Proteinlerin Hücre İçi Hareketleri ve Fonksiyonları

Proteinlerin Hücre İçi
Hareketleri ve
Fonksiyonları
• İnsan Genomu Projesinin temel amacı, tüm insan
genomunun dizisini ve bütün genlerini
belirleyerek bir başvuru kaynağını oluşturmaktı.
• En fazla geni 1. kromozom (2.968) ve en
az geni Y kromozomu (231) içermektedir.
• Aynı gen alternatif mRNA kesilmeleri ve
kimyasal değişikliklere bağlı olarak değişik
proteinleri kodlayabilir.
• Proteomiks: Protein sentez ve işlevlerinin
incelenerek hücre içindeki süreçlerinin
aydınlatılmaları.
Prokaryotlarda Santral Dogma
The Central Dogma in prokaryotic cells
In the absence of a nuclear membrane, DNA Transcription and RNA
Translation are not physically separated.
Serbest ribozom yada polizomlar
hangi proteinleri sentezler?
 Sitozolde aktivite gösteren enzimler (ATPaz vb.)
Fibril ve keratin gibi hücre içi fonksiyonal proteinler,
Nüklear proteinler,
Ribozomal proteinler,
Peroksizomal proteinler
Mitokondrial proteinler
• Nükleusa gidecek olan proteinler nükleer
lokalizasyon sinyali taşır ki bunlar pozitif
yüklü a.a residülerden oluşmuştur.
• Bu sinyal proteinin nükleer porlardan
geçerek nükleusa girmesini sağlar
Sinyal hipotezi;
SRP, SRP-reseptör,
translokator
SRP
GDP
Olgunlaşmamış
polipeptid
üzerinde sinyal
peptid
SRP
reseptörü
ER membranı
ER lümeni
Translokan
Proteinlerin transportu
• Hücre dışına bırakılmasına eksositoz veya
sekresyon adı verilir.
Proteinlerin hücre içine
alınmasına endositoz
•
•
•
•
Kanallar
Pasif taşıyıcılar
ATP’ye bağımlı pompalar
Ko-transportlar
İle iyonlar ve küçük bileşenleri hücre içine
alırlar veya çıkarırlar.
Proteinler
• Amino asitlerin polimerleşmesi ile meydana
gelmiş makromoleküllerdir.
• Büyük moleküller olmalarına rağmen
basitçe dizayn edilmişlerdir.
• Herbiri linear olan L-amino asitler
monomerik ünitelerdir.
Alfa amino asit;
• Karboksilik asit olup,
• Alfa karbona bağlı bir amino grubu içerir.
• Alfa karbon ayrıca bir hidrojen atomu ve değişken
R grubuna da bağlıdır.
Amino asit yapısı
• Bir a.a’in amino grubu diğer aa’in karboksil
grubu ile reaksiyona girer ve bir molekül
H2O çıkar.
• Peptid bağı olarak bilinen kovalent bağ
meydana gelir.
• 10 yada daha fazla a.a peptid bağı ile
birbirine bağlanırsa polipeptid zinciri
meydana gelir.
Polipeptid ve protein
• Polipeptidler proteinlerin öncüleridir.
• Translasyon sonrası ribozomdan salınan
polipeptidler katlanarak daha yüksek bir
yapıya ulaşırlar
• Bir çok durumda bu yapı birden fazla
polipeptid zincirinin bir araya gelmesi ile
oluşur.
• Proteinlerin polipeptid zincirleri, nükleik
asitler gibi düz ve dallanma göstermeyen
biyolojik polimerlerdir.
• Yapıtaşları olarak 20 çeşit aa vardır.
Primer-birincil
• Polipeptidin doğrusal iskeletini oluşturan
aa dizisi onun primer yapısıdır.
• Polipeptidin primer yapısı proteinin
karakteristik
yapısını
almasında
yardımcı olur.
Sekonder-ikincil
• Polipeptid zincirine komşu a.a’ lerin
oluşturduğu düzenli ve tekrarlayan
konfigürasyon
• Alfa heliks
• Beta pileli tabaka
Ras proteininin kristal yapısı; 6 beta ipliği, 4 alfa
heliks yapısı ve 9 da bağlayıcı ilmeği vardır
• Tersiyer yapısı uzaydaki üç boyutlu
konformasyonu ifade eder.
• Kuarterner yapı düzeyi birden fazla
polipeptid zinciri içeren proteinler için
söz konusudur.
Hemoglobin 2 alfa 2 beta ve hem
grubu
Proteinlerin katlanmaları
• Proteinleri katlanmaları sonucu üç boyutlu
yapıya gelirler ve bu yapı proteinlerin
fonksiyon görmeleri için gereken yapıdır.
• Protein yapı içinde özgün bağlanma
bölgeleri içerirler
• Spontan katlanabilirler
• a.a’lerin kimyasal özelliklerine göre
• Şaperonlar ökaryot ve prokaryotlardaki başlıca
proteinlerdir.
Yeni oluşmuş bir polipeptid zincirinin katlanmasına
yardımcı olur.
- Denature proteinlerin yeniden katlanmalarını sağlar,
- Proteinlerin hidrofobik parçalarının agregatlar
oluşturmasını da önleyebilir.
Proteinlerin katlanması
• Ubiquitin, 76-amino asit lik
uzun bir polipeptid.
• İntrasitoplazmik
proteinlerin
degradasyonunda önemli bir rol
oynar.
• hsp8 olarak da adlandırılır.
• Ubiquitin
proteasomlarla
birlikte fonksiyon görür.
• Proteinler katlanmamış ve birleşmemiş ise
Endoplazmik retikulumdan çıkamazlar.
• Yanlış katlanmış
• Kısmen birleşmiş ise
• Şaperonların etkisi ile ER’da birikir.
Proteinlerin regulasyonu
• Hücrenin dış ve iç uyaranlara
cevap verebilmesi için içerdiği
proteinlerin aktivitelerini regüle
etmelidir.
1-Hücredeki proteinleri azaltmak veya arttırmaktır
2- Diğer moleküller ile non- kovalent bağlanma
3-Kovalent bağ ile proteinlerin modifikasyonu aa yan
zincirlerine eklenmeler olur ( sistein rezidüler
arasında kovalent bağ)
- Proteinlerin maturasyonu sırasında ER da bağlı
sistein residüleri okside olur
- Bir veya daha fazla peptid bağının kesilmesi ile
proteolitik modifikasyon olur
• Son üç mekanizma proteinin aktivasyonu
veya inaktivasyonu için kullanılır.
• Çünkü bu modifikasyonlar proteinin şeklini
değiştir
- Bağlanma reaksiyonları ve kovalent
modifikasyonlar reversible
- Proteinin proteolizisi ise irreversible
değişikliktir.
Bağlanma reaksiyonları
• Moleküler interaksiyonlar genellikle bir
şeklin tamamlayıcısı olan iki yüzey arasında
oluşur.
• Bir proteinin (enzim) bir reaksiyonu
katalizlemesi onun substratını bağlaması ile
oluşur.
Kovalent modifikasyonlar
• Bir proteinin regule etmek için kullanılan en
sık modifikasyon fosforilasyondur.
• Treonin, serine, tirozin yan zincirinin
hidroksil grubuna fosfat grubunun
eklenmesi ile oluşur.
• Fosforilasyon reaksiyonları kinaz
enzimlerini katalizler
• Fosfat kaynağı ise ATPdir
Proteinler nasıl çalışır?
Sorular???
• İşleri ???
• Yapısal özellikleri ???
• Fonksiyonları ???
Antikor (IgG),
Hemoglobin, Insulin (hormon), Adenylate Kinase (enzim),
Glutamine Synthetase (enzim).
•
•
•
•
Sinyal iletimi
metabolizma.
katabolizma-proteazlar
Ve diğerleri -glikozidazlar
Dihydrofolat redüktaz
• Bir protein, selektif olarak diğer molekülleri
bağlar?
• Reaksiyonları nasıl katalizler?
• İlaçlarla nasıl çalışır?
Dihydrofolat redüktaz
• DHFR bir enzimdir.
• dTTP (deoksitimidin trifosfat)
sentezinde kullanılan bir nükleotit.
DNA
• DHFR, dTTP sentezindeki metabolik yolun
bir basamağını katalizler.
Dihydrofolat redüktaz
• DHFR enzimi ve NADPH (nicotinanid adenin
dinükleotit fosfat) nin koenzimi
• 7,8-dihydrofolate’nın 5, 6, 7, 8 -tetrahydrofolate,
indirgenmesini katalizler
• Tetrahydrofolate, pürin ve pirimidin sentezinde
metil guplar için bir kaynaktır.
Dihydrofolat redüktaz
• Tetrahydrofolate metilen (CH2) grubunu
serinden alıp, deoksiurasil monofosfatın
urasil halkasına transfer eder. ,
dTMP
dTTP
DHFR
dihdrofolate
tetrahydrofolate
Serin’den methylene grub
NADPH
+ H+
NADP+
methylene
tetrahydrofolate
deoxyuracil
monophosphate
dTMP
dTTP
DNA
Oksidasyon-redüksiyon
• Bir elektron bir bileşikten diğerine transfer edilir.
• DHFR katalizi ile,
-Elektron vericisi- NADPH ( nikotinamid adenin
dinükleotit fosfat) hidrojen iyonunu dihidrofolata
verir.
-H2O ikinci protonu dihidrofolata verir.
SONUÇ: İki Hidrojen atomu (5. ve 6. pozisyonda)
dihidrofolat yapısında ortaya çıkar.
DHFR reaksiyon hızını arttırmak için
neler yapar???
• NADPH ve dihidrofolatı uygun şartlarda
biraraya getirir
DHFR reaksiyon hızını arttırmak için neler
yapar???
• dihidrofolat için proton sağlayacak olan su
molekülünü bağlar.
DHFR substratı nasıl bağlar???
• Enzim – substrat ilişkisi enzimin “aktif
kısmı” denilen özel bir bölümünde oluşur.
• Aktif kısmın şekli substratının şekline
uyumludur (tamamlayıcıdır)
Dihydrofolat redüktaz
Nükleotit biyosentezinde
rol oynayan enzimler
kemoterapötik
ilaçlar için mükemmel
hedefler.
Dihydrofolat redüktaz
• Bu enzim aktivitesinin bloke edilmesi
Kanser, Sıtma, AIDS ile ilişkili hastalıkların
rol oynar.
tedavisinde
• 1940 yılında George
Hitchings purin ve
pirimidin
analoglarının
kemoterapotik ajanlar
olarak yararlı
olabileceğini öne
sürdü.
Deneysel çalışmalar
Bakterilerde ;
• 2,6 diaminopyrimidine
• 2,6 diaminopurinlerin
Bakterinin büyümesini inhibe ettiğini aynı etki,
• Malarya
• Parazit
• Tümör hücrelerine karşıda görüldü
Hitchings ve Elion 1988 yılında
Nobel ödülü aldılar
Methotrexate
• Bu çalışmalardan sonra Methotrexate
sentezlendi
• Çocukluk çağı lösemilerinde kullanıldı.
• Hastalıkta yararlı olduğu görüldü.
• DHFR’ yi inhibe eden ilaçlar DNA
sentezini durdururlar.
• Methotrexate DHFR’yi inhibe
kanser tedavisinde kullanılır.
ederek
Methotrexate
• DHFR’ni aktive kısmına dihidrofolate’ten
daha sıkı bağlanarak DHFR’yi inhibe eder.
p53
• Normal hücreler düşük düzeyde p53
proteini içerirler.
• DNA’nın UV ile ışınlanması ile artar.
- Hücre döngüsünü durdurabilir.
- Apopitoza öncülük eden bir seri olayı
başlatır
• Hücre döngüsünün G1’den S’e geçişini kontrol
eder.
• Hücreler DNA hasarını tamir edemezler ve
sonuçta yüksek oranda mutasyona sahip olurlar.
p53, “genomun gardiyanı”
p53 proteini
• Fonksiyonları:
- G1 fazında siklusun durdurulması ve
hücreye yeterli süre tanıyarak DNA
onarımının sağlanması
- Apoptozis yolu ile defektif hücrenin ortadan
kaldırımasını sağlar
Kaynaklar
• www.ncbi.nlm.nih.gov
• www.nature.com