post transkrİpsİyonel...
TRANSCRIPT
POST TRANSLASYONEL MODİFİKASYONLAR
Proteinlerin yapısal ve işlevsel özelliklerini kazanması için
translasyon aşamasında ya da translasyon bittikten sonra bazı
modifikasyonlara uğraması gerekmektedir.
Polipeptidin sentezi fonksiyonel proteinin üretimine eşdeğer
değildir.
Kullanılır hale gelmesi için polipeptidin son üç boyutlu
konformasyonuna katlanması ve birçok durumda da,
fonksiyonel kompleksi oluşturmak üzere polipeptid
zincirlerinin bir araya gelmeleri gerekir.
Ek olarak birçok protein hücre içinde doğru yerleşim ve
fonksiyonları için kritik olan kesim, karbohidratlarm ve
lipidlerin kovalent bağlanması da dahil olmak üzere daha ileri
değişimlere gitmektedir.
G. Walsh; Proteins, Wiley 2005
Şaperonlar ve Protein Katlanması
Christian Anfinsen'in in vitro ortamda denatüre RNaz‘ın kendiliğinden
aktif konformasyonunu aldığını gösterdiği deneyler sonucunda bilim
dünyasında tüm proteinlerin kendi kendiliğine katlandığı fikrinin ortaya
çıkmasını sağlamıştır.
Bu görüşe göre; Protein katlanması ek hücresel faktörlerin
gerekmediği, kendi kendine toparlanma gibi görülmekte idi.
Fakat yapılan yeni çalışmalar kendiliğinden bir araya gelmenin hücre
içindeki protein katlanması için yeterli bir tanım olmadığını
göstermiştir.
Proteinlerin hücre içindeki doğru katlanması başka proteinlerin
aktiviteleri aracılığı ile gerçekleştiği anlaşılmıştır.
Diğer proteinlerin katlanmasını kolaylaştıran proteinler moleküler
şaperonlar olarak adlandırılırlar.
Şaperonların, polipeptidlerin doğru üç boyutlu yapıya
katlanması için gerekli olan ek bilgileri taşımadığını ve
proteinlerin katlanmış konformasyonlarının sadece onun
amino asit dizini tarafından tanımlandığını belirtmek
gerekir.
Şaperonlar daha çok kendiliğinden bir araya gelme
sürecinde yardımcı olarak protein katlanmasını
katalizlerler.
Şaperonlar, en son doğru katlanmaya giden yolda ara ürün
olan katlanmamış veya kısmen katlanmış polipeptidlere
bağlanarak ve kararlılıklarını sağlayarak işlev görürler.
Şaperonların yokluğunda, katlanmamış veya kısmen katlanmış
polipeptid zincirleri, genellikle hatalı katlanarak veya çözünmeyen
birikimler oluşturarak kararsız hal alır ve yıkılırlar.
Katlanmamış polipeptidlere şaperonlar bağlanarak onları stabilize
eder, böylece, hatalı katlanmayı veya kümelenmeyi engelleyerek
polipeptidlerin doğru konformasyona katlanmasına olanak sağlarlar.
Şaperonların, ribozom üzerinde sentezlenmekte olan yeni polipeptid
zincirine bağlanarak hatalı katlanmayı ya da sentez bitmeden
polipeptidin amino ucunun kıvrılmasını önlemesi güzel bir örnek
oluşturur.
Şaperonlar aynı zamanda katlanmamış polipeptid zincirlerinin
organellere taşınması sırasında da (örneğin; proteinlerin sitozolden
mitokondriye taşınmasında olduğu gibi) kararlı halde tutarlar.
Bugün moleküler şaperon olarak iş gördüğü bilinen proteinlerin
çoğu başlangıçta ısı-şok proteinleri (heat-shock proteins) olarak
tanımlanan, çevresel stres ve yüksek sıcaklıkta eksprese edilen
bir protein grubudur.
Hsp70 ailesinin üyeleri polipeptidlerin, endoplazmik
retikulum ve mitokondri gibi çeşitli hücresel
kompartmanlara taşınmasında olduğu kadar, çevrim sırasında
yeni sentezlenen, katlanmamış polipeptid zincirlerini
stabilize ederek de görev yapar.
Hsp60 ailesinin üyeleri (aynı zamanda şaperoninler olarak
da adlandırılırlar) proteinlerin, kendilerine özgü
konformasyonlarına katlanmalarını da kolaylaştırır.
Her şaperonin, birbirinin üzerine oturarak, iki halkalı bir
silindirik yapı oluşturan, her biri yaklaşık 60 kilodaltonluk
(kd) 14 alt birimden oluşur.
Protein Katlanmasında Enzimler
Kısmen katlanmış ara ürünlere bağlanıp stabilize
ederek protein katlanmasını kolaylaştıran şaperonlara ilave olarak
hücreler, protein katlanmasını katalizleyen en az iki tip enzim
bulundururlar.
Birçok proteinin katlanmış yapısının kararlı hale
gelmesinde, sistein amino asitleri arasındaki disülfit bağı oluşumu
önemlidir.
Protein disülfit izomeraz, bu bağların yıkımını ve tekrar
oluşumunu katalizler.
Protein katlanmasında rol oynayan ikinci
enzim prolinlerin katıldığı peptid bağlarının
izomerizasyonunu katalizler.
Prolin, peptid bağlarının sis ve trans
konformasyonunu eşit dağılımdan biraz daha
trans forma geçmesini tercih ettiren sıra dışı
bir amino asittir.
Buna karşılık diğer amino asitler arasındaki
peptid bağları hemen her zaman trans
formdadır.
Proteinlerin katlanmasında hız sınırlayıcı
aşama olma özelliği taşıyan prolil-peptid
bağlarının sis ve trans konfigürasyonları
arasındaki izomer dönüşümü peptidil prolil
izomeraz tarafından katalizlenir.
Proteolitik Aktiviteler
Bu olaylar; genellikle protein sentezi bittikten sonra
gerçekleşir.
Peptid zincirinin özgün bir bölgesinin kesilip zincirden
ayrılması ile sonuçlanır.
Hemen hemen tüm proteinler böyle bir işleme uğramaktadır.
Bakterilerde N-terminal ucun kesilmesi ve Ökaryotta
hücresel organellere taşınacak ya da hücre dışına salınacak
proteinlerin sinyal sekanslarının kesilmesi örnek olarak
verilebilir.
Bu işleme mekanizmasına uğramayan proteinler inaktif
halde kalır.
Bu mekanizmada insülin
öncüsü ER’a girdikten sonra
ana yapıda bulunan disülfit
bağları oluşur ve salgı kesesi
içinde bulunan proteazlar ile
ara peptid yapısı kesilir.
Böylece aktif insülin
oluşur.
SRP: Signal Recognition Particle
Glikozillenme
Bir çok protein, özellikle ökaryot hücrelerde, glikozillenme adı
verilen süreçte, karbohidrat eklenerek değiştirilir.
Bir çok nükleer ve sitoplazmik protein de glikozillenmekle
birlikte, karbonhidrat zincirinin eklendiği proteinler
(glikoprotein) genellikle salgılanır veya hücre yüzeyinde yer
alırlar.
Glikoproteinlerin karbohidrat kısımları endoplazmik
retikulumda protein katlanmasında, proteinlerin uygun hücresel
bölgelere hedeflenmesinde ve hücre-hücre etkileşim
bölgelerinin tanınmasında önemli rol oynar.
Glikoproteinler karbohidrat yan
gruplarının takılma bölgesine bağlı
olarak N-bağlı veya O-bağlı olarak
sınıflandırılırlar.
N-bağlı glikoproteinlerde
karbohidrat, asparajin yan
grubundaki nitrojen atomuna takılır.
O-bağlı glikoproteinlerde, treonin
veya serin yan grubundaki oksijen
atomu karbohidrat için takılma
bölgesidir.
Ökaryotta proteinlerin sentezleri bitmeden endoplazmik retikulumda
glikozillenmeleri de başlar.
İlk aşama, yaygın olarak bulunan 14 şekerli bir oligosakkaridin (2 N-
asetilglukozamin, 3 glukoz ve 9 mannoz), sentezlenmekte olan polipeptid
zincirindeki bir asparajine transferidir.
Daha sonra translasyon bittikten sonra bu karbonhidrat zincirinin işlenmesi golgi
de gerçekleştirilir.
Lipidlerin Eklenmesi
Ökaryot hücrelerde bazı proteinler polipeptid zincirine lipid takılması ile
modifiye olurlar.
Hidrofobik lipidler zarlarla etkileşebildikleri için bu değişiklikler, proteinleri
plazma zarına yönlendirir ve yerleştirir.
Plazma zarının sitozolik yüzü ile ilişkili olan ökaryot proteinlerinde;
palmitoillenme, prenillenme ve N-miristillenme olmak üzere üç genel tipte lipit
eklentisi yaygındır.
Dördüncü bir modifikasyon glikolipidlerin ilavesidir ki, hücre yüzey
proteinlerini, plazma zarının hücre dışına bakan yüzüne yerleştirmede önemli
rol oynar.
Bazı proteinlerde, proteine çevrim sırasında uzamakta olan polipeptit
zincirinin amino ucuna bir yağ asidi takılır.
N-miristillenme olarak adlandırılan bu işlemde, miristik asit (14 karbonlu bir
yağ asidi) N-ucu glisin birimine takılır.
Lipidler sistein, serin ve treonin amino
asitlerinin yan zincirlerine de bağlanabilir.
Bu tipte modifikasyonun önemli bir örneği
prenillenmedir.
Burada özgül tipte lipidler (prenil grupları),
polipeptit zincirinin C-ucuna yakın bölgede
yerleşik sisteinlerin kükürt atomuna
bağlanırlar
İlk olarak, prenil grubu, polipeptid zincirinin
karboksi ucundan üç amino asit önce yer alan
sisteine eklenir.
Bu reaksiyonda takılan prenil grubu ya
farnezil (15 karbonlu) ya da geranildir (20
karbonlu).
Daha sonra sisteini takibeden amino asitler
uzaklaştırılır ve sistein karboksi ucunda kalır.
Son olarak C-ucundaki sistein amino asidinin
karboksil grubuna metil grubu eklenir.
Üçüncü bir yağ asidi modifikasyon tipi; 16 karbonlu
palmitik asidin iç sisteinlerin yan grubundaki kükürt
atomlarına eklenmesiyle gerçekleşen palmitillenmedir.
Son olarak, oligosakkaridlere bağlı
lipidler (glikolipidler), bazı
proteinlerin C-ucu karboksil grubuna
eklenerek, bu proteinlerin plazma
zarının dış yüzüne yerleşmeleri
sağlanır.
Bu proteinlere takılı olan
glikolipidler, fosfotidilinositol
içerdikleri için, genellikle
glikozilfosfotidilinositol veya GPI
çıpası olarak adlandırılırlar
Protein Fosforillenmesi
Protein fosforillenmesi,
fosfat grubunu ATP'den
serin, treonin veya
tirozinin yan
zincirlerindeki hidroksil
grubuna transfer eden
protein kinazlar
tarafından katalizlenir
Kaynaklar
1)The Cell - A Molecular Approach; Cooper, Geoffrey
M. 2000
2)Molecular Cell Biology; Lodish, H. 2000
3)Molecular Biology of the Cell; Alberts, B. 2002
4)Proteins; Walsh, G. 2005
5)Biochemistry; Voet, D., Voet J., 2004
6)N-linked protein glycosylation: from eukaroytes to
bacteria; Michael Wacker, Phd Thesis Zurich 2002