Biyokimya Proteinler Proteinler Yunanca “proteios ” kelimesinden tür etilmiş ve “en ön emli ” yada “en önde yer alırım ” manas ındadır . Proteinler bir veya birden çok polipeptid zincirden ol uş muş polimerlerdir. Amino asitler proteinlerin temel yap ısal üni t ele rid ir . Proteinler: Besinseller Enzimler Y ap ı sa l proteinler olarak öne mlid irl er. P RO T E İN LE R 2 Protein kurul uş u Proteinler, C : %50, O : %23, N : %16 H : %7 S %0-3, P %0-3, iz miktarlarda Fe, Zn ve Cu iç e ri r le r . Proteinlerin genel kimyasal formül ü C 40 H 62 N 10 O 12 Proteinler hayvanlarda canl ı maddeye miktar olarak en ç ok k atılan yap ı t aş ı d ı r . Karaci ğer, kas ve b ö b rek %78-80 Taze kas % 18-20, kan p l a z m as ı % 6.5-7.5 beyin % 8, yumurta s a r ı s ı % 15, yumurta a k ı % 12, inek s ü t ü % 3.3 çeşitli peynir tü rl e r i % 14-49 protein i ç e r ir . P RO T E İN LE R 3 Protein kurulu şu marul %1.2, lahana ve pancar %1.6, patates %2 protein iç e rirken kuru fasulye %18-22, badem %21, yer fı s tı ğ ı %26, soya fas ülyesi %37 protein iç erir Elma, çil ek, şeftali, armut, erik ve turunçgillerde protein oran ı çok düşükt ür (%0,4-1,5). P RO T E İN LER 4 Protein Fonksiyonu Proteinler çe şitli biyolojik gör evlere sahip ço k kompleks m ol ek ül le rdi r Fark lı proteinler amino asitlerin farklı dizili şiyle müm kü ndü r (EVC İL ve C İL VE gibi) Sindirim enzimleri, biyolojik deterjan, pupa, yün, t ı rna k, boynuz, et, yumurta ak ı , dokuma ku maşl ar (bitkisel protein) örn ek ol uş tu rur. Protein tipi Örne k Durum Ka t al i z ö r Enzimler Mide pepsin T a ş ı m a-Depolama Hb, Mb, Tf Eritrosit, kan Koordineli hareket Aktin, miyozin Kaslar Mekanik destek Kollagen, elastin Kemik, tendon İ m m u n koruma Antikor, fibrinojen Kan, Sinirsel iletim Rodopsin, Retina, hü c re re s ep t ör Büy üm e- f ar k lı l a ş m a Hormonlar, Kan, hü c re kontrolu G-proteinler Ekzotik proteinler Antifriz proteinler Dokular (b alı k ) Kan pıht ı l a ş m a Trombin, Fibrin Kan Pompa veya kanal Na-K- A T P ’a z H üc r e z a rı P RO T E İN LE R 5 Besinsel proteinlerin biyolojik d eğe ri Bir proteinde biyolojik de ğeri belirlemede iki fak tö r dikkate alı nı r: Kolay sindirilebilirlik İ çe rdi ği zorunlu amino asit mikt arı ve çe şitlili ği Bu açıdan hayvansal proteinler bitkisel proteinlere nazaran daha de ğerli oldu ğu söyl en ebi l ir Besin Biyolojik de ğer Süt 100 Yumurta 95 S ığır eti 80 Peynir 75 Patates 71 Pi ri n ç 68 Bu ğday 42 Fasulye 40-45 P RO T E İN LE R 6 İnsanda ve baz ı hayvanlarda zorunlu amino asitler Zorunlu AA Rat K öp e k Fare Tavuk İ nsa n Domuz 7 (9) 9 (9) (11-12) 8 (10) Val + + + + + + Thr + + + + + + Ileu + + + + + + Met + + + + + + Trp + + + + + + Lys + + + + + + Leu 0 (+) + + + + + Phe 0 (+) + + + + + His 0 (+) + + + 0 + Arg 0 (±) ± 0 ± 0 + Tyr + (0) 0 0 0 0 0 Glu 0 0 0 +? 0 0 Gly 0 0 0 + 0 0 P RO T E İN LE R 7 Proteinlerin Genel Öz ell i kl eri Yap ı: 20 aa r ep e rt uv a rı nd a n olu şan d all a n ma mı ş polimerler Boyut: Bir polipeptidde aa say ı sı 50-38000 a rası n da d eğ i şir Bu molekülleri n küt leler i 6-4200 kDa a rası n d adı r Organizasyon: Kompleks proteinler çok say ı d a benzer polipeptidden yada bi r ka ç f a r klı polipeptidin kar ı şı mı nd a n o lu şu r 20 Amino asit farkl ı y apı ve boyutta y a kl a şı k 100,000 f a r klı protein ol u şt u r u rl a r ! P RO T E İN LE R 8 Proteinler 20 ?-amino asidin re pe rtuvarıd ır Yirmi çeş it yan zincir amino asitlerde boy, y a pı , yü k, hidrojen bağı olu ştu r m a kapasitesi ve kimyasal reaktiviteyi d e ği şt i rer e k proteinleri kurarlar. Ge r çe kt e n, bakteriden insana kadar tüm t ü rl e rde b üt ün proteinler 20 amino asitten kurulur. Proteinlerin bu temel alfabesi y a kl a şı k iki milyar y a şı nd a dı r . Proteinlerin dikkat çe ki ci fonksiyonlar ı 20 amino asidin çe şitli bloklar i n şa etmeleri sonucudur. İ şt e bu bloklar amino asitlerin rep e rt uva rı dı r P RO T E İN LE R 9 Amino asitlerin Polipeptidlere polimerizasyonu Amino asitlerin polipeptid y apıya polimerizasyonu bir amino asidin –COOH grubu (yada polipeptidin kendisi) ile bir di ğerinin –NH 2 grubu a r a sı n d an su çı kı şı ile olur Bu reaksiyondan bir peptid ba ğı meydana gelir. H ü cre l erd e, bu reaksiyon enzim ve ribozomlarla katalizlenir. Bir polipeptidin k i m y a s ı C: ?-karbon Amino yada N- uç karboksil yada C- uç Peptid ba ğ ı ve polipeptid P RO T E İN LE R 10 Polipeptid zincirin diz i li ş izomeri Canl ı organizmalarda mevcut farkl ı tür proteinlerin toplam say ıs ı 10 10 -10 12 kadard ı r . Bö yle s in e büyü k bir rakam 20 amino asitten ancak fa rklı dizili ş suretiyle elde edilebilir. İki amino asitten olu şmuş bir dipeptid iç in iki dizili ş izomeri mü mkündür: N-uç amino asit A olan A-B di zi li şi N-uç amino asit B olan B-A di zi li şi . Bir tripeptidde 6 dizili ş izomeri söz konusudur: ABC; ACB; BAC; BCA; CAB ve CBA. Dö rt amino asitten olu şmu ş bir tetrapeptid için 4x3x2x1=24 farkl ı diziliş söz konusudur. P RO T E İN LE R 11 Polipeptid zincirin dizil iş izomeri Far klı 20 aa’ ten olu ş m uş bir polipeptid iç in a a’l eri n herbirinin bir kez yer alması durumunda dizili ş sayı sı 20 ! = 20x19x18x17x......3x2x1 = 2x10 18 olarak hesaplanır Ancak, bu ö rne kt e sadece kü çü k bir peptid zinciri (2,6 kDa) dikkate al ı nm ı ş ve her aa bir kez ka tı lm ı şt ı r . Molekül ağ ırlı ğı 34 000 olan eşit s ayı da ve fa rklı 12 amino asitten kurulmu ş bir protein dikkate al ı n ırsa 10 300 dizili ş izomerinin müm kün olabilece ği hesaplan ır. 29 harfli bir alfabe kullan ılarak elde edilelebilecek kelime sayı sı gibi 20 fa rkl ı amino asit kullan ılarak hemen hemen sı n ı rsı z say ı da farkl ı protein elde edilebilir. Yüz amino asitten ol uş a n bir polipeptid zinciri iç i n 20 100 = 10 130 d iz i li ş izomeri mü m kü ndü r . P RO T E İN LE R 12 Amino asit sıras ını n bilinmesi birkaç nedenle öne mli d ir !!! • Proteinin etki meka ni z ması nı n anla şı lma sında ve aç ıklanmas ında, • Proteinlerin üç boyutlu y apılar ını n incelenmesinde, Mol ekü le r patolojide: Orak hü c re l i anemide Hb’ i n ? – zincirinde 6.s ı rad a glu yerine val g eç er Mo lekü ler paleontolojide: Protein amino asit s ı ras ı onun evrimsel tarihini y ak l aş ı k olarak ortaya koyar. Ortak bir ataya sahip proteinler benzer amino asit s ı ras ı ile değerlendirilir. Evrimde mo l e k ü l er olayların amino asit sıralan ı ş ı n ı izledi ği s anılmaktad ı r . Çeşitli protein zincirlerinde amino asit s ı ras ı bak ı m ından bü y ük ç ak ı şmalar olabilir. Bu durumda Homolog proteinlerden s öz edilir Peptid zincirlerinin benzerli ği bu proteinlerin evrim s ü r e s ince birbirinden t ü r e d i k l e ri varsay ımı ile a ç ıklanır Orak h ü cre anemisi Orak h ü c r e hemoglobin P RO T E İN LE R 13 Proteinlerde Konformasyon ( üç boyutlu ya pı = 3D y ap ı) Proteinler; • Belirli bir kimyasal y apı ya ve molekül a ğı rlı ğa , • Genlerle belirlenen bir tek amino asit dizisine: DNA RNA P R OTEGN • İyi belirlenmi ş üç boyutlu bir y a pıya (konformasyon) sahiptir Konformasyon, basit ba ğl a r et raf ı nd a m ü m kün olan d ö nm el e r sonucunda b ağ l ard a kopma olmaks ı zı n ço k çe şitli pozisyonlarda bulunabilen g r up la rı n uzaysal dü ze ni ni ifade eder. P RO T E İN LE R 14 3D Y apı Konformasyon; proteinlerde daha çok ikincil, üçü ncül ve dördüncü l yap ılar ın beraberli ğini ve bütünl ü ğünü izah eder. Ve proteinin görevi ile (taşıma, katalizleme vb.) sı kı ili şkilidir. P RO T E İN LE R 15 3D yapı • Peptid b a ğ ı Birincil Y ap ı • Hidrojen b a ğ ı =C=O H –N= Gki n cil Y ap ı ?-Tabaka Yap ı Alfa sarmal yap ı ve z a y ı f hidrojen b a ğ l a r ı P RO T E İN LE R 16 Üçüncül yapı da gözle nen Kimyasal bağlar ya da çekmele r Gyo n ik ba ğ: Amino asitlerdeki iyonik gruplar b a zı ko şull a r da tuz kö prü le r i olu ştu r u rl a r (Elektrostatik ili şkiler), Hidrojen ba ğl ar ı, O H CH 2 O van der Waals çe km el er i C=O Hidrofobik böl geler a r a sı et ki l e şimler Di s ül fi d b a ğl ar ı (kovalan) CH 2 Hidrojen b a ğ l arı CH 2 CH -OOC H 3 N + CH3 CH2 CH3 H3C CH3 (CH 2 ) 4 CH D i s ü l f i d k ö p r ü s ü Tuz k ö p rü s ü (iyonik b a ğ ) Van der Waals çe k m e l er i P RO T E İN LE R 17 Hidrojen b ağ ı Gyon ik b ağ Hidrofobik ili şkiler ve van der Waals çe kme leri Gyon ik b ağ P RO T E İN LE R 18 Suya k ar ş ı hidrofilik i li şki ?-sarmal Hidrojen ba ğı Hidrofobik ilişki Tuz k öp r ü s ü Di s ü l fid kö p r ü l e r ß-tabaka y apı Hidrojen ba ğı P RO T E İN LE R 19 Proteinlerde Dö rd ün cü l Y ap ı monomer denen protein alt birimlerinin bir araya gelerek ya pm al a rı dö rdün c ül ya pı yı Bu ya p ı daha çok proteinin polimerizasyonunu yans ı t ır r ağ m en oligomerik protein sulu çö ze l ti d e tek m ol ek ül yerine getirebilmesi i çi n t ü m bü tü nl ü k i çi nd e b u lu n ma la rı sal kı ml a r , topluluklar olu ştu r u r . Monomerler birbirlerine kovalan b a ğl a nm a ma la rı n a gibi da vr a nı r. Proteinin biyolojik görev ini alt birimlerin bir arada ve zorunludur. P RO T E İN LE R 20 Protein (Enzim) (Oligomer yada Polimer) Monomer Say ı s ı Monomer Mol. Ağ . Aspartat transaminaz (tavuk kalbi) 2 50 000 Y ağ asidi sentetaz (g üv er c i n k a ra c iğ er i ) 2 230 000 Ornitin transaminaz (rat k ar a c iğ er i) 4 33 000 Mitokondrial A T P ’a z (ö k ü z kalbi) 10 26 000 Glutamin sentaz (E.coli) 12 48 500 Glutamat- D H ’ a z (s ı ğı r karaci ğe ri ) 40 - Dö rdüncü l yap ı iki yada daha fazla sayıda üçün cül yapıda altbirim içe rir . Hemoglobin iki alfa zincir, iki beta zincir iç erir . Her bir alt birimde Hem grubu kanda ta şımak i çin oksijen bağ la r ve dokulara ta şı r . ?-zincir ß-zincir ß-zincir ?-zincir P RO T E İN LE R 21 k kk kk Bir polipeptidin açıl ma sı- katl anması • Bu iki durum aras ında geçi ş baz ı ara ür ünl eri kapsar ve kendili ğinden olabilir yada protein veya küçük m ole kü ll er ta ra fından kolayla ştı rı l ı r • De na türasy on ikincil ve üçün cül yapı n ı n kayb ıdı r . • Protein d ena türasyo nu natif çevreni n bozulmas ıyla birlikte olabilir: sıcaklık artı şı ,aşı rı pH, üre yada etanol gibi baz ı organik mo le külün eklenmesi. P RO T E İN LE R Ka tl a n m a m ı ş , (r e d ü k l e n m i ş ) protein Natif protein 22 H at a lı k at la n m ı ş proteinler ve H a st a lık la r Anormal b i çimde katlanmış proteinlere örnek olarak prion ve amiloid madde gösteril eb ili r . PrP c çözün ebi l ir halde ?- sarmal yap ıdan zengin iken; hastalık yapı c ı çözün mez şeklinde (PrP sc ) ?-tabaka y apıdan zengindir Prion ve amiloid madde kısmen katlanmış ara yapı kümele şmesi ile şekillenir. PrPc PrPsc Ha talı ka tla nmı ş proteinler hastal ıklara neden olurlar. Normal ve Anormal prion proteinler P RO T E İN LE R 23 Ço k s ay ıd a ha s tal ık, h ata lı katlanma ile ilgili olarak proteinin kü m el eşm esi sonucu meydana gelir. Ha st alı k nedeni olan proteinlerin t üm ünün beta tabaka ya p ı da n zengin ol du k lar ı k ay d e d i l m i ş ti r Baş lıca protein katlanma h ast alı kl a r ı nın ol uşum nedenleri ve mekanizmalar ı Hasta lık Protein Moleküler Bozukluklar Kistik Fibrozis (CF) CF transmembran regülatör (CFTR) Hatalı kat lan m a,ER’d a birikim Marfon Sendromu (MS) Fibrilin (FBN-1) Hatalı katlanma NefrojenikDiabetes İnsi pidus (NDI) Vasopresin reseptö r (A VPR2) Hatalı katlanma ve ER ’da birikim Alfa1 Antitripsin Y eter sizliği (AAD) Alfa1 Antitripsin (AA) Hatalı katlanma ve ER ’da birikim Delidana (BSE);Scrapie (Sc) ve CJD Prion protein ( PrP) Beyinde birikim (protein salındıktan sonra) Alzheimer Hastalı ğı (AD) Beta-amiloid (A ?) Beyinde birikim (protein salındıktan sonra) Fa m il y ala miloidot ikpol inöropati (FAP) Transthyretin (TTR) Mutasyon sonucu hatal ı katlanma, birikim Parkinson Ha stalığı (PD) Lewy Cisim Hastalı ğı (LBD) Huntington Hasta lığı (HD) ?-Synuclein (ASN) Tau ?-Synuclein-poliglutamin Hatalı katlanma, beyinde kü m eleşme birikim Desmin DepolamaMiyopatisi (DSM) Desmin (D) Hatal ı katlanma, kasta küm ele şme ve birikim Katarakt Crystallin Hatalı katlanma ve göz de birikim Kanser P53 Mutasyon sonucu hatal ı katlanma, birikim P RO T E İN LE R 24 Protein hat alı katlanma sı ve Katlanma Ha s ta lıkla rı Transthyretin dimeri Delidana H ast al ı ğı (s ı ğı r) Mikroglialarda Amiloid protein birikimi (kır m ız ı) P RO T E İN LE R 25 Proteinlerde Fiziksel ve Kimyasal Özellikler Proteinler ö zelli kleri b a kı m ı nda n oldu kç a d e ği şi k olabilirler. Ö rne ği n yumurta a kı proteini ı sı tm a kl a d en at ü r e olur, suda az erir ve kolayl ıkl a reaksiyon gö st e r i r . Buna ka r şı n tı r na kt a bulunan keratin erimez, kimyasal olarak nisbeten reaksiyon y et e ne ğ i olmayan d ay anıkl ı bir proteindir. Protein m ol e küll e r i çok b üy ü kt ü r , ni şasta ve glikojen gibi kolloiddir. Proteinler saf halde, ı sı tı lı nca erimezler, a yrı şı r la r ve karakteristik kokulu gazlar çı kar a r a k yanarlar ( t üy ya nm ası). Çe şi tli proteinler de ğ i şi k eritkenlerde (su, sul a ndı rı lmı ş nö tr a l tuz çö zelt i l eri , sul an dı rı lmı ş asitler veya bazlar, %70-80 alkol, salisilat, yo ğu n ü re çö zelt i si ve gliserin vb) erirler. Protein ç öz el til e ri kolloidal ve opal g ör ü nü şt e di r Bir çok protein çöz e lti si ı sı t ı ldı ğı nda protein m ol e kül le r i erimez hale geç i p pı htı la şı r ( koa gülasy on). P RO T E İN LE R 26 a) Fiziksel Özelli k le r 1. Tad: Saf proteinler ta t lı dı r . 2. Koku: Saf proteinler kokusuzdur 3. Eriyebilirlik ya da Ç öz ü nü r lük: Her protein belirli bir çöz üc ü de karakteristik bir erime öz el li ği ne sahiptir. Bir kısm ı suda ve tuz çöz el ti le ri n de erimezken (skleroprotein), ba zıl a rı suda ve tuz çöz el ti le ri n de kolay erir (albumin), d i ğe r baz ıla r ı ise suda az, tuz çöz el tis i nd e çok erirler (globulin). Tuzlar bir proteinin eriye b il ir li ğini azaltabilir veya art ır ab il i r . Protein eriyeb il ir li ğ inin artı şınd a tuz la rı n etkisi “Salting-inn ” etki N ö tral tuz ları n yü ks ek k o n s ant rasy o n ları yla sulu çö z elti leri n d e çö ke lt il ir ler . Bu da “Salting-out ” etki olarak bilinir. Ç ö zü n me hidrofilik iyonik gruplar ın etraf ın d a su mo lekü lle r i n in toplanmas ı ile ilgilidir, Gyon lar ü zeri n d en su mo lek ü ll erinin çe kil mes i protein eriye b il ir li ğ ini düş ü rür . Baz ı yap ısal proteinler çö z ü n mez ö zelli kted i r . Proteinler pI da en az ç ö züne b il ir ö zelli kted ir ler. P RO T E İN LE R 27 Fiziksel Özelli kl e r 4. Ozmotik B ası nç: Mole kül büyükl üğü nedeniyle proteinler y a rı g e çi r g e n zarlardan ge çem e zl e r . Bu nedenle; zarlar ü zer i ne d iğ e r elektrolitler gibi ozmotik b a sı n ç uygularlar. Kolloid olmalar ı nd a n do l ayı da kolloid ozmotik b a sı n ç (onkotik b a sı n ç) ol u şt u rur l a r . 5. M ol ek ül ağ ır lı ğı : Proteinlerin molekül a ğı rlı kl a rı b i r kaç binden- bi r ka ç milyona kadar d e ği şebilir. Proteinlerde molekül a ğı rlı ğı Dalton (Da) yada kilodalton (kDa) ile ifade edilir. Albumin 68 000 Da (68 kDa) kDa P RO T E İN LE R 28 Fiziksel Özelli kl e r 6. Amfoter ö z el li k: Proteinler yüzeyle rin de pozitif ve negatif elektrik yük t aş ı yan polielektrolittir: pI’da pozitif ve negatif yük sa yılar ı eş itt ir . Proteinler amfolittirler ve hem asitlerle hem de bazlarla bi rle şe rek tuz ol uş tura bi lirler . Bu öz el l ik le ri nedeniyle de biyolojik tampon olarak asit-baz dengesinde gör ev al ı rla r . 7. Gyonizasyon ve elektroforez: Protein ço k sa yıda iyonl aşabilir gruplar iç eri r . Bu gru pl ar ın yükl eri iyo nl aş ma ka ts ay ı sı (pK) ve çö ze lti n in pH’ sı ile ili şkil i di r . Düş ük pH’d a negatif yükl erd en daha ço k pozitif yük ka zanı r ve protein katyon olup bir elektrik alanda katoda göç er (elektroforez). Yük se k pH’d a ise protein daha fazla negatif yükl e yükl eni r ve anyon olarak anota göç er . Elektrik yükl eri ni n nöt r ol duğ u pH’d a (pI) ise protein yüks üz ol duğ u iç in göç mez, hareketsizdir. P RO T E İN LE R 29 Fiziksel Özelli kl e r 8. UV ışı k absorbsiyonu: Proteinlerde mevcut F, Y ve W aa varl ığı ile ilgilidir. Bu amino asitler sahip olduklar ı konjuge çi ft ba ğl ar nedeni ile 260-280 nm dalga boyundaki UV- ı şınlar ı absorbe ederek onlara özg ü pik verirler. 9. Işı k d if ü zy o n u (Tyndall o lay ı): Proteinler kolloid olmalar ı nedeniyle çöze ltil er in de üze rle rin e dik gelen UV ı şı ğı ö nce ab sorb la y ıp sonra yayarak çöze l tini n sigara du man ı gö rün ümü al m ası na neden olurlar. 10. Proteinlerde optik rotasyon: Proteinler polarize ı şı ğı sapt ı rırlar(-30 o )-(-60 o ) De na türa sy on d a spesifik rotasyonlar daha negatiftir. Bö y le ce optik rotasyondaki de ği şikl ik genellikle konformasyondaki de ği şikl iğ i yans ı tır. NMR: Proteinlerdeki konformasyonal de ği şimi esas alan bir inceleme y ön temid ir P RO T E İN LE R 30 b) Kimyasal Ö ze lli k ler 1. Proteinlerin kimyasal yap ı s ı: Proteinler yakala ş ı k olarak %50 C, %23 O, %7 H, %16 N ve çok iz miktarlarda olmak üzer e de S, Cu, Fe, Zn, Mn gibi elementlerden kurulmu şlardı r . Proteinlerin %16 ora nı n da N iç erme si nde n yarar la nı la rak toplam N mikt arı öl çü le n herhangi bir biyolojik sı vın ı n toplam protein mikt arı da hesaplanabilir: P=Nx100/16 ya da P=Nx6,25 2. Proteinlerin hidrolizi: Proteinler asitlerle, alkalilerle ve enzimlerle muamelede su alarak kendilerini kuran alt birimlere (monomerlerine veya peptid ya da amino asitlerine) ayr ılabilirler bu olaya hidroliz denir. Sindirim enzimleri besinlerle a l ı nan proteinleri hidroliz ile amino asitlerine ve peptidlere parça larla r . P RO T E İN LE R 31 Kimyasal Özell ikl e r 3. Protein m o le k ü lü n d e b a z ı amino asitlerin v a r lı ğ ın a i li ş k in tepkimeler: Amino gruplar ına ait tepkimeler ? metilasyon, dinitrofenilasyon, deaminasyon Hidroksil veya fenol gruplar ına ait tepkimeler ? es te rleş me, fosforilasyon Sü l f i dr i l gruplar ın a ait tepkimeler ? asetilasyon, trifluoroasetilasyon İmidazol veya fenol grubuna ait H’ in iyot ile s ub s t i t üs y on u ? T3, T4 4. Proteinlerin renk tepkimeleri: Proteinler, baz ı renk tepkimeleri verirler. Bunlar proteinlerin kalitatif/kantitatif tayinine hizmet eder. Ksantoprotein B iü r e t + Millon Lowry + Ninhidrin + Protein boyalar ı: Amidoschwartz, coomassi blue, ponceau-S P RO T E İN LE R 32 Kimyasal Özell ikl e r 5. Ç ök t ü rme tepkimeleri: Proteinler Iiyofilik kı sm e n hidrofilik kolloidlerdir. Sisteme d aya nıkl ı lı ğı veren hem elektrik yü k hem de protein ile eritken a r a sı nd a ki ka r şı lıkl ı etkidir. Bu etkenlerden birisi etkisiz kı lı nı r sa protein bazan çö ke r , her ikisi de etkisiz kı lı nı rsa protein daima çö ke r . Çök m e izoelektrik noktada daha kolayd ı r . N öt r tuzlar, etanol vb ço k hidrofil maddeler suyu çe ke r le r ve proteini çök tü r ü rl e r . Proteinlerde de na t ür asy o n: Peptid b ağ ı nda kopma o lm a ksı zı n molekül i çin d e üç boyutlu organizasyonun herhangi bir kuvvet ta raf ı nd a n de ği şt i ril m e si di r . D en at ü r a sy o n son r a sı protein a rtı k fizyolojik aktiviteye sahip d eğildir ( d en at ü re protein) De ği şikliğe u ğ ram amı ş do ğa l haldeki proteinler = natif protein Protein çö zelt is i Ç ö km ü ş Protein (Sol) (jel) D en atü r as yo n etkenleri : Proteinler ı sı , asitler ve bazlar, organik çözü cül e r , metal iy on la rı , üre ve guanidin, iyonik deterjanlar ve red ükl ey ici etkenler proteinleri de na türe ederler. P RO T E İN LE R 33 Proteinlerin sı nıfl andı rı lm ası Konf ormas y o nlar ına g ör e : 1. G lob ü ler (yada küre sel ) ve 2. Fibriler (yada fi b röz) proteinler Glob ül er proteinlerde polipeptid zincirleri birbiri üze rin de kü res el veya globuler formda katla n mı şla rd ı r ? Sitokromlar ve hemoglobin Bunlar suda eriyebilir proteinlerdir fibriler proteinler çok defa birbirlerine sı kı sı kıya ba ğlı çok uzun bi rkaç polipeptid zincirinden ibaret olup fizyolojik sıvıl arın ço ğ u n d a erimez ? Kollagen, elastin, keratin Keratin ? saç, tırnak ve boynuz Kollagen ? deri, kemik, di ş , tendo, kı kırdak ve destek doku Elastin ? deri, arter, ligament ve bağlay ı cı doku Çözün e bil i rlikl e r ine g ör e Suda kolay çö zün e nl e r (ı sı ile koa g ül e olurlar) ? albumin Suda az, seyreltik tuz çözeltileri nde iyi çö zünenl er ? globulin P RO T E İN LE R 34 protein bakteriorodopsin Proteinlerin sı nıfl andı rı lm ası Gp ek proteini Fi br ö z bir protein (ß-keratin) Kolagen Fi br ö z bir protein Miyoglobin globuler bir P RO T E İN LE R 35 Gçe rikl erin e göre Sınıflandırma : 1. Homoproteinler (basit proteinler): Hidroliz ile (5.6 N HC l’ de , 105- 1 10 oC ’ de 24 saat) sadece amino asitleri veren proteinlerdir. Albumin ve ba zı globulinler, glutelin, prolamin, histon, protamin, kollagen, elastin ve keratin bu gruba örn ek ol uştu rurl a r. 2. Heteroproteinler (konjuge proteinler): Hidroliz ile amino asitlerden ba şka organik ve inorganik ürü nl er (prostetik grup) de verirler. Heteroproteinler prostetik g r up la rı nı n kimyasal t a biy atı na g ö re sı nıfland ı rı lı rla r: Nükleop ro tei nler kromozom, ribozom N ü kl ei k asit (DNA..) Glikoproteinler r e sept ö rl e r , rodopsin Karbonhidrat Fosfoproteinler kazein Fosfat Lipoproteinler HDL, LDL, VLDL Lipid Metalloproteinler Ferritin, ksantin oksidaz Metal (Fe, Mo) Flavoproteinler Süks i nat D H’ a z Flavin (FAD) Hemoproteinler Miyoglobin, Hemoglobin Hem P RO T E İN LE R 36 Glikoproteinler Glikoproteinlerde mevcut N- b ağ lı oligosakkaridlere ö rne kle r (A) N-bağl ı oligosakkaridler ortak bir pentasakaride (sarı ) sahiptirler, ki buna di ğer şekerler bağl an ır. Glikoproteinlerde şekerler mannoz, glikoz, galaktoz, fruktoz ve substitue şekerlerdir (N-asetil glikozamin, N-asetilgalaktozamin, sialik asit). P RO T E İN LE R 37 Glikoproteinler N- b ağ lı GlcNAc O- b a ğ lı GalNAc P RO T E İN LE R 38 Protein- ara cılı Oksijen T aş ınması ve Depolanm as ı - Hemoglobin (Hb) ve Miyoglobin (Mb) Hb benzer iki monomerden ol uşmu ş bir tetramerdir. Bunlar, alfa-1 ve alfa-2 olup birincil, ikincil ve üç ü nc ül y apı la rı a yn ıd ır . Hemoglobin: eritrositlerle ak ci ğerle re oksijen taş ır ( ak ciğer ler -> doku); CO 2 ve H + da t aş ır (doku -> ak ci ğerle r); Miyoglobin: kaslarda oksijen depolar ve taş ı r . P RO T E İN LE R asit asit İnsan HEMOGLOB İ N İ- D ör d ü n c ü l yap ı Memeli Myoglobini 153 amino asit > % 75 -heliks (8 segment) 1 Hem prostetik grup 39 Hemoglobinin allosterik öz ell i k l e r i i çin yap ısal esas Miyoglobin ve hemoglobinin ? ve ? alt birimleri homologdurlar. Her peptid zinciri prostetik grup olarak kovalan ba ğ lı bir hem i çe ri r . Hem protoporfirin IX ve bir Fe 2+ -iyon i çe ri r ki bu pirol ha l kası nı n 4 azotuna ba ğ lı dı r. Myoglobinin ribbon yap ı s ı Hem Fe-Protoporfirin-IX P RO T E İN LE R 40 Protonlar ve karbon dioksit gibi, 2,3-bis-phosphoglycerate Hb in bir allosterik effektorudur ve gör evi proteinin oksijene olan affinitesini d üş ür m e kti r 2,3-Bis-fosfogliserat glikolitik g eçi t te n k öke n alan bir ara ür ü n dü r 2,3-Bis-fosfogliserat 2,3-di-fosfogliserat Bir molekü l 2,3 DPG her Hb tetramerine b ağl anır . 2,3 DPG de bir artış H b ’ in T-halini stabilize eder (2 ß-globulin ü n ites ine çapraz b ağl an mak suretiyle). 2,3 BPG art ışı oksijen salınımın a neden olur. 2,3 DPG de bir artış anemi, a k ciğer fonksiyon b ozuk l u ğu, sigara iç imi yada yük se k irtifa gibi doku hipoksisine cevapta görülü r . P RO T E İN LE R 41 Hemoglobin ? 1 ? 2 ? 1 ? 2 = ( ? 1 ? 1 ) + ( ? 2 ? 2 ) Tetramer = 2 heterodimer Deoksi-Hb + 4 O 2 Oksi-Hb T-form R-form Deoksi-Hb T-konformasyonda yada T-halde mevcuttur (gergin, sı kı ): Heterodimerler ara sındaki kovalan olmayan ili şkil er gü çlü dü r , ve ? –alt ün itel er a rası b oşluk geni ştir (His143 ?- His143 ?=1,75 nm). Oksi-Hb R-konformasyonda yada R-halde mevcuttur (ge vşe k) : Heterodimerler ara sındaki kovalan olmayan ili şkil er gü çsü zdü r , ve ? –alt ün ite le r a rası bo şlu k da r dı r (His143 ?- His143 ?=0,86 nm). P RO T E İN LE R 42 2,3-BPG H b’in oksijen affinitesini dü z e nle r • Izole Hb ’ i n oksijene affinitesi eritrositlerdeki Hb ’den çok daha y üks ektir . • Kan hücr ele ri Hb ile ayn ı miktarda 2,3-BPG iç eri r . • 2,3-BPG deoksi-formu stabilize ederek Hb ’ in oksijene olan affinitesini dü şürü r (negatif kooperativite). P RO T E İN LE R 43 CO 2 taşın ması ve Bohr Etki Hb ’in oksijen ba ğ la n ma sı n da allosterik ef f e kt ör r ol ü Bohr etki (oksijen b a ğl an m a sı ü zer i ne H + etkisi) ile a çıklan ı r . 2,3-di-fosfogliserat hemoglobin ile et ki l e şi r ve oksijen ba ğl a nm a sı nı dü şü r ü r . Mb, ergin-Hb, ve fetal-Hb a rası n d a m ol e kül y apı sı ve oksijen affinitesi zı tt ı r . Doku Plazma Dokulardan kana CO 2 t a ş ı nı m ı P RO T E İN LE R 44 Dr. Arif Alt ınta şProf. Karbonik anhidraz [ Ke n dil iğ i nd e n] Memelilerde Gaz ta şınması AKCG Ğ E R KAN Karbonik asit [ Ke n dil iğ i nd e n] Karbonik anhidraz P E RGFER DOKULAR 45 • CO 2 N- uç NH 2 - g r u pl a rı ile reaksiyon verir ve negatif y ü kl ü karbamat g rupl a rı na d ön ü ş türülü r • Karbamatlar tuz k öp r ül er i ne ka tı la ra k T-formu stabilize eder. • Hemoglobin prot o nl a rı ta ş ı r ve dokulardan CO 2 alı r ve a kc iğ e rl e r e ta şı r ve orada serbest bı rakı r . Karbamat P RO T E İN LE R 46 Hemoglobinopatilerin Klinik Ön e mi P R O T E İ N L E R 47 Yap ı sal defektler Klinik son u çla r Anormal çözün ürl ük (Sickle cell disease, HbS) Hemolitik anemi, san cı Dü şük O 2 affinitesi siyanozis Ar tmış O 2 affinitesi polisitemia Ferrik Hem (MetHb;HbM) siyanozis Stabil olmayan Hb ’ler (Hem kayb ı, dissosiasyon) Heinz Body anemia Anormal globin sentezi (dominant thalassemia) Anemia Immunoglobulinler Antikorlar olarak savunma gör e vi ü st le nen proteinlerdir. Len fore tik üler sistem hü cr el eri nc e sentezlenirler. Temel immunoglobulin molek ül ü ( İg) bir çi fti ağ ı r zincir (herbiri 50-75 kDa) ve di ğer bir çi fti ise hafif zincir (herbiri 22 kDa) olmak üz ere 4 polipeptid zincirinden kurulur İmmunoglobulinler üç büyük (IgG, IgA ve IgM) ve iki kü çük (IgD ve IgE) sın ı fa ayr ı l ı r . IgG’ ler baş l ı ca bakteriyel par ça la nma ürü nl eri ve toksinleri gibi eriyebilir antijenlere (bakteri yüzey antijenleri gibi) cevaben ol uş turu lu rla r . IgM’l er plazmada pentamer şe ki ld edi rle r . İ gA ’l ar plazmada monomerdirler P RO T E İN LE R 48 Gnsan IgG y apı sı Antijen bağl am a bö l ge si Antijen bağl am a bö lg esi M en t e ş e bö lg e Hafif zincir Karbonhidrat Zincirler ar a s ı D i s ü l f i d ba ğl a rı Karbonhidrat Ağır zincir Gmmunoglobulinlerin hafif ve ağ ır zincirleri sabit ve de ğ işken li k g ö sterirl er ; Zincir içi ve zincirler aras ı d isülfi d b ağ ları ü ç ü n cü l ya p ıyı stabilize eder. P RO T E İN LE R 49 Antijen ve Antikor arasında kar şı l ı kl ı temas Hidrojen ba ğı çek mel e ri Lizozim P RO T E İN LE R 50 Hü cr e ve dokular ın ya p ısa l kur u c uları- Fi b rö z Proteinler P RO T E İN LE R 51 Ör nek Yap ı Özell ik le r Keratinler (epiteller, sa çla r , tırn akl a r) ?-sarmallar di s ül fid köp rül eri ile çap raz ba ğl an ırlar Sert, çözü n me z, deği şken sertlik, deği şken esneklik Elastinler (Kan damarları, ligamentler, deri) G, A, V, P den zengin ? –tabaka ve ve Lizinin ola ğ an üstü çap ra z ba ğl arı ( D E S M O S GN) Elastikiyet Çö zün mez akci ğer Kollagenler (Deri, kemikler, hü cre d ı şı matriks) G ve A den zengin üçl ü heliks, Lizinin çap raz ba ğl arı ile birlikte Güçlü gerginlik (uza ma ksı zın) Post-translasyonal modifikasyonlar: prolin ve lizin r ezi düleri n i n hidroksilasyonu ve hidroksilizin ve asparajin r ez i d üle rini n glikozi- lasyonu; zincir içi ve zincirler ara s ı d i sül fid b ağlar ı n ı n te ş ek külü Kollagenin teş e kkül ü : Hü c r e içi olaylar Prokollagen Sentez Posttranslasyonal Modifikasyonlar Üç lü sarmal o l u ş u m u Sekresyon P RO T E İN LE R 52 P ıh t ıla şm a F a k t ör le r i Y ap ılan ara ş tı rm al ar , as l ında kanın pıht ıla şmas ı nı n bi rçok öz el proteinin ortak ve ç ok k armaş ı k bir ç al ışmas ı ile ortaya ç ı k tığ ı n ı gös termi ş ti r . Bu k armaş ı k ve ç ok fazla detayı olan faaliyet, en basit şekliyle ş öy l e anlat ılabilir: Fibrinojen, kanda p ı ht ıy ı ol uşturan temel maddenin henü z olgunla ş m amı ş hâl i di r ve plazma i ç i nde erimi ş hâl de bulunur. Bir kesik ve yara ile k arşıla şana kadar da damarlar i ç i nde y üz e r . Fibrinojenin pı ht ıla ş ma olay ında rol oynayabilmesi i ç i n aktif hâ l e gelmesi gerekmektedir. Bunun i ç i n de trombin adındaki bir baş k a protein, pasif ve erim i ş olarak gezen fibrinojeni (mo l e k ül l er i n i fibrin hâ l i n e getirir), aktifle ş t i rir . Dı ş y üz ey i nde y a pı ş k an parçal ar a sahip olan fibrin molek ül ü, bu y ap ı ş k an parçal ar sayesinde di ğer fibrin mo l e k ü l l er i n e bağlanabilir. Fibrin m ol ek ül l er i bu şekilde uzun zincirler olu şturur ve âdeta bir bal ı k ağı gibi birbirlerinin ü z er l er i nd en geçer l er . Sonra bu ağl a y a ran ı n üz erind ek i ilk pı ht ıy ı olu ş turu rlar . İlk pı ht ı i ç i n müm k ün oldu ğunc a az miktarda protein kullan ı l mak tadır . Bunun sebebi daha sonraki safhalarda ç ok s ay ıda proteine i h t i y aç duyulacak olmas ı d ı r . Pıht ıla şmay ı hızland ı ran veya engelleyen 40'tan fazla madde k anın i ç i nd e bulunur. Pıht ıla şmay ı ba şlat ı c ı ve y ür ütüc ü reaksiyonlar zincirindeki bi rçok madde, Faktör I, II, III, vb. şeklinde rakamlarla ifade edilir. Bu rakamlar aktifle ş me s ı r as ı na göre verilir. Bütü n bu proteinler kendilerinden bir sonraki proteini i ş l er hâl e getirmeye yararlar. Biri olmadan di ğeri hi ç b i r olumlu tesir ol uş turamaz . P RO T E İN LE R 53 Pı htıl aşma Proteinleri ve Öz el li kle ri Protein Sentez yeri Ö ze l l ikl e r i Fibrinojen(FI) Hepatosit Dimerik Protrombin(FII) Hepatosit Vit K ba ğ ım l ı Doku F a k tö r ü (FIII) Ç e ş i tl i h ü c r e l e r Transmembran protein F a k tö r V Hepatosit, megakaryosit F a k tö r Xa ’n ın k o fa k t ö r ü F a k tö r VII Hepatosit Vit K ba ğ ım l ı F a k tö r VIII Hepatosit F a k tö r IX a ’n ın k o fa k t ö r ü F a k tö r IX Hepatosit Vit K ba ğ ı m l ı F a k tö r X Hepatosit Vit K ba ğ ım l ı F a k tö r XI Hepatosit Homodimerik F a k tö r XII Hepatosit - F a k tö r XIII Hepatosit Tetramerik Protein C Hepatosit Vit K ba ğ ım l ı Protein S Hepatosit Vit K ba ğ ım l ı Antitrombin III Hepatosit Heparin ile kompleks TFPI Endotel h ü c r e Plazmada d o la ş ır P RO T E İN LE R 54 Fizyolojik Pı ht ı l aşma Yolu Ba şlatı cı olay- h ü cre y ü zey i ve mikrop arti kü l ü zerine maruziyet Doku fa k tö rü Zimogen Gnaktif Protein Katalitik Kompleks Serin proteaz (p r ok oa g ül as yo n) r e g ül a t ör protein (a nt i ko ag ül asy o n) r e g ül a t ör protein P RO T E İN LE R 55 cccccccc a : aktif Do ğal Antik oagülan lar 1. Antitrombin-III (ATIII): ATIII bir serpindir (serin proteaz in hibitör) . • ATIII ger id önü şs üz bir enzim in hi bi törü olarak etkir. • ATIII proteaz kompleksleri ka rac iğ er tara fı nda n temizlenir. • Heparin ATIII ve proteaz ara sındak i reaksiyon hı zın ı art ı r ı r . • Ba şlı ca hedef: Trombin ve Xa 2. Geçit in hibi törü olan Doku fak tör ü (TFPI): kanda lipoproteinlere bağlı halde dola şı r . • TFPI bağ la nı r ve Xa yı inaktive eder. • Dönü şt e bağ la nı r ve bir kompleks olan VIIa yı inaktive eder P RO T E İN LE R 56 Sabrın ız i çi n ……… Te ş ek kür ler P RO T E İN LE R 57 Gki n cil ya p ıd a amino asit rezid ü leri n in rölatif frekan sları Amino asitler sarmal, -tabaka y a p ı ve d ö n m e yapabilmelerine g ö r e uyumlu bir ş e k il d e top olarak y e rl e şti ri l m i şt ir . Arginin herhangi bir e ğ i li m g ö s t e r m e z . P RO T E İN LE R 58 G eç it ” “ Gntri n sik V as kü ler Y ıkı m Ko ag ül a s yo n Yolu (Pıhtı l aşma Yolu) “Extrinsik G eç it ” V as kü ler Y ıkı m V a sk ü le r olmayan makromol ekü llerin kanda kanı n bile şenlerine ka r şı maruziyeti Ortak G eç it V as kü le r hü c re yüze yinde yı kım ya da de ği şik li k Ör ne k; trombosit aktivasyon Ör ne k; bazal lamina yada düz kas PIHTISI hü c rel e ri ni n kan ile te ma s ı Ç ö zün m e P RO T E İN LE R 59 Fibrin Pı htı- Fibrinolizis ve Pıht ı Çö zünm esi Plazminojen- aktivatör İ nhi bitörleri 1,2 (PAI,1-2) Doku ve idrar tip Plazminojen Ak t iva t ör l er (t-PA, u-PA) tortu Çözünü r fibrin y ı kım lanma ür ün leri P RO T E İN LE R 60