PROTEİNLERİN SINIFLANDIRILMASI
advertisement
PROTEĠNLER ĠÇĠN YAPISAL BĠR SINIFLANDIRMA GLOBULAR (KÜRESEL) PROTEĠNLER FĠBRÖZ (FĠBRĠLER) (ĠPLĠKSĠ) PROTEĠNLER ĠPLĠKSĠ (FĠBRÖZ) PROTEĠNLER • Lifli ve uzunlamasına yapılar oluĢtururlar. • Çoğu hayvansal hücrelerde YAPISAL ROLLER üstlenir. • Deri, bağ doku, saç, kıl, boynuz ve ipek gibi lifli yapıların ana bileĢenidirler. BAZI ĠPLĠKSĠ PROTEĠNLERĠN AMĠNO ASĠT BĠLEġĠMĠ Sağlamlık kazandırır. Polisakkaritler için tutunma yeri KERATĠNLER • Amino asit dizileri ve biyolojik iĢlevleri birbirine benzeyen iki önemli protein grubu: -keratinler Saç, tırnak ve derinin ana bileĢeni Ara filament proteinler denilen geniĢ bir ailenin üyesidirler. -keratinler Daha çok -tabaka içerirler. KuĢ ve sürüngenlerin tüy ve kabuklarında bulunurlar. Saçtaki -keratinin yapısı Proposed structure for keratin-type intermediate filaments. Her bir zincir -sarmal yapısındadır ve 300’ün üzerinde amino asit içerir. Bir monomer çifti (a) paralel konumda birbirlerine dolanarak 50 nm uzunluğunda dimerik bir yapı olan sarımlı sarmalı (b) oluĢtururlar. Çok sayıda dimer birbirleriyle etkileĢerek protofilamenti (c) ve sonra da protofibrili (d) ortaya koyarlar. Bu tip sağlam bir yapı bazı dokularda disülfit çapraz bağlarıyla daha da dayanıklı hale gelir. Tırnaktaki -keratin saçtaki -keratine göre çok daha fazla sayıda bu tip çapraz bağ içerir. Perma: Bu iĢlem keratindeki disülfit bağlarının indirgenmesi, yeniden Ģekillendirme ve yeni Ģeklin sabitlenmesi iĢlemlerini kapsar. ĠPEK PROTEĠNĠ FĠBRONĠNĠN YAPISI FĠBROĠN ĠPEKBÖCEĞĠ KOZASINDA ve ÖRÜMCEKLERĠN AĞINDA BULUNAN PROTEĠN Çok sayıda antiparalel -tabaka içerir. Üç boyutlu yapı kesidi. Bu bölgede sadece alanin ve glisin kalıntıları görülmekte. Alanin veya serin yan zincirleri ile glisin yan zincirlerinin etkileĢimi (üstten görünüĢ) FĠBROĠNĠN TAMAMI -TABAKA YAPISINDA DEĞĠLDĠR. • Ġpliksi proteinlerin amino asit bileĢimini gösteren tabloda gördüğümüz gibi, fibroin valin ve tirozin gibi -tabakaya uymayacak amino asitler de içerir. Bu amino asitler nedeniyle de -tabakaları arasında yer yer tıkız bir Ģekilde katlanmıĢ bölgeler yer alır. Böyle bir yapı fibroine oldukça esnek bir yapı kazandırır. KOLLAJEN Ġnsan da dahil omurgalıların büyük bir kısmında en bol bulunan proteindir. Bazı hayvanlarda total protein kitlesinin ~1/3’ini oluĢturur. •Kemiklerde minerallerin üzerinde çöktüğü matriks materyalini oluĢturur. •Tendonların ana bileĢenidir. •Derinin önemli bir elemanıdır. Kısacası, pek çok hayvanın bütünlüğünden bu molekül sorumludur, diyebiliriz. YAPISAL BĠRĠM: TROPOKOLLAJEN Kollajenin Yapısı • Temel yapısal birim, her biri ~ 1000 amino asit kalıntısı uzunluğundaki üç polipeptit zincirininin birbirine sarılmasıyla oluĢan üçlü sarmal yapıdaki TROPOKOLLAJEN molekülüdür. • Tropokollajendeki her bir zincir sola dönümlü olup, her bir dönümde yaklaĢık 3.3 amino asit yer alır. Yapının böyle olmasının en önemli iki nedeni: • Böyle bir yapıda her 3 kalıntıda bir GLĠSĠN amino asidi bulunur. Çünkü sadece bu amino asidin yan zinciri bu yapı içerisinde yer alacak kadar küçüktür. • Üçlü sarmal kıvrıma uygun, bu oluĢumu kolaylaĢtıran bir baĢka özellik de her bir zincirde yer alan PROLĠN ve HĠDROKSĠPROLĠN kalıntılarıdır. Zincirlerde belli dizilerin sık sık tekrarlandığı görülür: Gly-X-Y X= genelde PROLĠN Y= PROLĠN veya HĠDROKSĠPROLĠN (X ve Y’de yer yer baĢka amino asitler de bulunabilir. Ancak yukarıdaki yapılanma özgün yapının oluĢumundan sorumludur. Prolin kalıntılarının sıradıĢı bir Ģekilde hidroksile olmasının avantajı: • Üçlü sarmalı oluĢturan ana bağ tipi omurgadaki amit protonları ile karbonil oksijenleri arasındaki H bağlarıdır. Ancak hidroksiprolindeki OH grupları ek bağların kurulmasına katkıda bulunarak bu yapıyı daha da sağlamlaĢtırır. Kollajendeki lizin kalıntılarının da bir kısmı hidroksile durumdadır. Bu modifikasyonun rolü: • Lizindeki OH grupları polisakkaritlerin tutunma noktalarını oluĢturur. Prolin Hidroksiprolin dönüĢümü ENZĠMATĠK bir olaydır ve C vitamini (askorbik asit) gerektirir. C vitamininin eksikliği ĠSKORBÜT denilen bir hastalığa yol açar. Deride ve diĢetlerinde yaralar oluĢur, damarlar incelir. DıĢarıdan vitamin takviyesiyle bu rahatsızlıklar ortadan kalkar. Tropokollajen molekülleri kollajen liflerini oluĢturmak üzere özgül bir biçimde birlikte paketlenir: Kollajenin dayanıklığının bir nedeni de tropokollajen moleküllerinin, lizin yan zincirlerinin yer aldığı özel bir reaksiyon aracılığıyla çapraz bağlanmasıdır. Zincir içi ve zincirler arası gerçekleĢen bu olay enzimatiktir. Bazı lizin kalıntıları lizil oksidaz enzimi tarafından oksitlenerek aldehit türevine dönüĢür, bu da baĢka bir lizinle veya diğer bir molekülle kondensasyon reaksiyonuna girerek çapraz bağlar oluĢturur. Bu reaksiyon yaĢam boyunca sürer. Çapraz bağlar, kollajen molekülünün elastikiyetini kaybetmesine ve daha kırılgan hale gelmesine yol açar. YaĢlanma ile ilgili görsel belirtilerin büyük bir kısmı bu çapraz bağlardan kaynaklanmaktadır. Kollajen Sentezi Tropokollajeni oluĢturan zincirlerin ribozomda sentezlenen ilk halleri çok farklıdır. •1.adım ribozomlarda translasyondur. •2.adımda polipeptit hidroksillenir. •3.adımda Ģekerler bağlanır. •4.adımda prokollajen oluĢturulur. Prokollajen 1500 kalıntıdan ibarettir. Üç prokollajen molekülü orta kısımlarından üçlü sarmal oluĢtururken N- ve C-uçları kıvrılıp katlanarak küresel yapı kazanır. •5.adımda prokollajen üçlüleri hücredıĢı alana salınır. •6.adımda N- ve C-uçlar spesifik proteazlar tarafından kesilip atılır. •7.adımda lizin kalıntıları arasında çapraz bağlantılar kurularak molekülün yapısı tamamlanmıĢ olur. ELASTĠN Bağ doku ve atardamarlarda daha elastik bir yapı olması gerekir. ĠĢte elastin bu yapıları oluĢturan ipliksi proteindir. Polipeptit zinciri glisin, alanin, ve valin bakımından zengindir. Oldukça elastik bir yapıya sahiptir, çünkü çapraz bağlı lizin kalıntıları da içerir. Dört lizin kalıntısı DESMOZĠN oluĢturmak üzere birleĢir: KÜRESEL (GLOBULAR) PROTEĠNLER Oksijenin taĢınmasında ve depolanmasında globinlerin rolü Hemoglobin ve Miyoglobin hayvanlarda sırasıyla, oksijen taĢınması ve depolanmasında görev alan proteinlerdir. Hayvanlar yaĢamak için hücrelerine oksijen pompalamak ve metabolizma sonucu oluĢan artık ürünleri de (ör. CO2) dıĢarı atmak zorundadırlar. Dokular arasında difüzyon ile taĢınma hızı yeterince yüksek değildir. Böcekler hariç tüm hayvanlar kan (atardamarlar) yoluyla dokulara oksijen taĢır ve CO2’yi yine aynı yolla (toplardamarlarla) dıĢarı atar. Kanda oksijen taĢıma görevi, değiĢik canlılarda farklı tipleri bulunan oksijen taĢıyıcı proteinler tarafından sağlanır. Bu proteinler ya bazı omurgasızlarda olduğu gibi kanda çözünmüĢ olarak bulunur, ya da insan eritrositlerinde olduğu gibi belli hücrelerde yoğunlaĢır. Tüm omurgalılarda oksijen taĢıyıcı protein HEMOGLOBĠN, oksijen depolayıcı protein MĠYOGLOBĠN’dir. Her ikisi de küresel proteindir.Ortak yapısal motife sahiptirler. Miyoglobin monomerik, hemoglobin oligomerik (tetramerik) proteindir. MĠYOGLOBĠN HEMOGLOBĠN myo- Yunanca’da “kas” hemo- ise “kan” anlamına gelir. • Her ikisi de hem grubu içerir, yani bileĢik proteindir. Oksijeni bağlayan bu grup, protein kısmına (globin) kovalent olmayan etkileĢimlerle bağlı durumdadır. Hem (Demir protoporfirin) KIRMIZI RENKTEN DE SORUMLU GRUP! MĠYOGLOBĠN • Kas dokusunda bulunur. Oksijen bağlayarak depo eder. Yoğun kas aktivitesi sırasında gerekli olan oksijeni mitokondrilere aktarır. En çok iskelet bulunur. ve kalp kasında •Suda çok derinlere dalan fok ve balinaların total kas proteininin %8’i miyoglobindir. -Sarmal bölgelerince zengin tek zincirli bir polipeptittir. %80’i 8 adet -sarmalından (A-H) oluĢur: Hem grubu molekülün apolar özellikteki iç kısmına (F ve E sarmalları arasındaki cebe) yerleĢmiĢtir. Bu cep apolar amino asitlerle çevrilidir. Bunlardan 2 tane histidin kalıntısının çok özel fonksiyonları vardır: PROKSĠMAL HĠSTĠDĠN : Doğrudan HEM’in demirine bağlıdır. DĠSTAL HĠSTĠDĠN : HEM ile doğrudan etkileĢmez. Oksijenin +2 değerlikli demire bağlanmasını stabilize eder. Böylece Fe+2 çok az okside olarak oksijenin geri dönüĢümlü bağlanması sağlanır. Hemoglobin kırmızı kan hücrelerinde (eritrositler) yer alan oksijen taĢıyıcı proteindir. Omurgalıların hemoglobini her biri bir molekül oksijen bağlayan birer hem grubu içeren ikiĢer alt birimden (toplam 4 altbirimden) oluĢur. EriĢkin insanlardaki hemoglobinin büyük bir kısmı 2 2 altbirimi içeren Hemoglobin A (HbA)’dır. Ayrıca %2 oranında Hemoglobin A2 (HbA2) (2+2delta zinciri içerir) bulunur. Hamileliğin baĢlangıcında fetusta ilk olarak ve zincirlerine benzeyen (zeta) ve (epsilon) zincirleri sentezlenir. GeliĢim süreci içinde • ’ların yerini • ’lar yerini ’lar (gamma)’lar alır. Böylece Fetal Hemoglobin (HbF) oluĢur. HbF fetal yaĢamın 2/3’sinde baskındır. Hemoglobinin anne karnından oksijen alabilecek özellikte olmasını sağlar. Fetal geliĢim sırasında yavaĢ yavaĢ artan zincirlerinin senteziyle doğumdan sonraki 6. ayda • zincirlerinin yerini ’lar alır. Doğumdan kısa bir süre önce baĢlayan zincirlerinin senteziyle yetiĢkinlerde %2 oranında HbA2 oluĢur. Hemoglobinin altbirimi ile miyoglobin arasında büyük benzerlik vardır. Amino asit dizileri farklı olmakla beraber yapılarındaki bu benzerlik 24 amino asidin ortak olmasından kaynaklanır. (Buradan farklı amino asit dizilerinin benzer 3 boyutlu yapılar ortaya koyduğunu ve benzer iĢlevler yürüttüğünü görüyoruz.) Bu ortak 24 amino asit, 3 boyutlu yapının ortaya konulmasında ve fonksiyonda doğrudan iĢ görmektedir. Hemoglobindeki alt birimler kendi aralarında moleküler etkileĢimler kurarlar. Ayrıca bazı spesifik ve küçük moleküller fonksiyonda etkili olur. Yapıya bağlanarak aktivasyona veya inhibisyona yol açarlar. Bu tür iliĢkiler hemoglobine oksijenin yanısıra CO, CO2 ve protonları da bağlayarak taĢıma özelliği kazandırır. Hemoglobindeki alt birimler kooperatif etkiyle oksijen bağlanmasını sağlarlar. Bir oksijenin bağlanması, ikinci oksijenin bağlanmasını kolaylaĢtırır. Bu kolaylaĢtırıcılık, oksijenin çok bol bulunduğu akciğerlerde oksijenin hemoglobine bağlanmasını ve oksijen düzeyinin düĢük olduğu dokularda da oksijenin serbest kalmasını sağlar. Hemoglobin dokulardaki karbondioksiti de akciğerlere taĢıyarak dıĢarı atılmasını sağlar. Hemoglobine CO2 bağlanması Metabolizma sırasında oluĢan CO2’nin çoğu suyla birleĢerek bikarbonat iyonu oluĢturur. Ancak bir kısmı hemoglobinin yüksüz amino gruplarına bağlanarak taĢınır: Hb-NH2 + CO2 HbNHCOO- + H+ 3 aylık evli çift şofben kurbanı Nazif ve Asiye Yarar çifti 3 aylık evliydi. Asiye'nin hamile olduğu haberi genç çifti sevince boğmuştu. Ancak şofbenden sızan gaz mutluluklarının sonu oldu. 02.12.2002 Şofben değil baca öldürüyor Üç aylık evli Yarar çiftinin ölümü de "şofbenden ölüm" diye geçti kayıtlara. Oysa uzmanlar uyarıyor: Şofben değil tıkalı baca öldürür 03.12.2002 Liseli kızlar şofben kurbanı Balıkesir ve Karabükte biri 14, diğeri 17 yaşındaki iki lise öğrencisi genç kız şofbenden zehirlenerek can verdi 01.03.2005 Sobalar ocakları yaktı Önceki gece etkili olan şiddetli lodos yüzünden 149 kişi soba ve şofbenlerden sızan karbonmonoksit gazından zehirlendi. Bunlardan 5'i tüm müdahalelere rağmen kurtarılamadı. 07.03.2005 Şofben canavarı beni alamadı 09.01.2003 AB standartlarından bahsedilirken "Yıllık şofbenden ölenlerin sayısı" da kıstas olarak alınacak duruma geldi. Son günlerde sıkça rastlanan şofben faciaları gencecik insanları hayatının baharında sevdiklerinden çekip almaya devam ediyor. Şofben denen yarı teknolojik canavar beni de almak istedi ama başaramadı. Bugün sizlere şofbenle nasıl mücadele ettiğimi, nasıl hayatta kaldığımı bir şofben maduru olarak anlatacağım. Belki birkaç hayat kurtarabilirim. Sene 1976 Fakülte son sınıf öğrencisiyim. Eyüp' te 4 katlı bir binanın teras katında kalıyorum... Hemoglobine CO bağlanması Hemoglobindeki Fe atomuna karbon monoksit (CO) bağlanırsa: Karbonmonooksihemoglobin (HbCO) oluĢur. Dokulara O2 taĢıma yeteneği azalır. (CO zehirlenmesinin temeli !) Hemoglobinin CO’ne olan ilgisi O2’ne olan ilgisinden 220 kat fazla! Onun için ortamdaki çok küçük miktardaki CO bile kanda toksik konsantrasyonda HbCO oluĢmasına neden olur. %60’ın üzerinde HbCO ÖLDÜRÜCÜDÜR !!! CO zehirlenmelerinde O2 tedavisi uygulanır. AMĠNO ASĠT DĠZĠSĠNDE MUTASYONEL DEĞĠġĠMLER Ele alınan bir (tür) organizmanın içerdiği bir proteinin amino asit dizisi o türün tüm bireylerinde aynıdır. Örneğin, Hemoglobin tüm sağlıklı insanlarda aynı amino asit dizisine ve konformasyona sahiptir. ANCAK: Bazen gen düzeyinde oluĢan bir mutasyonla 1 veya 2 amino asitin yerine farklı amino asitler geçebilir. NORMAL bireydeki hemoglobin ile ORAK HÜCRELĠ ANEMĠ HASTASI bir bireydeki hemoglobin arasında sadece tek bir amino asit bakımından farklılık vardır: zincirinin 6. amino asidi Normal bireylerde Glutamik asit Hasta bireylerde Valin’dir. Hemoglobin ve miyoglobinin yapısında gördüğümüz gibi küresel proteinler protein olmayan bir kısım içerebilirler. •Alternatif Sınıflandırma •Basit proteinler Sadece amino asitlerden oluĢurlar. •BileĢik proteinler Protein zincirine ek olarak protein olmayan organik veya inorganik bir grup (PROSTETĠK GRUP) içerirler. –Apoprotein = proteinin prostetik grupsuz Ģekli –Holoprotein = proteinin prostetik gruplu Ģekli Prostetik gruba en iyi örneklerden biri miyoglobin ve hemoglobine yer alan oksijen bağlayan hem (Fe-protoporfirin IX) grubu verilebilir. Hem grubu Hemoprotein Binding and release of ligands induces a conformational (structural) change in hemoglobin. Here, the binding and release of oxygen illustrates the structural differences between oxy- and deoxyhemoglobin, respectively. Nükleoprotein kompleksleri Structure of the Oxytricha nova telomere end binding protein complexed with single strand DNA. The a subunit is shown in purple and green and the b subunit is shown in blue. (A) The single strand DNA, shown with black bases, orange phosphorous atoms, and red phosphate oxygens, binds to a deep cleft between the N-terminal domain of a and the 28 kDa core domain of b. The 12ntd 5'-GGGGTTTTGGGG-3' DNA also forms a G-quartet linked DNA dimer, shown with orange bases, which is the focus of another poster (see poster Gquartets in a telomere protein-DNA complex). (B) Detailed view of one proteinDNA contact. The base of nucleotide G10 is stacked between the guanidinium group of arginine 140 from theb subunit and the phenol group of tyrosine 239 from the a subunit. Additional hydrogen bonds, shown in green, are likely important for sequence specific recognition of this base. Glikoprotein Hücre zarındaki glikoproteinler Lipoprotein TG: Trigliserit CE: Kolesterol esterleri Metalloprotein One-third of all proteins are "metalloproteins", chemical combinations of protein atoms (carbon, nitrogen, oxygen, hydrogen, sulfur) with ions of metals such as iron, calcium, copper, and zinc. The rusticyanin copper binding site shows the copper, the liganding residues and the supporting secondary structural elements. The Type II b-turn and the 310 helix may represent a region of structural rigidity that helps define and support the distorted coordination geometry. SOD CuZn bovine superoxide dismutase. (a) Ribbon diagram of native dimer showing positions of Cu (blue) and Zn (orange) atoms and their ligands and (b) a close up of the metal sites and the bridging His61.
