Proteinlerin Genel Biyolojik Fonksiyonları PDF

 Proteinlerin Genel Biyolojik Fonksiyonları ⦿ Enzimler ve polipeptid hormonlar ⦿ Kasılma proteinleri (aktin, miyozin v.b) ⦿ Proteinler yapısal destek sağlanmasında rol oynar (kollajen, elastin, keratin v.b) ⦿ Kanda taşımadan (transport) görevli proteinler; membran proteinleri hemoglobin ve alb...

 Proteinlerin Genel Biyolojik Fonksiyonları ⦿ Enzimler ve polipeptid hormonlar ⦿ Kasılma proteinleri (aktin, miyozin v.b) ⦿ Proteinler yapısal destek sağlanmasında rol oynar (kollajen, elastin, keratin v.b) ⦿ Kanda taşımadan (transport) görevli proteinler; membran proteinleri hemoglobin ve albumin ⦿ Savunma sistemi molekülleri olan Immunoglobulinler ⦿ Lipoproteinler ⦿ Genetik kontrol (histonlar) Amino asitler Proteinlerin yapı taşları amino asitlerdir. Protein yapısında 20 farklı amino asit yer alır. Bir proteinin konformasyonu ve fizyolojik fonksiyonu içerdiği amino asit kompozisyonu ile belirlenir. Amino asitler Her bir amino asit merkez karbon atomu içerir ve α-karbon olarak adlandırılır. Protein yapısı içinde yer alan amino asitler α-amino asit yapısındadır. Her amino asitin karboksil grubu, amino grubu ve H atomu vardır. Sadece R grubu her amino asitte farklıdır. Yan zincirin karbon atomları sırası ile β, γ, σ, ε olarak adlandırılır.  Glisin hariç tüm amino asitlerde α-karbon atomuna dört farklı grup bağlıdır. Bu durum asimetrik karbon atomu oluşumuna yol açar. Asimetrik karbon atomu mevcudiyeti birbirinin ayna görüntüsü olan ve enantiomer olarak adlandırılan iki izomeri oluşturur. Asimetrik karbon atomu içeren tüm moleküller aynı zamanda optik olarak aktiftir ve polarize ışığı sağa (D izomeri) ya da sola (L izomeri) çevirebilirler.  Aminoasit formülünde amino (NH3+) sağ taraftaysa D-izomer, sol taraftaysa L-izomerdir. Proteinlerde bulunan aminoasitler L stereoizomerlerdir. Hücreler özellikle L-izomerlerini sentezleyebilir.  Aminoasitlerin iyonizasyonu ortamın pH ’ına göre değişiklik gösterir. Fizyolojik pH’da karboksil ve amino grubu yüklüdür. Karboksilat iyonu (-COO-) ve amino grubu (-NH3+) şeklindedir. Aminoasitler sulu ortamda dipolar iyon özelliği gösterirler. (proton alıcı ya da proton vericisi olarak)  Asit ortamda amino grubu (+) yüklü Katyon  Katoda göçer Alkali ortamda karboksil grubu (-) yüklü Anyon  Anoda göçer İzoelektrik Nokta Aminoasitin amino ve karboksil grubunun iyonize olduğu nötral pH’a İZOELEKTRİK NOKTA adı verilir. Bu noktada, aminoasit elektriksel olarak nötraldir yani negatif yükle pozitif yük birbirine eşittir. Fizyolojik pH’da tüm aminoasitler negatif (-COO-) ve pozitif (NH3+) yüklüdür. Bunun gibi hem asit hem baz özelliği gösteren bileşiklere amfoterik adı verilir. 9 9  Amino asitlerin titrasyon eğrilerinden elde edilen pK1 ve pK2 değerlerinden izoelektrik noktaları hesaplanabilir. Örn: Glisin pI=1/2 (pK1 ve pK2 ) =1/2 (2.34+9.60) =5.97 Glisin pH=5.97’nin üzerindeki değerlerde net (-) yüke sahiptir ve pozitif elektroda doğru göç eder. 5.97’nin altındaki değerlerde net (+) sahip olur ve negatif elektroda doğru göç eder. GLUTAMAT TAMPONLAMA ETKİSİ 12  HİSTİDİN TAMPONLAMA ETKİSİ Fizyolojik pH’da en etkin tamponlama yapan amino asit histidindir. 13 13 Aminoasitlerin asit-baz özellikleri Sulu çözeltilerdeki amino asitler zayıf asitik α-karboksil grupları ve zayıf bazik α-amino grupları içerirler. Serbest aminoasitler ve peptid bağıyla bağlı bazı aminoasitler tampon olarak görev yapar. Tampon çözeltilerin pH’ı Henderson- Hasselbalch denklemi ile gösterilir. 14 14  Tampon çözelti asit-baz ilavesinde pH değişikliklerine direnen çözeltilerdir. Bir tampon zayıf asit ve konjuge asitinin eşit miktarda karışımından oluşur. Zayıf asit ve konjuge bazının konsantrasyonları birbirine eşitse tampon çözeltinin pH’ı pKa’a eşit olur. En iyi tamponlama zayıf asitin pKa değerinin ± 1 aralığı içinde görülür. Örneğin asetik asitin pKa’sı 4.8 en iyi tamponlamayı pH 3.8 ile 5.8 aralığında yapar. 15 15 Proteinlerin Yapısında Bulunan Amino asitlerin Sınıflandırılmaları Amino asitleri; 1-R kalıntılarının yapısına göre 2-R kalıntılarının iyonlaşma özelliklerine göre sınıflandırmak mümkündür. ⦿ Nonpolar grubu olan aminoasitler hidrojen bağı veya iyonik bağ oluşturmazlar. ⦿ Bulundukları ortama proton vermezler (Nötraldirler). ⦿ Bu aminoasitler lipit benzeri etki gösterirler, hidrofobik etkileşime girebilirler. ⦿ Proteinlerin yapısında bulunan nonpolar aminoasitler sulu ortamda proteinin iç kısmına yerleşirler.  Polar aminoasitler daha hidrofilik ve suda daha çözünebilirdir. İçerdikleri işlevsel gruplar suyla hidrojen bağı yapar. Serin ve treonin –OH (hidroksil) gruplarıyla, Sistein –SH (sülfidril) grubuyla, Asparagin ve glutamin ise amit gruplarıyla Sistein ise kovalent bağlı dimerik aminoasit olan sistine oksitlenir. Sistinde oluşan disülfit bağı protein molekülü içinde veya farklı protein zincirleri arasında kovalent bağ yaparak özel yapı oluşturur. 20 ⦿ Hidrofilik R grupları pozitif yüklüdür. ⦿ Bu aminoasitlerden histidin imidazol grubu içerir ve pH:7’de pozitif yüklüdür. ⦿ İkinci karboksil grubuna sahip aspartat ve glutamat pH 7’de net negatif yüke sahiptir. Glukojenik Glukojenik ve Ketojenik (Katabolizmaları sonucu ketojenik (Yıkıldıklarında asetil CoA pirüvat veya TCA siklusu ara veya Asetoasetil CoA’a ürünlerine dönüşürler.) dönüşürler.) Alanin Tirozin Arginin Asparagin Aspartat Esansiyel Sistein olmayan Glutamat Glutamin Glisin Histidin Prolin Serin İzolösin Lösin Metiyonin Fenilalanin Lizin Treonin Esansiyel Triptofan Valin  Protein Yapısına Girmeyen Bazı Amino asitler β-Alanin Aspartik asit dekarboksilasyonu ile oluşur. Koenzim A’nın yapısında pantotetik asit ile birlikte bulunur. H2N-CH2-CH2-COOH Kaslarda bulunan Karnozin ve Anzerin dipeptidlerinin yapısında bulunur. GABA; Gama aminobütirik asit Glutamik asitin dekarboksilasyonu ile oluşur. İnhibitör etki yapan bir nörotransmitter.  Ornitin Üre siklüsü esnasında argininden oluşur. Sitrulin Üre siklüsünün bir diğer ara ürünü Kreatin Arginin ile glisinin reaksiyonlaşması ile oluşur. Özellikle kaslarda bulunur. NH2 Arginin+Glisin  Ornitin-Guanido asetik asit metillenmeKreatin C=NH N-CH3 CH2 COOH  Karnitin Organizmada lizinden oluşur. Yağ asitlerinin mitokondri içine taşınmasında rol oynar. Homosistein Metiyonin in biyosentezi sırasında oluşan bir ara ürün Homoserin Bazı amino asitlerin (metionin, aspartik asit, treonin) yıkılışları sırasında ortaya çıkan ara metabolizma ürünü Amino asitlerin Reaksiyonları Karboksil grubu, amino grubu ve R kalıntısına ait reaksiyonlar olarak 3 grupta toplanır. Amino ve karboksil grubu reaksiyonları tüm amino asitlere ait genel reaksiyonlardır.  1-Karboksil grubuna ait reaksiyonlar Alkoller ile esterleşir. Amonyak varlığında amidleri oluşturur. Karboksil grubu dekarboksilasyonu ile aminler oluşur. 2-Amino grubuna ait reaksiyonlar Ninhidrin H reaksiyonu R – C – COOH + ninhidrin NH2 R – C – H + CO2 + NH3 + indirgenmiş ninhidrin + oksitlenmiş ninhidrin O aldehid mavi renkli ürün R kalıntısına ait reaksiyonlar a-Millon reaksiyonu Tirozin b-Ksantoprotein reaksiyonu Tirozin, fenilalanin, triptofan c-Ehrlich reaksiyonu Triptofan d-Sakaguchi reaksiyonu Arginin e-Nitroprussid testi Sistin, sistein, metionin Amino asitlerdeki tüm gruplarının katılımı ile oluşan reaksiyonlar Amino asitlerin amino grupları, karboksil grupları ve varsa −SH grupları, Cu2+, Co2+, Mn2+, Fe2+ gibi birçok ağır metal iyonlarıyla suda çözünmeyen kompleks kelatlar (şelatlar) oluştururlar Enzim inhibisyonu !!! Amino asitlerdeki kükürt atomu içeren fonksiyonel grupların katılımı ile meydana gelen reaksiyonlar Kurşun asetat reaksiyonu Sodyum-nitropurissiyat reaksiyonu Protein yapısındaki kükürtlü amino asitler Sistein, sistin ve metiyonin protein yapısında yer alan ve R yan zincirinde S atomu içeren amino asitlerdir. Kükürt içeren amino asitlerin kurşun asetatla reaksiyonu Yapısında tiyol (−SH) veya disülfit (−S−S−) grubu bulunan amino asitler NaOH ile kaynatıldığında H2S veya Na2S oluşur; ortama kurşun asetat çözeltisi ilave edildiğinde siyah renkli PbS çöker. Sodyum-nitropurissiyat reaksiyonu Alkali ortamda sodyum nitropurissiyat ile proteinlerdeki disülfit –S-S- gruplarının reaksiyonuna dayalı bir testtir. İdrarda sistin aranması için kullanılır. Amino asitlerdeki amino grubunun katılımı ile meydana gelen reaksiyon: Ninhidrin reaksiyonu Bütün aminoasitlerin ninhidrin ile reaksiyona girerek mavi- menekşe renkli bir kompleks oluşturması esasına dayanır. Ninhidrin reaksiyonu aminoasitlerin amino grubuna özeldir. Aminoasitlerden başka serbest amino grubuna sahip diğer bileşikler (primer aminler, peptonlar, peptidler, proteinler ve amonyak) da ninhidrin ile reaksiyona girer. Bu reaksiyonda, ninhidrin redüklenir, aminoasit amino grubunu ve karboksil grubunu kaybeder. Bir molekül redüklenmiş ninhidrin, bir molekül amonyak ve bir molekül normal ninhidrin ile reaksiyona girer ve mavi-menekşe renkli bir kompleks oluşturur. Ancak prolin ve hidroksiprolin’in oluşturduğu renk sarıdır. Amino asitlerdeki amino grubunun katılımı ile meydana gelen reaksiyon: Ninhidrin reaksiyonu Ninhidrin reaksiyonu Amonyak yada primer ve sekonder aminlerle reaksiyon veren ninhidrin, serbest aminlerle reaksiyona girdiğinde Ruhemann moru olarak bilinen koyu mavi-mor renk meydana gelmektedir. Ninhidrin, parmak izinin belirlenmesinde en yaygın kullanılan kimyasaldır. Amino asit kalıntısı olan parmak izindeki aminlerle reaksiyon verir. Renk değişiminin nedeni reaksiyon sonunda meydana gelen schiff bazıdır. Amonyak ve primer aminle mavi-mor renk oluşurken, sekonder aminlerle sarı-turuncu renkli iminyum tuzu meydana gelir. Aromatik Amino asitler  Amino asitlerdeki aromatik R yan zincirinin katılımı ile meydana gelen reaksiyon: Becher reaksiyonu: Becher’in ksantoprotein reaksiyonu serumdaki aromatik amino asitlerin tanımlanmasına yönelik bir testtir. Sarı renk oluşumunun nedeni HNO3 ile kaynatmayı takiben aromatik halkaya nitro grubunun girmesidir. Asitik ortamda hafif tonda olan sarı rengin, ısı ve alkali etkisiyle şiddetlenmesi sağlanır. Proteinsizleştirilmiş serum örneklerinde Becher reaksiyonu ile patolojik durumların belirlenmesi Böbrek yetmezliğinde fenol, krezol, dioksifenol gibi aromatik halka içeren bileşiklerin kandaki artışı söz konusudur. Bu bileşikler triklorasetik asitle proteinsizleştirilmiş serum örneklerinde ksantoprotein reaksiyonuna benzer bir reaksiyonla sarı-turuncu arası renk oluştururlar. Biüret yöntemi ile protein miktar belirtimi Yöntem,alkali koşullar altında Cu++ iyonlarının protein ve peptid moleküllerindeki peptid bağı azotuyla bağ oluşturmasıyla meydana gelen mavi-mor rengin 540-560 nmde verdiği absorbsiyonun ölçülmesi prensibine dayanır. İki veya daha fazla peptid bağına sahip moleküller biüret reaksiyonu verirler Biüret Reaksiyonu Biüret Reaksiyonu Proteinlerin asit etkisi ile çöktürülmesi Proteinler asitlendirildiğinde net yükü pozitif olur. Eklenen asitler ve anyonlarla tuz oluşturabilir. Proteinlerin izole edilmesi ve protein çözeltilerinin proteinsizleştirilmesi için fosfotungstik gibi asitler kullanılır. Triklorasetik asit, perklorik asit ve sülfosalisilik asit aynı amaçla kullanılan asitlerdir.  Aminoasitlerin nonenzimatik reaksiyonları Ör: Glikozillenmiş proteinler Protein glikozilasyonu normalde posttranslasyonel modifikasyon ve normalde çok az gerçekleşiyor. Fakat hiperglisemide intrasellüler glukoz konsantrasyonu artması ile; glukoz protein zincirindeki N-terminal veya lizinin ε-amin grubuna bağlanması ile oluşur. Dayanıksız aldiminler (Schiff Bazı) oluşur ve bunlarda stabil ketoaminlere (fruktozamin) izomerize olurlar (Amadori Düzenlenimi). HbA1c: Schiff Bazı, Şeker + Hb β zinciri N terminal grupları (2-3 ay) Fruktoz amin: Albumin glikasyonu göstergesi (2-3 hafta) Peptid Bağı Oluşumu Aminoasitler peptid bağı ile bağlanarak, proteinleri oluşturur. Bu bağ bir aminoasitin α-karboksil grubu ile diğerinin α-amino grubu arasından bir molekül su çıkarak oluşan amid bağıdır. Peptid bağları ısıtarak veya proteinleri denature eden yollarla yıkılmaz. Uzun süre asit veya bazla yüksek ısıda inkübasyon sonrasında peptid bağı hidroliz olur.  Peptid bağı çoğunlukla trans pozisyonundadır. Peptid bağı yüksüzdür ancak çift bağ karakterinden dolayı polardır. Peptid bağı kısmi çift bağ özelliği gösterir. Tek bağ olmasına rağmen tek bağların olduğundan daha kısadır; düzlemseldir ve rotasyon kısıtlılığı vardır. Peptid bağı ile birleşen iki aminoasitin 6 atomu (Ca, C, O,N, H ve Ca) aynı düzlemde yer alır. Primer yapının aydınlatılması Amino asitlerin bir polipeptid içersindeki dizilişi o proteinin primer yapısını oluşturur Amino asitlerin bileşimi ve dizilişi protein konformasyonun oluşumunda önemlidir Protein primer yapı analizlerinde izlenen yol şu şekildedir: 1. Doğal yapının bozundurulması 2. Disülfit bağların kırılması 3. Amino asit kompozisyonunun belirlenmesi 4. N ve C uçlarında bulunan aminoasitlerin belirlenmesi 5. Proteinin enzimatik ve kimyasal olarak hidrolizlenip oligopeptid parçacıkların hazırlanması 6. Hazırlanan oligopeptid parçacıklarının zincir dizisinin belirlenmesi 7. Parçacıkların dizilişinin belirlenmesi 8. Disülfit bağlarının belirlenmesi 1. Doğal yapının bozundurulması a) Non-kovalent bağlar: -pH -Sıcaklık -Denaturantlar (Üre, guanidin, HCl, SDS) b) Kovalent bağlar 2) Disülfit bağların kırılması a) Performik asit ile oksidasyon Okside kükürt gruplarına sahip yapı (sülfinik asit türevleri) oluşur.  b)β-Merkaptoetanol ile redüksiyon (Ditiyolretiol) İyodoasetat ile asetilasyon: Disülfit bağlarının tekrar oluşmasını önlemek için sisteik asit kalıntıları asetilleniyor. 3) Amino asit kompozisyonunun belirlenmesi 3.1.1. Kimyasal yol ile : -Asitik hidroliz (6M HCl, 110C⁰, 24 saat)Triptofan tayini mümkün değildir -Alkali hidroliz (2M NaOH, 100C⁰) Triptofan yıkıma uğramaz.Arjinin, sistein, serin ve treonin tamamen yıkıma uğrar. 3.1.2.Enzimatik yol ile Prolin veya D-amino asit zincirde varsa N-ucundan başlayan enzimatik hidroliz durur.Reaksiyon yavaş yürüdüğünden pek kullanışlı değildir. 3.2.1. Klasik amino asit analizörü İyon değişim kromatografisinin bir uygulamasıdır a)Ninhidrin ile türevlendirme b)Florescamin ile türevlendirme 3.2.2 HPLC amino asit analizörü Ters faz kromatografisinin bir uygulamasıdır a) Orto-fitalaldehid (OPA) ile türevlendirme b) 9-florenilmetilkloroformat (FMOC) ile türevlendirme c)Dabsil-klorür (DABSYL) ile türevlendirme d)Fenilizotiyosiyanat (PITC) ile türevlendirme 3.2.3. Gaz-Sıvı kromatografisi 4) N ve C uçlarında bulunan aminoasitlerin belirlenmesi a)Sanger metodu b)Edman degredasyonu N-ucu c)DANSİL metodu d)Lösin Aminopeptidaz e)Hidrazinoliz f)Karboksipeptidazlar C-ucu g)LiBH4 h)Tritiation a)Sanger metodu Alkali ortamda bir polipeptidin N-terminal amino asitinin amino grubu ile 2,4 dinitrofluorobenzen (DNF) reaksiyona girer Sarı renkli 2,4-dinitrofenol türevleri meydana gelir Bu türevler serbest amino asitlerin reaktifle reaksiyona sokulmasıyla hazırlanmış olan standartları ile kağıt kromatografisi işlemine tabi tutulur.  Kromatografi kağıdında elde edilen lekeler değerlendirilerek amino asitin cinsi tespit edilir.  b)Edman degredasyonu En önemli ve en çok kullanılan metoddur. Edman reaksiyonuyla sadece N-terminal ucu tanınmaz aynı zamanda bu reaksiyonun tekrarlanması ile uzun polipeptidlerin amino asit sırası tam olarak tespit edilir. Fenilizotiyosiyanat alkali ortamda peptidin N-terminal amino grubu ile reaksiyona girerek N-terminal amino asitin fenilizotiyosiyanat türevi oluşur.  Sanger ve dansil klorür yöntemlerinden farklı olarak polipeptid parçalanmaz, sadece bir amino asit eksik polipeptid kalır.  c)Dansilklorür Bir polipeptidin N-terminal aminosidinin amino grubu ile floresans bir madde olan dansil klorür yüksek pH’da reaksiyona girer. Böylece dansil klorür ile işaretlenen amino asit florometrik olarak ölçülür. Bu metodla amino asit türevlerinin düşük miktarları (1 nM) bile belirlenir. 5) Proteinin enzimatik ve kimyasal olarak hidrolizlenip oligopeptid parçacıkların hazırlanması 6) Hazırlanan oligopeptid parçacıklarının zincir dizisinin belirlenmesi a)Edman yöntemi (PITC=Fenilizotiyosiyonat) b)DABITC/PITC yöntemi PITC ‘ye göre bazı avantajları vardır Amino asitin oluşturduğu tiyohidantoinin kırmızı renkli türevleri poliamid tabaka üzerinde çıplak gözle dahi görülür. Fakat bağlanma açısından PITC ye göre daha zayıftır,metod ancak PITC ile oluşturulacak 2. bağlanma ile uygulanabilir hale gelir. 7) Parçacıkların dizilişinin belirlenmesi (PUZZLE) 8) Disülfit bağlarının belirlenmesi Disülfit bağları koparılmadan tripsin gibi bir enzimle polipeptid yıkılır. Elektroforezle oluşan peptidler ayrılır. Orijinal tripsinle yıkımla (S-S bağları yıkılarak yapılmış) karşılaştırıldığında 2 peptid kayıptır. 1 tane yeni uzun polipeptid oluşmuştur. Böylece disülfit bağlarının yeri tespit edilmiş olur.  FAKAT; Proteinlerin sadece dizisini değil, aynı zamanda; * post-translasyonel modifikasyonlarını *işlevlerini ve birbirleri ile olan ilişkilerini ortaya çıkartabilecek uygulamaları olan, böylece proteomik çalışmaları için temel olan yöntemlerede ihtiyaç vardır.  Protein moleküllerinin primer yapısı biyokimyasal yöntemlerle, dördüncü yapısı (toplam biçimi) ise “küçük açı x-ışını saçılması" yöntemi (SAXS) ve “elektron mikroskobu”kullanılarak elde edilebilir İkincil ve üçüncül yapı hakkında ayrıntılı bilgi ise, protein içindeki atomların düzenlenimlerinin bilinmesini gerektirir. Bu amaçla kullanılan temel yöntem protein kristalografisidir. X-Işını spektrometresi Moleküllerin üç-boyutlu yapılarının elde edilmesinde kullanılır. X-Işını Difraksiyon spektroskopisi isminden anlaşılacağı üzre X- ışını denilen Ultraviyole ışından daha kuvvetli fakat Gamma ışınından daha zayıf enerjili ışın kullanılarak yapılan analizi temel alır.  Peptidler, Polipeptidler ve Proteinler İki amino asit kalıntısından oluşan yapı dipepetid, üç amino asit kalıntısından oluşan yapı ise tripeptid olarak adlandırılır. Amino asit sayının YİRMİDEN az olması durumunda yapı oligopeptid, daha fazla sayıda amino asit içermesi durumunda ise polipeptid olarak isimlendirilir.  Peptid yapıları serbest amino grubunu içeren amino asitten başlıyarak adlandırılır. Serbest karbonil grubu içeren amino asit kalıntısından önce yer alan amino asitlerin isimlerine –il eki getirilir ve sondaki serbest karboksil grubunu içeren amino asitin ismi değiştirilmeden eklenir. Örneğin Alanin-Glutamik asit –Glisin –Lizin amino asitlerinden oluşan pepetid yapısı Alanil – Glutamil –Glisil –Lizin. Şeklinde adlandırılır.  Dipeptidlere örnek olarak kas yapısında yer alan karnozin ( β-alanil-histidin) ve metilli türevi olan anzerin (β-alanil- metilhistidin) verilebilir. Tripeptidler arasında en önemli örnek Glutatyondur. γ–glutamil–sisteinil–glisin yapısındadır. Glutatyon hücrede bir çok proteinde ve özellikle enzimlerde yer alan sülfidril gruplarının indirgenmiş durumda kalmasını ve hem grubundaki demirin +2 değerlikte muhazafa edilmesine katkı yapar.  Oksido –redüksiyon enzimleri aktiviteleri –SH grupları içerir. Oksitleyici maddelerin etkisi ile bu gruplar oksidasyona uğrar ve ditiyo (-S-S-) bağları oluşur. Enzim etkisini kaybeder. Glutatyon bu grupları indirgeyerek yeniden etkin şekle dönmesini sağlar. Kendisi oksitlenen glutatyonda glutatyon redüktaz enzimi ile yeniden indirgenir.  Vücudumuzdaki önemli hormonlardan bazıları peptid yapıdadır. Tirotropin salgılatıcı hormon (TRH) üç amino asit, kan basıncını arttıran bir hormon olan vazopressin ve düz kas kasıcı etkisi olan oksitosin sekiz amino asit içeren peptidlerdir. Karbohidrat metabolizmasının önemli hormonlarından glukagon 29, insülin ise 51 amino asitten oluşmuştur.  Protein kütlesi DALTON olarak ifade edilir. 1 aa ≅ 110 Da Polipeptid- protein kavramları karışıyor. 100 aa üzeri protein 10000 Da (10 kDa) dan az ağırlığı olanlar polipeptid Bazı proteinler Monomerik yapıda (Tek polipeptid zincirinden oluşmuş): Ör: Miyoglobin Bazı proteinler Multimerik yapıda (Alt birim çok sayıda) Ör: Hemoglobin (α2β2) İki polipeptid zinciri disülfit bağları ile birleşmişse (İnsülin: 30+21) polipeptidler için zincir kavramı (Alt birim yerine )kullanılır. Proteinlerin Üç Boyutlu Yapısı Peptid Bağı Oluşumu Aminoasitler peptid bağı ile bağlanarak, proteinleri oluşturur. Bu bağ bir aminoasitin α-karboksil grubu ile diğerinin α-amino grubu arasından bir molekül su çıkarak oluşan amid bağıdır. Peptid bağları ısıtarak veya proteinleri denature eden yollarla yıkılmaz. Uzun süre asit veya bazla yüksek ısıda inkübasyon sonrasında peptid bağı hidroliz olur.  Peptid bağı çoğunlukla trans pozisyonundadır. Peptid bağı yüksüzdür ancak çift bağ karakterinden dolayı polardır. Peptid bağı kısmi çift bağ özelliği gösterir. Tek bağ olmasına rağmen tek bağların olduğundan daha kısadır; düzlemseldir ve rotasyon kısıtlılığı vardır. Peptid bağı ile birleşen iki aminoasitin 6 atomu (Ca, C, O,N, H ve Ca) aynı düzlemde yer alır.  Polipeptid zinciri soldan sağa doğru okunur ve C terminal aminoasiti dışındaki tüm amino asitler “il” eki getirilerek okunur. Protein molekülünün Primer, Sekonder, Tersiyer ve Kuaterner Yapıları ❑ Primer yapı Bu yapı protein molekülünün omurgasını oluşturur ve her protein için spesifiktir. Belirli türde, belirli sayıda ve belirli bir diziliş sırasındaki aminoasitlerin peptid bağları aracılığı ile bağlanmalarından oluşur. ❑Sekonder yapı Proteinlerin sekonder düzenlenmesinde aminoasitlerin düzenli dizilimleri incelenir. Proteinlerin sekonder yapısını oluşturan düzenlemeler: ✓α-heliks ✓β-kırmalı (paralel ve antiparalel) ✓β-dönüş  α- Heliks yapı Polipeptid iskeletinin helezon şeklinde kıvrılması ile oluşur. Polipeptid zincirindeki amino asit kalıntılarının R yan zincirleri bu yapıda helezon yapıdan dışa doğru uzanır. Helezonun her bir kıvrımı (tekrarlayan unite) yaklaşık 5-4 Ao uzunluğundadır ve 3.6 aminoasit kalıntısı içerir.  α-heliks yapısında helizonun dönüşü proteinlerde sağ el yönündedir. Kıvrılma esnasında karşı karşıya gelen peptid bağları arasında H köprüleri oluşur ve bu yapıyı stabilize eder. Bu bağlar bir zincirdeki karbonil oksijen atomu ile diğer zincirdeki azot arasında H atomunun ortaklanması ile oluşur. Bu H bağları her 4 aminoasit kalıntısında bir oluşur. Bu bağlar tek başına zayıftır ancak çok sayıda olunca heliksi stabilize eder.  β Kırmalı yapı β-kırmalı yapıda polipeptid zinciri iskeleti helezon yapıdan ziyade zig zag bir görünüm ortaya koyar. Yan yana duran zig zag polipeptid zincirleri arasında H bağları oluşur. H bağları karşı karşıya gelen peptid bağlarının amino ve karbonil grupları arasında meydana gelir. β-kırmalı yapıda komşu polipeptid zincirleri paralel ya da antiparalel olabilir.  β Kırmalı yapı  β-dönüş Sekonder yapının diğer bir şekli, β-dönüş veya β-kıvrılmadır. β-dönüşler polipeptid zincirlerinin sıkışık moleküller haline gelmesine sebep olur. Globüler proteinlerde aminoasit kalıntılarının yaklaşık üçte biri polipeptid zincirinin tersine döndüğü dönüş bölgelerindedir. Dönüş bölgelerinde glisin ve prolin kalıntıları yer alır. 86 86 ❑Tersiyer yapı Sekonder yapıya sahip polipeptid zinciri katlanmalar ile küresel bir şekil alır ve üç boyutlu bir yapı kazanır. Tersiyer yapıyı stabilize eden bağlar: Hidrojen bağları Ditio bağları Vander Walls kuvvetleri Hidrofobik etkileşimler Yüklü grubların etkileşimleri ❑Kuaterner Yapı Tersiyer yapıya sahip iki yada daha fazla polipeptid zincirinin bir araya gelmesi ile oluşur. Kuaterner yapıda kovalent bağlar rol almazlar.  Proteinlerin Denatürasyonu Protein molekülünün doğal yapısını kaybetmesine denatürasyon adı verilir. Denatürasyon genellikle irreversibl bir olaydır. Protein molekülünün denatürasyona uğramasının çeşitli kanıtları Biyolojik aktivitenin azalması ya da kaybolması Yeni grupların ortaya çıkması Polarize ışığı sola çevirmede artış Çözünürlüğün azalması  Denatüre edici etkenler Isı pH Organik çözücüler Üre ve guanidin bileşikleri Diğer etkenler  A-Basit Proteinler Globüler Proteinler Fibröz Proteinler B-Bileşik Proteinler Lipid Karbohidrat Fosfor Nükleik Metal asit Basit Proteinler Globüler Proteinler 1-Albuminler İnsan, hayvan ve bitkilerde bulunurlar. Mol ağırlıkları 100 binden düşüktür. Suda çözünürler. Isı ile pıhtılaşırlar. Doymuş amonyum sülfat konsantrasyonunda çökerler. Serum albumin, ovalbumin, laktalbumin. Basit Proteinler Globüler Proteinler 2-Globulinler İnsan, hayvan ve bitkilerde bulunur. Suda albuminlere oranla daha zor çözünür. Yarı doymuş amonyum sülfat konsantrasyonunda çökerler. Isı ile pıhtılaşırlar. Serum globülinleri, ovoglobülin laktoglobülin Basit Proteinler Globüler Proteinler 3-Glutelinler Yalnız bitkilerde ve özellikle hububatda bulunur. Sulu asitlerde veya seyreltik alkalilerde daha kolay çözünür. Glutenin (Buğday) Orizenin (Pirinç) Basit Proteinler Globüler Proteinler 4-Prolaminler Bitkisel proteinlerdir. Yüksek oranda glutamik asit içerir. Gliyadin (Buğday) Hordein (Arpa) Zein (Mısır) Balnin (Malt)  Basit Proteinler Globüler Proteinler 5-Protaminler Mol ağırlıkları çok küçük (∼ 6000) Suda kolay çözünür. Yüksek oranda arginin içerir. Nükleik asitler ile bileşik yapabilirler.  Basit Proteinler Globüler Proteinler 6-Histonlar ⦿ Yüksek oranda arginin ve lizin içerir. ⦿ DNA ile bağlanarak nukleo proteinleri oluşturur. ⦿ Mol ağırlıkları protaminlere oranla daha büyüktür (11.000 –21.000) ⦿ Histonların çift iplikli DNA ile birleşme eğilimleri tek zincirli olanlara oranla daha yüksektir. Basit Proteinler Fibröz Proteinler Suda ve sulu çözeltilerde çözünmezler. Bağ dokusu, kıkırdak, kemik, diş, deri, tırnak, kıl gibi organizma kısımlarının proteinleridir. Sindirim enzimlerine dirençlidir. Organizmaya yapısal sağlamlık, destek temin ederler. Hücre ve dokuların birbirlerine bağlanmalarını sağlarlar. Basit Proteinler Fibröz Proteinler Kollajen Kemik, kıkırdak, tendon ve bağ dokusunun temel proteinidir. Korneada da bulunur. Suda çözünmez ve sindirim enzimlerinden etkilenmez. Suda kaynatılmak ile jelatin şekline dönüşür. Jelatin suda çözünür ve sindirim enzimlerinden etkilenir. Basit Proteinler Fibröz Proteinler Kollajen Molekülün amino asit kompozisyonunu 1/3’ni Glisin, 1/4’ni Prolin oluşturur. Moleküldeki bir çok prolin ve lizin kalıntısı hidroksilenmiştir. Basit Proteinler Kollajendeki amino asit dizilimi genellikle tekrarlayan bir tripeptiddir. Glisin-Y-Prolin Glisin-X-hidroksiprolin Kollajen sentezinde önce prokollajen oluşur. Prolin ve lizin hidroksillenir. Karbonhidrat kalıntıları ilave edilir. Tropokollajen oluşur. Tropokollajenler bir araya gelerek kollajen liflerini oluşturur. Basit Proteinler Fibröz Proteinler Elastin Sarı renkteki bağ dokularının temel proteini Vertebralar arası ligamanların, büyük arterlerin en önemli proteinidir. Sindirim enzimlerine, asit ve alkalilere dirençlidir. Elastaz ile sindirilebilir. Nonpolar aminoasit oranı %90 Lösin, izolösin ve valin yüksek düzeyde bulunur. Basit Proteinler Elastin bazı özel amino asitleri de içerir. Desmozin, izodesmozin, mezodesmozin, lizilnorlösin Bu amino asitler moleküldeki çapraz bağları oluşturur. Lizin Allizin Lizinoksidaz Cu++ 3Allizin+lizin Desmozin Basit Proteinler Fibröz Proteinler Keratin Saç, kıl, tırnak, boynuz yapısında bulunur. Protofibrillerden oluşur. Her protofibrilde 4 peptid zinciri bulunur. 4 peptid zinciri 1 protofibrili oluşturur. 8 protofibril bir araya gelerek mikrofibril yapar. Sistein, sistin, prolin oranı yüksektir. Ditio bağları az ise molekül yumuşak (saç, yün) Ditio bağları çok ise molekül sert (Tırnak, boynuz)  Bileşik Proteinler Protetik Grup Örnek Lipoproteinler Lipid HDL,LDL, VLDL, Şilomikron... Glikoproteinler Karbonhidrat IgG Fosfoproteinler Fosfor kalıntıları Kazein (Süt) Fosvitin (Yumurta sarısı) Hemoproteinler Hem Hb, sitokrom oksidaz, miyoglobin Nükleoproteinler Nükleik asit DNA, RNA Metaloproteinler Metal Fe: Ferritin Transferin Hemosiderin Cu: İnsulin Karboksipeptidaz Karbonik anhidraz Serum Proteinleri %7-8 g protein %4-4.5 g albumin %2.5-3 g globulin Albumin/globulin =1.5  Serum Proteinleri Fonksiyonları Onkotik basıncı sağlamak Antikorları ve kompleman sistemini oluşturmak Kan pıhtılaşmasını sağlamak Tampon görevi Taşıyıcı görevi (hormon, vitamin, lipid, ionlar, bilirubin, ilaçlar) Çoğu karaciğerde sentezlenir (γ globulinler plazma hücre) Glikoprotein yapısında (albumin hariç)  Elektroforezde normal serum proteinlerinin oran olarak dağılımları Albumin %45-55 α1 globulin %5-8 α2 globulin %8-13 β globulin %11-17 γ globulin %15-25 Hem Yapısı Hem kompleksi protoporfirin IX ve ferröz demir (Fe2+) içeren bir yapıdır. Demir porfirin halkasındaki dört azot atomuna bağlanmış olarak hem molekülünün ortasında yer alır. Hem demiri porfirin halkasına dik gelen iki ek bağ yapabilir. Bu bağlanmalar oksijen taşınması sırasında önemlidir. 111 111 Hem halkası 112 112 MİYOGLOBİNİN YAPISI Miyoglobin 153 amino asit kalıntısı içeren tek bir polipeptid zinciri ve prostatik grup olarak tek hem’den oluşur. Miyoglobin kalpte ve iskelet kasında bulunan ve kas hücresine gerekli oksijen deposu gibi görev yapan bir hemoproteindir. Miyoglobin kasta düşük oksijen basıncında oksijeni bırakır. Miyoglobin tek bir polipeptid zincirinden oluşur. 113 113  Miyoglobinin Hem yapısı hemoglobin ile özdeştir. Ama Miyoglobinin oksijen saturasyon eğrisi hemoglobinden farklıdır. Hemoglobinin sigmoidal bir eğri göstermesine karşın miyoglobinde bu eğri hiperboliktir Bu durum miyoglobinin monomerik bir protein olmasından ve allosterik özellik taşımamasından kaynaklanır.  Hemoglobin Yapısı Hemoglobin 4 Hem ve 1 Globinden oluşur. Globin tetramer yapıdadır ve 4 alt ünite içerir. Hem yapısı iki kısımdan oluşur. Organik kısım+demir atomu Organik kısım protoporforin IX olarak adlandırılır.  Hemoglobin Yapısı Tetrapirol halkanın ortasında 2+ değerliğinde bir demir atomu yer alır. Demir atomu 6 koordinasyon bağı içerir 4 tanesi nitrojen atomlarına bağlıdır. Diğer iki tanesi halka düzleminin altında ve üstünde olacak şekilde uzanır. Bunlardan 5.koordinasyon bağı globin yapısındaki 1 alt üniteye ait polipeptid zincirindeki bir histidin kalıntısının imidazol halkası ile ilişkidedir. 6.koordinasyon bağı deoksihemoglobinde boş durumdadır. Oksihemoglobinde O2 bağlar.  Deoksihemoglobin+ 4O2 oksihemoglobin Hemoglobinin oksijen disoiasyon eğrisi sigmoidal özelliktedir. Bunun nedeni molekülün Allosterik özellik göstermesidir Allosterik (Allo=başka, sterik=şekil) Hemoglobin 4 hem içerir ve 4O2 bağlar. Bir O2 molekülünün bağlanması komşu alt ünitelerin O2 bağlanmasını kolaylaştırır (Kooperativ etki) Hemoglobin oligomerikdir (Protein yapısında birbirine homojen birden çok polipeptid zinciri bulunması) Hemoglobin hemolog proteindir (Bir proteinin bütün canlı türlerinde aynı fonksiyonu yapması)  Hemoglobin iki ana yapıda bulunur. R state (relaxed) T state (tense) T durumundaki hemoglobinin bir alt ünitesine O2 bağlanması R durumuna geçişi tetikler. R durumundaki hemoglobinin O2’ye olan afinitesi daha yüksektir. CO2 Dokulardan Eritrositlere diffüze olur Karbonik Anhidraz CO2 + H2O H2CO3 HCO-3 + H+ Eritrositlerde Eritrositlerde Böylece proton iyonu kons. Artar Ve Hbnin O2 olan affinitesi azalır HHb + O2 HbO2 + H+ Ve pH daki azalma nedeniyle Hb nin O2 ne olan affinitesi azalır, O2 serbestleşir. BOHR ETKİSİ  Proton iyon konsantrasyonunun Artması eğrinin sağa kaymasına (-y ekseninden uzaklaşmasına) neden olur. Sağa kayma 2,3 bisfosfogliserat etkisi: Glikolitik yol ile üretilen 2,3 bis fosfogliserat oksijenin hemoglobine bağlanmasını regüle eder.Eritrositlerde bol miktarda bulunan 2,3 bisfosfogliserat hemoglobinin oksijene olan affinitesini azaltarak oksijenin serbestleşmesini sağlar ve oksijen dissosiasyon eğrisini sağa kaydırır. 2,3 bisfosfogliserat oksihemoglobine değil deoksihemoglobine bağlanarak hemoglobinin oksijene ilgisini azaltır. 122 122  Normal Hemoglobin Türleri Embriyonik hemoglobinler Hb Gower 1 ζ2 ,ε2 (zeta, epsilon) Hb Gower 2 α2 ,ε2 (alfa, epsilon) Hb Portland ζ2 ,γ2 (zeta, gamma) Fetal hemoglobin HbF α2 ,γ2 (alfa, gamma) Yetişkin hemoglobinleri HbA α2 , β2 (alfa, beta) HbA2 α2 , δ2 (alfa, delta)  Embriyonik Hemoglobinler Zeta zincir α zincirin embriyonik analoğudur. Epsilon ile kombine olarak Hb Gower 1 veya gamma ile kombine olarak Hb Portland’ı Embriyonik hemoglobinler oluşturur. Hb Gower 1 ζ2 ,ε2 (zeta, epsilon) Hb Gower 2 α2 ,ε2 (alfa, epsilon) ε zincir gamma, beta ve delta zincirlerin Hb Portland ζ2 ,γ2 (zeta, gamma) embriyonik analoğudur. Alfa ile kombine olarak Hb Gower 2’yi oluşturur. Her 3 embriyonik hemoglobin 3 aydan daha düşük gestasyonel yaşta embriyo ve fetusta bulunur.  Fetal Hemoglobin (HbF) Fetus ve yeni doğanın başlıca hemoglobinidir. Doğum sonrası 12.ayda %5’ten aza iner 12-24.aylarda %3’ün altına iner. Fetal hemoglobin Erişkinde %0,1’den azdır. HbF α2 ,γ2 (alfa, gamma) HbA Yetişkin hemoglobinleri HbA α2 , β2 (alfa, beta) Erişkinlerin başlıca hemoglobinidir HbA2 α2 , δ2 (alfa, delta) HbA2 Yetişkinlerde %1,5-3 arasında bulunur. Delta zincir sentezi fetal hayatın son döneminde başlar. Sadece normoblastlarda meydana gelir (retikülositlerde yok) Hemoglobin A1c Hemoglobinin nonenzimatik bir şekilde glukoz bağlayarak glikozillenmiş şeklidir. Ortalama 120 günlük glukoz konsantrasyonunun bir göstergesi olarak diabetin takip ve regülasyonunda önemli rol oynar. Immünglobulinler  Immünglobulinler yabancı antijenlere karşı oluşan ve onlarla selektif olarak reaksiyona girebilen glikoprotein yapısında moleküllerdir. Plazma Hücreleri tarafından sentezlenirler. Bir immunglobulin molekülü monomer adı verilen en az bir temel üniteden oluşur.  Monomerde bir çift ağır (H) polipeptid ve bir çift hafif (L) polipeptid zinciri bulunur. Her iki zincirde de Aminoterminal ve karboksiterminal kısımları bulunur. Aminoterminal kısma değişken bölge (V) denir. Karboksiterminal kısım ise sabir bölgeyi oluşturur. Polipeptid zincirleri birbirlerine disülfid bağları ile bağlanır.  IgG: ⦿ Tek bir monomerden oluşur ⦿ Plazma total immunoglobulinlerin %75’ini oluşturur. ⦿ 4 alt sınıfı vardır. ⦿ Plasentadan geçebilir. ⦿ Kolostrumda bulunur.  IgA: ⦿ Plazmada %90 monomer, vücut sekresyonlarında tamamen dimer olarak bulunur. 2 alt sınıfı vardır. ⦿ Total immunglobulinlerin %15’ini oluşturur. ⦿ Mukoza sekresyonlarının başlıca immunglobulinidir (Göz yaşı, tükrük, bronş, burun, vajen, barsak sekresyonları ve safrada)  IgM: ⦿ 5 monomerden oluşan bir pentamerdir. ⦿ Total immunglobulinlerin %8-10’unu oluşturur. ⦿ 2 alt sınıfı vardır. ⦿ Organizmanın bir antijenle karşılaşması halinde ilk sentezlenen moleküldür.  IgD: Monomer yapıdadır. Total immunglobulinlerin %0.2’sini oluşturur.  IgE: Monomer yapıdadır. Total immunglobulinlerin %0.004’ünü oluşturur. Mast hücrelerine bağlanarak onları uyarır. Proteinlerin Hatalı Katlanması Amiloid hastalığı (Alzheimer hast.) Prion hastalığı