Protein

advertisement
PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU
YAPISI
PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI
PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI
1-Primer Yapı (1o)
2-Sekonder Yapı (2o)
-Alfa–heliks
-Beta–kırmalı tabaka
-Beta–bendler (kıvrım, dirsek)
-Tesadüfi kıvrılmalar(Random coil)
3-Tersiyer Yapı (3o)
o
4-Kuarterner Yapı (4 )
1-Primer Yapı ( )
o
1
H2N (
Amino asitler
)nCOOH
Protein yapısında
yer alan AA lerin,
cins
bir düzen sayı içerisinde
sıra
peptid bağları ile
bağlanması
Protein sekansı
Primer Yapı = Protein Sekansı
AMİNO ASİT SIRALAMASI
• Her protein için spesifik
• DNA’nın nükleotid sekansı
(genetik bilgi)’na göre belirlenir
AA dizileri
N-terminal
C-terminal
yönünde okunur
2- Sekonder Yapı ( )
o
2
(PAULING ve COREY, 1951)
Primer yapıda birbirine yakın
olan AAlerin, molekül içindeki
düzenli ya da düzensiz
ilişkileri
Düzenli ilişkiler: periyodik olarak
tekrarlanan yapılar
-heliks
-kırmalı
tabaka
Düzensiz ilişkiler: random coil
(tesadüfi kıvrılmalar)
Sekonder Yapıyı Oluşturan Bağlar
- Disülfid Bağları
- Hidrojen Bağları
Disülfid Bağı: Sistein rezidüleri
arasında kovalent bağ
R – CH2– S – S – CH2 – R
Cys
Cys
Hidrojen Bağları
(+) H atomları ile (-) O atomları
arasındaki elektrostatik çekim gücü
Polipeptid zincirleri içinde veya arasında,
polar ve yüksüz, -OH, -NH, -NH2 grupları
ile -C=O arasında medana gelir
Protein yüzeyinde bulunan polar gruplar
ile su molekülleri arasında da oluşabilir
Düşük enerjili zayıf bağlar
ömrü kısa( 1x10-9sn)
Sayıları çok
stabilite
-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
yan zincir
-Heliks’in Özellikleri
• AA Rezidü = 1.5 A
Her AA,heliks ekseni boyunca
birbirinden 1.5 A uzaklıkta
bulunur
H bağı
• 3.6 AA Rezidü / Dönüş
Her AA, 100 açı yapar
Heliksin her dönüşünde
3.6 AA rezidü (360), 3.6 AA bulunur
5.4 Ao
• Heliks Yüksekliği = 5.4 A
Heliksin bir tam dönüş
yapmasıyla gidilen uzaklık
1.5 A x 3.6 AA = 5.4 A
-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
-Heliks Yapısında Hidrojen Bağları
H bağı
H bağı
H bağı
Hidrojen bağları, zincir içinde oluşur
Heliks zincirindeki tüm peptid bağları
O
hidrojen bağı oluşumuna katılır
1.AA rezidü-NH
4.AA rezidü-C=O
(- N -C-)
H
Ardışık olarak
H bağları oluşur
-Heliks Yapısında Stabilite
Bir polipeptid zinciri için:
- en düşük enerjili
-Heliks
- en kararlı
(spontan oluşur)
- en dayanıklı yapı
G = negatif
H bağları, sayılarının çokluğu nedeniyle
heliksin dayanıklılığını artırır
Heliks zincirinin iç kısmında su
molekülü yoktur
-Heliks Yapısında Stabilite
Stabiliteyi Stabiliteyi
Stabiliteyi
Azaltan
artıran
sonlandıran
AAler
AAler
AAler
Nötral Yüklü/büyük
AAler yapılı 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
Süper-sekonder Yapı
Sarılmış Sarmal(Coiled Coil)Protein
İki ya da daha çok -heliks
zincirinin birbirlerine
sarılması
- Stabil,
- Enerjetik olarak
protein yapısına uygun
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
Beta–kırmalı tabaka
• Polipeptid zinciri,
gergin-gerilmiş
durumdadır.
7.0 A
• AA Rezidü = 3.5 A
Her AA, -kırmalı tabaka
boyunca birbirinden 3.5 A
uzaklıkta bulunur
Beta–kırmalı tabaka
HİDROJEN BAĞLARI
zincirler arasında oluşur
Stabilite, sayılarının çokluğu nedeniyle,
H bağları ile sağlanır
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
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
3 -Tersiyer Yapı
-Heliks / -kırmalı tabaka
yapıları, üstüste katlanarak,
sarılarak veya kendi etrafında kıvrılarak
• yuvarlak
• elipsoid
şekillerde
Tersiyer Yapıyı
oluşturur
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
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
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)
Polipeptid zincirin hücre
içinde (sulu ortamda )
katlanması çok hızlıdır
primer
Su
molekülleri
?
minutes
dakikalar
100 nm x 0.5 nm, ~ 200 nm2
tersiyer
3.45 nm
~ 37 nm2
Çok sayıda
hidrojen bağı
Elektrostatik Etkileşimler
(İyonik Bağlar)
H 3N
O
R
C
O
R
q 1q 2
= 2
YanFzincirde
rD
bulunan ve zıt
elektrik yükü taşıyan gruplar (asidik
ve bazik amino asitler ) arasında
oluşan tuz bağları
Elektrostatik Etkileşimler
(İyonik Bağlar)
G = negatif
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Nonpolar yan zincirli AA ler, tersiyer yapının
iç kısmında bulunurlar ve su ile temas etmezler
Ala
H
H C
Val
C
H H
H
Ala
Ala
Asp
H C H
C
O
O
van der Waals
ve nonpolar
etkileşimler
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
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
Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar
-

4 - Kuarterner Yapı
Primer, sekonder ve tersiyer yapıları
bulunan polipeptid zincirlerinin nonkovalent bağlarla bir arada tutulması
Proteinlerin
polimerizasyonu
Protein-protein kompleksi: OLİGOMER
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-)
Kuarterner Yapıda Protein
Ör: Hemoglobin
dış görünüş modeli
zincir modeli
Hem
4 Globin Zinciri
(tetramer)
protein-protein
bağlanma bölgesi
aynı 2 alfa globin zinciri


Hb’ i oluşturmak
üzere globin kompleksi
bağlanır


aynı 2 beta globin
zinciri




2 2-Tetramer
Kuarterner Yapıyı Oluşturan Bağlar
4 monomer Protein-Protein kompleksi
Non-kovalent bağlar
hidrojen bağları
iyonik bağlar
Hidrofobik etkileşimler
PROTEİNLERİN FİZİKSEL VE KİMYASAL
ÖZELLİKLERİ
Proteinlerin İyonizasyonu
Asidik ve bazik AAler nedeniyle, AMFOTERİK
+
+
+
+
OH
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Asidik pH
Net yük +
+
+
+
OH
-
+
pH = pI
Net yük 0
Tüm özellikler minimal seviyede
Proteinler presipite edilebilir
Bazik pH
Net yük -
Proteinlerin Titrasyon Eğrileri
3 pH bölgesinde incelenebilir
• pH 1.5-6.0 : Karboksil (-COOH, R- COOH)
• pH 6.0-8.5 : Histidin ve -NH3 grubu
• pH  8.5 : Lys’de -NH3 grubu
Tyr’de fenolik OH grubu
Cys’de SH grubu
Arg’de guanido grubu
Proteinler
fizyolojik şartlarda tamponlayıcı
özelliğini His (imidazol) ile gösterir
Proteinlerin Titre edilebilen Grupları
grup
 - COOH
R - COOH
 - +NH3
İmidazol
Guanido
Tiyol
Fenol
pK pH 7’de yük
3.5 - 4.0
4.0 - 4.8
8.0 - 9.0
+
6.5 - 7.4
0
12
+
8.5 - 9.0
0
9.5 - 10.5
0
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
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: İrreversibl Denaturasyon
Download