Protein Nedir?
12 Temmuz 2007
PROTEİN NEDİR?
Protein doğada bulunan 300 den fazla amino asitden 20 tanesinin birbirine peptit bağlarıyla bağlanarak oluşturduğu dev yapılı moleküllerdir. Bu moleküllerin ağırlığı Dalton cinsinden ölçül-mektedir (1 Dalton=1H atomu ağırlığı) Bir protein molekülü birkaç bin ile birkaç milyon Dalton ağırlığında ola bilmektedir.
Proteinler, yapı ve fonksiyon maddeleri olarak, biyokimyasal açıdan çok önemli bir yere sahiptirler. Canlı organizmanın doku hücrelerinde proteinlerin yer almadığı biyokimyasal bir olaya rastlamak hemen hemen imkansızdır. Aslıda bu moleküller canlı bünyesinde en fazla işleve sahip moleküllerdir. Enzimlerin ve polipeptit hormonların yapısında bulunmak suretiyle vücuttaki meta-bolizmanın düzenlenmesini sağlaması, kastaki kontraktil proteinler sayesinde hareketin sağlanması kemikteki kollojen isimli proteinlerin bir betondaki çelik demirler gibi davranarak bu yapıyı güçlendirmesi , dolaşımda hemoglobin ve plazma albümini gibi proteinlerin hayat için gerekli molekülleri taşıması, immunglobulinlerin enfeksiyöz bakteri ve virüsleri yok etmesi gibi daha sayılamayacak kadar çok yararlarının olması proteinler hakkında yukarıdaki söylenenleri haklı çıkarmaktadır.
protein tanımında geçen amino asitlerin nasıl bir yapıda olduklarının bilinmesi yararlı olacaktır. Amino asit, bir adet alfa karbon atomuna (µ-C),bir adet H atomu,bir adet amin , bir adet radikal (R) ve bir adet de karboksil grubun(COOH) bağlanmasıyla oluşmuş moleküllerdir (şekil 1A)
Amino asitler arasında oluşan ve birinin karboksil grubuyla diğerinin amino grubunun bir-leşmesi sonucu meydana gelen bağlara peptit bağı denir. Peptit bağı, eğer iki amino asit arasında gerçekleşiyorsa bu bağa dipeptit,üç amino asit arasında gerçekleşiyorsa tripeptit, dört amino asit arasında gerçekleşiyorsa tetrapeptit , daha fazla amino asit arasında gerçekleşiyorsa buna da poli-peptit denir.
Proteinleri oluşturan amino asitlerin sınıflandırılması ise şu şekildedir.
Alifatik Amino Asitler:
11) Ek grubu olmayanlar: yapılarında sadece amino ve karboksil grupları vardır.
111) Bir amino ve bir karboksil grubu bulunanlar:
a) Glisin b) Alanin c) Valin d) Lösin e) İzolösin
112) iki karboksil ve bir amino grubu olanlar:
a) aspartik asit b) Glutamik asit
113) iki amino ve bir karboksil grubu olanlar:
a) Lizin b) Hidroksi lizin
12) Ek grubu olanlar: Alifatik amino asitlerin bu grubunda amino ve karboksil gruplarının dışında oksi grubu, kükürtlü bir grup yada bir guanido grubu bulunmaktadır.
121) Oksi grubu taşıyan amino asitler :
a) Serin b) Treonin
122) Kükürtlü gruplar taşıyan amino asitler :
a) Sistein b) Sistin c) Metionin
123) Guanido grubu taşıyan amino asitler :
a) Arginin
Aromatik ve Heterosiklik Amino Asitler
Benzen halkası olanlar :
a) Fenilalanin b) Trozin
İmidazol halkası olan:
a) Histidin
23) İndol halkası olan :
a) Triptofan
24) Pirolidin halkası olanlar :
a) Prolin b) Hidroksiprolin
NEREDE VE NE ŞEKILDE SENTEZLENIR :
Proteinlerin sentezlenebimesi için, Santral doğma (şekil 1B) denen ve DNAdan proteine doğru bilgi akışı anlamına gelen şu üç basamağın sırasıyla takip edilmesi gerekmektedir.
DNA RNA PROTEİN
REPLİKASYON TRANSKRİPSİYON TRANLASYON
(Şekil 1B)
Yukardaki grafikte görülen replikasyon ve traskripsiyon olayları çekirdekte meydana gelir iken translasyon olayları ise sitoplazma, mitekondri, kloroplast, serbest ribozomlar ve granüler endoplazmik retikulum da (GER) meydana gelmektedir.
Replikasyon :
DNAnın kendini eşlemesi suretiyle üzerindeki genetik şifreyi yeni nesillere aktarması olayıdır. Bu sayede her hücre kendine ait spesifik bilgileri diğer nesillere aktarabilmektedir.
2- Transkripsiyon :
DNAnın belirli bölgelerindeki genetik bilgilerin RNAlara aktarılmasıdır. Bu bilgiler her bir DNA molekülünün belirli bölgelerinden alınır. Örneğin, mRNA için gereken genetik bilgiler DNA molekülünün A bölgesinden alınıyor ise, tRNA molekülü için gereken genetik bilgiler DNA molekülünün B bölgesinden, rRNA için lazım olan genetik bilgiler ise DNA molekülünün C bölgesinden alınmaktadır. Yani her bir RNA molekülü, genetik bilgilerini DNA molekülünün farklı bölgelerin den almaktadır.
TRANSKRİPSİYON
rRNA mRNA tRNA
Burada adı geçen RNA türlerinin tarifleri kısaca şöyledir.
a- Transfer ribonükleik asitler (tRNA) : 70-80 kadar nükleotitden oluşmuş, ufak mole-küllü, suda çözünebilen polinükleotitlerdir. Molekül ağırlıkları 25.000 D dur ve sedimantasyon sabiteleri 4.3S dir. Yapılarında adenin, guanin, sitozin ve urasilden başka pseudouridin, dihidro urasil ve timin olmak üzere, diğer metillenmiş azotlu bazlarda mevcuttur. Bu molekül kendisine özel olan amino asitleri taşıyabilmesi için amino asidi, protein sentezi ile ilgili mRNA kodlarını, amino asidi kendisine bağlayacak enzimi ve sentezle ilgili ribozomu tanıma özelliği olan kısımlara sahip olması gerekmektedir.
Bukısımlar şunlardır: Antikodon kısmı, sentetaz kısmı, amino asidi bağlayan kısım, ribozomu tanıyan kısım.
b- Messenger (haberci) RNA, (mRNA) : 1956 da Volkin ve Astrchan tarafından bulun-muş olan mRNAnın görevi, DNA molekülünden almış olduğu genetik şifreyi ribozoma aktar-maktır. Bu molekül bir defa sentezlenir ve protein sentezinde kalıp olarak kullanılır. Daha sonra bu molekül çeşitli enzimler tarafından parçalanır.
c- Ribozomal RNA (rRNA): Ribozomların yapısına katılan RNA türleridir. Bir hücrede bulunan toplam RNA moleküllerinin büyük bir çoğunluğunu rRNA oluşturur.
2- Translasyon:
Translasyon basamağı asıl proteinin meydana getiriliş basamağıdır. Bu basamakta nükleotit alfabesi amino asit alfabesine çevrilir. Diğer bir deyişle translasyon mRNAdaki DNAdan gelen nükleotit dizelerindeki şifrelerin amino asit diline geçirilmesidir.
Protein sentezinde görev yapacak olan mRNAlar prokaryotlarda ve eukaryotlarda farklılık gösterir. Prokaryotik mRNAlar genellikle birkaç genin bilgisini bir arada içerirler. Dolayısıyla da birkaç proteini bir arada sentezleyebilirler. Bu nedenle bunlara poligenik veya polisistronik mRNA denir. Buna karşın eukaryotik mRNAlar sadece tekbir proteini sentezleyebilirler. Buna da mono-genik veya monosistorik mRNA denir.
Translasyon olayı başlıca dört aşamada gerçekleşir.
a- Amino asitlerin aktivasyon basamağı:
Bu basamakta amino asitler aktive edilerek tRNA-Amino asit kompleksi oluşturulmak-tadır. Bilindiği gibi her amino asit için spesifik olan birde tRNA vardır. Fakat aynı amino asidi birden fazla tRNA da taşıyabilmektedir.
Bu basamakta gerekli olanlar maddeler; Amino asitler, ATP, tRNA, Mg+2 ve enzimlerdir.
AA+ATP+E Aminoaçil tRNA-sentetaz E~AMP~AA+PP
Mg+2
E ~ AMP~AA+ tRNA Aminoaçil tRNA~sentetaz Aminoaçil ~ tRNA + AMP + E
Aminoaçil adenilat (E~AMP~AA) özgül (spesifik) tRNAyı tanır ve Aminoaçil tRNA sentetaz enzimi aracılığıyla tRNAnın 3 ucundaki Amino asit koluna bağlanır.
b- Sentezin başlaması(=İnitation ):
polipeptit sentezinin başlaması protein sentezi için ilk basamaktır ve şu etkenler gerekmek-tedir; Ribozom, AUG başlangıç kodonlu mRNA,başlatıcı AA~tRNA,(prokaryotlar için n10 formil metionin tRNA, ökaryotlar için metionin tRNA), Mg+2 (sentezde görev alan enzimlerin hızını artırmak için), initation faktör 1,2,3 (Başlama faktörü 1,2,3).
Protein sentezi boyunca 70S ribozomlar (prokaryotlar için) defalarca birleşip ayrılırlar. BF3 ortama salınınca 70S ribozom 30S ve 50S alt ünitelerine ayrılır. BF3 30S ile birleşir. Bu sayede bu kompleksin mRNA ile bağlanma kapasitesi artar. mRNA bağlanmış 30S ribozomlarına BF2, BF3, GTP ve başlatıcı amino asit eklenerek başlangıç kompleksi oluşturulur. Daha sonra bu kompleks 50S ile birleşir. Tüm bu işlemlerde gerekli enerji GTP sayesinde karşılanır. Bundan sonraki işlem BFlerin ribozomdan ayrılması ve 70Slik ribozomun aktifleşmesidir.
c- Polipeptit zincirinin uzaması:
Polipeptit zincirinin uzaması basamağı için, Fonksiyonel ribozom (1. Ve 2. Basamaklarda in aktif iken bu basamakta aktif durumdadır.), uzama faktörü 1-2, (UF 1-2), UF-T (ökaryolar için), UF-G (prokaryotlar için), GTP, Mg+2 gibi etkenler gerekmektedir.
fonksiyonel ribozomlara tRNAlar vasıtasıyla getirilen amino asitler mRNAlardan alınan genetik şifreye göre birbirine peptit bağlarıyla bağlanırlar. Bu bağlanma esnasında fonksiyonel ribozomlarda A ve P kısımları aktif olarak rol oynamaktadır. Ribozomun A kısmı, amino asitlerin bağlandığı yerdir. P kısmı ise uzayan peptit zincirinin geçici bir süre kaldığı kısımdır. Daha sonra bu kısımdaki aminoasit zincirini taşıyan tRNA zinciri A kısmındaki tRNA ya aktaracak ve buradan ayrılacaktır. Polipeptit zincirinin uzaması da kemdi arasında üç kademede oluşmaktadır.
1. Kademe: UF-T ve UF-G ile GTP varlığında enzimler aracılığıyla mRNAdaki kodona göre amino açil~tRNAnın Akısmına gelmesini sağlanır. Gerekli enerji GTPnin hidrolizi ile sağlanır.
2. Kademe: P kısmındaki peptidil tansferaz (peptit bağının oluşmasını sağlayan enzim) yardımı ile amino asitler arasında peptit bağı oluşur. İlk oluşan bağ, n10 Formil metionin tRNAnın NH2 grubuyla A kısmındaki amino asidin COOH (karboksil) grubu arasında oluşan bağdır. Peptit bağı A yerinde meydana gelmektedir.
3. Kademe: Bu kademeye translokastonda denmektedir. Aslında translokasyon bağ oluş-turmuş moleküllerin yer değiştirmesidir. Bu olay açıklanacak olursa; P kısmındaki tRNAdan alınan amino asit A kısmında bulunan tRNAya aktarılır. Bu arada P kısmındaki boş kalan tRNA da ribozom dan ayrılır. Daha sonra P kısmındaki tRNAnın boşalttığı yere A kısmındaki tRNA aktarılır.
d- polipeptit zinciri sentezinin sonlanması:
Protein sentezinde Polipeptit zincirinin sonlanması için, Fonksiyonel ribozom, mRNA, bitiş kodonu ve sonlanma faktörü 1-2-3 (SF 1-2-3) gibi komponentler gerekmektedir.
UAA, UAG, UGA olmak üzere üç tip bitiş kodonu vardır. Aynı zamanda üç tipte sonlanma faktörü vardır. Bu sonlanma faktörleri fonksiyonel ribozoma yapışırlar daha sonra mRNAda bulunan bu üç tip bitiş kodonlarından hangisi ribozoma ulaşırsa o kodna göre sonlanma faktörlerin-den birisi kullanılır ve polipeptit zincirinin uzaması durdurulur.
Yukardaki polipeptit zincirinin sonlanması olayının mekanizması şu şekilde işlemektedir: SFleri fonksiyonel ribozoma yapışınca uzamakta olan polipeptit zinciri A kısmından P kısmına geçer daha sonra bitiş kodonlarından biri alınınca bu polipeptit zinciri ortama salınır.
Polipeptit zinciri sentezi tamamlandıktan sonra tRNA-ribozom-mRNA komponenti ayrışır. Daha sonra bu protein sentezinde görev yapmış 70Slik ribozom 30S ve 50Slik alt birimlerine, mRNAlar ise çeşitli enzimler vasıtasıyla fragmentlerine ayrılırlar.
YAPISI NASILDIR?
Proteinlerin yapısı başlıca dört ana başlıkta incelenmektedir. Bir protein ilk oluştuğunda, amino asit zincirlerinden oluşmuş yapısına proteinin primer yapısı denir. Daha sonra bu primer yapı kendi arasında kıvrılmak suretiyle sekonder yapıyı hasıl eder. Sekonder yapı, primer yapıdaki zincir içi hidrojen bağlarıyla temin edilmektedir. Bu oluşan sekonder yapıların bir araya gelme-siyle de proteinin tersiyer yapısı meydana gelir. En nihayetinde oluşan bu tersiyer yapıların bir araya gelerek oluşturdukları yapıya ise kuaterner yapı denmektedir. Proteinin kuaterner yapısında birbiriyle benzeşmeyen proteinler bir arada bulunabilir.
Proteinlerin primer yapısı:
Bir proteinde ki aminoasitlerin dizilişine o proteinin primer yapısı denmektedir. Bu yapının saptanması bir çok açıdan çok önemlidir. Bilindiği gibi bir çok genetik hastalık anormal amino asit dizilişinden kaynaklanmaktadır. Bütün bu sebeplerden dolayı normal ve mutasyona uğramış proteinlerin primer yapısının bilinmesi genetik hastalıkları tanıyıp onları tedavi etmemiz açısından çok mühimdir.
2-Proteinlerin sekonder yapısı:
Yukarda da belirtildiği üzere proteinlerin sekonder yapısı, primer yapının kendi arasında µ-heliks veya b-tabakalar şeklinde kıvrılmasıyla oluşmakta-dır. Bu yapıda polipeptit omurgası gelişigüzel bir üç boyutlu yapı oluşturmayıp, genellikle lineer dizede birbirine yakın olan amino asitlerin kurallı bir şekilde düzenlenmesiyle yapılanmaktadır.
Bir µ-Heliks, polipeptit omurgasının parçası olan peptit bağı karbonil oksijenleri ile amid hidrojenleri arasındaki yaygın hidrojen bağları ile tanınır. Bu bağlar yalnız başına zayıf bağlardır fakat birlikte heliks yapısını oluşturur.
Bir b-tabaka ise, bütün peptit bağlarının hidrojen bağına katıldığı başka bir sekonder yapı-dır. b-tabakalarının yüzeyleri kırmalı görünümdedir ve bu yüzden bu yapılara sıklıkla b-kırmalı tabaka denmektedir.
3-Proteinlerin tersiyer yapısı:
Proteinlerin tersiyer yapılarında sekonder yapılı proteinler bulunmaktadır. Bu tersiyer yapılar, µ-heliks,b-tabakalar veya her ikisinin karışımından oluşabilmektedir. µ-heliks ve b-tabakalarının oluşturduğu fakat µ-heliks yapısındaki proteinlere hemoglobulin alt birimi . iki yapının oluşturduğu fakat b-tabakalarının yoğunlukta olduğu proteinlere ise immünglobülin VL çekirdeği örnektir. Diğer taraftan buher iki yapının karışık halde olduğu proteinlere örnek ise Trioz fosfat izomerazdır.
4-Proteinlerin kuaterner yapısı:
Bir çok protein tek polipeptit zincirinden meydana gelir; bunlar monomerik proteinlerdir. bir çok protein de yapısal olarak benzer yada tamamen ilgisiz bir veya daha fazla polipeptit zincirlerinden meydana gelir. İşte oluşan bu yapılara proteinlerin kua-terner yapısı denmektedir.
PROTEİNLER NASIL SINIFLANDIRILIR?
Proteinlerde tam bir sısnıflandırmanın yapılmasına imkan yoktur. Bunun sebebi canlıların genetik yapılarındaki farklılıklardır. Örneğin bazı canlılarda bulunan hemoglobin proteini yapı-sında bulunan demir (Fe) elementinden dolayı bileşik proteinler arasında zikredilmektedir. Oysa bu proteinin yapısı canlıdan canlıya değişmektedir. (Amino asit dizilişi gibi). Fakat tüm bu olumsuz-luklara rağmen kabaca yapılan klasik sınıflandırmalarda amacın hasıl olması için mühimdir.
Klasik sınıflandırmada önce proteinler, basit proteinler ve bileşik proteinler diye iki kısıma ayrılır. Basit proteinlerin yapısın da sadece aminoasitler vardır. Bileşik proteinlerin yapılarında ise amino asitlerden ziyade lipit, karbonhidrat, fosforik asit kalıntıları, nükleik asitler yada metaller gibi gruplar bulunmaktadır.
1- Basit proteinler :
11- Globüler proteinler :
111- Albüminler : Molekül ağırlıkları genel olarak 100 binden düşüktür. Suda çözünürler. Isıtılınca pıhtılaşırlar. İnsan, hayvan ve bitkilerde bulunabilirler. Bulunuş yerlerine göre isimler alırlar. Örneğin serumda bulunan albümin, yumurta akında bulunan ovalbümin ve sütte bulunan laktalbümin.
112- Globülinler: Büyük bir kısmı suda çözünmezler. Ancak bir miktar tuz içeren suda çözünebilirler. Buna karşın tuzsuz suda zorda olsa çözünebilenlere pseudoglobülin denmek- tedir. Globülinler hem insan hede bitki bünyesinde bulunabilirler. Bu gruba verilebilecek örnekler şunlardır; sütte bulunan laktaglobülin,serumda bulunan µ, b ve g globülinler, plazmada bulunan fibrinojen, yumurta akında bulunan ovalglobülin.
113- Glüteinler: Bunlar yalnıca bitkilerde özelliklede hubatta bulunurlar. Nötral sulu ortamlarda çözünmezler fakat çok sulu asit ve alkali ortamlarda çözünebilmektedirler. Buğdayda glütein, prinçte orizenin bu gruba örnek teşkil etmektedir.
114- Prolaminler: %70-80 oranında alkol içeren ortamlarda çözünebilen bitkisel proteinlerdir ve yapılarında büyük oranda prolin mevcuttur.
115- Protaminler: Molekül ağırlıkları çok düşüktür (6000 civarında). Suda çözüne- bilirler bünyelerinde bulunan yüksek oranda azottan dolayı bazik karakterdedirler.
116- Histonlar: Molekül ağırlıkları protaminlere göre daha büyüktür.suda çözüne-bilirler bazik karakterdedirler. Histonlar hücre içerisinde nükleikasitlerle bileşik halde bulunurlar. Ayrıca ökaryotik organizmalarda kromozomların büyükbir kısmını oluştururlar.
12- Fibröz(lifsel) proteinler:
121- Kollajenler: Mezankimal kaynaklı olan bu proteinler, bağ dokusu, kemik ve kıkırdak dokusunun en önemli proteinidir. Doğal halde iken suda çözünmez fakat ısıtılınca, hem suda çözünebilme hemde sindirilebilme özelliğine sahip olan jel durumuna geçer.
122- Elastinler: Vertebralar arası ligamenlerin ve büyük arterlerin en önemli prote-inidir. Bunlar elastaz isminde özel bir pankreas enzimi hariç hiçbir ortamda çözünmezler.
123- Keratinler: Tırnak, saç, kıl ve deri gibi ektodermal kaynaklı sert yapıların esas proteinidir. İnsan organizmasının proteazalarından hiç biri keratini etkilemez.
2- Bileşik proteinler:
21- Lipoproteinler: Bileşimlerinde lipit bulundururlar. Bu proteinlerin lipit kısımları trigliserit(nötral yağ), serbest kollesterol, ester kollesterol, fosfatid ve yağ asitleridir.lipitler suda çözünmediği halde lipoprotein halinde iken sulu çözeltilerde çözünebilirler.
22- Glikoproteinler ve mukoproteinler: Yapılarında karbonhidrat bulunan pro-teinlere glikoproteinler veya mukoproteinler denir. Protein içerdiği karbonhidrat molekülüne göre isim almaktadır. Buna göre yapılarında %4 den az karbonhidrat bulunduran proteine gikoproteinler denir. Yapılarında %4 den fazla karbonhidrat bulunduran proteinlere ise mukoprotein denmektedir.
23- Metalo proteinler: Yapılarında çeşitli oranlarda ve türde metal içeren proteinlerdir. Bu proteinlerin yapılarında demir(Fe), bakır(Cu), çinko(Zn) ve kalsiyum(Ca) gibi metaller yaygın olarak bulunmaktadır. Fakat yapılan araştırmalarda, yapılarında vanadyum ve kadmiyum bulunan metalo proteinlerede rastlanmıştır. Metaloproteinler yapılarında bulunan metale göre isimlendirilir. Örneğin demirli proteinler, bakırlı proteinler gibi.
24- Fosfoproteinler: Süt, yumurta sarısı ve havyar gibi besin maddelerinde bulunan ve fosforik asit kalıntıları içeren proteinlerdir. Bulundukları yere göre isimlendirilirler. Örneğin sütte bulunan fosfoproteine kazein denir.
Bütün bu sınıflandırmalardan ziyade bir de proteinleri bulundukları ortama göre sınıf-landırılabilir. Buna göre proteinler, plazma proteinleri, süt proteinleri, yumurta proteinleri ve organ ve doku proteinleri diye sınıflandırılır.
Kategori: Biyoloji