Protein Yapı ve Konformasyonları

[bluemoon24]

Proteinler DNA nın gerekli bölgesindeki şifrenin kodlanması ve bunun ribozomlarda okunarak uygun amino asitlerin birbirleriyle birleşmesi sonucu oluşturdukları organik bir yapıdır. Proteinler bir organizma ve hücredeki yapısal ve fonksiyonel reaksiyonların temelini oluştururlar. Proteinler, amino asitler arasında peptid bağlarının oluşmasıyla kurulurlar ve daha sonra uygun konformasyonları kazanırlar. Peptid bağları oluşurken bir amino asitin amino ucunun(NH2) bir hidrojeninin ve karboksil ucunun(COOH) hidroksil ucunun(OH) kopmasıyla birbirlerine bağlanırlar ve sonuçta iki amino asit bir OH ve bir H kaybeder. Arada oluşan çekim kuvveti ile birbirlerinin yük eksiğini tamamlamak için birleşirler. Sonuçta çıkan OH ve H da birleşir ve H2O yani su oluşur. Buradan diyebiliriz ki her peptid bağı bir H2O molekülünün salıverilmesi demektir.





Amino asitler terminal bir karbon atomuna bağlı bir amino grubu, bir karboksil grubu, bir hidrojen atomu ve her amino asite kendine özgü karakterstik özelliği veren bir R (radikal=değişken) uca sahiptirler.



Proteinler basitçe dizilmiş amino asit zincirleri olmayıp, onlara yapısal veya fonksiyonel özelliği kazandıran konformasyonları oluşturmak için kırılıp, katlanırlar. Bu proteini oluşturan peptidlerin birbirleriyle zayıf etkileşimlerinden oluşur. Belirli derecelerdeki kıvrılma proteindeki alfa- sarmal yapının oluşmasına ve bu yapının stabilize edilmesine(kararlı kılınması) olanak sağlar. Bir sarmal düzgün bir silindirin etrafına sarılmış bir kurdele gibidir. Bir proteinde sarmalın bir tam dönüşü 3.6 amino asiti kapsar. Bu sarmal yapı bir amino asitin amino grubuyla, ondan ileride üçüncü amino asitin oksijeni arasında kurulan zayıf hidrojen bağıyla oluşur. Protein ve peptidlerin konformasyonları sekonder yapı (ikincil yapı) olarak adlandırılır ve bu ikincil yapının keşfedilen ilk örneği sarmaldır.





Bir proteindeki peptidlerin diğer bir basit düzenlenmesi ikincil yapının ikinci ana tipini oluşturur. Beta yapısı olarak adlandırılan bu yapı pileli tabaka olarak da adlandırılır. Bu konformasyon keratinlerin bazıları arasında en basit haliyle görülebilir. Bir çok polipeptid zinciri birbirlerine hidrojen bağlarıyla çapraz bağlanmasıyla oluşup, çok sağlam ve esnektir; ancak gerilime karşı koyar çünkü polipeptid zincirleri zaten gerilebilecekleri kadar gerilmişlerdir.





Polipeptid zincirinin küresel biçimde katlanmış olduğu globular proteinler(halka biçiminde), fiböz proteinlerden(yukarda bahsettiğim) daha karmaşıktırlar. Enzimler olarak bilinen organik katalizörler, immün sistemi(bağışıklık sistemi) antikorları, protein hormonları ve bir çok kan proteini globular yapıda olup dış kısımlarında bulundurdukları yüklü ve polar R grupları sayesinde suda çözünürler. Tipik olarak aralarına sarmal olmayan bölgelerin serpiştirildiği alfa ve beta tabakalı kısımlardan oluşmuştur. Kaslarda oksijen depolayan miyoglobin sarmalların hakim olduğu protein tipine iyi bir örnektir. Küçük ve düzensiz kıvrılma bölgeleri içeren sekiz heliks(sarmal) içeren içeren bir polipeptid zincirinden oluşur. Her kıvrılma bölgesinde üç boyutlu yapısı değişen protein tipik konformasyonuna sahip olur. İkincil yapının üzerine oturtulan bu yapı tersiyer yapı(üçüncül yapı) olarak adlandırılır.





Eğer bir globular protein, birden fazla birbirinden bağımsız ve kendi başına katlanmış globular proteinden oluşuyorsa bu tür yapılara da quarterner=kuvarterner(dördüncül yapı) ismi verilir.





Proteinin hangi biçimde katlanacağına o proteini, oluşturan amino asitler karar verir. Örneğin; tersiyer ve kuvarterener yapıdan söz edilen proteinlerde katlanmanın temel sebebi prolindir(bir amino asit). Prolin bulunan yerlerde kıvrılma olur çünkü prolin doğal bir amino asit değildir ve R grubu amino grubuyla bağ yapar. Globular myoglobindeki sekiz kıvrılmanın dördünün sebebi prolindir.





Primer yapının konformasyonu belirlediğine dair kanıtlar denatüre proteinlerle yapılan çalışmalardan da gelmektedir sevgili arkadaşlar. Denatür bir proteinin benzerlerinin sahip olduğu biyolojik aktiviteden yoksun olması, konformasyonun önemini açıklamaktadır. (denatürasyon, proteinlerin ısı vs. sonucu tersiyer ya da kuvarterner yapılarının bozulması sonucu oluşan protein yapı bozukluğudur.) Konformasyon büyük miktarda zayıf bağlara bağlı olduğundan bu bağları bozabilen her şey proteinin konformasyonunu bozar ve dolayısıyla denatüre olmasına neden olur. Bunlar ısı, pH gibi faktörler olabilir. Bazı proteinler uç olumsuz faktörlere çok kısa bir süre maruz kalırlarsa yeniden düzelebilirler(renatürasyon). primer yapı konformasyon ve dolayısıyla proteinin görevini belirlemede yeterli olduğuna göre diğer özelliklerini belirlemede de yeterli olmalıdır. Bazı proteinler renatürasyon için (eski hallerine dönebilmek) şaperon denen diğer moleküllerin yardımına ihtiyaç duyarlar. Bunlar, protein en kararlı tersiyer yapısını kendisi keşfedene kadar katlanmasını önlerler.