Proteinlerin üç boyutlu yapısı

advertisement
Proteinlerin üç boyutlu yapısı
• Bir proteinin kovalent iskeleti yüzlerce tek
bağdan oluşmaktadır. Bu bağların
birçoğunun etrafında serbest rotasyon
mümkün olduğu için proteinin sınırsız
sayıda konformasyonda bulunduğu
düşünülebilir. Ancak her proteinin özgün
bir üç-boyutlu yapıya sahip olduğunu
kuvvetle düşündürmektedir. Hemoglobin
ve üreaz enzimi dahil pek çok protein
kristallendirilmişti. Bir kristal yapı içinde
moleküllerin düzenli bir diziliminin,
genellikle sadece moleküler birimler tıpatıp
aynı olduğunda, oluşabildiği bilinmektedir.
• Bu bölümde, proteinlerin üç-boyutlu yapısını,
beş temayı vurgulayarak inceleyeceğiz. Birincisi
bir proteinin üç- boyutlu yapısı, proteinin amino
asit dizilimi tarafından belirlenir. İkincisi, bir
proteinin işlevi yapısına bağlıdır. Üçüncüsü, izole
edilmiş bir protein eşsiz veya eşsize yakın bir
yapıya sahiptir. Dördüncüsü, belirli bir proteinin
özgül yapısının korunmasını sağlayan sabitleyici
en önemli kuvvet kovalent olmayan
etkileşimleridir. Sonuç olarak, çok sayıda özgün
protein yapıları arasında, protein mimarisi
konusundaki bilgilerimizi düzenlememize
yardımcı olur.
•
Protein işlevi çoğu kez iki veya daha fazla
yapısal biçim arasında değişimi gerektirir
Protein yapısına bakış
• Bir proteinin yapısında bulunan atomların uzaysal
düzenlenimi proteinlerin konformasyonu olarak
adlandırılmaktadır. Proteinin olası konformasyonları,
kovalent bağları kırılmaksızın elde edilebilen herhangi
bir yapısal durumudur. Örneğin, tek bağlar etrafında
rotasyon olması ile konformasyonda değişim oluşabilir.
Teorik olarak mümkün olabilen çok sayıdaki
konformasyonların, biyolojik şartlar altında, genellikle
bir veya ikisi egemen olarak bulunur. Belirli şartlar
altında mevcut olan konformasyon, çoğunlukla
termodinamik olarak en kararlı, yani en düşük Gibbs
serbest enerjisine (G) sahip olan konformasyondur.
Protein konformasyonu büyük ölçüde
zayıf etkileşimlerle sabitlenir
• Protein yapısıyla ilişkili olan karalılık terimi, doğal
konformasyonu sürdürme eğilimi olarak tanımlanabilir.
Fizyolojik şartlar altında tipik proteinlerdeki katlanmış
ve katlanmamış hali ayıran ∆G; 20 ile 65kJ/mol
sınırları arasındadır. Belirli bir polipeptit zincirinin teorik
olarak sayısız farklı konformasyonu olduğu
düşünülebilir ve bir proteinin katlanmamış hali,
konformasyonal entropisnin en yüksek olduğu durum
olarak nitelendirilebilir. Tek bir kovalent bağın
kırılabilmesi için yaklaşık olarak 200 ile 460 kJ/mol
enerji gerekirken zayıf etkileşimler, 4ile 30 kJ/mol
arasındaki önemsiz düzeydeki enerjiyle bozulabilir
• Disülfit bağları gibi kovalent bağlar, şüphesiz
tek bir zayıf etkileşimden çok daha kuvvetlidir.
•
Genelde en düşük serbest enerjili protein
konformasyonu (yani en karalı konformasyon)
en fazla sayıda zayıf etkileşimi içeren
konformasyonlardan biridir.
•
Protein karalılığına zayıf etkileşimlerin
katkısı suyun özellikleri göz önüne alınarak
anlaşılabilir. Saf su hidrojen bağı yapmış H2O
moleküllerinin bir ağını içermektedir. Başka
hiçbir molekül suyun hidrojen bağlama
potansiyeline sahip değildir ve sulu çözeltide
bulunan diğer moleküller, su molekülleri
arasındaki hidrojen bağlarının bozulmasına
neden olur.
• Entropi terimi, sulu çözeltilerde hidrofobik
grupların birleşmesini yönlendiren başlıca
termodinamik itici kuvvettir. Fizyolojik
koşullarda bir proteindeki hidrojen bağlarının
ve iyonik etkileşimlerin oluşumu büyük
ölçüde aynı entropik etki tarafından
yönlendirilir. Polar gruplar genellikle suyla
hidrojen bağı yaparlar ve bundan dolayı
suda çözünürler.
•
En polar molekülün bile çözünürlük sınırı
vardır, çünkü bu moleküllerin çözeltideki
varlığı birim kütle başına düşen hidrojen
bağında bir azalmaya neden olacaktır.
•
Bir makromoleküldeki iki polar grup arsındaki moleküliçi
hidrojen bağları veya iyonik etkileşimlerin oluşum enerjisi,
büyük ölçüde, aynı gruplar ve su arasındaki herhangi bir
• etkileşimin uzaklaştırılmasıyla ortadan kaldırılabildiği halde,
moleküliçi etkileşimlerin oluşumu sırasında yapılanmış olan su
tabakasının bozulması, katlanma için güdümleyici bir entropik
güç sağlar.
•
Hidrofobik etkileşimler bir proteinin konformasyonunun
sabitlenmesinde şüphesiz önemlidir. Genellikle hidrofobik
amino asitlerin yan zincirleri proteinin iç kısmında, yoğun olarak
paketlenmiş bir merkez oluşturur. Proteinlerdeki gruplar
arasında oluşan hidrojen bağları kooperatif olarak biçimlenir.
Protein konformasyonunun sabitlenmesine hidrojen bağları ve
diğer kovalent olmayan etkileşimlerin katkısı halen
değerlendirilmektedir. İki basit kuralı yansıtmaktadır: (1)
hidrofobik karakterli amino asitler sudan uzakta, daha çok
proteinin iç kısmına gömülü bulunur ve (2) protein yapısı
içindeki hidrojen bağı sayısı maksimum düzeye çıkarılır.
Peptit bağı katı ve düzlemseldir
• 1930’ların sonlarında, Linus Pauling ve
Robert Corey protein yapısı hakkında şu
andaki bilgilerimizin temelini oluşturan seri
bir çalışma başlattılar.
• Cα üzerindeki rotasyondan kaynaklanan
bağ açıları N-- Cα için Ø (phi) ve Cα—C
bağı için ψ (psi) olarak belirtilmektedir. Ø
ve ψ değerlerinin ikisin inde
• Oo olduğu konformasyon bu sebepten
dolayı engellenmektedir ve bu
konformasyon sadece rotasyonun açılarını
açıklamak için bir referans noktası olarak
kullanılmaktadır. Ramachandran
grafiğinde Ø ve ψ’in alabileceği değerler
grafik olarak ortaya çıkar.
Proteinlerin ikincil yapısı
• İkincil yapı terimi, polipeptidin belirli
kısımlarının yerel konformasyonlarını ifade
eder. İkincil yapının özellikle birkaç tipi
karalıdır ve protein yapısında yaygın
olarak bulunur. En yaygın olarak
bulunanılar α heliks (α sarmal) ve β
konformasyonlarıdır.1952’de bu ikincil
yapının varlığını öngörmüşlerdir
α Heliks yaygın bir protein ikincil
yapısıdır
• Pauling ve Corey William Astbury’in (1930)
deneysel sonuçlarına sahiplerdi.
• Katı Peptit bağlarıyla (rotasyonu serbest olan tek
bağlar dışında) polipeptit zincirinin varsayılabilen
en basit düzlenimi Pauling ve Corey’in α heliks
olarak adlandırıldıkları helezonik yapıdır.
Tekrarlayan birim, eksen boyunca yaklaşık 5.4 Å
uzunluğunda olan, heliksin tek bir dönüşüdür. Bir
α helikste amino asitler ψ = -45o ile -50o ve Ø =
-60o olduğu konformasyonlara sahiptir. Ve her
bir heliks dönüşü 3.6 amino asit kalıntısı
içermektedir.
• α Heliks yapısı niçin diğer birçok olası
konformasyondan daha kolaylıkla oluşur?
Yanıt, kısmen α heliks yapısının iç hidrojen
bağlarının en uygun kullanımını
sağlamasına bağlıdır. Bu yapı, Peptit
bağının elektronegatif azot atomuna bağlı
hidrojen atomu ile bu Peptit bağının amino
terminal ucu kısmında bulunan dördüncü
amino asidin elektronegatif karbonil
oksijen atomu arasında bulunan bir
hidrojen bağıyla sabitlenmektedir. Doğal
olarak bulunan L- amino asitler gerek sağel dönüşlü, gerekse sol- el dönüşlü heliks
yapısını oluşturabilir
Amino asit dizisi α heliksin
kararlılığını etkiler
• Polipeptitlerin hepsi kararlı bir α helliks yapısı
oluşturamaz. Amino asitlerin yan zincirleri
arasındaki etkileşimler, bu yapıyı stabilize veya
destabilize edebilir.eğer bir polipeptit zinciri
Glu’lardan oluşmuş uzun bir bölüm içeriyorsa,
zincirin bu bölümü pH 7.0 ‘de α heliks yapısı
oluşturmayacaktır.
• Aynı nedenle eğer çok sayıda bitişik, pH
7.0’de pozitif yüklü R grubuna sahip olan
Lys ve / veya Arg amino asitleri varsa; bu
amino asitlerde birbirini itecek ve α heliks
oluşumunu önleyeceklerdir. Zincirde
birbirlerine yakın oldukları zaman α heliksi
detabilize edebilirler. Pozitif yüklü amino
asitler genellikle negatif yüklü amino
asitlerden üç amino asit kalıntısı uzakta
bulunur ve bu yerleşim bir iyon çifti
oluşumuna olanak verir. İki aromatik amino
asit de hidrofobik etkileşimler nedeniyle
sıklıkla benzer aralıkta bulunur
• Prolin amino asidindeki azot atomu katı halka
yapısının bir kısmını oluşturduğundan N-Cα
bağının etrafında rotasyon mümkün değildir. Bu
yüzden, Pro kalıntısı α heliks yapısının
kararlılığını bozan bir kıvrım oluşturur.
• Bu nedenlerden dolayı prolin α heliks yapısında
çok nadir olarak bulunmaktadır. Glisin faklı bir
nedenle α heliks yapısında sık bulunmaz. Daha
fazla konformasyonal esnekliğe sahiptir. Glisin
polimerlerinin oluşturduğu sarmal yapı α heliks
yapısından oldukça farklıdır. Α heliks yapısının
kararlılığını etkileyen son faktör; α –helezonik
parçanın sonuna yakın bölgede bulunan amino
asitlerin özelliğidir.
β konformasyonu polipeptit zincirini tabakalar
şeklinde düzenler
• İpek fibroini ve örümcek ağı fibroini gibi βkeratinlerin, en küçük R gruplarına sahip
iki amino asit olan Gly ve Ala içerikleri çok
yüksektir.
Download
Random flashcards
qweeqwqwe

5 Cards oauth2_google_78146396-8b44-4532-a806-7e25cc078908

KALPTE İLETİM NOKTALARI

3 Cards oauth2_google_cfd2531f-f18a-45fd-9d97-afe31596ce7b

Terimler

2 Cards oauth2_google_ef32970e-e5f9-4595-9abe-394e9f6bc8d9

Create flashcards