POST TRANSLASYONEL MODİFİKASYONLAR

Transkript

1 POST TRANSLASYONEL MODİFİKASYONLAR

2 Proteinlerin yapısal ve işlevsel özelliklerini kazanması için translasyon aşamasında ya da translasyon bittikten sonra bazı modifikasyonlara uğraması gerekmektedir. Polipeptidin sentezi fonksiyonel proteinin üretimine eşdeğer değildir. Kullanılır hale gelmesi için polipeptidin son üç boyutlu konformasyonuna katlanması ve birçok durumda da, fonksiyonel kompleksi oluşturmak üzere polipeptid zincirlerinin bir araya gelmeleri gerekir. Ek olarak birçok protein hücre içinde doğru yerleşim ve fonksiyonları için kritik olan kesim, karbohidratlarm ve lipidlerin kovalent bağlanması da dahil olmak üzere daha ileri değişimlere gitmektedir.

3 G. Walsh; Proteins, Wiley 2005

4 Şaperonlar ve Protein Katlanması Christian Anfinsen'in in vitro ortamda denatüre RNaz ın kendiliğinden aktif konformasyonunu aldığını gösterdiği deneyler sonucunda bilim dünyasında tüm proteinlerin kendi kendiliğine katlandığı fikrinin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Bu görüşe göre; Protein katlanması ek hücresel faktörlerin gerekmediği, kendi kendine toparlanma gibi görülmekte idi. Fakat yapılan yeni çalışmalar kendiliğinden bir araya gelmenin hücre içindeki protein katlanması için yeterli bir tanım olmadığını göstermiştir. Proteinlerin hücre içindeki doğru katlanması başka proteinlerin aktiviteleri aracılığı ile gerçekleştiği anlaşılmıştır. Diğer proteinlerin katlanmasını kolaylaştıran proteinler moleküler şaperonlar olarak adlandırılırlar.

5 Şaperonların, polipeptidlerin doğru üç boyutlu yapıya katlanması için gerekli olan ek bilgileri taşımadığını ve proteinlerin katlanmış konformasyonlarının sadece onun amino asit dizini tarafından tanımlandığını belirtmek gerekir. Şaperonlar daha çok kendiliğinden bir araya gelme sürecinde yardımcı olarak protein katlanmasını katalizlerler. Şaperonlar, en son doğru katlanmaya giden yolda ara ürün olan katlanmamış veya kısmen katlanmış polipeptidlere bağlanarak ve kararlılıklarını sağlayarak işlev görürler.

6 Şaperonların yokluğunda, katlanmamış veya kısmen katlanmış polipeptid zincirleri, genellikle hatalı katlanarak veya çözünmeyen birikimler oluşturarak kararsız hal alır ve yıkılırlar. Katlanmamış polipeptidlere şaperonlar bağlanarak onları stabilize eder, böylece, hatalı katlanmayı veya kümelenmeyi engelleyerek polipeptidlerin doğru konformasyona katlanmasına olanak sağlarlar. Şaperonların, ribozom üzerinde sentezlenmekte olan yeni polipeptid zincirine bağlanarak hatalı katlanmayı ya da sentez bitmeden polipeptidin amino ucunun kıvrılmasını önlemesi güzel bir örnek oluşturur. Şaperonlar aynı zamanda katlanmamış polipeptid zincirlerinin organellere taşınması sırasında da (örneğin; proteinlerin sitozolden mitokondriye taşınmasında olduğu gibi) kararlı halde tutarlar.

7

8 Bugün moleküler şaperon olarak iş gördüğü bilinen proteinlerin çoğu başlangıçta ısı-şok proteinleri (heat-shock proteins) olarak tanımlanan, çevresel stres ve yüksek sıcaklıkta eksprese edilen bir protein grubudur.

9 Hsp70 ailesinin üyeleri polipeptidlerin, endoplazmik retikulum ve mitokondri gibi çeşitli hücresel kompartmanlara taşınmasında olduğu kadar, çevrim sırasında yeni sentezlenen, katlanmamış polipeptid zincirlerini stabilize ederek de görev yapar. Hsp60 ailesinin üyeleri (aynı zamanda şaperoninler olarak da adlandırılırlar) proteinlerin, kendilerine özgü konformasyonlarına katlanmalarını da kolaylaştırır. Her şaperonin, birbirinin üzerine oturarak, iki halkalı bir silindirik yapı oluşturan, her biri yaklaşık 60 kilodaltonluk (kd) 14 alt birimden oluşur.

10

11 Protein Katlanmasında Enzimler Kısmen katlanmış ara ürünlere bağlanıp stabilize ederek protein katlanmasını kolaylaştıran şaperonlara ilave olarak hücreler, protein katlanmasını katalizleyen en az iki tip enzim bulundururlar. Birçok proteinin katlanmış yapısının kararlı hale gelmesinde, sistein amino asitleri arasındaki disülfit bağı oluşumu önemlidir. Protein disülfit izomeraz, bu bağların yıkımını ve tekrar oluşumunu katalizler.

12 Protein katlanmasında rol oynayan ikinci enzim prolinlerin katıldığı peptid bağlarının izomerizasyonunu katalizler. Prolin, peptid bağlarının sis ve trans konformasyonunu eşit dağılımdan biraz daha trans forma geçmesini tercih ettiren sıra dışı bir amino asittir. Buna karşılık diğer amino asitler arasındaki peptid bağları hemen her zaman trans formdadır. Proteinlerin katlanmasında hız sınırlayıcı aşama olma özelliği taşıyan prolil-peptid bağlarının sis ve trans konfigürasyonları arasındaki izomer dönüşümü peptidil prolil izomeraz tarafından katalizlenir.

13 Proteolitik Aktiviteler Bu olaylar; genellikle protein sentezi bittikten sonra gerçekleşir. Peptid zincirinin özgün bir bölgesinin kesilip zincirden ayrılması ile sonuçlanır. Hemen hemen tüm proteinler böyle bir işleme uğramaktadır. Bakterilerde N-terminal ucun kesilmesi ve Ökaryotta hücresel organellere taşınacak ya da hücre dışına salınacak proteinlerin sinyal sekanslarının kesilmesi örnek olarak verilebilir. Bu işleme mekanizmasına uğramayan proteinler inaktif halde kalır.

14 Bu mekanizmada insülin öncüsü ER a girdikten sonra ana yapıda bulunan disülfit bağları oluşur ve salgı kesesi içinde bulunan proteazlar ile ara peptid yapısı kesilir. Böylece aktif insülin oluşur.

15 SRP: Signal Recognition Particle

16

17 Glikozillenme Bir çok protein, özellikle ökaryot hücrelerde, glikozillenme adı verilen süreçte, karbohidrat eklenerek değiştirilir. Bir çok nükleer ve sitoplazmik protein de glikozillenmekle birlikte, karbonhidrat zincirinin eklendiği proteinler (glikoprotein) genellikle salgılanır veya hücre yüzeyinde yer alırlar. Glikoproteinlerin karbohidrat kısımları endoplazmik retikulumda protein katlanmasında, proteinlerin uygun hücresel bölgelere hedeflenmesinde ve hücre-hücre etkileşim bölgelerinin tanınmasında önemli rol oynar.

18 Glikoproteinler karbohidrat yan gruplarının takılma bölgesine bağlı olarak N-bağlı veya O-bağlı olarak sınıflandırılırlar. N-bağlı glikoproteinlerde karbohidrat, asparajin yan grubundaki nitrojen atomuna takılır. O-bağlı glikoproteinlerde, treonin veya serin yan grubundaki oksijen atomu karbohidrat için takılma bölgesidir.

19 Ökaryotta proteinlerin sentezleri bitmeden endoplazmik retikulumda glikozillenmeleri de başlar. İlk aşama, yaygın olarak bulunan 14 şekerli bir oligosakkaridin (2 N- asetilglukozamin, 3 glukoz ve 9 mannoz), sentezlenmekte olan polipeptid zincirindeki bir asparajine transferidir. Daha sonra translasyon bittikten sonra bu karbonhidrat zincirinin işlenmesi golgi de gerçekleştirilir.

20

21

22 Lipidlerin Eklenmesi Ökaryot hücrelerde bazı proteinler polipeptid zincirine lipid takılması ile modifiye olurlar. Hidrofobik lipidler zarlarla etkileşebildikleri için bu değişiklikler, proteinleri plazma zarına yönlendirir ve yerleştirir. Plazma zarının sitozolik yüzü ile ilişkili olan ökaryot proteinlerinde; palmitoillenme, prenillenme ve N-miristillenme olmak üzere üç genel tipte lipit eklentisi yaygındır. Dördüncü bir modifikasyon glikolipidlerin ilavesidir ki, hücre yüzey proteinlerini, plazma zarının hücre dışına bakan yüzüne yerleştirmede önemli rol oynar. Bazı proteinlerde, proteine çevrim sırasında uzamakta olan polipeptit zincirinin amino ucuna bir yağ asidi takılır. N-miristillenme olarak adlandırılan bu işlemde, miristik asit (14 karbonlu bir yağ asidi) N-ucu glisin birimine takılır.

23

24 Lipidler sistein, serin ve treonin amino asitlerinin yan zincirlerine de bağlanabilir. Bu tipte modifikasyonun önemli bir örneği prenillenmedir. Burada özgül tipte lipidler (prenil grupları), polipeptit zincirinin C-ucuna yakın bölgede yerleşik sisteinlerin kükürt atomuna bağlanırlar İlk olarak, prenil grubu, polipeptid zincirinin karboksi ucundan üç amino asit önce yer alan sisteine eklenir. Bu reaksiyonda takılan prenil grubu ya farnezil (15 karbonlu) ya da geranildir (20 karbonlu). Daha sonra sisteini takibeden amino asitler uzaklaştırılır ve sistein karboksi ucunda kalır. Son olarak C-ucundaki sistein amino asidinin karboksil grubuna metil grubu eklenir.

25 Üçüncü bir yağ asidi modifikasyon tipi; 16 karbonlu palmitik asidin iç sisteinlerin yan grubundaki kükürt atomlarına eklenmesiyle gerçekleşen palmitillenmedir.

26 Son olarak, oligosakkaridlere bağlı lipidler (glikolipidler), bazı proteinlerin C-ucu karboksil grubuna eklenerek, bu proteinlerin plazma zarının dış yüzüne yerleşmeleri sağlanır. Bu proteinlere takılı olan glikolipidler, fosfotidilinositol içerdikleri için, genellikle glikozilfosfotidilinositol veya GPI çıpası olarak adlandırılırlar

27 Protein Fosforillenmesi Protein fosforillenmesi, fosfat grubunu ATP'den serin, treonin veya tirozinin yan zincirlerindeki hidroksil grubuna transfer eden protein kinazlar tarafından katalizlenir

28 Kaynaklar 1)The Cell - A Molecular Approach; Cooper, Geoffrey M )Molecular Cell Biology; Lodish, H )Molecular Biology of the Cell; Alberts, B )Proteins; Walsh, G )Biochemistry; Voet, D., Voet J., )N-linked protein glycosylation: from eukaroytes to bacteria; Michael Wacker, Phd Thesis Zurich 2002