PEPTD VE PROTENLER 2_ - PDF

PEPTİD VE PROTEİNLER: YAPILARI VE GENEL ÖZELLİKLERİ II SALİHA UYSAL TIBBİ BİYOKİMYA ABD 18.11.2021 Aminoasitlerin Tampon Özellikleri Pratikte aa’ler yüksüz gösterilir. Ancak çözeltide ✔Negatif yüklü anyon ✔Pozitif yüklü katyon ✔Nötr dipolar iyon...

PEPTİD VE PROTEİNLER: YAPILARI VE GENEL ÖZELLİKLERİ II SALİHA UYSAL TIBBİ BİYOKİMYA ABD 18.11.2021 Aminoasitlerin Tampon Özellikleri Pratikte aa’ler yüksüz gösterilir. Ancak çözeltide ✔Negatif yüklü anyon ✔Pozitif yüklü katyon ✔Nötr dipolar iyon ✔Bunların karışımı şeklinde bulunurlar.  Hangisi baskın olacak ---- Çözelti pH’sı karar verir. Tamponlar Tampon asit veya baz eklenmesine karşı pH daki değişime direnen bir çözeltidir. Zayıf bir asit ile onun konjuge bazından bir tampon elde edilebilir.  58 yaşında erkek Dispne (Nefes darlığı) Arter kan gazı pH :7,38 (N=7,35-7,45) pCO2: 55 mmHg (N=35-45) HCO3: 32mEq/L (N=22-26)  Sulu çözeltilerde amino asitlerin α-karboksil grupları zayıf asidik, α- amino grupları ise zayıf bazik özellik gösterir. Ayrıca her asidik ve bazik amino asidin yan zincirinde iyonize olabilen bir grup vardır. Bu yüzden aminoasitler tampon olarak davranabilirler.  pK = Bir aa’in ortama H+ iyonu verme yeteneği(dissosiasyon) = İyonize olabilen bir grubun yarı yarıya ayrıştığı pH R grubu nötral ise karboksil ve amino gruplarının yarı yarıya dissosiye olduğu pH’dır. Glisin Çözeltideki bir amino asit molekülü üzerinde net yükün sıfır olduğu pH değeri, izoelektrik nokta (pI) olarak adlandırılır. pI = (pK1 + pK2)/2 pI = (2,34+9,6)/2 = 5,97 Bir amino asit, izoelektrik nokta değerinden yüksek pH ortamında anyon şeklinde; izoelektrik nokta değerinden düşük pH ortamında katyon şeklinde bulnur. Asidik/Bazik aa’lerin titrasyon eğrileri İyonize olabilen R gruplu amino asitlerin üç basamaklı daha karışık titrasyon eğrileri vardır. Bu yüzden de üç pK değerleri vardır. Bu amino asitlerde izoelektrik noktanın hesaplanmasında zwitterion şekillerinin, bir önceki ve bir sonraki pK değerlerinin ortalaması alınır. Histidinin Titrasyon Eğrisi Asidik ve bazik aa’ler için pI hesabı Asidik aa’ler için : (pK1+pKR)/2 Bazik aa’ler için : (pKR+pK2)/2 Histidin için pI = (6+9,2)/2 = 7,6 !!!!! Bu yüzden Histidin kanın fizyolojik pH’sına en yakın pK değerine (pKR=6) sahip olduğu için en etkin tamponlamayı yapabilen amino asittir. Bir amino asit, izoelektrik nokta değerinden yüksek pH ortamında anyon şeklinde bulunduğundan elektrik alanında anoda göçer. (-) (+) Katot Anot Bir amino asit, izoelektrik nokta değerinden düşük pH ortamında katyon şeklinde bulunduğundan elektrik alanında katoda göçer. (-) (+) Katot Anot  Amino Asitlerin pI Değerlerinin Önemi Proteinlerin ayrılması ve tanımlanmasında kullanılan elektroforez, izoelektrik odaklama ve iyon değişimi kromatografisi gibi yöntemlerin prensibi biyomoleküllerin pI değerlerine dayanır.  İyon değişim Kromatografi, bir karışımdaki iki ya da daha kromatografisi fazla bileşenin, hareketli (taşıyıcı) bir faz yardımıyla, sabit (durgun) bir faz arasından değişik hızlarda hareket etmeleri esasına dayanır. Kromatografik yöntemlerle, kimyasal ve fiziksel özellikleri birbirine çok yakın bileşenlerden oluşan karışımları, tümüyle, kolayca ve kısa sürede ayırmak olanaklıdır. Protein Elektroforezi Multiple Myelom Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri Çözünürlük: Amino asitler içerdikleri iyonize gruplar nedeniyle su, etanol vb polar çözücüler, dilüe asit ve bazlarda çözünürler. Erime Noktası: Amino asitler oda sıcaklığına kristal katı formdadırlar, 200°C’ nin üzerinde erime ve bozulma görülür.  İyonize-zıt yüklü gruplar arasındaki elektrostatik bağların oluşturduğu kafes yapı, dayanıklılığı artırır. Aynı büyüklükteki diğer organik bileşiklere göre, erime noktaları daha yüksektir.  Absorpsiyon: Aminoasitlerin sulu çözeltileri: Renksiz Görünür Bölgedeki (400-700nm) ışığı absorbe etmezler. Aromatik amino asitler (Fenilalanin,Tirozin, Triptofan) aromatik halkadaki konjuge çift bağ sayesinde UV bölgede (260-280 nm) absorpsiyon gösterirler. Bu özellik proteinlerin miktar tayininde kullanılır. Aminoasitlerin girdiği reaksiyonlar 1. En önemlisi --- Peptid bağ oluşumu Bir amino asidin amino grubu ile bir başka amino asidin karboksil grubu arasından su çıkışıyla iki amino asit arasında peptit bağı oluşur ve böylece peptitler meydana gelir.  Kovalent bir bağ Peptid bağı oluşumunda enerji harcanır. Peptid zincirin 1.aa’nın amin grubu ile sonuncunun karboksil grubu serbesttir. Aa’ler N-terminal uçtan başlanarak numaralandırılır. Bağa katılan aa’lerin isimleri –il eki alır. (lizil, aspartil…) Biüret reaksiyonu Peptid bağlarının iki değerlikli bakır iyonunu en az üç peptid bağıyla şelatlaması sonucu alkali ortamda mavi-menekşe renk oluşur.  2. Kovalent disülfit bağların oluşumu Primer yapıdaki iki sistein aa’nin bir disülfit bağıyla bağlanmasıyla sistin oluşur. Tek polipeptid zincirin içinde veya komşu polipeptid zincirleri arasında oluşabilir. Fibriler ve globüler proteinlerin konformasyonlarının sabitleştirilmesinde önemli rol oynar. 3. Glikasyon Monosakkaritlerin proteinlerdeki serbest –NH2 grubu ile reaksiyona girmesine glikasyon denir. Non-enzimatik  Glikasyona uğramış protein oranı, ortamın glikoz konsantrasyonu ve maruz kalınan süre ile ilişkilidir. DM’de artmış kan glukozu (hiperglisemi) ile glike hemoglobin ve albümin oranı da artar. Glukozun beta zincirlerinin N-terminal gruplarının reaksiyona girmesi sonucu HgbA1c oluşur. Glukozun albüminin amin gruplarına bağlanmasıyla fruktozamin oluşur. Fruktozamin ---- ≈2-3 hafta Hgb A1c ---- ≈3-4 ay  PEPTİD BAĞI VE PROTEİNLERİN YAPISI  PROTEİNLER H2N ( )nCOOH. Amino asitler Sınırsız sayıda 20 AA farklı protein yapıları PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI Birincil yapı: Bir proteindeki amino asitlerin dizilişidir. İkincil yapı: hidrojen bağları ile kararlı kılınan, düzenli tekrarlanan yerel yapılardır. Bunların en yaygın örnekleri alfa sarmalı (alpha helix) ve beta yaprağıdır (beta sheet). Bir proteinin içinde farklı ikincil yapılara sahip pek çok bölge olabilir. Üçüncül yapı: tek bir proteinin tamamının şekli, ikincil yapıların birbirleriyle olan uzaysal ilişkisi. Üçüncül yapı genelde en yaygın olarak bir hidrofobik çekirdeğin oluşmasıyla olur ama tuz köprüleri, hidrojen bağları, disülfid bağları ve hatta translasyon sonrası değişimler (post- translational modifications) de olur. Dördüncül yapı: Birden fazla polipeptid zincirinin birbiriyle etkileşmesiyle oluşan yapıdır.  1-Primer Yapı ( ) 1o H2N ( )nCOOH Amino asitler Protein yapısında yer alan aa lerin, bir düzen içerisinde peptid bağları ile bağlanması Proteini oluşturur Bir amino asidin −NH2 grubu ile bir başka amino asidin −COOH grubu arasından su çıkışıyla iki amino asit arasında peptit bağı oluşur ve böylece peptitler meydana gelir. 43 Peptid bağları ısıtılmak veya yüksek üre konsantrasyonu gibi proteinleri denatüre eden koşullarda yıkılamazlar. Bu bağları nonenzimatik olarak yıkmak için yüksek sıcaklıkta uzun süre güçlü asid veya baza maruz bırakmak gerekir. Alfa - Karbon Etrafında Rotasyon Peptid bağı düzlemi hareketsiz olmasına rağmen, α - karbon etrafındaki rotasyon polipeptid zincirine esneklik kazandırır Amid düzlemi α-karbon Amid düzlemi Protein iskeleti boyunca rotastonu sağlayan bağlar  İsimlendirme aa sıralaması her protein için spesifik DNA’nın nükleotid sekansı (genetik bilgi)’na göre belirlenir. aa dizileri N-terminal C-terminal yönünde okunur. İsimlendirme: GLUTATYON γ-Glutamil – sisteinil - glisin Polipeptidin omurgası gelişigüzel bir üç boyutlu yapı oluşturmayıp, primer yapıda gizli olan bir bilgi ile birbirine yakın aa’lerin kurallı düzenlenmesi ile yapılanır. Bu düzenlenmelere polipeptidin sekonder yapısı denir.  2- Sekonder Yapı ( ) 2o Primer yapıda birbirine yakın olan aa’lerin, molekül içindeki düzenli ya da düzensiz ilişkileri sonucunda oluşur. Düzenli ilişkiler: periyodik olarak tekrarlanan yapılar α-heliks β- kırmalı tabaka Düzensiz ilişkiler: random coil (rastgele kıvrılmalar)  α- heliks Çeşitli polipeptid heliksleri içinde en sık karşılaşılanı α-heliks’dir. Farklı proteinler helikal yapı içerirler: Keratinler yapılarının tamama yakını α-heliks olan fibröz proteinlerdir. Saç ve derinin ana bileşenidirler ve sertlikleri yapılarındaki disülfit bağlarının sayısına bağlıdır. Yapısının yaklaşık %80’ini α-heliksin oluşturduğu hemoglobin ise keratinin aksine esnek bir globuler proteindir. α-Heliks Peptid bağı karbonil oksijenleri ile amid hidrojenleri arasındaki yaygın hidrojen bağları ile stabilize olur. Helikste bir peptid bağının karbonil oksijeninden, 4 peptid yukardaki peptid bağının NH grubu arasındadır. H bağı 3.6 AA rezidü 5.4 Ao α-Heliks Eksenine Üst Bakış 5.4 A° α-Heliks Yapısında Hidrojen Bağları H bağı H bağı H bağı Hidrojen bağları, zincir içinde oluşur Heliks zincirindeki tüm peptid bağları hidrojen bağı oluşumuna katılır O 1.aa rezidü-NH Ardışık olarak (- N -C-) H 4.aa rezidü-C=O H bağları oluşur H bağları tek tek zayıf bağlardır ama, sayılarının çokluğu nedeniyle, heliksin dayanıklılığını artırır ve birlikte heliksi stabilize ederler. α- heliksi bozan AA’ler: Prolinin imino grubu α- heliksin sarmalına geometrik olarak uymadığı için ve ayrıca zincirde bir dönüşe sebep olduğundan helikal yapıyı bozar. Çok sayıda yüklü AA’ler (Glutamat, aspartat, histidin, lizin, arginin) ise iyonik bağ oluşturarak veya elektrostatik olarak birbirini iterek yapıyı bozar. Triptofan gibi geniş yer kaplayan zinciri olan AA’ler ve valin, izolösin gibi β-karbonundan dallanmış amino asitler çok sayıda olduklarında α- heliks oluşumunu engellerler. Beta-tabaka Beta-kırmalı tabaka da denir. Protein yapısı ile ilgili çizimlerde geniş oklar şeklinde gösterilir. α-heliksden farkı 2 veya daha çok peptid zincirinden oluşmuş olabilir. β- kırmalı tabaka farklı polipeptid zincirlerindeki NH ve CO grupları arasındaki hidrojen bağları ile stabilize edilmektedir. ayrıca β-tabakalarda hidrojen bağları polipeptid omurgaya diktir. Komşu aa’ler arasındaki mesafe daha uzundur. Beta kırmalı tabaka 2 veya daha çok polipeptid zincirinden oluşmuşsa hidrojen bağları zincirler arasında, Beta kırmalı tabaka tek polipeptidin kendi üzerinde katlanması ile oluşmuşsa zincir içi bağlardır. β-dönüşleri bir polipeptid zincirinin yönünü değiştirerek sıkı globüler şekil almasına yardımcı olur. Beta kırmalı tabaka -N ve –C uçları farklı antiparalel, -N ve –C uçları aynı paralel şekilde mg olabilir. Beta kırmalı tabakada β-dönüşleri hidrojen ve iyonik bağlarla stabilize olur.  Beta–kırmalı tabaka HİDROJEN BAĞLARI zincirler arasında oluşur Stabilite, sayılarının çokluğu nedeniyle, H bağları ile sağlanır  Beta–bendler (kıvrım, dirsek) β-bendlerin (ters dönüşlerin) varlığı, polipeptidlerin globüler kütleler oluşturmasını sağlar β-bendler, zincirin yönünü değiştirir( menteşe bölgeleri) β-dönüşleri genellikle bir tanesi prolin (zincirde dirseğe neden olan aa’tir) olan 4 aa’ten meydana gelir. En küçük aa glisinde sıklıkla β- dönüşlerde yer alır. β-bend bölgelerindeki 1- 4 aa kalıntıları arasında H bağları oluşur. Tesadüfi kıvrılmalar ((Random coil) Proteinlerin, heliks, kırmalı tabaka veya β-bend yapmayan bölgeleri, gelişi güzel helezonlar, kıvrılmalar şeklindedir. Aslında gelişigüzel değildirler ama α ve β yapılara göre daha az düzenlidiler. Düzlemler arasında belirli bir ilişki ve H bağları yoktur Biyolojik fonksiyon bakımından, diğer sekonder yapılarla aynı öneme sahiptir  Süper-sekonder Yapılar Sarılmış Sarmal (Coiled Coil) Protein Birbirine yakın komşu sekonder yapıların yan zincirlerinin paketlenmesi ile oluşurlar. Stabildirler GLOBÜLER PROTEİNLERİN TERSİYER YAPILARI “Tersiyer” hem bölgelerin katlanmasını hem de bölgelerin polipeptid içindeki son düzenini ifade eder. Hidrofobik yan zincirler iç kısımda gömülü iken hidrofilik yan zincirler dış kısımdadır.  Tersiyer Yapı Primer yapıda birbirinden uzakta bulunan aa’ler, tersiyer yapıda komşu olabilirler. Tersiyer yapı, proteinin fonksiyonel karakterini belirler. Mevcut proteinlerin çok büyük kısmı, tersiyer yapıya sahiptir!!! Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar Hidrojen bağları (12-30 kJ/mol) Disülfid bağları (~ 460 kJ/mol) İyonik (tuz) bağlar (20 kJ/mol) (elektrostatik etkileşimler) Non-polar etkileşimler (