[dilara]

[size=medium] Kimyasal sentez:
Kısa proteinler laboratuvarda kimyasal yolla da sentezlenebilir. Peptit sentezi olarak adlandırılan yöntemler, kimyasal bağlama (ligation) gibi organik sentez tekniklerine dayandırılmıştır. Kimyasal sentez yoluyla polipeptit zincirlerine doğal olmayan aminoasitlerin de dahil edilmesi mümkündür, örneğin amino asit yan zincirlerine flüoresan işaretler takılabilir. Bu yöntemler laboratuvar biyokimyası ve hücre biyolojisi araştırmalarında faydalıdır ama genelde ticari uygulamalarda kullanılmazlar. 300 amino asitten uzun polipeptitler için kimyasal sentez verimsizdir ve sentezlenmiş protein kendiliğinden doğadaki üç boyutlu şeklini kazanmayabilir. Çoğu kimyasal sentez yöntemi, biyolojik reaksiyonun tersi yönde, yani C-uçtan N-uca doğru ilerler.[/size]

[dilara]

[size=medium]Proteinlerin yapısı:

Çoğu protein katlanarak kendine has üç boyutlu bir yapıyla şekil alır. Proteinin doğal olarak katlanıp oluşturduğu şekle onun doğal hali denir. Çoğu proteın kendini olşturan amino asitlerin yapısal eğilimleri yoluyla yardım görmeden katlanabilirse de, diğerleri doğal hallerine elde edecek sekilde katlanabilmek için moleküler şaperonlara gereksinim duyarlar. Biyokimyacılar çoğu zaman protein yapısının dört ayrı yönüne değinirler:[/size]

[dilara]

[size=medium]Birincil yapı: amino asit dizini.
İkincil yapı: hidrojen bağları ile kararlı kılınan, düzenli tekrarlanan yerel yapılardır. Bunların en yaygın örnekleri alfa sarmalı (alpha helix) ve beta yaprağıdır (beta sheet).İkincil yapılar yerel olduğu için bir proteinin içinde farklı ikincil yapılara sahip pek çok bölge olabilir.
Üçüncül yapı: tek bir proteinin tamamının şekli, ikincil yapıların birbirleriyle olan uzaysal ilişkisi. Üçüncül yapı genelde yerel olmaya etkileşimler tarafından kararlı kılınır, bu en yaygın olarak bir hidrofobik çekirdeğin oluşmasıyla olur ama tuz köprüleri, hidrojen bağları, disülfür bağları ve hatta translasyon sonrası değişimler (post-translational modifications) de olur. Üçüncül yapı ile katlama (İngilizce fold) eş anlamlıdır.
Dördüncül yapı: Birden fazla protein molekülünün birbiriye etkileşmesiyle oluşan yapının şekline denir. Bu bağlamda söz konusu proteinlerin bir protein kompleksinin altbirimleri olduğu söylenir. .[/size]

[dilara]

[size=medium]Yapıyı oluşturan bu seviyelere ek olarak, proteinler işlevlerini görürken birbiriyle ilişkili bir yapıdan başka bir yapıya geçmeleri de protein yapısının bir diğer boyutunu oluşturur. Bu işlevsel yeniden yapılanmaların söz ederken bu üçüncül veya dördüncül yapılarına proteinin “konformasyonları” denir ve bunlar arasındaki geçişlere konformasyonal değişim adı verilir. Bu tür değişimler çoğu zaman bir substrat molekülün bir enzime bağlanmasıyla tetiklenir.
Tipik olarak görülen üçüncül yapılarla ilintili olarak proteinler kabaca üç ana sınıfa ayrılabilirler: küresel (globüler) proteinler, lifli (fibröz) proteinler ve zar (membran) proteinleri. Hemen bütün globüler proteinler suda çözünür ve çoğu enzimdir. Fibröz proteinler çoğunlukla yapısaldırlar; zar proteinleri ise sıkça reseptör olarak görev yapar veya suda çözünen küçük moleküllerin hücre zarından geçmeleri için kanal oluştururlar.

Proteinlerin içinde yer alan özel bir hidrojen bağı türüne dehidron denir, bunlar su molekülü saldırısından korunaklıdır ve kendi dehidrasyonlarını sağlarlar..[/size]

[dilara]

[size=small]Yapı belirlemesi:

Bir proteinin üçüncül yapısının veya onun parçası olduğu komplekslerin dördüncül yapısının keşfi, onun işlevi hakkında önemli ipuçları verebilir. Yapı belirlemek için kullanılan en yaygın deneysel teknikler X ışını kristalografisi ve NMR spektroskopisidir, her ikisi de atomik çözünürlükte bilgi sağlarlar.Kriyoelektron mikroskopisi, çok büyük protein kompleksleri ve virüsler hakkında daha düşük çözünürlüklü yapısal bilgi üretmekte kullanılır;bunun bir çeşitlemesi sayılan elektron kristalografisi de bazı durumlarda, özellikle membran proteinlerinin iki boyutlarının kristalleri için, yüksek çözünürlüklü bilgi üretebilir.Çözülmüş yapılar genelde Protein Data Bank(PDB) adlı veri tabanına kaydedilir, bu ücretsiz kaynaktan binlerce proteinin yapısal verileri proteindeki her atomun Kartezyen koordinatları olarak elde edilebilir.[/size]

[dilara]

[size=small]Yapısı çözülmüş protein sayısından çok daha fazla sayıda gen vardır. Ayrıca, yapısı çözülmüş proteinler, yapı çözmede kullanılan başlıca deneysel tekniklere kolayca tabi tutulabilenlere ağırlıklıdır. Özellikle, globüler proteinlerin X-ışını kristlografisi için kristalleştirilmeleri nispeten kolaydır. Buna karşın membran proteinlerinin kristalleştirilmesi zordur ve PDB’de az sayıda temsil edilirler.Yapısal genomik girişimleri bu yetersizliklerin üstesinden gelmek amacıyla belli katlama sınıflarına ait yapıları sistematik olarak çözmektedirler. Protein yapı tahminleme yöntemleri, deneysel olarak yapısı belirlenmemiş proteinler hakkında makul yapıları üretmeyi amaçlar..[/size]

[dilara]

[size=small]Hücresel işlevler:

Proteinler genlerde kodlanmış bilgiler tarafından belirlenmiş görevleri yerine getirirler.Bazı RNA tipleri dışında hücrede bulunan çoğu diğer molekül, proteinlerin etki ettiği nispeten atıl elemanlardır. Proteinler bir E. coli hücresininin kuru ağırlığının yarısını oluştururlar, DNA ve RNA ise %3 ve %20’sini oluştururlar.Belli bir hücre veya hücre tipinde bulunan proteinlerin tamamı onun proteomu olarak adlandırılır.
Proteinlerin çeşitli hücresel işlevlerini yürütmelerini sağlayan başlıca özellikleri başka moleküllere spesifik ve sıkı bir şekilde bağlanabilemeleridir. Proteinin başka bir moleküle bağlanmasından sorumlu bölgesi bağlanma yeri (İngilizce binding site) olarak bilinir ve genelde proteinin yüzeyinde bir çukur veya cep şeklindedir. Proteinin üçüncül yapısı bağlanma yerindeki cep ve etrafındaki amino asite yan zincirlerinin kimyasal özelliklerini belirler, bağlanma yeteneği onun tarafından oluşturulur. Protein bağlanması son derece sıkı ve spesifik olabilir; örneğin ribonükleaz inhibitör proteini insan anjiogenin’ine femtomolardan düşük bir ayrışma katsayısı ile bağlanır (<10-15) ama onun amfibi homoloğu olan onkonaz'a bağlanmaz (>1 M). Bağlanan molekülde çok ufak bir değişiklik, tek bir metil grubunun eklenmesi gibi, bağlanmayı nerdeyse tamamen ortadan kaldırabilir; örneğin valin amino asidine spesifik olan aminoasil tRNA sentetaz ona çok benzeyen izolösin amino asidini ayırdedebilir.[/size]

[dilara]

[size=small]Proteinler küçük moleküllere bağlanmanın yanı sıra başka proteinlere de bağlanabilirler. Proteinler kendilerinin diğer kopyalarına bağlandıkları zaman oligomerleşip ipliksi yapılar oluştururlar; bu süreç globüler monomerlerden oluşan, kendi kendisiyle birleşip bükülmez lifler meydana getiren yapısal proteinlerde sıkça görülür. Protein-protein etkileşimleri enzim etkinliğine de düzenler, hücre döngüsünde ilerlemeyi kontrol eder ve birbiriyle ilişkili pek çok reaksiyonu yürüten büyük protein komplekslerinin birleşmesini sağlar. Proteinler hücre zarına bağlanabilir veya ona entegre olabilir. Bağlanan bir proteinin konformasyon değişikliğine neden olma yeteneği karmaşık sinyalleşme ağlarının inşasına olanak sağlar.[/size]

[dilara]

[size=small] Enzimler:

Proteinlerin en iyi bilinen rolü kimyasal tepkimelerin katalizleyicisi olarak enzim görevleridir. Enzimler genelde bir veya bir kaç tepkimeyi hızlandıran çok özgül katalizörlerdir. Enzimler metabolizma ve katabolizma ile ilgili çoğu tepkimeye etki eder, ayrıca DNA çoğalması, DNA onarımı ve RNA sentezinde de yer alırlar. Bazı enzimler translasyon sonrası değişim (post-translational modification) adı verilen bir süreç ile başka proteinler üzerinde etki ederler, kimyasal gruplar ekler veya çıkarırlar. Enzimlerin katalizlediği yaklağık 4000 tepkime bilinmektedir.Enzim katalizinin sağladığı hızlanma çoğu zaman muazamdır. Orotat dekarboksilaz durumunda hızlanma 1017 kata ulaşabilir.

Enzimler tarafından bağlanan ve etki gören moleküller substrat olarak adlandırılır. Enzimler yüzlerce amino asitten oluşsalar da substratla temas kuranlar bunların çok ufak bir bölümüdür, doğrudan kataliz reaksiyonuyla ilişkili olanlar daha da küçük bir bölümünü oluşturur.Enzimin substrata bağlanan kısmına aktif yer (active site) denir..[/size]

[dilara]

[size=small]Hücre sinyallemesi ve ligand taşıması:

Çoğu protein hücre sinyallemesi ve sinyal aktarımı süreçlerinde yer alırlar. İnsülin gibi bazı proteinler, hücre dışı proteinler olup sentezlendikleri hücreden uzaktaki dokulardaki hücrelere bir sinyal taşırlar. Diğerleri reseptör olarak çalışan membran proteinleridir, ana işlevleribir sinyal molekülüne bağlanmak ve hücre içinde bir biyokimyasal tepkiye yol açmaktır. Çoğu reseptör, bağlanma yeri hücre yüzeyinde bulunan ve hücre içinde bir etki bölgesi olan membran proteinidir. Etki bölgesinin bir enzim etkinliği olabilir veya hücredeki başka proteinlerce algılanabilen bir konformasyon değişimine uğrayabilir.

Antikorlar, adaptif bağışıklık sisteminin protein bileşkeleridir, ana işlevleri antijenlere, yani vücuda yabancı olan maddelere, bağlanıp onların imha edilmeleri için işaretlemektir. Antikorlar hücre dışı ortama salgılanabilirler veya plazma hücresi olarak adlandırılan özelleşmiş B lenfositlerinin membranlarına takılabilirler. Enzimlerin substratlarına bağlanma gücü (afinitesi) onun reaksiyonunu yürütme gereğinden dolayı sınırlı olmasına karşın, antikorların böyle bir sınırlaması yoktur. Bir antikorun hedefine bağlanma afinitesi olağanüstü yüksektir.[/size]

[dilara]

[size=small]Çoğu ligand taşıma proteini küçük moleküllere bağlanıp onları çok hücreli bir canlının vücudunda başka bir yere taşırlar. Bu proteinler ligandları yüksek konsantrasyonda olduğu zaman yüksek bir afiniteye sahip olmalı ama konsantrasyonun düşük olduğu hedef dokuda ligandı salmalıdır. Ligand-bağlayıcı proteinin klasik örneği hemoglobindir, omurgalılarda oksijeni akciğerlerden diğer organ ve dokulara taşır ve her biyolojik alemde yakın homologları vardır.

Transmembran proteinler hücre membranının küçük molekil ve iyonlara olan geçirgenliğini değiştirerek ligand taşıyıcı protein olarak görev yapabilirler. Membranın hidrofobik olan içi polar ve yüklü moleküllerin difüzyonuna elvermez. Membran proteinlerinde bulunan kanallar bu küçük moleküllerin hücreye girip çıkmalarını sağlar. Çoğu iyon kanalı belli bir iyon için özelleşmiştir; örneğin potasyum ve sodyum kanalları bu iki iyondan yalnızca birini geçirirler.[/size]

[dilara]

[size=medium]Yapısal proteinler :

Yapısal proteinler akışkan biyolojik yapılara bükülmezlik ve peklik sağlarlar. Çoğu yapısal protein fibröz proteindir, örneğin aktin ve tübülin monomerleri globüler ve çözülgen proteinler olmalarına rağmen polimerleştikleri zaman hücre iskeletinin parçası olan, uzun ve bükülmez lifler oluştururlar. Hücre iskeleti hücrenin şeklini ve büyüklüğünü korumasını sağlar. Kollajen ve elastin bağ dokunun önemli bileşkeleridir; keratin ise saç, tırnak, tüy ve bazı hayvanlarda kabuk gibi sert veya lifli dokularda yer alır.

Yapısal görev yapan diğer proteinler arasında miyozin, kinesin ve dinein gibi motor proteinler vardır, bunlar mekanik kuvvet yaratırlar. Bu proteinler eşeyli çoğalan çok hücreli canlılarda sperm hücrelerinin ve tek hücreli canlıların hareket yeteneği (motilitesi) için çok önemlidir. Kasların kasılmasında oluşan kuvvet de bu proteinler tarafından meydana gelir.[/size]

[dilara]

[size=small]Araştırma yönetmeleri: Biyolojik moleküller arasında en fazla çalışılmış olanlardan olan proteinlerin etkinlikleri ve yapıları hem in vitro hem de in vivo olarak çalışılır. Saflaştırılmış proteinlerin kontrollü ortamlarda incelendiği in vitro çalışmalar bir proteinin nasıl işlev gördğüğnü oğrenmeye yarar. Örneğin enzim kinetiği çalışmaları bir enzimin katalitik etkinliğinin kimyasal mekanizmasını ve olası substrat moleküllerine olan afinitesinin araştırılmasına yarar. Buna karşın, proteinlerin hücre içinde hatta bütün bür organizmadaki etkinlikleriyle ilgili in vivo deneyler bir proteinin nerede işlev gördüğü ve nasıl düzenlendiği hakkında tamalayıcı bilgiler verir.[/size]

[dilara]

[size=medium] Protein saflaştırması :

İn vitro analizler yapabilmek için bir proteinin diğer hücre bileşkelerinden saflaştırılması gerekir. Bu süreç genelde önce hücrenin parçalanmasıyla (sitoliz ile) başlar; hücre zarı bozulur ve hücrenin içeriği ham lizat (crude lysate) olarak adlandırılan bir sıvı halinde salınır. Bu karışım ultrasantrifigasyon ile hücrenin farklı kısımlarından oluşmuş bölümlere ayrılır; çözünür proteinler, membran lipitleri ve proteinler, hücre organelleri ve nükleik asitler bu şekilde birbirlerinden ayrılırlar. Tuzla çökeltme (salting out) yöntemi ile lizattaki proteinlerin konsantrasyonu artırılabilir. Bunun ardından, arzu edilen proteini saflaştırmak için onun büyüklüğü, elektrik yükü ve bağlanma afinitesi gibi özelliklerine dayanarak çeşitli kromatografi teknikleri kullanılır. Saflaştırmanın derecesini takip etmek için jel elektroforezi (eğer proteinin büyüklüğü biliniyorsa), spektroskopi (eğer proteinin ayırdedici spektroskopik özellikleri varsa) veya enzim ölçmeleri ile (eğer proteinin enzim etkinliği varsa) kullanılır.

Doğal bir proteinin laboratuvar uygulamaları için yeterince saf olarak elde edilebilmesi için bir seri saflaştırma aşamasından geçmesi gerekebilir. Bu süreci basitleştirmek için çoğu zaman genetik mühendislik kullanılarak proteinin yapı ve etkinliğine etki etmeden saflaştırılmasını kolaylaştıracak kimyasal özellikler eklenir. Belli bir amino asit dizisinden oluşan bir işaret (“tag”), çoğu zaman bir seri histidin kalıntısı (“His-tag”), proteinin bir ucuna eklenir. Bunun sonucunda, nikel içeren bir kromatografi kolonundan lizat geçirilince histidin kalıntıları nikele bağlanır ve kolonda tutulur, lizattaki işaretlenmemiş diğer herşey kolondan geçip gider.[/size]

[dilara]

[size=medium] Hücrede yerleşimi :

Proteinlerin in vivo araştırılmalarında hücre içinde sentez ve yerleşimine (lokalizasyonuna) bakılır. Çoğu hücre içi protein sitoplamada sentezlenir, çoğu membran proteini veya salgılanan protein protein isie endoplazmik retikulumda sentezlenir. Ancak, proteinlerin sentezlendikten sonra belli organellere veya hücre içi yapılara nasıl yollandıklarının ayrıntıları çoğu zaman bir araştırma konusu olur. Hücresel yerleşimi belirlemek için kullanılan faydalı bir teknik, genetik mühendislikle ilgilenilen protein flüoresan bir protein (Green Fluorescent Protein, GFP) ile birleştirerek bir füzyon protein oluşturulmasıdır. Füzyon proteinin hücre içindeki yeri, mikroskop kullanarak kolayca ve açık bir şekilde görüntülenebilir, bunun örnekleri yandaki şekilde görülebilir.

Yönlendirilmiş mutagenez (site-directed mutagenesis) olarak bilinen bir diğer genetik mühendislik yöntemi ile proteinin dizisi ve dolayısıyla onun yapısı, hücresel yerleşimi ve düzenlenmesi değiştirilebilir. Değiştirilmiş protein in vivo olarak GFP işaretlemesi ile, in vitro ise enzim kinetik ve bağlanma ölçümleri ile izlenebilir.[/size]

[Yazar]

Yazılar