Biyokimya Textbook

Proteinler

Giriş

19. yüzyılın ortalarında (1839) Hollandalı kimyager Gerardus Mulder, hayvansal dokulara ve bitki özsuyuna özgü bir madde ayrıştırdı ve bunun evrendeki tüm organik maddeler içinde "şüpheye yer bırakmayacak şekilde en önemlisi olduğu ve yeryüzünde onsuz bir hayatın olamayacağı" kanısına vardı. Tanınmış İsveçli kimyacı Berzelius'un önerisi* üzerine Mulder, bu maddeye Grekçe birinci anlamına gelen proteios kelimesinden türetilen protein adını verdi.

Preteinler karbon, oksijen, hidrojen, azot ve kükürt elementleri içeren makromoleküllerdir. Azot içeriği proteinleri, azot atomları olmayan karbonhidrat ve lipitlerden ayrıcalıklı kılar. Proteinlerdeki azot içeriği yaklaşık % 16'dır.

Canlı sistemler içinde en fazla miktarda bulunan proteinler, işlevsel (dinamik) ve yapısal (statik) olmak üzere gruplandırılan ve diğer biyomoleküllerin hiçbirinde rastlanmayan çeşitlilikte temel fonksiyon yaparlar. Kimyasal dönüşümlerin katalizi, transport, metabolik kontrol, kasılma gibi olaylar, dinamik fonksiyonlar içinde yer alır. Kemiğin ve bağ dokusunun matriks proteinlerinin sağlanımı, organizmanın şeklinin ve yapısının oluşumu proteinlerin fonksiyonlarıdır.

En önemli dinamik protein sınıfından olan enzimler, biyolojik ortamda bir substratı ürüne dönüştüren kimyasal reaksiyonları kataliz eder. Canlı organizmadaki binlerce kimyasal reaksiyonun hemen hemen tümünü yaşamla bağdaşır bir şekilde sürdürmek, özgün bir enzimin kataliziyle olmaktadır. Sayısız genetik özellikler, fenotipi belirleyen kimyasal reaksiyonları katalizleyen enzimlerin senteziyle ortaya çıkar. Birçok genetik hastalık, enzim yapım düzeylerindeki değişiklikler veya özgün amino asit dizilişinin bozulması sonucu oluşmaktadır.

Transport, proteinlerin diğer önemli bir fonksiyonudur. Birçok protein, membranlar veya hücreler arasından molekül veya iyonların taşınmasında taşıyıcı olarak görev yapar.

Na+-K+-ATPaz ve glikoz taşıyıcıları membran proteinlerine örnektir. Akciğerden dokulara O2'i taşıyan hemoglobin, karaciğer ve bağırsaklardan diğer organlara lipitleri taşıyan düşün dansiteli lipoprotein (LDL) ve yüksek dansiteli lipoproteinler (HDL), diğer transport proteinleridir. Transferrin ve seruloplazmin, sırasıyla demir ve bakır taşıyan serum proteinleridir. Birçok ilaçlar ve toksik (zehirli) maddeler proteinlere bağlanarak taşınır.

Sinir impulslarının iletisi, proteinlerin nörotransmitter madde ile etkileşimleri sonucunda gerçekleşmektedir.

Kasılma mekanizmaları ve tüm hücresel hareketler de proteinler aracılığı ile olur. Miyozin, aktin ve benzleri kas kasılmasında görev yapan sitoskletal proteinlerdir. Hücre bölünmesi, endositoz, eksositoz ve lökositlerin hareketleri sitoskletal proteinlerle gerçekleşir.

Çeşitli proteinlerin koruyucu fonksiyonları vardır. Omurgalıların deri hücrelerindeki protein keratin, organizmanın kimyasal ve mekanik hasara karşı konunmasına yardımcı olur. Pıhtılaşma proteinleri fibrinojen ve trombin, kan damarları hasarlandığı zaman kan kaybını önleyen, immunglobülinler (antikorlar) ve interferon, bakteriyel ve viral infeksiyonlara karşı vücudu koruyan proteinlerdir.

Bir hormunun veya bir büyüme faktörünün hedef hücresindeki reseptörüne bağlanması, hücresel fonksiyonu değiştirmek yoluyla metabolizmayı düzenlemektedir. Hücre büyümesi ve bölünmesini uyaran büyüme hormonu, kan glikoz düzeyini kontrol eden insülin ve glukagon dahil birçok protein / peptid yapılı hormon, metabolik kontrol yapan proteinlere örnektir. Büyüme faktörü (örneğin trombosit-türevi büyüme faktörü = PDGF ve epidermal büyüme faktörü = EGF), hayvansal hücre bölünmesi ve farklılaşmasını kontol eden polipeptidlerdir.

Genetik kontrol ve düzenlenim yapan proteinler gen kayıtlanmasını ve çevirisini kontrol eder ve düzenler. Bu proteinler içinde, DNA ile etkileşen histonlar, gen kayıtlanmasını konrol eden baskılayıcı ve çoğaltıcı kayıtlama faktörleri ve theteronükleer RNA parçacılarının ve ribozomların bir kısmını oluşturan proteinler yer almaktadır.

Bazı proteinler, temel besin maddeleri deposu olarak görev yapmaktadır. Örneğin canlıların gelişimi sırasında organik azotun zengin kaynakları kuş yumurtasındaki ovalbümin ve memelilerin sütündeki kazein adlı proteinlerdir. Zein gibi bitkisel proteinler çimlenmiş tohumda benzer bir rol alır. Ayrıca organizmada bazı elementlerin deposu olarak görev yapan proteinler de vardır. Örneğin, karaciğer, dalak, kemik iliği ve daha az olarak da bağırsak mukozasında bulunan ferritin depo proteinleridir. Miyoglobin, kas dokusunda ve yalnızca oksijeni bağlayarak depo edebilen bir proteindir.

Ayrıca bazı proteinler, canlı organizmanın biyolojik olmayan ekzojen uyarılara yanıtından sorumludur. Genellikle bir takım toksik bileşikleri daha az toksik türevlere dönüştüren hayvan ve bitkilerde bulunan farklı bir enzim grubu olan sitokrom P450, ve kadmiyum, civa, gümüş gibi toksik metallere bağlanan ve onların etkilerini kaldıran tüm memeli hücrelerindeki sisteinden zengin intrasellüler protein metallotiyonein, buna örnektir. Aşırı yüksek ısı gibi fiziksel stresler, hasar görmüş proteinlerin doğru bir şekilde yeniden katlanmasını hızlandıran ışı şok proteinleri (hsps) denilen bir protein sınıfının sentezine yol açmaktadır. Proteinler ciddi bir hasara uğradıklarında ısı şok proteinleri onların yıkımını uyarır. Hücreler, DNA onarım enzimleri tarafından radyasyondan korunur.

Yapısal (statik) proteinler olan kollajen, elastin, keratin "organizmada tuğla ve harç gibi" görev yapar. Bağ dokusunun başlıca bileşeni olan kollajen, bulunduğu yerlere mekanik yapısal dayanıklılık verir. Lastik gibi esnek bir protein olan elastin, vücudun çeşitli yerlerinde bağ dokusunun fiziksel özelliğini verir. Keratin, saç, tırnak, boynuz, tüy, yün, balık pulunda bulunan başlıca yapısal bileşiklerdir.

Fonksiyonlarının çeşitliliğinden dolayı proteinlerin sınıflandırılmasında çoğunlukla (1) şekilsel (2) bileşimsel olmak üzere iki ek yol kullanılır. Proteinler şekillerine dayanarak başlıca iki gruba ayrılır: Fibröz proteinler suda erimeyen ve fiziksel olarak dayanıklı, uzun lifli, yapısal destek görevi yhapann moleküllerdir. Globüler proteinler suda eriyebilen yoğun sferik(küresel) moleküllerdir. Metabolizmada önemli dinamik fonksiyonları üstlenirler.

Proteinler bilelimlerine göre, basit veya bileşik (konjüge) olarak sınıflandırılmaktadır. Serum albümin ve keratin gibi basit proteinler yalnızca aminoasit içerirler. Buna karşılık, her konjüge proteinin bileşiminde protein olmayan bir kısım yer alır. Protein olmayan kısmına prostetik grup, bu grup dışındaki kısmına apoprotein denir. Prostetik gruplar, proteinlerin fonksiyonlarında en önemli rolü oynar. Konjüge proteinler, prostetik gruplarının türüne göre sınıflandırılır. Örneğin, karbonhidrat içerenlere glikoproteinler, lipit bileşeni olanlara lipoproteinler, metal içerenlere metalloproteinler denir. Fosfoproteinlerde fosfat grupları, hemoproteinlerde hem grupları yer alır.

Bir veya daha fazla polipeptidlerin birleşmesinden oluşan proteinlerin molekül ağırlıkları birkaç bin daltondan milyonlara kadar değişebilir. Her bir polipeptid, peptid bağları ile uzun zincirler halinde düzenli bir şekilde bağlanmış birçok amino asitten oluşur.