alfa-amino asitten oluşmuş lineer polimerlerdir. Tüm amino asitler, bir alfa karbonuna birer karboksil ve amino grubu ve bir yan zincirin bağlanıyor olması gibi ortak yapısal özelliklere sahiptir. Bir tek prolin, yan zincirinin amino grubuyla bir halka oluşturması yüzünden biraz farklılık gösterir: bu yüzden, CO-NH amit dizisi sabit bir şekle zorlanır.[3] Standart amino asitlerin listesinde ayrıntıları verilmiş olan yan zincirlerin farklı kimyasal özellikleri proteinlerin üç boyutlu yapısını belirler ve dolayısıyla protein işlevine etki eder. Bir polipeptit zincirdeki amino asitler bir dehidrasyon tepkimesi sonucu oluşan peptit bağı ile birbirlerine bağlanırlar. Protein zincirine dahil olmuş amino asit birimlerine "kalıntı" (residue); karbon, azot ve oksijen atomlarından oluşan tekrarlayan diziye de "ana zincir" ya da "protein omurgası" denir. Peptit bağının iki rezonans formu vardır ve bunlar ona kısmî çift bağ özelliği kazandırarak, ekseni etrafında dönmesini engeller. Bu yüzden de alfa karbonlar eşdüzlemseldir. Peptit bağdaki diğer iki dihedral açı protein omurgasının yerel şeklini belirler.

    Her bir amino asitin kimyasal yapısı nedeniyle, protein zincirinin bir yönü vardır. Proteinin serbest bir karboksil grubuna sahip olan ucu, "karboksi ucu" (C ucu) ya da "karboksi terminali" (C terminali); serbest bir amino grubu olan ucu ise "amino ucu" (N ucu) ya da "amino terminali" (N terminali) olarak adlandırılır.

    "Protein", "polipeptit" ve "peptit" sözcüklerinin kullanımında bir muğlaklık vardır. "Protein" genelde kararlı bir şekle sahip olan bütün biyolojik molekül için kullanılır. "Peptit" ise genelde kararlı bir üç boyutlu yapıya sahip olmayan, kısa amino asit oligomerleri için kullanılır. Ancak bu iki terim arasındaki sınır belirsizdir ve genelde 20-30 kalıntı dolayındadır.[4] "Polipeptit"se, uzunluğundan bağımsız olarak, herhangi bir amino asit zinciri için kullanılır ve sıklıkla da tanımlı tek bir biçimin olmadığına işaret eder.

    Sentez
    Ana madde: protein sentezi
    Proteinler genlerde kodlanmış bilgiye dayanarak amino asitlerden inşa olurlar. Her proteinin, kendisini kodlayan gendeki nükleotit dizisi tarafından belirlenen, kendine has bir amino asit dizini vardır. Genetik kod, kodon olarak adlandırılan üç nükleotitlik dizinlerden oluşan bir kümedir, her üç nükleotitli kombinasyon bir amino asite karşılık gelir, örneğin ATG metionine kaşılık gelir. DNA dört nükleotitten oluştuğu için tüm kodonların sayısı 64'tür, dolayısıyla genetik kod bir miktar tekrar içerir ve bazı amino asitler birden fazla kodon tarafından belirlenir. DNA'da kodlanmış genler önce RNA polimeraz gibi bir protein tarafından transkripsiyon yoluyla bir ön mesajcı RNA (pre-mRNA) molekülünün sentezlenmesi şeklinde okunurlar. Çoğu canlı sonra bu pre-mRNA'yı çeşitli transkripsiyon sonrası değişim biçimleriyle (post-transcriptional modification) işlemden geçirip olgun mRNA oluştururlar, bu da protein sentezi için ribozom tarafından bir şablon olarak kullanılır. Prokaryotlarda mRNA üretildikten hemen sonra kullanılabilir veya bir ribozom tarafından bağlanılır. Buna karşın ökaryotlar mRNA'yı hücre çekirdeğinde imal ettikten sonra onu çekirdek zarından sitoplazmaya aktarırlar, protein sentezi orada yer alır. Prokaryotlarda protein sentezi ökaryotlardan dah hızlıdır ve saniyede 20 amino asiti bulabilir.[5]

    Bir proteinin bir mRNA şablonundan sentezlenmesine translasyon denir. Ribozoma yüklenen mRNA dizinindeki her kodon, üçer nükleititlik birimler yani kodonlar olarak okunur. Bu işlemde o kodona karşılık gelen amino asiti taşıyan bir taşıyıcı RNA molekülünde bulunan antikodon ile mRNA'daki kodon baz eşleşmesi yoluyla eşleştirilir. Aminoasil tRNA sentetaz adı verilen enzim tRNA moleküllerine doğru amino asidi "yükler". Bu sentez sırasında Uzamakta olan polipeptide doğan zincir (İngilizce nascent chain) denir. Proteinler hep N-terminus'tan C-terminus'a doğru uzarlar.

    Sentezlenen bir proteinin büyüklüğü dalton birimi (atom kütlesi ile eş anlamlıdır) veya ondan türemiş kilodalton (kDa) ile ifade edilen moleküler kütlesiyle ölçülebilir. Büyüklüğünü belirtmenin bir diğer yolu onu oluşturan amino asitlerin sayısıyladır. Maya proteinleri ortalama 466 amino asit uzunluğunda ve 53 kDA ağırlığındadır.[4] En büyük proteinler kas sarkomerinde bulunan titinlerdir, bunların moleküler kütlesi nerdeyse 3000 kDA ve toplum uzunluğu nerdeyse 27000 amino asittir.[6]

    Kimyasal sentez
    Kısa proteinler laboratuvarda kimyasal yolla da sentezlenebilir. Peptit sentezi olarak adlandırılan yöntemler, kimyasal bağlama (ligation) gibi organik sentez tekniklerine dayandırılmıştır. Kimyasal sentez yoluyla polipeptit zincirlerine doğal olmayan aminoasitlerin de dahil edilmesi mümkündür, örneğin amino asit yan zincirlerine flüoresan işaretler takılabilir. Bu yöntemler laboratuvar biyokimyası ve hücre biyolojisi araştırmalarında faydalıdır ama genelde ticari uygulamalarda kullanılmazlar. 300 amino asitten uzun polipeptitler için kimyasal sentez verimsizdir ve sentezlenmiş protein kendiliğinden doğadaki üç boyutlu şeklini kazanmayabilir. Çoğu kimyasal sentez yöntemi, biyolojik reaksiyonun tersi yönde, yani C-uçtan N-uca doğru ilerler.

    Proteinlerin yapısı
    Ana madde: Protein yapısı

    Trioz fosfat izomeraz enziminin üç boyutlu yapısının üç farklı gösterimi. Solda, atom tipine göre renklendirilmiş tüm-atomlu gösterim. Ortada, ikincil yapı türlerine göre renklendirilmiş protein omurga şeklinin şematik gösterimi. Sağda, kalıntı tiplerine göre renklendirilmiş (asit kalıntılar kırmızı, bazik kalıntılar mavi, polar kalıntılar yeşil, nonpolar kalıntılar beyaz), çözücü tarafından erişilir yüzey gösterimiÇoğu protein katlanarak kendine has üç boyutlu bir yapıyla şekil alır. Proteinin doğal olarak katlanıp oluşturduğu şekle onun doğal hali denir. Çoğu proteın kendini olşturan amino asitlerin yapısal eğilimleri yoluyla yardım görmeden katlanabilirse de, diğerleri doğal hallerine elde edecek sekilde katlanabilmek için moleküler şaperonlara gereksinim duyarlar. Biyokimyacılar çoğu zaman protein yapısının dört ayrı yönüne değinirler:

    Birincil yapı(primer yapı): amino asit dizini.
    İkincil yapı(seconder yapı): hidrojen bağları ile kararlı kılınan, düzenli tekrarlanan yerel yapılardır. Bunların en yaygın örnekleri alfa sarmalı (alpha helix) ve beta yaprağıdır (beta sheet).[7] İkincil yapılar yerel olduğu için bir proteinin içinde farklı ikincil yapılara sahip pek çok bölge olabilir.
    Üçüncül yapı(tersiyer yapı): tek bir proteinin tamamının şekli, ikincil yapıların birbirleriyle olan uzaysal ilişkisi. Üçüncül yapı genelde yerel olmaya etkileşimler tarafından kararlı kılınır, bu en yaygın olarak bir hidrofobik çekirdeğin oluşmasıyla olur ama tuz köprüleri, hidrojen bağları, disülfür bağları ve hatta çevrim sonrası değişimler (İng. post-translational modifications) de olur. Üçüncül yapı ile katlama (İngilizce fold) eş anlamlıdır.
    Dördüncül yapı(kuaterner yapı): Birden fazla protein molekülünün birbiriye etkileşmesiyle oluşan yapının şekline denir. Bu bağlamda söz konusu proteinlerin bir protein kompleksinin altbirimleri olduğu söylenir.
    Yapıyı oluşturan bu seviyelere ek olarak, proteinler işlevlerini görürken birbiriyle ilişkili bir yapıdan başka bir yapıya geçmeleri de protein yapısının bir diğer boyutunu oluşturur. Bu işlevsel yeniden yapılanmaların söz ederken bu üçüncül veya dördüncül yapılarına proteinin "konformasyonları" denir ve bunlar arasındaki geçişlere konformasyonal değişim adı verilir. Bu tür değişimler çoğu zaman bir substrat molekülün bir enzime bağlanmasıyla tetiklenir.


    Çeşitli proteinlerin birbirine göreceli boylarını gösteren moleküler yüzeyleri. Soldan sağa: Antikor (IgG), Hemoglobin, İnsülin (bir hormon), Adenylate kinaz (bir enzim), ve Glutamin sentetaz (bir enzim).Tipik olarak görülen üçüncül yapılarla ilintili olarak proteinler kabaca üç ana sınıfa ayrılabilirler: küresel (globüler) proteinler, lifli (fibröz) proteinler ve zar (membran) proteinleri. Hemen bütün globüler proteinler suda çözünür ve çoğu enzimdir. Fibröz proteinler çoğunlukla yapısaldırlar; zar proteinleri ise sıkça reseptör olarak görev yapar veya suda çözünen küçük moleküllerin hücre zarından geçmeleri için kanal oluştururlar.

    Proteinlerin içinde yer alan özel bir hidrojen bağı türüne dehidron denir, bunlar su molekülü saldırısından korunaklıdır ve kendi dehidrasyonlarını sağlarlar. Proteinlerin yapısının bozulmasına DENATÜRASYON denir. Yapısının eski haline dönmesine RENATÜRASYON
#05.06.2010 14:35 0 0 0