PROTEİNLER Organizmalarda ve dolayısıyla hücrelerde en bol bulunan organik maddeler proteinlerdir. Çok önemli bileşikler olmaları nedeniyle bunlara bu ad verilmiştir ( proteios : birinci) Yapı ve görevle ilgili çok önemli roller üstlenirler. Hücrelerin temel organik maddelerini oluştururlar.
PROTEİNLERİN GÖREVLERİ 1- Enzim olarak metabolik reaksiyonları katalizlerler. Hem hücre-içi reaksiyonlar binlerce enzim aracılığı ile yapılır, hem de hücre-dışı olarak besinlerin sindirilmesini sağlarlar.
PROTEİNLERİN GÖREVLERİ 2- Hücre içinde ve hücre dışı aralıklarda yapısal bir destek oluştururlar. Örn:Hücrenin dışında destek görevi olanlar, bağ dokusundaki kollagen teller, kıl(saç) ve derideki keratin gibi
3- Hücre içi ve hücreler arası bir çok düzenleyici fonksiyonlar İnsülin, glukagon gibi hormonlar 4- Taşıma görevi Proteinler bir moleküle bağlanıp onu diğer moleküllere taşırlar. Hücre içinde, hücre zarındaki taşıma gibi. Hücreler arasında ve kanda oksijen ve lipidler proteinlere bağlanarak taşınırlar.
5- Kasılma olayı Kasların kasılmasında veya genel olarak kasılmada aktin ve miyozin proteinleri görev alır. 6- Antikorlar bağışıklık sağlayan proteinlerdir. Bir çok toksinler proteindir. Proteinlerin görevleri çok fazladır. Her bir proteinin özel bir biyolojik görevi vardır. Her bir proteinin kendine özgü bir şekli vardır.
Proteinlerin yapısal birimi amino asitlerdir. Proteinler amino asitlerin kovalent bağ ile bağlanarak meydana getirdikleri polipeptidlerdir. Proteinlerin sahip oldukları a.a. sayısı değişmektedir. 20-30 dan başlayarak birkaç yüz a.a. lik proteinler olabilmektedir. Doğal proteinlerin yapısına giren amino asitler L-amino asitlerdir. Doğada 20 çeşit amino asiti vardır.
AMİNO ASİTLER COO - H 3 N + C a H R a-amino Asit (AA) Yapılarında Amino (-NH 3 + ) grubu Karboksil (-COO - ) grubu Yan zincir ( R ) taşıyan organik bileşiklerdir (a-amino karboksilik asitler) Kısa zincirli organik asit (bir kısmı yağ asiti) lerin türevidirler. ÖR: Asetik asit valerik asit Propiyonik asit kaproik asit Bütirik asit
AMİNO ASİTLER Proteinlerin temel yapısını oluştururlar Doğada : ~ 300 AA Protein yapısında : Sadece 20 AA Protein yapısına katılan tüm AA ler : a-amino ASİTLER COO - H 3 N + C a H R a-amino Asit (AA) Aynı karbon (a) a bağlı COOH ve NH 2 grubuna sahiptirler
AMİNO ASİDİ GRUPLARI Sahip oldukları yan gruplarındaki farklılığa bağlı olarak gruplara ayrılmıştır. Alifatik a.a.- Gly, Ala, Val, Leu, İleu Hidroksilli a.a.- Ser, Thr
AMİNO ASİDİ GRUPLARI Asidik a.a- Asp, Glu Amidler- Asn, Gln Bazik a.a-his, Lys, Arg Sülfür a.a- Cys, CysSH, Met Aromatik a.a.- Phe, Try, Trp İmino asitler- Pro
Glisin (Gly) G COO - H 3 N + C H H GLİSİN (Gly) Tüm AA ler içinde en küçük ve çok yönlü olan Glisin, Proteine yapısal fleksibilite kazandırır Protein yapılarının oluşmasında önemi büyüktür
ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO - COO - H 3 N + C H H GLİSİN (Gly) ( a-amino asetik asit) hidrojen carbon H 3 N + C a H CH 3 ALANİN (Ala) (a-amino propiyonik asit) nitrojen oksijen
ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO - COO - H 3 N + C a H COO - H 3 N + C a H CH H 3 N + C a H H C CH 3 CH 3 CH 3 VALİN (Val) (a-amino izovalerik asit) CH 2 CH CH 3 CH 3 LÖSİN (Leu) (a-amino izokaproik asit) CH 2 CH 3 İZOLÖSİN (Ile) (a-amino, -metil valerik asit) Dallanmış zincirli amino asitler
H 2 N + COO - C a H CH 2 H 2 C CH 2 Prolin (Pro) P İmino asit? -Yan zincirin nitrojen atomuyla kovalent bağ yaptığı siklik yapıda bir amino asittir - Siklik olmasına rağmen, alifatik özelliktedir -Glisine zıt olarak, protein yapısında bulunduğu yerde, yapısal fleksibiliteyi azaltır Protein yapısında katı bir düzenleme sağlar
AROMATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO - COO - COO - H 3 N + C a H H 3 N + C a H H 3 N + C a H CH 2 CH 2 CH 2 NH FENİLALANİN (Phe) F ( a-amino -fenil propiyonik asit) OH TİROZİN (Tyr) Y (a-amino -hidroksifenil propiyonik asit) TRİPTOFAN (Trp) W (a-amino -indol propiyonik asit)
YAN ZİNCİRİNDE HİDROKSİL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER COO - H 3 N + C a H CH 2 OH SERİN (Ser) S ( a-amino - hidroksi propiyonik asit) COO - H 3 N + C a H CH - OH CH 3 TREONİN (Thr) T (a-amino - hidroksi bütirik asit)
SİSTİN Disülfid (kovalent) bağı içerir Dimerik bir amino asit Doğal 20 AA içinde değil Post-translasyonal modifikasyonla oluşur: MODİFİYE AMİNO ASİT Protein zincirinde oluşan disülfid bağları, yapıyı stabilize eder Protein yapılarının oluşmasında önemli rol oynar
Amino asitlerin alfa karbon atomu diğer 4 atomla bağ yapar. C bir tetrahedronun ortasındadır ve bağlı gruplar 4 köşeye yerleşmiştir. Eğer bu 4 grup farklı ise (glisin hariç) iki tip konfigurasyon oluşur. Bu iki düzenleme birbirinin aynadaki aksi gibidir. Stereoizomer olarak adlandırılır. D ve L konfigurasyonları
Amino asitleri α pozisyonundaki H yerine amino grubu yerleşmiş olan organik asitlerdir. Örn: Asetik asit ten (CH3COOH) oluşan glisin, propiyonik asit ten (CH3CH2COOH) oluşan alanin
Her amino asitinde en az bir amino grubu (-NH2), bir de karboksil grubu (-COOH) bulunur. Bu gruplar α karbon denilen tek bir C atomu ile birbirinden ayrı bulunurlar. Karboksil grubu asidik, amino grubu ise bazik bir gruptur. Asidik grup bir proton (hidrojen iyonu) veren Bazik grup bir proton alan
Bu karbona yan gruplar da bağlanır. Bir a.a. nın kimyasal yapısını R ile gösterilen radikal grup tayin eder. Amino asitlerin birbirlerine göre farklılıkları yan gruplarından kaynaklanır. Doğada 20 çeşit a.a. olduğuna göre 20 çeşit R grubu vardır. En basit a.a. Glisin dir. R grubu tek bir hidrojenden oluşur.
Yan gruplar tek bir hidrojen atomundan kompleks zincirler ve halkalar şekline kadar değişir. Yan zincirlerin özelliği, bir protein molekülünün özelliğini ve onu diğer proteinlerden ayıracak fonksiyonunu belirler.
PEPTİD BAĞI * Bir amino asitin α-karboksilinin, ikinci bir aminoasitin α-amino grubuna bağlanması ile peptid bağı oluşur (Prolinde imino grubu). Her birleşme yerinden bir su molekülü ortaya çıkar.
PEPTİD BAĞI Oluşan yeni yapının bir ucunda daima bir amino grubu, diğer ucunda bir karboksil grubu vardır. Böylece polipeptid zincirleri oluşur. Molekülün karboksil ucuna C-terminal, amino ucuna N-terminal denir. Genel formülü
PROTEİNLERİN ÜÇ BOYUTLU YAPISI Proteinleri yapılarına göre sınıflandırmada X ışınları saptırması tekniğinden faydalanılır. Protein moleküllerini meydana getiren a.a. dizilerinin uzaydaki duruşuna bağlı olarak, proteinler 4 farklı çeşit yapı göstermektedir.
PROTEİNLERİN ÜÇ BOYUTLU YAPISI Primer yapı Sekonder yapı Tersiyer yapı Kuaterner yapı
PRİMER YAPI Amino Asitlerin peşpeşe spesifik bir şekilde dizilişinden oluşan polipeptid zinciri primer yapıyı oluşturur. Primer yapı hat şeklinde bir yapıdır. Bu yapıda a.a. lerinin hangi sıraya göre dizileceği protein olarak bulunduğu organizmanın kalıtımında bulunur.
DNA a.a. dizilişindeki bilgiyi sağlar. Amino asidi dizilişi o proteinin yapısı için gerekli olan bilgiyi sağlar. Proteini oluşturan amino asitlerinin dizilişi DNA dizi analizi yöntemi ile belirlenmektedir.
Her protein için belli ve tek bir a.a. dizisi bulunmaktadır. Bu a.a. dizisi türe özgüldür. Organ veya dokuya özgü de olabilir. Sekonder ve tersiyer yapının meydana gelmesinde primer yapı rol oynar.
Primer yapısı incelenmiş proteinlerden biri ribonükleaz enzimidir. Bu enzimde 124 amino asidi vardır. Molekül ağırlığı 13 700 Daltondur. Zincir üzerinde sistein kökleri arasında dört disülfit bağı ile köprüler meydana getirilmiştir.
Bir proteinde tek bir a.a. dizilişinin yer değiştirmesi çok önemli biyolojik değişmelere yol açabilir. Polipeptid zinciri Hidrojen bağları sayesinde kararlı bir haldedir. H- bağı zayıf bağlar olmasına karşın çok sayıda bulunduğunda yapıya sağlamlık kazandırır.
Peptid bağları enerji gerektiren kompleks reaksiyonlar sonucunda meydana gelir. Protein sentezi sitoplazma içerisinde ribozomlarda oluşur. Ribozomlarda proteinler sentezlenirken yeni a.a. ler daima C-terminal ucuna eklenir.
Hücre içerisinde serbest bulunan amino asitleri bir havuz oluşturur. Hücre bunları kullanarak ihtiyacı olduğu proteini sentezler.
SEKONDER YAPI C-N bağının katlanmaya karşı direnci vardır. Protein molekülü içerisindeki protein molekülünün katlanması yerine sadece alfa karbonlara bağlı yan gruplar dönebilir. Bu rotasyon da sınırlıdır. Ancak alfa-heliks ve beta yapısında rasgele sarmal şekilli polipeptid zincirleri meydana gelir.
Alfa heliks yapıda polipeptid zinciri sanki bir silindirin çevresinde kıvrılmış gibidir. Zincirin iskeleti iç taraftadır. Yan zincirler dışarı doğrudur. Heliksin her tam dönüşüne giren mesafeye 3.6 amino asidi girer. Böylece her 4. a.a birbirine yaklaşır ve aralarında hidrojen bağları oluşur.
Karbonil ve amid gruplarının pozisyonu H- bağı kurmak için en uygun pozisyonu oluşturmaktadır. Yapı kararlı olmaktadır. Beta yapısı veya beta tabakalarında birbirine paralel uzanan iki zincir yan yana pilili gibi katlanmış bir yassı tabaka halinde bulunurlar. İki zinciri bir arada tutan hidrojen bağları uzun eksene dik olarak yer almış, yan gruplar yan zincirler halinde bu yapıya dikey olarak bağlanmıştır.
Beta Tabakaları
Beta Tabakaları
Alfa heliks keratin sınıfı proteinlerin bir özelliği, beta yapısı ipek proteinlerinde bulunur. Fibröz proteinler globüler proteinlere çok daha düzenli bir sekonder yapıya sahiptir.
Globüler proteinler tek bir sekonder yapı göstermezler.molekülün bir kısmı alfa heliks yapısı, diğer kısmı ise beta tabaka yapısı gösterebilir. Globüler proteinler polipeptid zincirinin aşırı katlanması nedeniyle sıkışık bir yapıya sahiptir
TERSİYER YAPI Globüler veya küresel proteinler tersiyer yapıdadır. Polipeptid zinciri daha kompleks bir şekilde bükülmüş ve uzaydaki duruşu çok karışık bir hal almıştır.
Sekonder yapıda yalnızca yan yana a.a. ler arasında konformasyon söz konusudur. Tersiyer yapıda ise, bütün protein molekülünün konformasyonu tersiyer yapıyı oluşturur.
Zincirde birbirine uzak iki a.a. birbirine yaklaşır. Zincirin farklı yerlerindeki R grupları arasında eşit interaksiyonlar meydana gelir. Bir proteinin kendine has dizilişteki a.a. leri o proteine has bir konformasyona yol açar. Hem hidrojen bağları hem de enine bağlarla bağlanmış olan zincir viskoz bir protein molekülü meydana getirir.
Proteinlerin 3 boyutlu yapılarında önemli noktalar 1- Globüler proteinler polipeptid zincirinin aşırı katlanması nedeniyle sıkı bir yapıya sahiptir. 2-Miyoglobin, lizozim ve ribonükleazın katlanmış yapılarında,yüzeydeki yapılar genellikle polar gruplar taşır. Solventle etkileşimde bulunmayan non-polar gruplar molekülün iç kısmında yer alır.
KUATERNER YAPI Sekonder ve tersiyer yapıları kapsayan birimlerin biraraya gelmesiyle ortaya çıkan yapıdır. Kuaterner yapıda ikiden fazla polipeptid zinciri bulunur. Zincirler birbirlerine zayıf bağlarla bağlanmıştır. Hemoglobin dört polipeptid zincirinden oluşmuş kuaterner yapılı bir proteindir.
Hemoglobin
PROTEİNLERİN BAĞLARI Primer yapılarda daima kovalent bağlar (peptid bağları) vardır. Disülfit bağları da kovalent bağlar olup, iki sistein yan zincirinin SH grupları arasında S-S- köprüleri şeklinde oluşur.
Disülfid Bağ Oluşumu Sistein Sistein disülfid bağı SİSTİN
Yüksek ısı, yüksek basınç, asitlik gibi etkilerle yani uygun olmayan fizyolojik şartlarda proteinlerin zincir yapısı bozulur. Disülfit bağları çözülür. Buna denatürasyon denir. Etki hafif ise, normal şartlara dönüşte, yapı eski halini alır. Buna da renatürasyon denir Etki şiddetli ise geriye dönüş olmaz. Molekülün yapısı bozulur. Böylece biyolojik aktivitesi de bozulur.
Disülfit bağları redükleyici madelerle (merkaptoetanol, DDT gibi) reversibl olarak çözülür. Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapıları zayıf interaksiyonlarla oluşur. İyonik veya elektrostatik bağlar meydana gelir. Hidrojen bağları önemli bağlardır.
Kovalent olan veya olmayan bağlar arasındaki fark bu bağların koparılmaları için gereken enerjidedir. Kovalent bağın koparılması için 110 kcal/mol enerji gerekir. Hidrojen bağını koparmak için 4.5 kcal/mol enerji yeterlidir. Kovalent bağları koparmak için enzimler gerekir.kovalent olmayan diğer bağlar ise fizikokimyasal kuvvetlerle koparılır.