PROTEİN İŞLEVİ

Proteinler, işlevleri hemen daima diğer moleküllerle etkileşimlerine bağlı olan dinamik moleküllerdir.

Birçok proteinin işlevi diğer moleküllerle geri dönüşümlü olarak bağlanmayı içerir.

Bir protein tarafından geri dönüşümlü olarak bağlanan moleküle Ligand adı verilir.

Ligand başka bir proteinde olabilen herhangi bir moleküldür.

Bir organizmanın değişen çevresel ve metabolik koşullara hızlı ve geri-dönüşümlü olarak cevap vermesini sağlar.

Protein üzerinde yer alan, ligandı bağlayan yer, bağlanma yeri olarak adlandırılır.

Bu bölge ligandın büyüklüğünü, şeklini, yükünü, hidrofobik veya hidrofilik karakterini tamamlar.

Bunlardan başka, etkileşim özgüldür; protein çevresindeki binlerce farklı molekülü ayırabilir ve seçici olarak sadece bir veya birkaçını bağlar.

Bir protein birkaç farklı ligant için ayrı bağlanma yerlerine sahip olabilir.

Proteinler esnektir. Konformasyondaki değişiklikler, moleküler titreşimleri ve

amino asitlerin protein boyunca küçük hareketlerini yansıtan göze çarpmayan değişiklikler olabilir.

Proteinin bu şekilde esnemesine bazen “soluk almak” denir.

Konformasyondaki değişiklikler çok çarpıcı da olabilir, proteinin yapısının ana parçaları birkaç nanometre kadar hareket eder.

Özgül konformasyonel değişiklikler sıklıkla protein işlevinin temelidir.

Protein ve ligandın bağlanması, proteindeki bağlanma bölgesini liganda daha uygun hale getiren, daha sıkı bağlanmasını sağlayan konformasyonel değişikliklerle birliktedir.

Protein ve ligant, arasındaki bu yapısal uyum uyarılmış uyum olarak adlandırılır.

Çoklu altbirimli bir proteinde, bir altbirimdeki konformasyonel değişiklik sıklıkla diğer altbirimlerin konformasyonlarını etkiler.

Ligantlar ve proteinler arasındaki etkileşimler, genellikle bir veya daha fazla ligandlı özgül etkileşimlerle düzenlenebilir.

Miyoglobin ve Hemoglobin

Miyoglobin ve Hemoglobin en çok çalışılmış proteinlerdir.

Hemoglobin omurgalılarda bulunan iki oksijen bağlayıcı proteinden biridir.

Hemoglobinin işlevi, gıda maddelerinin oksidatif fosforilasyonu için gerekli olan oksijeni hücrelere tedarik etmek amacıyla kandaki oksijeni akciğerlerden vücuttaki diğer dokulara taşımaktır.

Diğer oksijen bağlayıcı protein miyoglobindir.

Miyoglobin hücrelere gerektiğinde kullanılması için oksijeni vücut dokularında depolar.

En yüksek miyoglobin konsantrasyonu iskelet ve kalp kasında bulunmuştur.

Miyoglobin 17.8 kDa kütleli, 153 amino asitten oluşan tek

polipeptid zincirli nispeten küçük bir proteindir. 1957’de John Kendrew tarafından X-ışını

kristalografisi ile üç boyutlu yapısı belirlenen ilk proteindir.

Miyoglobin hidrofobik amino asitlerin çoğu iç kısımda, polar amino asitlerin bir çoğu yüzeyde olacak şekilde son derece sıkı katlanmış tipik bir küresel protein (globulinler ailesine ait) dir.

X-ışını kristalografisi miyoglobinin tek polipeptid zincirinin tamamen α-sarmal ikincil yapıdan oluştuğunu ortaya çıkarmıştır.

Miyoglobinde sekiz α-sarmal (A-H diye etiketlenmiş) bulunmaktadır.

Polipeptid zincirinin katlanmasıyla oluşmuş hidrofobik cep içinde hem prostetik grubu bulunur.

Bu polipeptid olmayan birim myoglobine kovalent olmayan şekilde bağlanır ve proteinin biyolojik aktivitesi için gereklidir.

Hemoglobin

Max Perutz tarafından 1959 yılında X-ışını kristalografisi kullanılarak üç boyutlu yapısı anlaşılmıştır.

Hemoglobin dört polipeptid zincirinden meydana gelir.

Yetişkinlerde bulunan hemoglobin (HbA) iki farklı polipeptid zincirinden meydana gelmiştir; 141 amino asitten oluşan α-zinciri ve 146 aminoasitten oluşan β-zinciri

Her bir zincir, miyoglobinde olduğu gibi sekiz α-sarmaldan oluşmuştur.

Her biri bir hem prostetik grubu içerir. Hemoglobine 4 oksijen molekülü bağlanabilir. Dört polipeptid zinciri kovalent olmayan

etkileşimlerle bir arada tutunmuş, tetrahedral bir dizilimde birbirine sıkıca paketlenmiştir.

HEM PROSTETİK GRUBU

Oksijen sulu çözeltilerde çok az çözünür. Sadece kan serumunda çözünmüş haldeyse dokulara

yeterli miktarda taşınmaz (birkaç milimetreden daha uzun mesafelere).

Daha büyük, çok hücreli hayvanların evrimi, oksijeni taşıyan ve depolayan proteinlerin evrimine bağlıdır.

Proteinlerdeki amino asit zincirlerinin hiç biri geri-dönüşümlü olarak oksijen bağlanması için uygun değildir.

Bu rol, oksijen bağlanmaya kuvvetli bir eğilimi olan, demir ve bakır gibi, belli geçiş metalleri tarafından yerine getirilir.

Çok hücreli organizmalar, oksijen taşınması için genellikle demiri kullanır.

Serbest demir, DNA ve diğer makromoleküllere zarar veren hidroksi radikali gibi reaktifliği yüksek oksijen türlerinin oluşumunu kolaylaştırır.

Hücrelerde kullanılan demir, bağlı formlarda tutulur/veya daha az reaktif duruma getirilir.

Çok hücreli organizmalarda demir sıklıkla hem adı verilen proteine bağlı prostetik grubun içinde yer alır.

Hem (veya haem) protoporfirin adı verilen ferröz (+2 demir) durumundaki tek bir demir atomununun bağlandığı karmaşık organik bir halka yapısından oluşur.

Demir atomu altı koordinasyon bağına sahiptir, dördü porfrin halka sisteminin düz kısmının azot atomlarına bağlanmıştır ve ikisi porfirine diktir.

Düzenlenen azot atomları (elektron verme özelliğine sahip) hem demirinin ferrik (+3 değerlikli) durumuna değişimini önlemeye yardım eder.

Serbest hem moleküllerinde, oksijenin demirin iki “açık” koordinasyon bağının birindeki (porfirin molekül düzlemine dik, altta ve üstte) tepkimesi +2 değerlikli demirin +3 değerlikli demire geri dönüşümsüz değişimine neden olabilir.

Hem içeren proteinlerde hem, iki açık koordinasyon bağına girişin kısıtlı olduğu protein yapısının iç bölgelerinde tutularak bu tepkime önlenir.

Bu iki koordinasyon bağından biri bir His kalıntısının yan zincirindeki azot tarafından kapatılır.

Diğeri moleküler oksijen için bağlanma bölgesidir.

His grubunun olmasının diğer bir önemi ise; Hem’in CO te ilgisini azaltarak karbon monoaksidin en uygun konfigürasyonu ile +2 değerlikli demire bağlanmasını önlemektir.

Bu çok önemlidir, çünkü bir defa CO hem’e tersinmez (geri dönüşümsüz) bir şekilde bağlandığında, protein oksijene artık bağlanmaz.

Bu yüzden, hemoglobin ve miyoglobindeki oksijen bağlayıcı bölge bütün proteinlerin sadece küçük bir parçası olmasına rağmen polipeptid zinciri hem prostetik grubunun işlevini düzenler.

Allosteri Hemoglobin bir allosterik proteindir.

Bunun anlamı, oksijenin alt birimlerinden birbine bağlanmasının diğer alt birimleriyle etkileşimlerinden etkilenmesidir.

Gerçektende oksijenin bir hemoglobin alt birimine bağlanması konformasyonel değişimler oluşturur ve diğer altbirimlerin oksijen molekülüne ilgisini artırarak oksijene bağlanma etkinliğini yükseltir.

Bundan dolayı oksijenin hemoglobine bağlanması kooperatiftir.

Buna karşın, oksijenin miyoglobinin tek polipeptid birimine bağlanması kooperatif değildir.

Bu iki proteinin oksijen ayrışma eğrisinden açıkça görülür; hemoglobin kooperatif bağlanmayı gösteren sigmoidaldir, halbuki miyoglobin için hiperboliktir.

Miyoglobinin oksijene ilgisi hemoglobinden daha yüksektir.

Hemoglobine Oksijen Bağlanması 2,3-Bisfosfogliserat Tarafından Düzenlenir

2,3-bisfosfogliserat (BPG)’la hemoglobinin etkileşimi heterotropik allosterik modülasyonun bir örneğidir.

BPG eristrositlerde nispeten yüksek derişimde bulunur.

Hemoglobin, izole edildiğinde tam olarak çıkarılması zor olabilen, önemli miktarda bağlı BPG içerir.

2,3-bisfosfogliseratın hemoglobinin oksijene ilgisini büyük ölçüde azalttığı bilinir Oksijen bağlanması ve BPG bağlanması arasında ters bir

ilişki vardır.

Bohr Etkisi Oksijenin hemoglobine

bağlanmasının, H iyonlarının ve çevreleyen dokudaki karbondioksidin konsantrasyonundan etkilenmesine Bohr etkisi denir.

Kas gibi aktif metabolik dokuda, bu iki maddenin konsantrasyonu nispeten yüksektir.

Bu etkin bir şekilde, hemoglobinin oksijen ayrışma eğrisinin sağa doğru kaymasına neden olur ve oksijen salınımını arttırır.

Bunun meydana gelme nedeni beta zincirindeki His146 gibi H bağlayıcı bölgelerdir ve deoksi-hemoglobin oksihemoglobine göre daha yüksek H bağlama ilgisine sahiptir.

Oksijenin kısmi basıncı arttıkça hemoglobinin O2 bağlama kapasitesi artar.

pH arttıkça yine hemoglobinin bağlama O2 kapasitesi artar.

Fetal Hemoglobin

Fetusta farklı bir hemoglobin çeşidi bulunur İki alfa ve iki gama zincirinden oluşan

Hemoglobin F (HbF)’dir. HbF uygun fizyolojik koşullar altında HbA’ya

göre oksijene daha çok ilgi gösterir. Oksijen ilgisindeki bu farklılığın moleküler temeli

HbF’nin HbA’ya göre 2,3-bisfosfogliserata ilgisi daha azdır ve oksijene ilgisi daha fazladır.

BPG oksijen bağlanma bölgesinden farklı bir yere bağlanır ve hemoglobinin akciğerdeki pO2 ile ilişkili olarak O2-bağlama ilgisini düzenler.

BPG T durumundaki beta altbirimleri arasındaki boşlukta hemoglobine bağlanır.

Bu boşluk, BPG’nin negatif yüklü gruplarıyla etkileşen pozitif yüklü amino asit kalıntılarıyla sınırlandırılmıştır.

Oksijenden farklı olarak, sadece bir molekül BPG hemoglobin tetramerine bağlanır.

BPG T durumunu kararlı hale getirerek hemoglobinin oksijene olan ilgisini azaltır.

İmmün Sistem ve İmmünoglobünler Makrofaj ve lenfositleri içeren lökosit

türleri=İmmünite yi oluşturur. Lökositler kan dolaşımından ayrılabilir,

dokulara girer Enfeksiyonun işareti olabilen moleküllere

bağlanma ve tanıma yeteneğine sahip bir veya daha fazla protein üretir.

İki tamamlayıcı sistemden oluşur

Humoral İmmün Sistem;Bakteri enfeksiyonlarınaHücre dışındaki virüslereOrganizmaya giren tekil proteinlere de cevap

verebilir. Hücresel İmmün Sistem;

Virüslerle enfekte edilmiş konakçı hücreBazı parazitleriYabancı dokuları tahrip eder

Humoral immün cevabın merkezindeki proteinler, antikorlar veya immünoglobinler (Ig kısaltması) olark adlandırılan çözünebilir proteinlerdir.

İmmun globinler Bakterileri Virüsleri Yabancı ve hedef olarak tanınan büyük molekülleri

bağlar Kan proteinlerinin %20’sini oluşturan immün

globünler, B lenfositler veya B hücreleri tarafından oluşturulur

Hücresel immün cevabın merkezindeki ajanlar, T lenofitler veya sitotoksik T hücreleri (Tc hücreler)’dir

İnfekte olmuş hücrelerin ve parazitlerin tanımlanması, Tc hücrelerinin yüzeyindeki T-hücre reseptörleri olarak adlandırılan proteinleri kapsar.

Sitotoksi T proteinlerinin yanında yardımcı T hücreleri de vardır İşlevleri; interlökinleri de kapsayan, sitokinler olarak

adlandırılan çözünebilen işaret verici proteinleri oluşturmak

İmmün sistemin bütün tamamlayıcı proteinleri Ya B hücreleri tarafından oluşturulmuş bir antikordur Ya da bazı özel kimyasal yapılara özgül olarak bağlayan T

hücrelerinin yüzeyindeki bir reseptördür. İnsanlar 10 üzeri 8 farklı antikor üretebilir. İmmün cevabı sağlayabilen her molekül veya patojen

ANTİJEN olarak adlandırılır. Antijen;

Virüs Bakteri hücre duvarı Bireysel bir protein Diğer bir makromolekül olabilir.

Tekil bir antikor veya T hücre reseptörü, sadece antijenin içindeki antijenik belirleyici veya epitop olarak adlandırılan özel bir moleküler yapıya bağlanır.

Mr 5000’den küçük olan moleküller genellikle antijenik değildir.

Küçük moleküller, laboratuvarda büyük proteinlere kovalent olarak bağlanabilir ve bu formda bir immün cevap oluşturabilir

Bu küçük moleküllere Haptenler denir. Proteine bağlı haptenlere cevap olarak oluşan antikorlar,

serbest olduklarında aynı küçük molekülleri bağlar.

Hücre Yüzeyindeki Peptitler Tarafından Kendinin Kendinden Olmayandan Ayırt Edilmesi Konakçıdaki protein antijenlerinin ortaya çıkarılmasına

MHC (major histocompatibility complex) proteinleri aracılık eder.

MHC proteinleri, Hücrenin içindeki sindirilmiş proteinlerin peptit parçalarını bağlar

ve bunları hücrenin dış yüzeyine çıkarır. Bir viral enfeksiyon sırasında viral proteinler de MHC proteinleri

tarafından sindirilir ve ortaya çıkarılır. MHC proteinleri tarafından ortaya çıkarılan yabancı

proteinlerin peptit parçaları, immün sistemin kendinden olmayan olarak tanıdığı ANTİJENLERDİR

T-hücre reseptörleri bu parçaları bağlar ve immün cevabın sonraki basamaklarına iletir.

İki sınıf MHC proteini vardır. Sınıf I MHC proteini Sınıf II MHC proteini

Bunların hücre tipleri arasındaki dağılımları ve ortaya çıkardıkları peptidlerin sindirilmiş proteinlerinin kaynağı farklıdır.

SINIF I MHC

Hemen hemen bütün omurgalıların yüzeyinde bulunur.

İnsan topluluğunda, en polimorfik proteinlerden biridir

Proteolitik parçalanmadan ve hücre içinde rastgele meydana gelen protein dönüşümünden kaynaklanan peptidleri bağlar ve ortaya çıkarır.

Bu peptid kompleksleri ve sınıf I MHC proteinleri; hücresel immün sistemdeki Tc hücrelerinin T-hücre reseptörlerinin tanıyıcı hedeflerdir.

Her Tc hücresi özel bir sınıf I MHC protein-peptit kompleksi için özgül olan sadece bir T-hücre reseptörünün birçok kopyasına sahiptir.

Canlı ve olgun olan Tc hücreleri, organizmanın kendi proteinlerine bağlanmayan T-hücre reseptörleriyle birliktedir.

Bu bağlanma etkileşimleri parazitlerin ve virüsle infekte olan hücrelerin yok edilmesini sağlar.

Br organ transplante edildiğinde, bunun yabancı sınıf I MHC proteinleri de Tc hücreleri tarafından bağlanarak dokunun red edilmesine yol açar.

Sınıf II MHC Yabancı antijenleri içine alan birkaç tip

özelleşmiş hücrelerin yüzeyinde oluşur, makrofajlar ve B lenfositlerini içerir.

Sınıf I MHC proteinleri gibi sınıf II proteinleri de, insan topluluğunda birçok varyantıyla ileri derecede polimorfiktir.

Bütün insanlar 12 kadar varyant oluşturabilir. Sınıf II proteinleri hücre proteinlerinden değil,

ama hücreler tarafından sindirilen eksternal proteinlerden kaynaklanan peptidlere bağlanır ve ortaya çıkarır.

Sınıf II MHC protein-peptit kompleksleri çeşitli yardımcı T hücrelerinin T-hücre reseptörlerinin hedeflerine bağlanır.

Tc hücreleri gibi TH hücreleri de, bireylerin kendi hücre proteinlerini tanıyanlar ortadan kaldırılarak, timusta sıkı bir eleme işlemi geçirir.

Timustaki eleme işlemi sırasında Tc ve TH hücrelerinin çoğu ortadan kaldırılmasına karşın çok sayıda kalan olur ve bunlar immün cevabı yerine getirir.

geriye kalan hücreler, özel bir kimyasal yapıyı bağlayabilen tek bir tip T hücre reseptörüne sahiptir.

Antikorların Antijen Bağlayan İki Aynı Yeri Vardır

İmmünoglobin G (IgG) antikor moleküllerinin ana sınıfıdır ve kan serumunda en bol bulunan proteinlerden birdir.

IgG’nin dört polipeptid zinciri vardır;

Büyük olan ikisi ağır zincir olarak adlandırılır

İki hafif zincir, kovalent olmayan ve disülfit bağlarıyla bağlı Mr 150, 000 olan bir kompleks oluşturur.

IgG molekülünün ağır zincirleri bir noktada etkileşir, daha sonra hafif zincirlerle ayrıca etkileşmek için dallanır ve Y şeklinde bir molekül oluşturur.

İmmünoglobulin IgG molekülünün tabanını dallarından ayıran “menteşe”lerde proteazlarla yarılabilir.

Proteaz papainle yarılmada kolaylıkla kristallendiği için, Fc adı verilen taban parçası ve antijen bağlanma bölgesi olan Fab adı verilen iki dal serbestleşir.

Her dalın tek bir antijen bağlanma bölgesi vardır.

İmmünglobulinlerin temel yapısı, ilk kez Gerald Edelman ve Rodney Porter tarafından belirlenmiştir.

Her zincir ayırdedilebilir alanlardan oluşmuştur; bazıları tüm IgG’lerin dizin ve yapıları sabittir, diğerleri değişkendir.

Sabit bölgeler, bütün beta sınıflarında iyi korunmuş yapısal bir motif olan immünglobulin kıvrımı olarak bilinen karakteristik bir bölgeye sahiptir.

Bu sabit bölgelerden üçü, bütün ağır zincirlerde ve hafif zincirlerin birinde bulunur.

Ağır ve hafif zincirler aynı zamanda değişken bir bölgeye sahiptir.

Bunlardaki değişikliğin çoğu amino asit kalıntılarının dizilimindedir.

Değişken bölgeler antijen bağlanma yerini oluşturur.

Omurgalıların çoğunda, IgG beş sınıf immünoglobulinden bir tanesidir.

Her sınıf, IgA, IgD, IgE, IgG ve IgM için sırasıyla α, β, ɛ, γ, ve μ olarak belirtilen karakteristik tipte bir ağır zincire sahiptir.

Bütün immünoglobulin sınıflarında iki tip hafif zincir, κ ve λ bulunur.

IgG, bellek B hücreleri tarafından başlatılan ikincil immün cevapta ana antikordur.

IgG daha önce karşılaşılan ve temas edilen antijenlere organizmanın süren immünitesini oluşturduğu için, kanda en bol bulunan immunoglobulindir.

IgG, saldıran bir bakteri veya virüse bağlandığında Saldırganın komplement sistemini aynı zamanda, saldırganı yok eden makrofajlar gibi belli lökositleri aktifleştirir

Makrofajların hücre yüzeyindeki başka reseptör sınıfları da IgG’nin Fc bölgesini tanır ve bağlar

Fc reseptörleri bir antikor-patojen kompleksine bağlandığında, makrofaj, fagositoz ile kompleksi yok eder.

Teşekkürler….