Protein5.14 MB

MAKROMOLEKÜLLER
Proteinler
Nükleik asitler
Karbonhidratlar
Lipitler
PROTEİNLER
Organizmada en yüksek oranda bulunan
makromoleküller
% 70 su
% 15 protein
% 15 diğer
Total hücre ağırlığı
Alman kimyacı MULDER,
Berzelius
Amino asitlerin lineer polimerleri,
Cins
(n tane) Farklı
Sayı
20 St AA
sıralanma
PROTEİN
lineer polimerler:
.
H2N (
Amino asitler
AA sayısı: n
AA sekansı: 20n
)nCOOH
Sınırsız sayıda
farklı
protein yapıları
H2N (
)nCOOH (lineer polimer)
(polipeptid zincir)
Her proteinin spesifik bir
fonksiyonu vardır
Biyolojik fonksiyonlar,
3 boyutlu yapıya bağlıdır
3 boyutlu yapı, lineer polimerlerin çok farklı
şekillerde katlanması ve kıvrılmasıyla oluşur
1 dalton, 1 atomik kütle birimine denk gelmektedir.
Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonu
Yapısal proteinler: Genellikle fibriller
yapıda olup organizmaya destek
görevi yapmakta ve dayanıklılık
sağlamaktadırlar.
Ör: Kollajen (tendon and kıkırdak)
keratin (saç ve tırnakta)
Enzimler: Bu proteinler substrat adı
verilen ligandlarını bağlayarak kimyasal
bir değişime uğratır.
Cok çeşitlilik gösteren ve en fazla
özelleşmis olan ve katalitik aktiviteye
sahip olan protein moleküllerine denir.
Biyokimyasal reaksiyonları katalizlerler
2000 kadardır.
.... az şeklinde adlandırılır
Düzenleyici proteinler: Ligandlarına
bağlanmaları geri dönüşümlü olup,ligandın
biyolojik etkinliğinin değişmesiyle sonuçlanırlar
Hücresel ve fizyolojik aktivitenin
düzenlenmesinden sorumludurlar
Ör:Hormonlar (insülin eksikliği
 diabet)
G-proteinler  Hücre içi haberleşme
Transport proteinleri:
Kendilerine özgü ligandı geri dönüşümlü
olarak bağlayıp, canlı sistemin bir
bölümünden diğer bölümüne taşırlar.Plazmada
ve membranlarda spesifik maddelerin veya
iyonların taşıyıcısıdırlar
Ör:Hb-O2, miyoglobin-O2
Lipoprotein-lipid, Transferrin-Fe
Seruloplazmin-Cu, vb
Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonu
Kontraktil proteinler: Liganda
bağlanmaları mekanik işin gerçekleşmesiyle
sonuçlanır.Kasılmayı ve hareketi sağlayan
proteinler
Ör:Miyozin - kalın filament
Aktin - İnce filament
Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonu
Savunma proteinleri: Bu proteinler antijen
adı verilen makromoleküler nitelikli ligand
yapıyı geri dönüşümsüz bire etkileşim ile
bağlayarak sabitleştiriler.
Ör:İmmünoglobülinler: Patojenlere
karşı organizmayı korurlar
Fibrinojen: (Pıhtılaşma
mekanizması)
Proteinlerin Yapısal
Özellikleri
Amino Asitler
-Proteinlerin temel yapıtaĢıdır
-Proteinlerin üç boyutlu yapısını belirler.
-Ġstisnalar haricinde; tüm proteinler 20
farklı a.a. ten meydana gelir.
-Proteinlerin içerisinde farklı sayıda ve
dizide bulunan amino asitler farklı yapıda
ve fonksiyonda binlerce çeĢit protein
oluĢumuna neden olur.
Tarihçesi
lk defa 1806 yılında Asparagus (kus
konmaz) bitkisinden asparajin amino
asidi keşfedilmiştir.
1820 yılında glisin
Glutamik Asit
Treonin 1938 yılında (en son olarak)
1.Apolar ya da hidrofobik R-grupları içeren amino
asitler:
alanin, valin, lösin, izolösin, prolin, fenilalanin ve
triptofan
Açık bir elektrik yükü taşımayan, ancak polar
nitelikte R-grupları içeren amino asitler:
hidroksil grubu içeren serin, treonin ve tirosin,
sülfhidril grubu içeren sistein ve amit grubu içeren
asparagin ve glutamin
R-grubu negatif elektrik yüklü (yani asidik)
amino asitler: aspartik asit ya da glutamik
asit
R-grubu pozitif elektrik yüklü (yani bazik
gruplar) amino asitler:
ikinci bir amino grubu taşıyan lisini, guanidyum grubu
içeren arginini ya da zayıf bazik nitelikte imidazol
grubunu içeren histidini kapsar.
Amino Asitler Asit ve Baz Gibi
Davranabilir

Bir zwitteriyon, asit (proton verici) gibi
ya da baz (proton alıcı) gibi davranabilir:
Net yük:
Dipolar Amino asit (zwitteriyon)
• Asidik ortamda
COO-
H3N+
– C– H
R
COOH
+
dipolar iyon
net yük: 0
+
H
H3N+ – C – H
R
diprotik iyon
net yük: +1
Dipolar AA, asidik ortamda BAZ
gibi davranır (proton alır: akseptör)
Dipolar Amino asit (zwitteriyon)
•
Bazik ortamda
COO-
H3
N+–
+
OH
C– H
R
dipolar iyon
net yük: 0
COO-
H 2N – C – H
R
+ H2O
anyonik iyon
net yük: -1
Dipolar AA, bazik ortamda ASİT gibi
davranır (proton verir: donör)
}
}
Hem asit hem baz
gibi davranabilen
bileĢikler
Amfoterik
Amfoterik elektrolit
Amfolit
Asit ortamda
Dipolar AA
Bazik ortamda
Dipolar AA
Amfolit
}
} Amfolit
Hem pozitif hem
negatif yük taĢıyan
amino asitler
}
}
Zwitteriyon
Amfolit
BAZ
ASĠT
Protonlanmış Amfoterik
Diprotik asit
amino asitler
(Hem amin hem karboksil
grubu protonlu)
Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu
Diprotik/katyonik
Tamamen
protonlu
Dipolar/Zwitteriyon
yarı yarıya
protonlu
Anyonik
Tamamen
protonsuz
Amin ve karboksil grubu protonlanmış
diprotik AAler ortama 2 proton verirler
Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu
Ortam pH’sına bağımlı
k
o
n
s
a
n
t
r
a
s
y
o
n
Zwitteriyon form
(Dipolar iyon)
Diprotik form
Anyonik
form
Amino Asitlerin İyonizasyonu
Amino Asitler
• Zayıf poliprotik asitlerdir
• Her biri dissosiye olabilen
protonlar içerir
• Protonların dissosiyasyon derecesi
ortamın pH’sına bağlıdır
Ġyonizasyonun pH ve pK ile ĠliĢkisi
pH = -log[H+] = log(1/[H+])
Zayıf bir asit : HA  H+ + AK = [H+][A-]/[HA]
K: dissosiyasyon sabiti
(Asitin iyonize olma eğilimi)
pK = - logH
pK: Ġyonizasyon için denge sabiti
(Proton verme eğiliminin ölçüsü)
Ġyonizasyonun pH ve pK ile ĠliĢkis
Zayıf bir asit : HA  H+ + A-
pK = pH + log ([HA]/[A-])
Asit % 50 iyonize olduğunda,
[HA] = [A -]
pK = pH
Bir asit grubunun pK’sı:
Protonlu ve protonsuz
türlerin eĢit konsantrasyonda olduğu
pH değeri
K = [H+][A-]/[HA]
pK = - logK
pH = pK + log ([A-] / [HA])
pK:
Asitin iyonize olma eğilimi
pK:
Asitin iyonize olma eğilimi
• H:
10 kat arttığında
• H: 10 kat azaldığında
pK - 1
pK + 1
Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri
Titrasyon: Protonların dereceli
olarak ortama ilave edilmesi veya
ortamdan uzaklaĢtırılması
Eşdeğer gram asit = Eşdeğer gram baz
Amino Asitler, Karakteristik
Titrasyon Eğrilerine Sahiptir!
Titrasyon Eğrileri, Amino Asitlerin
Elektrik Yükünü Öngörür



R grubu net bir elektrik yükü taşıyan AA’lerde 3.
bir pK değeri bulunur.
Asidik R-grupları taşıyan AA’ler için pK genellikle
4,0;
bazik R-grupları taşıyan AA’ler için pK degeri 6,012,0 arasında değişir.
pH değişiminin etkisi protein
kimyası
açısından
çok
önemlidir. pH’daki küçük bir
değişiklik
bile
molekülün
yükünü
değiştireceğinden,
onun çevreyle etkileşimini,
dolayısıyla davranışını da
etkiler.
İzoelektrik noktada birçok proteinin
çözünürlüğü en düşük değerdedir:Net yükü
sıfır olduğundan elektriksel etkileşimi
ortadan kalkar.
Asidik gruplar baskınsa,
pK düşük olur.
Bazik gruplar baskınsa
pK yüksek olur..
PROTEİNLERİN ÜÇ
BOYUTLU YAPISI
Peptid Bağı OluĢumu
R1
Karboksil
grup
Amino
grup
R2
R1
Peptid
Bağı
R2
PEPTĠT BAĞININ KARARLILIĞI
VE OLUġUMUPeptit bağı iki amino
asit arasından bir
molekül su çıkışıyla
olmaktadır. Ancak bu
reaksiyon sulu
ortamda
termodinamik olarak
elverişli değildir
(G=+10 kJ/mol).
Oda sıcaklığında
kendiliğinden
gerçekleşebilecek
reaksiyon peptit
bağının hidrolizidir.
Ancak hidroliz reaksiyonu da fizyolojik pH ve
sıcaklıkta katalizlenmediği taktirde son
derece yavaş gerçekleşir.
Polinükleotitler gibi polipeptitler de
METASTABĠLdirler. Hidroliz ancak ekstrem
koşullarda veya katalizör varsa gerçekleşir.
Burada da görüldüğü gibi, mavi ile gösterilen
peptit bağı zincir boyunca yer almakta!
a) O-C-N üzerindeki  orbitalinin hareketliliği C-N bağının kısmi çift bağ
karakterinden sorumludur. B) peptit bağındaki bağ uzunukları (nm) ve
açıları
-C=O ve -N-H bağları hemen hemen paralel
konumdadır ve C, O, N, ve H atomları
genellikle eş düzlemlidir. Bu nedenle bu bağ,
rezonans hibritleri nedeniyle çift bağ
karakterindedir.
Rezonans hibritleri
Alfa - Karbon Etrafında Rotasyon
Peptid bağı düzlemi hareketsiz olmasına rağmen,
 - karbon etrafındaki rotasyon polipeptid
zincirine esneklik kazandırır
Amid
düzlemi
-karbon
Protein iskeleti boyunca
rotastonu sağlayan bağlar
Amid düzlemi
Peptidlerin Sınıflandırılması
AA sayısı Bağ sayısı
2
3
4
5
1
2
3
4
n
n-1
Peptid
dipeptid
tripeptid
tetrapeptid
pentapeptid
polipeptid
PEPTİDLER, peptid bağı sayısına göre değil,
AA sayısına göre sınıflandırılırlar
Peptidlerin Sınıflandırılması
OLĠGOPEPTĠD: Birkaç AA(AA sayısı  10)
POLĠPEPTĠD:Birçok AA(AA sayısı 10 - 12)
PROTEĠN: AA sayısı  40 (mol.Ağ: ~5000)
Proteinler bir ya da daha çok polipeptid
zincirinden oluĢabilirler
Protein Yapısının Birkaç Düzeyi Vardır
Başlıca dört protein yapı düzeyi tanımlanmıştır.
Proteinler belli bir amino asit
dizisine sahip polipeptitlerdir.
Bu dizilime
PRĠMER (BĠRĠNCĠL) YAPI
denir.
İnsan ve balinanın
miyoglobin
moleküllerindeki
amino asit
dizilerinin
karşılaştırılması
 Bu
örnekte verilen miyoglobin 153 amino
asitten oluşur. Birkaç yüz hatta birkaç bin
amino asit içeren proteinler de vardır.
 Bu iki miyoglobinin amino asit dizileri
benzer olmakla beraber özdeş
değildir.Ortak amino asitler, her ikisinin de
aynı biyokimyasal amaca hizmet etmeleri
için yeterlidir. Bu yüzden ikisine de
miyoglobin diyoruz.
 Proteinlerin
primer yapısı bir BİLGİ
DİZİSİDİR!
 Bu bilgi, proteinin üç boyutlu
yapısını, işlevini ve diğer
moleküllerle etkileşimini de belirler.
Sekonder yapı
sarmal
-tabaka
Alfa sarmal
Beta tabaka
Beta tabaka yapı
SEKONDER (İKİNCİL) YAPI
Miyoglobinin üç
boyutlu yapısına
katlanmış biçimi.
Zincirde yer yer
sarmal katlanmalar
gözleniyor. İşte bu
tip kurallı
katlanmalar
SEKONDER
YAPIYI oluşturur.
İyonik bağ, hidrojen bağ,
hidrofobik bağ ve disülfit bağları
Sekonder yapısını kazanmış protein daha
da kıvrılıp katlanırsa
TERSĠYER (ÜÇÜNCÜL) YAPISINI
kazanır.
Birden fazla polipeptit zincirinden oluşan
proteinlerde daha da ileri bir yapısal oluşum
vardır: KUATERNER (DÖRDÜNCÜL) YAPI
Proteinlerin Şekli
Proteinler,
eksen oranları(uzunluğun genişliğe oranı)’na
göre,2 grubu ayrılırlar:
•Globuler proteinler:
Eksen oranı 10 ; genelde: 3-4
• Fibröz Proteinler:Eksen oranı 10
Globüler proteinler:
Sıkıca katlanmış helezon şeklinde
polipeptid zincirlerden oluşur
Örnek: Albumin, Miyoglobin
(Proteinlerin büyük kısmı, bu gruptadır)
Fibröz Proteinler:
•Spiral veya heliks şeklinde
kıvrılmış,(kovalent ve H bağlarıyla
çapraz bağlanmış) zincirlerden
oluşurlar
• Bitkilerde bulunmazlar.
Örnek: Bağ dokusu proteinleri:
Kollajen, Elastin, Keratin
Miyozin: Kas proteini
Fibrinojen:pıhtılaşma proteini
Kollajen:Birbirine sarılmış 3 polipeptid
zinciri (üçlü heliks)’nden oluşur
Memelilerde total proteinin
%30’unu teşkil eder
Gly,Ala,Pro,Lys’den
zengindir
B
Proteolitik
enzimlere
karşı
dirençlidir
A
C
Aktif protein
örneğinde yapı-işlev
ilişkileri
Oksijen taşıyan ve depo
görevi üstlenmiş
proteinler: Hemoglobin ve
miyoglobin
 Oksijenin
hücrelere verimli bir şekilde
taşınması ve depolanmasını sağlayan 2
önemli sistem vardır.
1- Dolaşım sistemi
2- Oksijen taşıyıcı moleküller
 Oksijenin
suda az çözünmesi kasta
miyoglobin, kanda hemoglobininin varlığı
ile telafi edilmiştir.
 Hemoglobin 1lt kanın O2 taşıma
kapasitesini 5 ml’den 250 ml O2’ne
çıkarmıştır.
-Hem
-Hemin
Miyoglobin
prostetik grubu hem olan bir
kromoproteindir;
başlıca kırmızı kaslarda özellikle kalp
kasında yüksek konsantrasyonda
bulunur
153 amino asitten oluşan bir
polipeptit zinciri ve bir hem grubu
içerir

Miyoglobin’in moleküler
yapısı X-ışınları
kristalografisi yöntemi ile
1957’de J.C. Kendrew
tarafından belirlenmiştir.
• Molekülün prostetik grubu (Hem)
non-polar amino asit rezidüleri ile
çevrilidir.
• Non-polar rezidüler fizyolojik
ortamda hem grubunun su ile
etkileĢmesini engellerler.
• Termodinamik olarak elveriĢli bir
durumdur( Polar yan zincirler dıĢta,
hidrofobik rezidüler ortada)
Miyoglobinin hem
grubundaki Fe2+,
O2 ile reversibl
olarak
bağlanabilir.
Hem düzleminde Fe2+ iyonun histidin
grupları ve O2 ile etkileşimleri
Miyoglobin ve hemoglobinin O2 bağlama
özellikleri
Görünür ışık bölgesinde oksijen
yüklü ve oksijenden yoksunhemoglobinin
(oksi-ve deoksi hemoglobinin) soğurum spektrumları. Miyoglobin
ve
hemoglobinin soğurum spektrumları benzeşiktir.
The Bohr Effect
Atmosferik hava ve değişik vücut bölmelerindeki PO2
değerleri.
Hemoglobin yapısı
 Hemoglobin
içerir.
molekülü 4 hem ve 1 globin
Hemoglobindeki 4 hemin her biri bir
protoporfirin III ve bir Fe2+ içerir.
Hemoglobinin protein komponenti olan globin, glisince fakir, bazik
amino asitlerce zengin bir proteindir; tetrahedral şekilde düzenlenmiş 4
polipeptit zincirden yapılmıştır.
Çeşitli hemoglobin tiplerinde bulunabilen polipeptit
zincirleri -zincir, -zincir, -zincir, -zincir olmak üzere
dört tiptir.
Fizyolojik hemoglobinler, erişkin bir şahsın kanındaki
eritrositlerde bulunan HbA1, HbA2, HbF
hemoglobinleridirler.
Akciğerlerde oksijenasyon olayı sonucunda
hemoglobine bağlanan oksijen, diğer dokularda
deoksijenasyon olayı sonucunda hemoglobinden
ayrılır
Oksijenize hemoglobin (oksihemoglobin)
parlak kırmızı, deoksijenize hemoglobin
(deoksihemoglobin) koyu kırmızıdır.
kanın oksijenlenmesinde bir azalma ve
bunun sonucu olarak deoksijenize olmuş
hemoglobinde artış, deri ve mukozalara
karakteristik mavimtrak bir renk verir ki
bu durum siyanoz olarak tanımlanır.
Deoksi
(Gergin, bağ s.fazla)
Oksi
(Gevşek, bağ sayısı az)
Oksihemoglobinde bir αβ zincir çifti, diğerine 15º yaklaşır.
Hemoglobinin oksijene affinitesi, oksijenin kısmi
basıncına bağlıdır.
pO2 değişimine karşı hemoglobinin oksijenle %
satürasyonunu gösteren grafiklere hemoglobinin
satürasyon eğrisi veya oksihemoglobinin dissosiasyon
eğrisi denir
Hemoglobin, miyoglobine oranla Oksijen
bağlamada gösterdiği çeşitli ayrıcalıklarla
göze çarpar.
Hemoglobinin O2 bağlama eğrisi sigmoit ya da S
biçimlidir.
 Hemoglobinin O2 ile yari doyumu için gerekli PO2
(P50)=26 mmHg)
 Hemoglobinin O2`ye olan ilginliği ve buna
bağımlı olarak O2 doyum eğrisinin dikliği H
iyonların derişimine, CO2 yada 2,3 difosfogliserat
(2,3 DPG) moleküllerinin hemoglobinle
etkileşimine bağımlı olarak değişir.

The Bohr Effect
Miyoglonin ve hemoglobinin O2 ile
etkileşimlerinde gösterdikleri farklı davranış
Hill tarafından geliştirilen bazı denklemlerde
matematiksel bir anlatım bulmuştur: Oksijenin
miyoglobine bağlanması protein-ligand
etkileşimlerine bir örnek oluşturur.
MbO2
 Mb + O
2
Etkileşimin ayrışım denge dursayısı

Mb O2 
K d
MbO2 
Burada [MbO2], O2 yülü miyoglobin, [Mb]
O2’den yoksun miyoglobin ve bağlanmamış
O2 derişimlerini (litrede mol) anlatmaktadır.
Miyoglobinin O2 ile doyum oranı (γ):


MbO2 

MbO2   Mb 
Eşitliklerin birleştirilmesi ile


O2 

0 2   Kd
elde edilir.
Derişim yerine sınırlı oksijen basıncı PO2
kullanıldığında eşitlik
PO2

PO2  P50
Hiperbolik eğri veren bu eşitlik, oksijen
ayrışımında γ, PO2 ve P50 bağlantılarını tanımlar.

1 

PO2 

n
P50 
n
n; ideal koşullarda etkileşime giren bağlanma
bölgelerinin toplam sayısıdır.
Eşitliğin iki yanının logaritması alındığında,
log
 
1 
 n log PO2  n log P50
Protein saflaştırmada ve yapı tayininde
kullanılan fiziksel yöntemler-I
 Proteinin
içinde bulunduğu karışımdan
ayrılarak saflaştırılması
 Molekül ağırlığı ve alt birim içeriğinin
saptanması
 Polipeptid zincirlerindeki a.a. rezidülerinin
sıralarının saptanması (kimyasal yöntemEdman parçalama yöntemi)
 Molekülün 3 boyutlu yapısının belirlenmesi
Saflaştırma Yöntemleri
 Molekül
büyüklüğüne dayalı yöntemler
1- Diyaliz,
2-Jel filtrasyonu kromatografisi
DİALİZ VE ULTRAFİLTRASYON
Proteinleri daha küçük molekül ağırlığa sahip
moleküllerden ayırmak için diyaliz yöntemi kullanılır. Bu
yöntem yarıgeçirgen bir membran içerisine konan protein
çözeltisi içerisinden küçük moleküllerin membranın
ultramikroskopik porlarından suyla ve tamponla ortam
suyuna geçirilmesi tekniğine göre çalışır. Glukoz ve NaCl gibi
küçük moleküller membrandan geçerken büyük protein
molekülleri diyaliz porlarından geçemediği için içerde kalır.
ortam suyunun birkaç kez değiştirilmesi ile küçük
moleküllerin protein çözeltisi içerisinden uzaklaştırılması
mümkün hale gelmektedir.
Elektrik yüküne dayalı yöntemler
 İyon
değişim kromatografisi
 Elektroforez
Çözünürlük farklarına dayalı
yöntemler
 İzoelektrik
çökeltme
 Nötr tuzlarla çözündürme ve çökeltme
 Çözgenin dielektrik sabitini değiştirerek
çökeltme
Proteinlerin molekül ağırlığını tayin
yöntemleri
 Gel
filtrasyonu
 SDS-Jel Elektroforezi
 Sedimentasyon Analizi
 Tyndall Etkisinden hesaplama
 Ozmotik basınçtan hesaplama