Biyokimya Proteinler İçin Yapısal bir Sınıflandırma PROTEGNLER GÇGN YAPISAL BGR SINIFLANDIRMA GLOBULAR (KÜRESEL) PROTEGNLER FGBRÖZ (FGBRGLER) (GPLGKSG) PROTEGNLERGPLGKSG (FGBRÖZ) PROTEGNLER• Lifli ve uzunlamasına yapılar oluGtururlar. • Çoğu hayvansal hücrelerde YAPISAL ROLLER üstlenir. • Deri, bağ doku, saç, kıl, boynuz ve ipek gibi lifli yapıların ana bileGenidirler.BAZI GPLGKSG PROTEGNLERGN AMGNO ASGT BGLEgGMG Sağlamlık kazandırır. Polisakkaritler için tutunma yeriKERATGNLER • Amino asit dizileri ve biyolojik iGlevleri birbirine benzeyen iki önemli protein grubu: ?-keratinler ?-keratinler Saç, tırnak ve derinin ana bileGeni Daha çok ?-tabaka içerirler. KuG Ara filament proteinler denilen geniG bir ve sürüngenlerin tüy ve kabukla- ailenin üyesidirler. rında bulunurlar. Saçtaki ?-keratinin yapısıProposed structure for keratin-type intermediate filaments. Her bir zincir ?-sarmal yapısındadır ve 300’ün üzerinde amino asit içerir. Bir monomer çifti (a) paralel konumda birbirlerine dolanarak 50 nm uzunluğunda dimerik bir yapı olan sarımlı sarmalı (b) oluGtururlar. Çok sayıda dimer birbirleriyle etkileGerek protofilamenti (c) ve sonra da protofibrili (d) ortaya koyarlar. Bu tip sağlam bir yapı bazı dokularda disülfit çapraz bağlarıyla daha da dayanıklı hale gelir. Tırnaktaki ?-keratin saçtaki ?-keratine göre çok daha fazla sayıda bu tip çapraz bağ içerir. Perma: Bu iGlem ?- keratindeki disülfit bağlarının indirgenmesi, yeniden Gekillendirme ve yeni Geklin sabitlenmesi iGlemlerini kapsar.FGBROGN GPEKBÖCEĞG KOZASINDA ve ÖRÜMCEKLERGN AĞINDA BULUNAN PROTEGN GPEK PROTEGNG FGBRONGNGN YAPISI Çok sayıda antiparalel ?-tabaka içerir. Üç boyutlu yapı kesidi. Bu bölgede sadece alanin ve glisin kalıntıları görülmekte. Alanin veya serin yan zincirleri ile glisin yan zincirlerinin etkileGimi (üstten görünüG)FGBROGNGN TAMAMI ?-TABAKA YAPISINDA DEĞGLDGR. • Gpliksi proteinlerin amino asit bileGimini gösteren tabloda gördüğümüz gibi, fibroin valin ve tirozin gibi ?-tabakaya uymayacak amino asitler de içerir. Bu amino asitler nedeniyle de ?-tabakaları arasında yer yer tıkız bir Gekilde katlanmıG bölgeler yer alır. Böyle bir yapı fibroine oldukça esnek bir yapı kazandırır. KOLLAJEN Gnsan da dahil omurgalıların büyük bir kısmında en bol bulunan proteindir. Bazı hayvanlarda total protein kitlesinin ~1/3’ini oluGturur. •Kemiklerde minerallerin üzerinde çöktüğü matriks materyalini oluGturur. •Tendonların ana bileGenidir. •Derinin önemli bir elemanıdır. Kısacası, pek çok hayvanın bütünlüğünden bu molekül sorumludur, diyebiliriz. YAPISAL BGRGM: TROPOKOLLAJENKollajenin Yapısı • Temel yapısal birim, her biri ~ 1000 amino asit kalıntısı uzunluğundaki üç polipeptit zincirininin birbirine sarılmasıyla oluGan üçlü sarmal yapıdaki TROPOKOLLAJEN molekülüdür. • Tropokollajendeki her bir zincir sola dönümlü olup, her bir dönümde yaklaGık 3.3 amino asit yer alır.Yapının böyle olmasının en önemli iki nedeni: • Böyle bir yapıda her 3 kalıntıda bir GLGSGN amino asidi bulunur. Çünkü sadece bu amino asidin yan zinciri bu yapı içerisinde yer alacak kadar küçüktür. • Üçlü sarmal kıvrıma uygun, bu oluGumu kolaylaGtıran bir baGka özellik de her bir zincirde yer alan PROLGN ve HGDROKSGPROLGN kalıntılarıdır. Zincirlerde belli dizilerin sık sık tekrarlandığı görülür: Gly-X-Y X= genelde PROLGN Y= PROLGN veya HGDROKSGPROLGN (X ve Y’de yer yer baGka amino asitler de bulunabilir. Ancak yukarıdaki yapılanma özgün yapının oluGumundan sorumludur. Prolin kalıntılarının sıradıGı bir Gekilde hidroksile olmasının avantajı: • Üçlü sarmalı oluGturan ana bağ tipi omurgadaki amit protonları ile karbonil oksijenleri arasındaki H bağlarıdır. Ancak hidroksiprolindeki OH grupları ek bağların kurulmasına katkıda bulunarak bu yapıyı daha da sağlamlaGtırır.Kollajendeki lizin kalıntılarının da bir kısmı hidroksile durumdadır. Bu modifikasyonun rolü: • Lizindeki OH grupları polisakkaritlerin tutunma noktalarını oluGturur.Prolin ? Hidroksiprolin dönüGümü ENZGMATGK bir olaydır ve C vitamini (askorbik asit) gerektirir. C vitamininin eksikliği GSKORBÜT denilen bir hastalığa yol açar. Deride ve diGetlerinde yaralar oluGur, damarlar incelir. DıGarıdan vitamin takviyesiyle bu rahatsızlıklar ortadan kalkar. Tropokollajen molekülleri kollajen liflerini oluGturmak üzere özgül bir biçimde birlikte paketlenir:Kollajenin dayanıklığının bir nedeni de tropokollajen moleküllerinin, lizin yan zincirlerinin yer aldığı özel bir reaksiyon aracılığıyla çapraz bağlanmasıdır. Zincir içi ve zincirler arası gerçekleGen bu olay enzimatiktir. Bazı lizin kalıntıları lizil oksidaz enzimi tarafından oksitlenerek aldehit türevine dönüGür, bu da baGka bir lizinle veya diğer bir molekülle kondensasyon reaksiyonuna girerek çapraz bağlar oluGturur. YaGlanma ile ilgili görsel belirtilerin büyük bir kısmı bu çapraz bağlardan kaynaklanmaktadır. Bu reaksiyon yaGam boyunca sürer. Çapraz bağlar, kollajen molekülünün elastikiyetini kaybetmesine ve daha kırılgan hale gelmesine yol açar. Kollajen Sentezi Tropokollajeni oluGturan zincirlerin ribozomda sentezlenen ilk halleri çok farklıdır. •1.adım ribozomlarda translasyondur. •2.adımda polipeptit hidroksillenir. •3.adımda Gekerler bağlanır. •4.adımda prokollajen oluGturulur. Prokollajen 1500 kalıntıdan ibarettir. Üç prokollajen molekülü orta kısımlarından üçlü sarmal oluGtururken N- ve C-uçları kıvrılıp katlanarak küresel yapı kazanır. •5.adımda prokollajen üçlüleri hücredıGı alana salınır. •6.adımda N- ve C-uçlar spesifik proteazlar tarafından kesilip atılır. •7.adımda lizin kalıntıları arasında çapraz bağlantılar kurularak molekülün yapısı tamamlanmıG olur. ELASTGN Bağ doku ve atardamarlarda daha elastik bir yapı olması gerekir. GGte elastin bu yapıları oluGturan ipliksi proteindir. Polipeptit zinciri glisin, alanin, ve valin bakımından zengindir. Oldukça elastik bir yapıya sahiptir, çünkü çapraz bağlı lizin kalıntıları da içerir. Dört lizin kalıntısı DESMOZGN oluGturmak üzere birleGir: KÜRESEL (GLOBULAR) PROTEGNLEROksijenin taGınmasında ve depolanmasında globinlerin rolü Hemoglobin ve Miyoglobin hayvanlarda sırasıyla, oksijen taGınması ve depolanmasında görev alan proteinlerdir. Hayvanlar yaGamak için hücrelerine oksijen pompalamak ve metabolizma sonucu oluGan artık ürünleri de (ör. CO 2 ) dıGarı atmak zorundadırlar. Dokular arasında difüzyon ile taGınma hızı yeterince yüksek değildir. Böcekler hariç tüm hayvanlar kan (atardamarlar) yoluyla dokulara oksijen taGır ve CO 2 ’yi yine aynı yolla (toplardamarlarla) dıGarı atar. Kanda oksijen taGıma görevi, değiGik canlılarda farklı tipleri bulunan oksijen taGıyıcı proteinler tarafından sağlanır. Bu proteinler ya bazı omurgasızlarda olduğu gibi kanda çözünmüG olarak bulunur, ya da insan eritrositlerinde olduğu gibi belli hücrelerde yoğunlaGır. Tüm omurgalılarda oksijen taGıyıcı protein HEMOGLOBGN, oksijen depolayıcı protein MGYOGLOBGN’dir. Her ikisi de küresel proteindir.Ortak yapısal motife sahiptirler. MGYOGLOBGN HEMOGLOBGN Miyoglobin monomerik, hemoglobin oligomerik (tetramerik) proteindir.myo- Yunanca’da “kas” hemo- ise “kan” anlamına gelir. • Her ikisi de hem grubu içerir, yani bileGik proteindir. Oksijeni bağlayan bu grup, protein kısmına (globin) kovalent olmayan etkileGimlerle bağlı durumdadır. KIRMIZI RENKTEN DE SORUMLU GRUP! Hem (Demir protoporfirin)MGYOGLOBGN • Kas dokusunda bulunur. Oksijen bağlayarak depo eder. Yoğun kas aktivitesi sırasında gerekli olan oksijeni mitokondrilere aktarır. En çok iskelet ve kalp kasında bulunur. •Suda çok derinlere dalan fok ve balinaların total kas proteininin %8’i miyoglobindir. ?-Sarmal bölgelerince zengin tek zincirli bir polipeptittir. %80’i 8 adet ?-sarmalından (A-H) oluGur: Hem grubu molekülün apolar özellikteki iç kısmına (F ve E sarmalları arasındaki cebe) yerleGmiGtir. Bu cep apolar amino asitlerle çevrilidir. Bunlardan 2 tane histidin kalıntısının çok özel fonksiyonları vardır: PROKSGMAL HGSTGDGN : Doğrudan HEM’in demirine bağlıdır. DGSTAL HGSTGDGN : HEM ile doğrudan etkileGmez. Oksijenin +2 değerlikli demire bağlanmasını stabilize eder. Böylece Fe +2 çok az okside olarak oksijenin geri dönüGümlü bağlanması sağlanır. Hemoglobin kırmızı kan hücrelerinde (eritrositler) yer alan oksijen taGıyıcı proteindir. Omurgalıların hemoglobini her biri bir molekül oksijen bağlayan birer hem grubu içeren ikiGer alt birimden (toplam 4 altbirimden) oluGur. EriGkin insanlardaki hemoglobinin büyük bir kısmı 2 ? 2 ? altbirimi içeren Hemoglobin A (HbA)’dır. Ayrıca %2 oranında Hemoglobin A 2 (HbA 2 ) (2 ?+2 ?delta zinciri içerir) bulunur.Hamileliğin baGlangıcında fetusta ilk olarak ? ve ? zincirlerine benzeyen ? (zeta) ve ? (epsilon) zincirleri sentezlenir.GeliGim süreci içinde • ?’ların yerini ?’lar • ?’lar yerini ? (gamma)’lar alır. Böylece Fetal Hemoglobin (HbF) oluGur. HbF fetal yaGamın 2/3’sinde baskındır. Hemoglobinin anne karnından oksijen alabilecek özellikte olmasını sağlar. Fetal geliGim sırasında yavaG yavaG artan ? zincirlerinin senteziyle doğumdan sonraki 6. ayda • ? zincirlerinin yerini ?’lar alır. Doğumdan kısa bir süre önce baGlayan ? zincirlerinin senteziyle yetiGkinlerde %2 oranında HbA 2 oluGur.Hemoglobinin ? altbirimi ile miyoglobin arasında büyük benzerlik vardır. Amino asit dizileri farklı olmakla beraber yapılarındaki bu benzerlik 24 amino asidin ortak olmasından kaynaklanır. (Buradan farklı amino asit dizilerinin benzer 3 boyutlu yapılar ortaya koyduğunu ve benzer iGlevler yürüttüğünü görüyoruz.) Bu ortak 24 amino asit, 3 boyutlu yapının ortaya konulmasında ve fonksiyonda doğrudan iG görmektedir. Hemoglobindeki alt birimler kendi aralarında moleküler etkileGimler kurarlar. Ayrıca bazı spesifik ve küçük moleküller fonksiyonda etkili olur. Yapıya bağlanarak aktivasyona veya inhibisyona yol açarlar. Bu tür iliGkiler hemoglobine oksijenin yanısıra CO, CO 2 ve protonları da bağlayarak taGıma özelliği kazandırır. Hemoglobindeki alt birimler kooperatif etkiyle oksijen bağlanmasını sağlarlar. Bir oksijenin bağlanması, ikinci oksijenin bağlanmasını kolaylaGtırır. Bu kolaylaGtırıcılık, oksijenin çok bol bulunduğu akciğerlerde oksijenin hemoglobine bağlanmasını ve oksijen düzeyinin düGük olduğu dokularda da oksijenin serbest kalmasını sağlar. Hemoglobin dokulardaki karbondioksiti de akciğerlere taGıyarak dıGarı atılmasını sağlar. Hemoglobine CO 2 bağlanması Metabolizma sırasında oluGan CO 2 ’nin çoğu suyla birleGerek bikarbonat iyonu oluGturur. Ancak bir kısmı hemoglobinin yüksüz ?- amino gruplarına bağlanarak taGınır: Hb-NH 2 + CO 2 HbNHCOO - + H +3 aylık evli çift şofben kurbanı Nazif ve Asiye Yarar çifti 3 aylık evliydi. Asiye'nin hamile olduğu haberi genç çifti sevince boğmuştu. Ancak şofbenden sızan gaz mutluluklarının sonu oldu. 02.12.2002 Şofben değil baca öldürüyor Üç aylık evli Yarar çiftinin ölümü de "şofbenden ölüm" diye geçti kayıtlara. Oysa uzmanlar uyarıyor: Şofben değil tıkalı baca öldürür 03.12.2002 Liseli kızlar şofben kurbanı Balıkesir ve Karabükte biri 14, diğeri 17 yaşındaki iki lise öğrencisi genç kız şofbenden zehirlenerek can verdi 01.03.2005 Sobalar ocakları yaktı Önceki gece etkili olan şiddetli lodos yüzünden 149 kişi soba ve şofbenlerden sızan karbonmonoksit gazından zehirlendi. Bunlardan 5'i tüm müdahalelere rağmen kurtarılamadı. 07.03.2005 Şofben canavarı beni alamadı 09.01.2003 AB standartlarından bahsedilirken "Yıllık şofbenden ölenlerin sayısı" da kıstas olarak alınacak duruma geldi. Son günlerde sıkça rastlanan şofben faciaları gencecik insanları hayatının baharında sevdiklerinden çekip almaya devam ediyor. Şofben denen yarı teknolojik canavar beni de almak istedi ama başaramadı. Bugün sizlere şofbenle nasıl mücadele ettiğimi, nasıl hayatta kaldığımı bir şofben maduru olarak anlatacağım. Belki birkaç hayat kurtarabilirim. Sene 1976 Fakülte son sınıf öğrencisiyim. Eyüp' te 4 katlı bir binanın teras katında kalıyorum...Hemoglobine CO bağlanması Hemoglobindeki Fe atomuna karbon monoksit (CO) bağlanırsa: Karbonmonooksihemoglobin (HbCO) oluGur. Dokulara O 2 taGıma yeteneği azalır. (CO zehirlenmesinin temeli !) Hemoglobinin CO’ne olan ilgisi O 2 ’ne olan ilgisinden 220 kat fazla! Onun için ortamdaki çok küçük miktardaki CO bile kanda toksik konsantrasyonda HbCO oluGmasına neden olur. %60’ın üzerinde HbCO ÖLDÜRÜCÜDÜR !!! CO zehirlenmelerinde O 2 tedavisi uygulanır.AMGNO ASGT DGZGSGNDE MUTASYONEL DEĞGgGMLER Ele alınan bir (tür) organizmanın içerdiği bir proteinin amino asit dizisi o türün tüm bireylerinde aynıdır. Örneğin, Hemoglobin tüm sağlıklı insanlarda aynı amino asit dizisine ve konformasyona sahiptir. ANCAK: Bazen gen düzeyinde oluGan bir mutasyonla 1 veya 2 amino asitin yerine farklı amino asitler geçebilir. NORMAL bireydeki hemoglobin ile ORAK HÜCRELG ANEMG HASTASI bir bireydeki hemoglobin arasında sadece tek bir amino asit bakımından farklılık vardır: ? zincirinin 6. amino asidi Normal bireylerde Glutamik asit Hasta bireylerde Valin’dir. Hemoglobin ve miyoglobinin yapısında gördüğümüz gibi küresel proteinler protein olmayan bir kısım içerebilirler. •Alternatif Sınıflandırma •Basit proteinler Sadece amino asitlerden oluGurlar. •BileGik proteinler Protein zincirine ek olarak protein olmayan organik veya inorganik bir grup (PROSTETGK GRUP) içerirler. –Apoprotein = proteinin prostetik grupsuz Gekli –Holoprotein = proteinin prostetik gruplu Gekli Örnekler: Hemoproteinler, nükleoproteinler, glikoproteinler, lipoproteinler,, metalloproteinler)Prostetik gruba en iyi örneklerden biri miyoglobin ve hemoglobine yer alan oksijen bağlayan hem (Fe-protoporfirin IX) grubu verilebilir. Hem grubuHemoprotein Binding and release of ligands induces a conformational (structural) change in hemoglobin. Here, the binding and release of oxygen illustrates the structural differences between oxy- and deoxyhemoglobin, respectively.Nükleoprotein kompleksleri Structure of the Oxytricha nova telomere end binding protein complexed with single strand DNA. The a subunit is shown in purple and green and the b subunit is shown in blue. (A) The single strand DNA, shown with black bases, orange phosphorous atoms, and red phosphate oxygens, binds to a deep cleft between the N-terminal domain of a and the 28 kDa core domain of b. The 12- ntd 5'-GGGGTTTTGGGG-3' DNA also forms a G-quartet linked DNA dimer, shown with orange bases, which is the focus of another poster (see poster G- quartets in a telomere protein-DNA complex). (B) Detailed view of one protein- DNA contact. The base of nucleotide G10 is stacked between the guanidinium group of arginine 140 from theb subunit and the phenol group of tyrosine 239 from the a subunit. Additional hydrogen bonds, shown in green, are likely important for sequence specific recognition of this base. Glikoprotein Hücre zarındaki glikoproteinlerLipoprotein TG: Trigliserit CE: Kolesterol esterleriMetalloprotein The rusticyanin copper binding site shows the copper, the liganding residues and the supporting secondary structural elements. The Type II b-turn and the 310 helix may represent a region of structural rigidity that helps define and support the distorted coordination geometry. One-third of all proteins are "metalloproteins", chemical combinations of protein atoms (carbon, nitrogen, oxygen, hydrogen, sulfur) with ions of metals such as iron, calcium, copper, and zinc. CuZn bovine superoxide dismutase. (a) Ribbon diagram of native dimer showing positions of Cu (blue) and Zn (orange) atoms and their ligands and (b) a close up of the metal sites and the bridging His61. SOD