Proteinlerin Üç Boyutlu Yapısı
advertisement
PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI Prof. Dr. Kader KÖSE PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI PROTEİNLERİN 3 BOYUTLU YAPISI 1-Primer Yapı (1o) 2-Sekonder Yapı (2o) -Alfa–heliks -Beta–kırmalı tabaka -Beta–bendler (kıvrım, dirsek) -Tesadüfi kıvrılmalar(Random coil) 3-Tersiyer Yapı (3o) o 4-Kuarterner Yapı (4 ) 1-Primer Yapı ( ) o 1 H2N ( Amino asitler )nCOOH Protein yapısında yer alan AA lerin, cins bir düzen sayı içerisinde sıra peptid bağları ile bağlanması Protein sekansı Primer Yapı = Protein Sekansı AMİNO ASİT SIRALAMASI • Her protein için spesifik • DNA’nın nükleotid sekansı (genetik bilgi)’na göre belirlenir AA dizileri N-terminal C-terminal yönünde okunur 2- Sekonder Yapı ( ) o 2 (PAULING ve COREY, 1951) Primer yapıda birbirine yakın olan AAlerin, molekül içindeki düzenli ya da düzensiz ilişkileri Düzenli ilişkiler: periyodik olarak tekrarlanan yapılar -heliks -kırmalı tabaka Düzensiz ilişkiler: random coil (tesadüfi kıvrılmalar) Sekonder Yapıyı Oluşturan Bağlar - Disülfid Bağları - Hidrojen Bağları Disülfid Bağı: Sistein rezidüleri arasında kovalent bağ R – CH2– S – S – CH2 – R Cys Cys Hidrojen Bağları (+) H atomları ile (-) O atomları arasındaki elektrostatik çekim gücü Polipeptid zincirleri içinde veya arasında, polar ve yüksüz, -OH, -NH, -NH2 grupları ile -C=O arasında medana gelir Protein yüzeyinde bulunan polar gruplar ile su molekülleri arasında da oluşabilir Düşük enerjili zayıf bağlar ömrü kısa( 1x10-9sn) Sayıları çok stabilite -Heliks Yapısı • Çubuğa benzer bir yapı • Polipeptid zinciri bir ana eksen etrafında kıvrılarak devam eder •Peptid bağları ve -Catomu (eksene paralel) polipeptid zincirin iskeletini oluşturur •-C üzerindeki R grupları, heliksin merkezinden dışına yan zincir -Heliks’in Özellikleri • AA Rezidü = 1.5 A Her AA,heliks ekseni boyunca birbirinden 1.5 A uzaklıkta bulunur H bağı • 3.6 AA Rezidü / Dönüş Her AA, 100 açı yapar Heliksin her dönüşünde 3.6 AA rezidü (360), 3.6 AA bulunur 5.4 Ao • Heliks Yüksekliği = 5.4 A Heliksin bir tam dönüş yapmasıyla gidilen uzaklık 1.5 A x 3.6 AA = 5.4 A -Heliks Eksenine Üst Bakış 1.5 A 5.4 A • Primer yapıda aralarında 3- 4 AA’lik uzaklık bulunan AAler, -heliks ekseninde birbirine en yakındır -Heliks Yapısında Hidrojen Bağları H bağı H bağı H bağı Hidrojen bağları, zincir içinde oluşur Heliks zincirindeki tüm peptid bağları O hidrojen bağı oluşumuna katılır 1.AA rezidü-NH 4.AA rezidü-C=O (- N -C-) H Ardışık olarak H bağları oluşur -Heliks Yapısında Stabilite Bir polipeptid zinciri için: - en düşük enerjili -Heliks - en kararlı (spontan oluşur) - en dayanıklı yapı G = negatif H bağları, sayılarının çokluğu nedeniyle heliksin dayanıklılığını artırır Heliks zincirinin iç kısmında su molekülü yoktur -Heliks Yapısında Stabilite Stabiliteyi Stabiliteyi Stabiliteyi Azaltan artıran sonlandıran AAler AAler AAler Nötral Yüklü/büyük AAler yapılı AAler GLY:küçük yapı ALA ASN ARG VAL PRO: Sert-yarı katı CYS GLN LYS LEU HIS MET GLU ILE PHE TRP ASP TYR SER /THR Süper-sekonder Yapı Sarılmış Sarmal(Coiled Coil)Protein İki ya da daha çok -heliks zincirinin birbirlerine sarılması - Stabil, - Enerjetik olarak protein yapısına uygun Beta–kırmalı tabaka (–konfigürasyon) • 2 – 5 polipeptid zincirinin paralel ya da antiparalel birleşmesiyle oluşur • Zincirler, tabaka/levha halindedir • R grupları tabaka düzleminin altında ya da üstünde yer alırlar Beta–kırmalı tabaka • Polipeptid zinciri, gergin-gerilmiş durumdadır. 7.0 A • AA Rezidü = 3.5 A Her AA, -kırmalı tabaka boyunca birbirinden 3.5 A uzaklıkta bulunur Beta–kırmalı tabaka HİDROJEN BAĞLARI zincirler arasında oluşur Stabilite, sayılarının çokluğu nedeniyle, H bağları ile sağlanır Beta–bendler (kıvrım, dirsek) • Proteinlerdeki -heliks ve -kırmalı tabaka yapıları, -bendler ile birbirine bağlanırlar • -bendler, zincirin yönünü değiştirir( menteşe bölgeleri) • -bendlerin varlığı, polipeptidlerin globüler kütleler oluşturmasını sağlar. • -bend bölgelerindeki 1- 4 AA artıkları arasında H bağları oluşur. • Pro ve Gly sıklıkla bulunur Tesadüfi kıvrılmalar ((Random coil) •Proteinlerin, heliks, kırmalı tabaka veya -bend yapmayan bölgeleri, gelişi güzel helezonlar, kıvrılmalar şeklindedir. • Düzlemler arasında belirli bir ilişki ve H bağları yoktur • Biyolojik fonksiyon bakımından, diğer sekonder yapılarla aynı öneme sahiptir 3 -Tersiyer Yapı -Heliks / -kırmalı tabaka yapıları, üstüste katlanarak, sarılarak veya kendi etrafında kıvrılarak • yuvarlak • elipsoid şekillerde Tersiyer Yapıyı oluşturur Tersiyer Yapı Primer yapıda birbirinden uzakta bulunan AAler, tersiyer yapıda komşu olabilirler Tersiyer yapı, proteinin fonksiyonel karakterini belirler Mevcut proteinlerin çok büyük kısmı tersiyer yapıya sahiptir Polipeptid zincirinin katlanarak tersiyer yapıyı oluşturması Albumin:-kırmalı tabaka 200 x 0.5 nm Albumin: -heliks 90 x 1.1 nm Albumin:Tersiyer yapı (gerçek yapı) 13 x 3 nm Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar • Hidrojen bağları (12-30 kJ/mol) • Disülfid bağları ( 460 kJ/mol) • İyonik (tuz) bağlar (20 kJ/mol) (elektrostatik etkileşimler) • nonpolar etkileşimler (<40 kJ/mol) • van der Waals bağları (0.4-4 kJ/mol) Polipeptid zincirin hücre içinde (sulu ortamda ) katlanması çok hızlıdır primer Su molekülleri ? minutes dakikalar 100 nm x 0.5 nm, ~ 200 nm2 tersiyer 3.45 nm ~ 37 nm2 Çok sayıda hidrojen bağı Elektrostatik Etkileşimler (İyonik Bağlar) H 3N O R C O R q 1q 2 = 2 YanFzincirde rD bulunan ve zıt elektrik yükü taşıyan gruplar (asidik ve bazik amino asitler ) arasında oluşan tuz bağları Elektrostatik Etkileşimler (İyonik Bağlar) G = negatif + + + + + + + + + + + + Nonpolar yan zincirli AA ler, tersiyer yapının iç kısmında bulunurlar ve su ile temas etmezler Ala H H C Val C H H H Ala Ala Asp H C H C O O van der Waals ve nonpolar etkileşimler Nonpolar etkileşimler: Nonpolar yan zincirler arasında van der Waals bağları: Birbirine yakın iki atom arasında Birbirine yaklaşan 2 nötr atomun etrafındaki e- bulutları bir diğerini etkiler zıt elektrik dipolü van der Waals etkileşimi: Zıt dipollerin birbirini çekerek nükleusları yaklaştırması Nükleuslar yaklaşırken, atomların kendi e- bulutları birbirini iter Çekim ve itim gücü dengelenir 2 nükleus daha fazla yaklaşamaz Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar - 4 - Kuarterner Yapı Primer, sekonder ve tersiyer yapıları bulunan polipeptid zincirlerinin nonkovalent bağlarla bir arada tutulması Proteinlerin polimerizasyonu Protein-protein kompleksi: OLİGOMER Oligomer multimer monomer protomer subünite kuarterner yapıda protein oligomeri oluşturan polipeptidlerin her biri dimer 2 polipeptid içeren oligomer homodimer aynı 2 polipeptid heterodimer farklı 2 polipeptid tetramer 4 polipeptid içeren oligomer (homo- veya hetero-) Kuarterner Yapıda Protein Ör: Hemoglobin dış görünüş modeli zincir modeli Hem 4 Globin Zinciri (tetramer) protein-protein bağlanma bölgesi aynı 2 alfa globin zinciri Hb’ i oluşturmak üzere globin kompleksi bağlanır aynı 2 beta globin zinciri 2 2-Tetramer Kuarterner Yapıyı Oluşturan Bağlar 4 monomer Protein-Protein kompleksi Non-kovalent bağlar hidrojen bağları iyonik bağlar Hidrofobik etkileşimler PROTEİNLERİN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ Proteinlerin İyonizasyonu Asidik ve bazik AAler nedeniyle, AMFOTERİK + + + + OH + + + + + + + + + + Asidik pH Net yük + + + + OH - + pH = pI Net yük 0 Tüm özellikler minimal seviyede Proteinler presipite edilebilir Bazik pH Net yük - Proteinlerin Titrasyon Eğrileri 3 pH bölgesinde incelenebilir • pH 1.5-6.0 : Karboksil (-COOH, R- COOH) • pH 6.0-8.5 : Histidin ve -NH3 grubu • pH 8.5 : Lys’de -NH3 grubu Tyr’de fenolik OH grubu Cys’de SH grubu Arg’de guanido grubu Proteinler fizyolojik şartlarda tamponlayıcı özelliğini His (imidazol) ile gösterir Proteinlerin Titre edilebilen Grupları grup - COOH R - COOH - +NH3 İmidazol Guanido Tiyol Fenol pK pH 7’de yük 3.5 - 4.0 4.0 - 4.8 8.0 - 9.0 + 6.5 - 7.4 0 12 + 8.5 - 9.0 0 9.5 - 10.5 0 DENATURASYON • Proteinlerin primer yapısı değişmez (peptid bağları mevcut) • Diğer yapılar bozulur(nonkovalent bağlar kopar) • Biyolojik aktivite kaybolur Kuarterner Yapıda denaturasyon: • Subüniteler birbirinden ayrılır • Subünitelerin tersiyer yapıları bozulur, tesadüfü kıvrılmalar, bükülmeler meydana gelir Denaturasyona neden olan faktörler • 50-60º C’ nin üstünde sıcaklık • pH4 ve pH10 ; asitler, bazlar • Alkol, aseton, eter gibi organik çözücüler • Üre, guanidin HCl, vb kaotropik maddeler (H bağları kopar) • Ağır metaller • u.v. fiziksel etkenler • İyonik deterjanlar (SDS) RENATURASYON: Reversibl Denaturasyon Biyolojik aktivitenin yeniden kazanılması KOAGÜLASYON: İrreversibl Denaturasyon
