Transcript Proteinler-6 - WordPress.com

BİYOKİMYA I
6.DERS
PROTEİNLER I
Nükleik asitlerde gizli şifre fenotipte
PROTEİNLER şeklinde kendini
gösterir.
Proteinlerin çok çeşitli işlevleri
vardır:
Küçük moleküllerin taşınması
Küçük moleküllerin depolanması
Ferritin, 24 özdeş
alt birimden oluşan
ve demir
depolanmasında iş
gören bir protein
Hücre ve
dokuların
yapıtaşları
olarak
bulunması
Kas kasılması
İmmün cevabın oluşturulması
Kanın pıhtılaşması
ENZİMLER !!!!
Her hücrede
binlerce farklı türde protein
molekülü bulunur.
Üç boyutlu yapıları oldukça
karmaşıktır:
Üç boyutlu yapısı
x ışını kırınımı
yöntemiyle
aydınlatılmış
(Kendrew, Geis &
ark., 1950ler) ilk
protein:
Miyoglobin
Her proteinin hücredeki yerleşimi, yapısı ve
diğer moleküllerle etkileşimi kendisine
özgüdür.
Tüm proteinlerde kimyasal
yapıyı oluşturan en küçük
birimler
-AMİNO ASİTLERdir.
Amino grubu, karboksile komşu C
atomuna, yani -C atomuna
bağlıdır. Her amino asidin -C
atomunda daima bir hidrojen atomu
ve bir yan zincir (R) de bulunur.
Örneğin, valin amino asidi:
COOH grubunun pKa’sı 2,
İyonik olmayan form
Bu gösteriliş kimyasal
olarak doğru.
Ancak in vivo (fizyolojik pH)
söz konusu
olduğunda
NH2 grubunun pKa’sı 10
Bu nedenle karboksil grubu
protonunu kaybeder, amino
grubu ise bir proton (H)
kazanır, yani molekül
ZWİTTERİYON şeklindedir.
-Karbon atomuna bağlı R yan zincirindeki
C atomları Yunan alfabesindeki harflerle
simgelenir:
H
H
H2N
C

R
COOH
H2N
C
COOH
 alfa
C  beta
Cgamma
C delta
Cepsilon
Tüm organizmalarda genler
proteinlerin yapısına giren en az
20 çeşit amino asidi şifreler.
Ayrıca:
21. ve 22. amino
asitler de artık
bilinmektedir.
Selenosistein az sayıda proteinin
yapısına UGA kodonunu kullanarak
giren bir amino asittir.
Selenosistein amino asidi,
glutatyon peroksidaz, thioredoksin
redüktaz gibi enzimlerin yapısında
yer alır. Selenosistein içeren
proteinlere SELENOPROTEİNLER
denir.
UGA normalde bir bitim (stop) kodonudur,
UGA’nın selenosistein için kullanıldığı
proteinlerin mRNA’sı farklıdır. mRNA’da
SECIS (SElenoCysteine Insertion
Sequence) elementi varsa ribozom UGA’yı
bitim kodonu olarak algılamaz, bunun yerine
amino açil transfer RNA sentetaz tarafından
selenosisteinil-tRNA oluşturulur.
SECIS
• Karakteristik bir nükleotit dizisi ve bu dizideki baz
eşleşmeleri nedeniyle ortaya çıkan özel bir
sekonder yapı.
• Bakterilerde, arkelerde ve ökaryotlarda
tanımlanmıştır.
• Bakterilerde hemen yanında bulunan UGA
kodonuna etkir.
• Diğer organizmalarda mRNA’nın 3’ ucuna yakındır
ve birden fazla UGA kodonunu yönetir.
• Hücre ortamında Selenyum YOKSA, selenoprotein
sentezi UGA kodonunda biter. Fonksiyonunu yerine
getiremeyen bir protein oluşur.
Identification of the 22nd genetically-encoded amino acid in a
methanogen methyltransferase
Mikrobiyolog
Biyokimyacı
Metan üreticisi bir bakterinin
(Methanosarcina barkeri ) UAG’nin
karşılığı bir tRNA ile UAG’nin
translasyonuna yardımcı bir enzim (liziltRNA sentetaz) içerdiğini buldular. Bu
enzim UAG’yi önce lizin amino asidi
olarak protein yapısına sokmakta, sonra
da lizini enzimatik olarak pirolizine
çevirmektedir.
PUBLICATION
1. Hao, B., W. Gong, T. Ferguson, C. James, J. Krzycki, and M. Chan. “A New
UAG-Encoded Residue in the Structure of a Methanogen Methyltransferase”,
Science, 2002, 296, 1462-1466.
2. Srinivasan, G., C. James, and J. Krzycki “Pyrrolysine Encoded by UAG in
Archaea: Charging of a UAG-Decoding Specialized tRNA”, Science, 2002,
1459-1462.
Bitim Kodonları:
UAA UAG ve UGA
????
Pirolizin
Selenosistein
Amino asitleri çeşitli kriterlere göre
sınıflandırmak olasıdır, ancak hiçbir
sınıflandırma tam olarak ayırt edici
değildir!
Farklı
amino
asitlerde
farklı yan
zincirler
yer alır:
*
FARKLI YAPIDA YAN
ZİNCİRLERE SAHİP AMİNO
ASİTLERİN KİMYASAL
ÖZELLİKLERİ DE FARKLIDIR:
Bazıları
hidrofobik veya hidrofilik
polar veya apolar
iyonlaşabilen veya iyonlaşamayan
karakterdedir.
ALİFATİK YAN ZİNCİRLERE
SAHİP AMİNO ASİTLER:
Hidrofobiklik artar
İzolösin gibi HİDROFOBİK amino asitler, daha
çok proteinin iç kısımlarında bulunur.
SİKLİK AMİNO ASİT:
Prolin pek çok özellik bakımından alifatik amino
asitlere benzer; yan zinciri siklik yapıda olmasına
rağmen alifatik karakterdedir. Bununla beraber
halkasal yapının esnek olmaması nedeniyle,
prolin kalıntılarının proteinin kıvrılıp katlanmış
yapısı içinde yer alması zordur.
HİDROKSİL VEYA SÜLFİDRİL
(TİOL) İÇEREN AMİNO ASİTLER:
Zayıf polar yan zincirlere sahip
olmaları nedeniyle (metionin hariç)
zayıf hidrofilik karakter taşırlar.
SİSTEİN iki açıdan FARKLIDIR:
1) Nispeten yüksek pH’da İYONİZE OLABİLİR.
2) İki sistein arasındaki oksidasyon
reaksiyonu sonucunda yan zincirler
arasında disülfit bağı kurulur ve bir SİSTİN
oluşur:
Bu özellik
proteinlerin
yapısı açısından
önem taşır.
AROMATİK AMİNO ASİTLER:
Valin, lösin ve izolösin gibi en
hidrofobik amino asitlerdendir.
Proteinin sudan uzak iç
kısımlarında bulunur. Ayrıca
alkaloit (bitkilerde bulunan morfin,
kolşisin vb. azotlu bileşikler)
sentezinde görev alır.
Tirozindeki
hidroksil grubu
bazı proteinler için
bir fosforillenme
hedefidir. Bu amino
asit yüksek pH’da
iyonlaşabilir.
Triptofan, azot
metabolizmasında
önemli rolü olan
glutamin sentetaz
enziminin
inhibitörüdür.
Polar gruplar da içerdiklerinden zayıf hidrofobik
karakter taşırlar.
Aromatik amino asitlerin
(benzen halkasından kaynaklanan)
yakın UV’deki absorpsiyon spektrumları
From D. Wetlaufer, Adv. Protein Chem. (1962)
17:303-390.© 1962 Academic Press.
BAZİK AMİNO ASİTLER:
Histidin bazik karakteri en
zayıf olan amino asittir. Yan
zincirdeki imidazol halkası
yaklaşık pH 6’da protonunu
kaybeder. Histidin proteinin
yapısına girdiğinde pKa
değeri 7’ye çıkar. Histidin
proton alışverişini fizyolojik
pH’da yapabildiğinden,
proton transferi gerektiren
enzimatik reaksiyonlarda
önemli rol oynar.
Fizyolojik pH’da daima (+) yüklüdürler.
Baziklik artar
Bazik amino asitlerin polaritesi
yüksektir.
Bu nedenle genellikle
proteinlerin dış yüzeylerinde
(sulu ortamla ilişkide olacakları
yerde) bulunurlar.
ASİDİK AMİNO ASİTLER VE
AMİTLERİ:
pH 7’de (-) yük taşıyan amino
asitler
Bu amino asitlerin pKa değeri o
kadar düşüktür ki, protein yapısına
katıldıklarında bile, fizyolojik pH’da
(-) yük korunur. Bu yüzden bunlara
aspartat ve glutamat denir.
Yüksüz yan zincirlere sahiptirler,
ancak zayıf polar özelliktedirler.
Bazı amino asitlerin protein
yapısına katılmanın ötesinde
işlevleri vardır:
• Tirozin
• Glutamat
• Triptofan
• Glisin
• Arjinin
tiroid hormonlarının
yapısını oluşturur.
Nörotransmitter
Nörotransmitter
serotoninin öncülü
Hem gibi porfirinlerin
öncülü
Nitrik oksidin öncülü
20 standart amino asitten 8
tanesi insan vücudunda
yeterince sentezlenemez ve
beslenme ile alınmalıdır.
Bunlara ESANSİYEL
AMİNO ASİTLERdenir.
Sistein, Tirozin, histidin ve
arjinin ÇOCUKLARDA Yarı
esansiyel olarak kabul
edilir, çünkü metabolik
yollar tam olarak
gelişmemiştir.
Essential
Nonessential
Isoleucine
Alanine
Leucine
Asparagine
Lysine
Aspartate
Methionine
Cysteine*
Phenylalanine Glutamate
Threonine
Glutamine*
Tryptophan
Glycine*
Valine
Proline*
Arginine*
Serine*
Histidine*
Tyrosine*
(*) Essential only in certain cases.
PVT TIM HALL
Phe
Val
Thr
Trp Ile Met
His Arg Lys Leu
("Private Tim Hall")
These ten valuable amino acids
have long preserved life in man
List of Amino AcidsAnd Their Abbreviations
Nonpolar Amino Acids (hydrophobic)
amino acid
three letter
code
single letter
code
glycine
Gly
G
serine
Ser
S
alanine
Ala
A
threonine
Thr
T
valine
Val
V
cysteine
Cys
C
leucine
Leu
L
tyrosine
Tyr
Y
isoleucine
Ile
I
asparagine
Asn
N
methionine
Met
M
glutamine
Gln
Q
phenylalanine
Phe
F
tryptophan
Trp
W Electrically Charged (negative and hydrophilic)
proline
Pro
P
Polar (hydrophilic)
aspartic acid
Asp
D
glutamic acid
Glu
E
Electrically Charged (positive and hydrophilic)
lysine
Lys
K
arginine
Arg
R
histidine
His
H
Yellow amino acids contain sulfur.
Blue amino acids can be phosphorylated.
Bazı amino asitler proteinlerin yapısına
katıldıktan sonra modifiye edilirler.
Bu modifikasyonlar sonucunda proteinlerin
yapısında aşağıdaki gibi kalıntılar yer alabilir:
4-Hidroksiprolin,
5-Hidroksilizin,
6-N-Metillizin,
Fosfotreonin, Fosfoserin,
Tirozinin iyotlanmış türevleri
[Diiyodotirozin (DIT), Triiyodotirozin (T3),
Tetraiyodotironin (Tiroksin,T4)]
-Karboksiglutamik asit
MODİFİYE AMİNO ASİTLER
Yapısal bir protein olan kollajende prolinin
modifiye formu olan 4-hidroksiprolin
(hidroksiprolin de denir) oldukça yaygındır.
OH grupları protein yapısının dayanıklı
olmasında etkilidir.
3
4
2
1
Kollajende bazı lizin kalıntıları da
hidroksillenmiştir (4-hidroksilizin). Ancak bu
modifikasyona daha az rastlanır. Bu
kalıntının rolü farklıdır: polisakkaritler için
tutunma yerleri sağlar.
6-N-Metillizin:
Miyozinin yapısında
yer alır (kas
kasılması)
O-Fosfoserin proteinlerde
bulunan serinin bir
protein kinaz (proteinlere
fosfat grubu bağlayan
enzim) tarafından
fosforillenmiş şeklidir.
Özellikle bazı enzimlerin
yapısında yer alan serin
ve treonin kalıntılarına
fosfat grubu
bağlandığında ya da bu
grup ayrıldığında enzim
aktivitesi değişir.(Enzim
aktivitesinin kontrolü)
Fosforillenebilen amino asitler
Tiroksin ve triiyodotironin tiroid hormonları
olup, tiroglobulin’deki tirozin kalıntılarının
modifikasyonu sonucunda oluşurlar.
Tiroid
hormonlarının
biyosentezi
-Karboksiglutamik asit, glutamatın K
vitamini tarafından uyarılan bir reaksiyonla
modifiye edilmesi sonucu oluşur. Bu
modifikasyon proteinin kalsiyum
bağlamasını sağlar. Bu olay kan
pıhtılaşmasında en temel olaylardan biridir.
PROTEİNLERİN YAPISINDA
YER ALMAYAN BAZI AMİNO ASİTLER
S-adenozilmetionin
(AdoMet) metil grubu
transferleri için gerekli,
metioninin aktive
edilmiş bir şeklidir.
Bir metil grubunun hedef
moleküle aktarılması,
AdoMet’i
S-Adenozilhomosistein’e
(AdoHcy) dönüştürür.
Ornitin ve Sitrulin üre
döngüsünde yer alırlar. Bu
amino asitler olmazsa NH3
dışarı atılamaz.
Azaserin pürin
nükleotitlerinin sentezini
inhibe eden potansiyel bir
antibiyotiktir. Yapısı
glutamine benzer, bu
nedenle glutamin
amidotransferazları
(glutaminin amido
grubundaki azotu alıcı bir
moleküle transfer eden
ATP-bağımlı enzimler) geri
dönüşümsüz biçimde inhibe
eder.
Homosistein sistein ve
metioninin biyosentezinde ve
metioninin yıkımında bir ara
üründür. Son yıllarda yapılan
çalışmalar dolaşım sistemi ile
ilgili hastalıklarda homosistein
düzeyinin düştüğünü ortaya
koymaktadır. Beslenme
katkısı olarak folik asit,
kobalamin ve piridoksin
alınması, kandaki
homosistein düzeyinin
düşmesine karşı koruyucu
etki ortaya koymaktadır.
-Alanin : Koenzim
A’nın bir bileşeni olan
pantotenik asitin
öncülü
- Amino
butirik asit
(GABA):
Merkezi sinir
sisteminde
inhibitör etkisi
olan bir
nörotransmitter
(sinir uyarısı
iletici)
Bu tip amino asitlerin diğer örnekleri de aşağıdaki tabloda görülmektedir:
Amino asitlerin stereokimyası
Düzlemsel formüller amino asit
yapısının bazı önemli özellikleri
olduğunu göstermektedir.
-C atomu
TETRAHEDRALdir.
Molekülün
3 boyutlu yapısı:
şeklindedir.
Daha basit bir gösterimle:
Düz çizgiler
baktığımız yönden
görünen,
Kesikli çizgiler
arkada kalan
bağlar
Tetraedron: Üçü aynı köşede birleşen 4 üçgenden oluşan geometrik şekil
C atomuna 4 FARKLI grup bağlı
ise ASİMETRİK KARBON
olarak adlandırılır.
Bu C atomuna KİRAL KARBON
da (ya da kiralite merkezi,
stereomerkez de) denir.
Bir molekül böyle asimetrik bir
karbon atomu içeriyorsa, bu
molekülün birbirinden farklı iki
STEREOİZOMERi
(ENANTİOMERi) vardır:
-Amino asitlerin stereoizomerleri
Modern organik kimyada enantiomerleri farklandırmak için iki farklı sistem
kullanılır: D-L sistemi ve daha yeni olan R-S sistemi. İleride göreceğiz.
Enantiomerler deneysel olarak
birbirlerinden ayrılabilir. Çünkü
bunların çözeltileri polarize ışığın
düzlemini zıt yönlere çevirir. Bu
nedenle enantiomerlere
OPTİK İZOMERLER de denir.
D- ve L- izomerlerini eşit miktarda
içeren karışıma
RASEMİK KARIŞIM denir.
Böyle bir çözelti optik olarak
inaktiftir, çünkü birbirine zıt yönde
optik aktivite gösteren formlar
birbirlerinin aktivitesini ortadan
kaldırır.
Glisin hariç tüm amino asitlerin Dve L-formları vardır.
Ribozomlardaki protein senteziyle
yapıya giren hemen tüm amino
asitler L- formundadır.
S.aureus’da peptidoglikanın yapısı
Grampozitif bir
bakteride yer alan
peptidoglikan
tabakası (D-amino
asitler içerir.)
Örneğin, D-Glutamik asit
Bakteriyi peptidazların
saldırısına karşı
koruyabilir.
Amino asitler, bir amino
asidin -karboksil grubu
ile diğer bir amino asidin
-amino grubu arasında
kurulan bir amit bağı ile,
birbirlerine kovalent
olarak bağlanabilirler. Bu
bağ çoğunlukla peptit
bağı olarak adlandırılır.
ÜRÜN: PEPTİTLER
(burada bir DİPEPTİT)’dir.
Glisilalanindeki serbest amino ve karboksil
gruplarına glutamik asit ve lizin katılırsa bir
TETRAPEPTİT oluşur.
Proteinin yapısında yer alan her bir
amino aside
amino asit kalıntısı
amino asit bakiyesi (“residue”)
denir.
CH3 O
N
C
H
H
C
Birkaç amino asit kalıntısından
oluşan zincirlere
OLİGOPEPTİTler denir. Zincir
çok uzunsa POLİPEPTİT olarak
adlandırılır.
Oligopeptit ve polipeptitlerin
büyük bir kısmında bir uçta
reaksiyona girmemiş bir amino
grubu (amino ucu, N-ucu), diğer
uçta ise reaksiyona girmemiş bir
karboksil ucu (karboksil ucu, Cucu) bulunur.
Bunun dışında kalan durumlar:
• Bazı küçük siklik oligopeptitlerde N-ucu ile
C-ucu birbirine bağlanmıştır.
• N-ucu N-formil veya N-asetil gruplarıyla
bloke edilmiş olabilir.
• C-ucu amit şeklindedir.
PEPTİTLERİN KISA YAZILIŞI VE
ADLANDIRILMASI:
• Üç harfli kısaltma ile (Glu-Gly-Ala-Lys)
• Tek harfli kısaltma ile (EGAK)
• Daima amino ucundan başlayarak yazılır
ve okunur. Amino asit kalıntıları en
sondaki hariç –il eki alır.
(Glutamilglisilalanillizin)
H
CH3 O
N
C
C
Glisilalanindeki serbest amino ve karboksil
gruplarına glutamik asit ve lizin katılırsa bir
TETRAPEPTİT oluşur.
(Glutamilglisilalanillizin)
Amino
asitlerin
sırası
GENETİK
ŞİFRE’ye
göre
belirlenir:
Peptit bağının oluşumu enerji
gerektirdiğinden yapıya katılacak her
amino asit önce aktive edilir:
AUG (başlangıç kodonu)
Protein sentezi ökaryotlarda metionin,
prokaryotlarda N-formil metionin amino
asidi ile başlar.
N-formil
metionin
Bu başlangıç amino asidi ve baştan
birkaçı daha translasyon sırasında
veya hemen sonra spesifik proteazlar
tarafından kesilir.
http://croptechnology.unl.edu/download.cgi
Bazı peptitler sitoplazmada
ENZİMATİK olarak sentezlenir:
NON-RİBOZOMAL PROTEİN
SENTEZİ
Örnek: GLUTATYON
Glutatyon glutamat, sistein ve glisin içeren bir tripeptittir. Bu
amino asitlerin bağlanma sırası ve şekli aşağıdaki gibidir:
Glutamat sisteine -karboksil grubundan bağlıdır. Yani molekül bir
-glutamilsisteinilglisindir.