Biyokimya Proteinlerin Yapısal Organizasyonu PROTEGNLERGN YAPISAL ORGANGZASYONU • Birincil yapı • Gkincil yapı • Üçüncül yapı • Dördüncül yapı (oligomerik proteinler için)HER AgAMA BELLG KURALLAR ÇERÇEVESGNDE MEYDANA GELGR.Proteinler belli bir amino asit dizisine sahip polipeptitlerdir. Bu dizilime PRGMER (BGRGNCGL) YAPI denir. Gnsan ve balinanın miyoglobin moleküllerindeki amino asit dizilerinin karGılaGtırılması• Bu örnekte verilen miyoglobin 153 amino asitten oluGur. Birkaç yüz hatta birkaç bin amino asit içeren proteinler de vardır. • Bu iki miyoglobinin amino asit dizileri benzer olmakla beraber özdeG değildir.Ortak amino asitler, her ikisinin de aynı biyokimyasal amaca hizmet etmeleri için yeterlidir. Bu yüzden ikisine de miyoglobin diyoruz. Mutant miyoglobin geni taGıyan bir balina olmadığı sürece, tüm balinaların miyoglobini aynı amino asit dizilimine sahiptir. PROTEGNLER TÜRE ÖZGÜDÜRLER!Farklı türlerin homolog proteinleri benzerdir, fakat identik (aynı) değildir! BaGka bir örnek: Sitokrom c. 100 amino asitten oluGan, biyolojik oksidasyonda elektronları taGıyan bir protein. 100 amino asitin 35’i tüm türlerde aynı!!! Geri kalan amino asitler türden türe değiGir. • Bunlardan bazılarına koruyucu (konservatif) değiGimler diyoruz. Bunlarda yan zincirin karakteri değiGmez. Örneğin, Asp yerine Glu geçer. • Bazıları ise koruyucu olmayan (non-konservatif) tiptedir. Bunlarda daha köklü bir değiGim vardır. Örneğin, Asp yerine Ala geçer.SEKONDER (GKGNCGL) YAPI Polipeptidin belli bir Gekle kıvrılmıG hali • Ana zincirdeki karbonil grupları ile imit grupları arasında meydana gelen H bağları tarafından kurulur.Random walk: GeliGigüzel sarmal?-sarmal yapı • Polipeptit omurgasında yer alan bir amino asidin CO (H alıcısı) grubu, kendisinden sonra gelen 4. amino asidin NH (H vericisi) grubuna hidrojen bağı ile bağlanır. Böylece aralarında 3-4 amino asit bulunan amino asitler uzayda birbirine çok yaklaGır. • Prolin, valin, izolösin, yüklü amino asitler ve triptofan bu yapıyı bozar. • Dolayısıyla ?-sarmal yapısı polipeptidin tamamında oluGmaz. Üstten görünüGSarmal yapının farklı tipleri?-kıvrımlı yaprak yapısı ( ?-tabakası) • Ana zincirdeki CO grupları ile NH grupları arasında meydana gelen H bağları, molekülün akordeona benzer Gekilde kıvrılmasına yol açar. • Bu yapı aynı peptidin farklı bölgelerini biraraya getirir. • Zincirler birbirine paralel (N- ve C-uçları aynı tarafa bakacak Gekilde) veya antiparalel (N- ve C-uçları zıt yönlere bakacak Gekilde) konumda bağlanabilir. ?-sarmal ?-tabakaAlfa sarmal Beta tabakaSekonder yapısını kazanmıG protein daha da kıvrılıp katlanırsa TERSGYER (ÜÇÜNCÜL) YAPISINI kazanır. TERSGYER (ÜÇÜNCÜL YAPI) Polipeptidin daha da kıvrılıp katlanmıG hali Amino asit yan zincirleri arasındaki •H bağları •Gyonik bağlar •Hidrofobik etkileGimler •Disülfit bağları •van der Waals etkileGimleri tarafından kurulur.Birden fazla polipeptit zincirinden oluGan proteinlerde daha da ileri bir yapısal oluGum vardır: KUATERNER (DÖRDÜNCÜL) YAPIBazı proteinler kovalent veya kovalent olmayan bağlarla bir arada tutulan 1’den fazla sayıda polipeptit zinciri içerirler. Örneğin hemoglobin (kovalent olmayan bağlarla bir arada tutulan 4 polipeptit zinciri içerir):KUATERNER (DÖRDÜNCÜL) YAPI Birden fazla polipeptit zinciri içeren (oligomerik) proteinlerde zincirler arası etkileGim Alt birimlerin R yan zincirleri arasındaki •H bağları •Gyonik bağlar •Hidrofobik etkileGimler •Disülfit bağları •van der Waals etkileGimleri tarafından kurulur.Ribozomdan ayrılan her protein BGTMGg sayılmaz !!! POSTTRANSLASYONEL MODGFGKASYONLAR • Doğru üç boyutlu yapısına katlanmalı ya da disülfit bağları oluGturmalıdır. • Amino asitlere bazı küçük grupların bağlandığını daha önce görmüGtük. • Bazı proteinler ise spesifik proteazlarca kesilip kısaltılarak aktif Geklini kazanır. Ör. insülin Pankreasta tek bir polipeptit zinciri (preproinsülin) sentezlenir (110 a.a.). ER’ye geçtikten sonra 24 a.a. Lik sinyal peptit otokatalitik olarak (molekülün bir ucunun proteolitik etkisiyle) kesilir, uygun katlanmalar ve disülfit bağlarının oluGumu ile proinsüline çevrilir. Golgi’de baGka enzimlerin etkisiyle önce 33 a.a.lik, sonra 2 a.a.lik kısımları kesilip atılır. A ve B zincirlerinden oluGan aktif form meydana gelmiG olur. Gnsülin hormonunun tersiyer yapısı [kovalent bağlarla (disülfit bağları) bir arada tutulan 2 polipeptit zinciri içerir] : Gnsülin 2 veya 6 monomerin biraraya gelmesiyle dimer veya heksamer oluGturabilir (Kuaterner yapı). Ancak aktif formu MONOMER dir. (iki zincir tek bir zincirden geldiği için monomer kabul edilir)1901-19941950’lerde X-ıGınları kırınımı yöntemiyle çalıGan Linus Pauling ve ark. nın önerilerine göre: • Polipeptit omurgasında yer alan bağ açıları ( ?, phi ve ?, psi) ve uzunlukları hemen hemen sabittir. • Gki atom van der Waals yarıçaplarından daha kısa bir mesafede birbirine yaklaGamaz. • Amit grubu düzlemsel ve trans konumundadır. • Dolayısıyla sadece ?-C atomuna bitiGik bağların çevresinde rotasyona izin verilir. • Kovalent olmayan bağlar (baskın olarak H bağları) kurallı bir Gekilde katlanmayı sağlarlar.Buna göre önerdikleri sekonder yapılar: Bugün de bu yapıları proteinlerde yaygın olarak bulunduğu bilinmektedir. ?-sarmal ?-tabaka ( ?- kıvrımlı yaprak)Sarmal tiplerini sayısal adlandırma kuralı: n N n= her bir dönümdeki kalıntı sayısı N= H bağlı ilmekte yer alan atom sayısı?-sarmal (3.6 13 sarmal) 3 10 sarmal ?-sarmal (4.4 16 sarmal) gibi yapılar oluGabilir.3 10 -sarmal ?-sarmal (4.4 16 )-sarmal Proteinlerde varlığı belirlenmiG ! Sterik olarak oluGması mümkün. Ancak bugüne kadar proteinlerde bulunduğu belirlenmemiG!Moleküller için önerilen bazı ideal sarmal yapılar n= her bir dönümde yer alan amino asit sayısı p= diG açıklığı (vida gibi) n azaldıkça sarmal yapı açılır. Giderek Gerit Geklini alır. n pozitif ise sarmal SAĞA DÖNÜMLÜ, n negatif ise sarmal SOLA DÖNÜMLÜ’dür. Bu yapıları hepsi proteinlerde bulunmaz!Bir proteindeki her bir kalıntının konformasyonu Ramachandran krokisi denilen bir haritadaki tek bir noktaya karGılık gelir. Her bir amino asit kalıntısı için, ? (phi) ve ? (psi) bağ açılarından yararlanılarak çizilen bu harita proteinlerin sekonder yapısı hakkında bilgi edinmemizi sağlar. Beyaz alanlar (yan zincirin büyüklüğüne göre) izin verilen konformasyonları gösterir. Buradaki kalıntıların hepsi L-alanin’dir. Proteinlerin yapısında yer alan amino asitler L-formunda olduğu için SAĞA DÖNÜMLÜ SARMAL tercih edilir. Çünkü ancak böyle bir yapıda yan zincirler ile omurga arasındaki sterik engelleme en az düzeydedir. Polipeptitlerin sekonder yapıları için geçerli bazı parametrelerSekonder ve tersiyer yapıları etkileyen faktörler: •Proteinlerin üç boyutlu yapısını büyük oranda primer yapı (amino asit dizisi) belirler. Bunu ispatlayan en önemli bulgu Gudur: Ortam Gartlarını değiGtirerek (ör., sıcaklığı artırarak, pH’ı aGırı asidik veya bazik yaparak, alkol üre gibi belli organik maddeleri katarak, doğal (“native”) proteini denatüre ettikten sonra (DENATÜRASYON) proteinin doğal Gekli ortadan kaybolur ve protein geliGigüzel bir zincir halini alır.Ribonükleazın termal denatürasyonu Isıtılınca denatüre olan ribonükleazda disülfit bağlarının korunduğu görülür. Denatürasyon sonucunda viskozitesi ( ?), 365 nm.deki optik çevirmesi ( ?) ve 287 nm’deki absorbansı ( ?) değiGir. Soğutulduktan sonraki absorbans değerleri ( ?) baGlangıçtaki değerlerle aynı olduğundan denatürasyonun geri dönüGümlü olduğu anlaGılır.Buna göre: • Protein kendisi için elveriGli katlanma biçimini önceden “bilmektedir”. Yani katlanma sentezi takiben kendiliğinden baGlar. • Ancak in vivo koGullarda bazen proteinin “yardıma” ihtiyacı olabilir. Kendisini yanlıG katlanmadan ya da baGka moleküllerle birlik oluGturmaktan koruyacak moleküllere gereksinim duyabilir.GGte bu yardımcı moleküllere gAPERONGNLER (MOLEKÜLER gAPERONLAR) denir. Bu moleküllerin iGi proteinleri kötülüklerden korumak! [chaperon: bir genç kıza veya gençler grubuna himaye gayesiyle refakat eden (hamisi gibi) kimse] Bu moleküllere Polipeptit Zincir Bağlayıcı (PCB) Proteinler de denir.KÖTÜLÜK: YanlıG katlanma ve agregasyon (birlik oluGturma) • Agregasyon daha büyük bir tehlike! Çünkü ribozomlarda yeni sentezlenen bir protein katlanmadan önce hidrofobik bölgelerinin baGka proteinlerle etkileGime girmesi sonucunda kolaylıkla birlik oluGturabilir.