PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI

Transkript

1 PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI

2 PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI

3 PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI 1-Primer Yapı (1 o ) 2-Sekonder Yapı (2 o ) -Alfa heliks -Beta kırmalı tabaka -Beta bendler (kıvrım, dirsek) -Tesadüfi kıvrılmalar(random coil) 3-Tersiyer Yapı (3 o ) 4-Kuarterner Yapı (4 o )

4 1-Primer Yapı (1 o ) H 2 N ( Amino asitler ) n COOH Protein yapısında bir düzen yer alan AA lerin, cins sayı sıra içerisinde peptid bağları ile bağlanması Protein sekansı

5 Primer Yapı = Protein Sekansı AMĠNO ASĠT SIRALAMASI Her protein için spesifik DNA nın nükleotid sekansı (genetik bilgi) na göre belirlenir AA dizileri N-terminal C-terminal yönünde okunur

6 2- Sekonder Yapı (2 o ) (PAULING ve COREY, 1951) Primer yapıda birbirine yakın olan AAlerin, molekül içindeki düzenli ya da düzensiz ilişkileri

7 Düzenli ilişkiler: periyodik olarak tekrarlanan yapılar -heliks -kırmalı tabaka Düzensiz ilişkiler: random coil (tesadüfi kıvrılmalar)

8 Sekonder Yapıyı Oluşturan Bağlar - Disülfid Bağları - Hidrojen Bağları Disülfid Bağı: Sistein rezidüleri arasında kovalent bağ R CH 2 S S CH 2 R Cys Cys

9 Hidrojen Bağları () H atomları ile (-) O atomları arasındaki elektrostatik çekim gücü Polipeptid zincirleri içinde veya arasında, polar ve yüksüz, -OH, -NH, -NH 2 grupları ile -C=O arasında medana gelir Protein yüzeyinde bulunan polar gruplar ile su molekülleri arasında da oluşabilir Düşük enerjili zayıf bağlar ömrü kısa( 1x10-9 sn) Sayıları çok stabilite

10 yan zincir -Heliks Yapısı Çubuğa benzer bir yapı Polipeptid zinciri bir ana eksen etrafında kıvrılarak devam eder Peptid bağları ve -Catomu (eksene paralel) polipeptid zincirin iskeletini oluşturur -C üzerindeki R grupları, heliksin merkezinden dışına

11 H bağı -Heliks in Özellikleri 3.6 AA rezidü 5.4 A o AA Rezidü = 1.5 A Her AA,heliks ekseni boyunca birbirinden 1.5 A uzaklıkta bulunur 3.6 AA Rezidü / Dönüş Her AA, 100 açı yapar Heliksin her dönüşünde (360 ), 3.6 AA bulunur Heliks Yüksekliği = 5.4 A Heliksin bir tam dönüş yapmasıyla gidilen uzaklık 1.5 A x 3.6 AA = 5.4 A

12 -Heliks Eksenine Üst Bakış 1.5 A 5.4 A Primer yapıda aralarında 3-4 AA lik uzaklık bulunan AAler, -heliks ekseninde birbirine en yakındır

13 -Heliks Yapısında Hidrojen Bağları H bağı H bağı H bağı Hidrojen bağları, zincir içinde oluşur Heliks zincirindeki tüm peptid bağları hidrojen bağı oluşumuna katılır O 1.AA rezidü-nh 4.AA rezidü-c=o Ardışık olarak H bağları oluşur (- N -C-) H

14 -Heliks Yapısında Stabilite Bir polipeptid zinciri için: - en düşük enerjili - en kararlı - en dayanıklı yapı -Heliks (spontan oluşur) G = negatif H bağları, sayılarının çokluğu nedeniyle heliksin dayanıklılığını artırır Heliks zincirinin iç kısmında su molekülü yoktur

15 -Heliks Yapısında Stabilite Stabiliteyi artıran AAler Nötral AAler Stabiliteyi Azaltan AAler Yüklü/büyük yapılı AAler Stabiliteyi sonlandıran AAler GLY:küçük yapı ALA ASN ARG VAL PRO: Sert-yarı katı CYS GLN LYS LEU HIS MET GLU ILE PHE TRP ASP TYR SER /THR

16 Süper-sekonder Yapı Sarılmış Sarmal(Coiled Coil)Protein Ġki ya da daha çok -heliks zincirinin birbirlerine sarılması - Stabil, - Enerjetik olarak protein yapısına uygun

17 Beta kırmalı tabaka ( konfigürasyon) 2 5 polipeptid zincirinin paralel ya da antiparalel birleşmesiyle oluşur Zincirler, tabaka/levha halindedir R grupları tabaka düzleminin altında ya da üstünde yer alırlar

18 Beta kırmalı tabaka 7.0 A Polipeptid zinciri, gergin-gerilmiş durumdadır. AA Rezidü = 3.5 A Her AA, -kırmalı tabaka boyunca birbirinden 3.5 A uzaklıkta bulunur

19 Beta kırmalı tabaka HĠDROJEN BAĞLARI zincirler arasında oluşur Stabilite, sayılarının çokluğu nedeniyle, H bağları ile sağlanır

20 Beta bendler (kıvrım, dirsek) Proteinlerdeki -heliks ve -kırmalı tabaka yapıları, -bendler ile birbirine bağlanırlar -bendler, zincirin yönünü değiştirir( menteşe bölgeleri) -bendlerin varlığı, polipeptidlerin globüler kütleler oluşturmasını sağlar. -bend bölgelerindeki 1-4 AA artıkları arasında H bağları oluşur. Pro ve Gly sıklıkla bulunur

21 Tesadüfi kıvrılmalar ((Random coil) Proteinlerin, heliks, kırmalı tabaka veya -bend yapmayan bölgeleri, gelişi güzel helezonlar, kıvrılmalar şeklindedir. Düzlemler arasında belirli bir ilişki ve H bağları yoktur Biyolojik fonksiyon bakımından, diğer sekonder yapılarla aynı öneme sahiptir

22 3 -Tersiyer Yapı -Heliks / -kırmalı tabaka yapıları, üstüste katlanarak, sarılarak veya kendi etrafında kıvrılarak yuvarlak şekillerde Tersiyer Yapıyı elipsoid oluşturur

23 Tersiyer Yapı Primer yapıda birbirinden uzakta bulunan AAler, tersiyer yapıda komşu olabilirler Tersiyer yapı, proteinin fonksiyonel karakterini belirler Mevcut proteinlerin çok büyük kısmı tersiyer yapıya sahiptir

24 Polipeptid zincirinin katlanarak tersiyer yapıyı oluşturması Albumin: -kırmalı tabaka 200 x 0.5 nm Albumin: -heliks 90 x 1.1 nm Albumin:Tersiyer yapı (gerçek yapı) 13 x 3 nm

25 Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar Hidrojen bağları (12-30 kj/mol) Disülfid bağları ( 460 kj/mol) İyonik (tuz) bağlar (20 kj/mol) (elektrostatik etkileşimler) nonpolar etkileşimler (<40 kj/mol) van der Waals bağları (0.4-4 kj/mol)

26 Polipeptid zincirin hücre içinde (sulu ortamda ) katlanması çok hızlıdır? dakikalar minutes primer 100 nm x 0.5 nm, ~ 200 nm 2 Su molekülleri tersiyer 3.45 nm ~ 37 nm 2 Çok sayıda hidrojen bağı

27 Elektrostatik Etkileşimler (Ġyonik Bağlar) R O C O H 3 N R q 1 q F = 2 r 2 D Yan zincirde bulunan ve zıt elektrik yükü taşıyan gruplar (asidik ve bazik amino asitler ) arasında oluşan tuz bağları

28 Elektrostatik Etkileşimler (Ġyonik Bağlar) G = negatif

29 Nonpolar yan zincirli AA ler, tersiyer yapının iç kısmında bulunurlar ve su ile temas etmezler Ala Ala O Asp C C H Val C H C H H H O Ala H H van der Waals ve nonpolar etkileşimler

30 Nonpolar etkileşimler: Nonpolar yan zincirler arasında van der Waals bağları: Birbirine yakın iki atom arasında Birbirine yaklaşan 2 nötr atomun etrafındaki e - bulutları bir diğerini etkiler zıt elektrik dipolü

31 van der Waals etkileşimi: Zıt dipollerin birbirini çekerek nükleusları yaklaştırması Nükleuslar yaklaşırken, atomların kendi e - bulutları birbirini iter Çekim ve itim gücü dengelenir 2 nükleus daha fazla yaklaşamaz

32 Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar -

33 4 - Kuarterner Yapı Primer, sekonder ve tersiyer yapıları bulunan polipeptid zincirlerinin nonkovalent bağlarla bir arada tutulması Proteinlerin polimerizasyonu Protein-protein kompleksi: OLİGOMER

34 Oligomer multimer monomer protomer subünite kuarterner yapıda protein oligomeri oluşturan polipeptidlerin her biri dimer 2 polipeptid içeren oligomer homodimer aynı 2 polipeptid heterodimer farklı 2 polipeptid tetramer 4 polipeptid içeren oligomer (homo- veya hetero-)

35 Kuarterner Yapıda Protein Ör: Hemoglobin zincir modeli dış görünüş modeli Hem 4 Globin Zinciri (tetramer) protein-protein bağlanma bölgesi

36 aynı 2 alfa globin zinciri Hb i oluşturmak üzere globin kompleksi bağlanır aynı 2 beta globin zinciri 2 2 -Tetramer

37 Kuarterner Yapıyı Oluşturan Bağlar 4 monomer Protein-Protein kompleksi Non-kovalent bağlar hidrojen bağları iyonik bağlar Hidrofobik etkileşimler

38 PROTEĠNLERĠN FĠZĠKSEL VE KĠMYASAL ÖZELLĠKLERĠ Proteinlerin Ġyonizasyonu Asidik ve bazik AAler nedeniyle, AMFOTERĠK Asidik ph Net yük OH- OH - ph = pi Net yük 0 Tüm özellikler minimal seviyede Proteinler presipite edilebilir Bazik ph Net yük -

39 Proteinlerin Titrasyon Eğrileri 3 ph bölgesinde incelenebilir ph : Karboksil ( -COOH, R- COOH) ph : Histidin ve -NH 3 grubu ph 8.5 : Lys de -NH 3 grubu Tyr de fenolik OH grubu Cys de SH grubu Arg de guanido grubu Proteinler fizyolojik şartlarda tamponlayıcı özelliğini His (imidazol) ile gösterir

40 Proteinlerin Titre edilebilen Grupları grup pk ph 7 de yük - COOH R - COOH NH İmidazol Guanido 12 Tiyol Fenol

41 DENATURASYON Proteinlerin primer yapısı değişmez (peptid bağları mevcut) Diğer yapılar bozulur(nonkovalent bağlar kopar) Biyolojik aktivite kaybolur Kuarterner Yapıda denaturasyon: Subüniteler birbirinden ayrılır Subünitelerin tersiyer yapıları bozulur, tesadüfü kıvrılmalar, bükülmeler meydana gelir

42 Denaturasyona neden olan faktörler 50-60º C nin üstünde sıcaklık ph 4 ve ph 10 ; asitler, bazlar Alkol, aseton, eter gibi organik çözücüler Üre, guanidin HCl, vb kaotropik maddeler (H bağları kopar) Ağır metaller u.v. fiziksel etkenler İyonik deterjanlar (SDS) RENATURASYON: Reversibl Denaturasyon Biyolojik aktivitenin yeniden kazanılması KOAGÜLASYON: Ġrreversibl Denaturasyon