Proteinler (Biyoloji)
 

PROTEİNLER


Proteinler çok çeşitli görevleri olan biyokimyasal polimerlerdir. Görevleri arasında: organizmanın yapısal elemanı olmaları, katalitik, regülatör, taşıma, savunma, besin ve depo oluşturmaları, hareket sağlayıcı eleman olmaları gelir. Basit proteinler bir veya birden fazla polipeptid zincirinden oluşur. Birleşik (konjuge) proteinler apoproteine ek olarak lipid, karbohidrat, nükleik asit, metal gibi protein dışı gruplar içerirler. Molekül şekli bakımından globüler proteinler veya fibröz proteinler olarak tanımlanırlar. Yapı, fonksiyonla çok yakından ilişkilidir. Proteinler, poliamfolittirler. İzoelektrik nokta yan grupların cins ve sayısına göre değişir. Çözünürlük, amino asit dizisi, molekül ağırlığı ve biçimi, pH, çözücü ve elektrolit konsantrasyonuna bağlı olarak değişir. Aromatik yan gruplara bağlı olarak yakın UV bölgede ve peptid bağları nedeniyle de 200 nm civarında absorbsiyon gösterirler. Proteinler, birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül olmak üzere dört yapı düzeni altında incelenir. Birincil yapı amino asit cins, sayı ve dizilişini gösterir ve genetik kod tarafından belirlenir. Polipeptid zincirinin hidrojen bağları sayesinde düzenli yapılar halinde katlanması ikincil yapı düzeni olarak adlandırılır. ? heliks ve ? tabaka en çok rastlanan ikincil yapı tipleridir. Bazı proteinler tek tip ikincil yapıya sahipken, bir kısmı da karışık tip ikincil yapı gösterir. Tek tip ikincil yapıya sahip proteinler fibröz (örnek: keratin, fibroin) ve karışık tip ikincil yapıya sahip proteinler globüler (örnek: çeşitli enzimler, myoglobin) yapıdadırlar. Proteindeki ikincil yapı grupları süpersekonder motifleri ve sonuçta proteinin üç boyutlu katlanmış yapısını -üçüncül yapı düzenini- oluşturur. Birden fazla polipeptid zincirine sahip proteinlerdeki bu altbirimlerin birbirine göre organizasyonu dördüncül yapı olarak adlandırılır. Bu yapı düzenleri primer yapı ve dolayısıyla genetik kod tarafından belirlenir. Proteinlerin birincil yapı dışındaki yapı özelliklerini kaybetmelerine denatürasyon, tekrar üç boyutlu yapılarını kazanmalarına renatürasyon denir. Denatüre proteinler biyolojik aktivitelerini kaybeder ve renatüre olunca geri kazanırlar. Proteinler, konsantre asit veya baz ile yüksek sıcaklıkta uzun süre muamele edilince amino asitlerine kadar parçalanırlar. Çeşitli proteazlar ise, proteinleri özgül bölgelerden hidroliz ederek oligopeptidler oluşturur. Proteinlerin saflaştırılması için, tuz kesitlemesi, santrifugasyon, çeşitli kromatografik ve elektroforetik yöntemler gibi teknikler kullanılır. Protein analizinde ise spektrofotometrik ve elektroforetik metodlar gibi çeşitli yöntemlerden yararlanılır

Tüm canlıların yapısında, sudan sonra en çok bulunan temel yapı maddeleri proteinlerdir.Bu nedenle canlıların kuru ağırlıklarının yaklaşık yarısı proteinlerdir.

Proteinlerin Yapısı

Proteinlerin yapıları karbon , hidrojen , oksijen elementlerinin yanı sıra azot elementinden oluşur.Proteinlerde ayrıca kükürt , fosfor gibi elementler de bulunabilir.
Proteinlerin yapıtaşları amino asitlerdir.Canlıların yapısında 20 çeşit amino asit bulunur.Amino asitlerin birbirlerine peptit (amid) bağlarıyla bağlanması (Dehidrasyonu veya peptitleşmesi) ile peptitler , polipeptitler ve proteinler entezlenir.

Aminoasitlerin R ile gösterilen değişken grubu herhangi bir atom ya da atom grubu olabilir.Böylece farklı aminoasit çeşitleri oluşur.Örneğin; R yerine hidrojen bağlanırsa glisin , CH3 grubu bağlanırsa alanin denilen aminoasit çeşitleri oluşur.Amino asitlerin n tanesi n-1 tane su vererek peptit bağlarıyla bağlanıp proteinleri oluşturur.Peptitleşme denilen bu olayı şöyle genelleştirebiliriz.
Her canlıdaki , hatta bir canlının farklı dokularındaki protein çeşitleri birbirinden farklıdır.Bu da proteini oluşturan amino asitlerin çeşidi , sayısı ve sırasına yani dizilişini farkından kaynaklanır.Çünkü canlıların hücrelerinde her protein çeşidinin sentezini yöneten genler birbirinden farklıdır.

Hayvanların yedikleri proteinler sindirim organlarında sırasıyla pepton , peptit ve sonunda amino asitlere ayrılır.Hücrelere taşınan amino asitlerle canlının kendi proteinleri sentezlenir.

Proteinler canlılarda şu amaçlarla kullanılır
1-) Hücrelerin yapım ve onarımında sadece protein ya da glikoprotein , lipoprotein halinde yapı elemanı olarak.

2-) Yaşamsal olayların düzenlenmesinde kullanılan enzimlerin oluşturulmasında . Örneğin solunum sindirim enzimleri gibi.

3-) Kasların kasılmasını sağlayan kasıcı protein olarak. Örneğin aktin ve miyozinler gibi.

4-) Çoğu doku ve organların çalışmasını düzenleyen hormon olarak. Örneğin kan şekerinin miktarını düzenleyen insülin ve glukagon gibi.

5-) Doku ve organlar arasında madde taşıyıcısı olarak. Örneğin , O2 ve CO2 taşıyan hemoglobin gibi.

6-) Hayvanların vücudunu yabancı maddelere karşı koruyucu olarak. Örneğin , kandaki antikorlar gibi.

7-) Toksin vb. maddelerin üretilmesinde. Örneğin , yılan zehirleri gibi.

8-) Depo proteinleri olarak. Örneğin , kandaki albümin gibi.

9-) Canlıda , enerji sağlamak üzere kullanılan karbonhirat ve yağlar yeterli olmadığında enerji verici olarak.Uzun süreli açlıkta olduğu gibi.
Hayvansal besinlerden kırmızı et , beyaz et , süt , yumurta ; bitkisel besinlerden fasulye , mercimek gibi baklagiller proteinler yönünden zengin yiyeceklerdir.Proteinlerin , canlılardaki en çok işleve sahip çeşidi enzimlerdir.


PROTEİN MOLEKÜLLERİNİN YAPISI

Hem hücrelerin oluşmasında , hem de işlevlerini gerçekleştirmelerinde temel maddeler proteinlerdir.Bu nedenle hücrelerin yaşamlarını sürdürebilmeleri , öncelikle protein sentezlemelerine bağlıdır.Hücrenin DNA’larındaki bilgilere uygun protein sentezi , “santral doğma” adı verilen aşağıdaki sırayla yapılır:


Transkripsiyon Translasyon
DNA -----------------------> RNA ---------------------------> PROTEİN
(Yazılma) (Çeviri)

Hücrenin , her çeşit proteinin yapımını sağlayan bu olay , sırasıyla aşağıdaki gibi gerçekleşir:

1-) Yapılacak proteinlerle ilgili bilgilere sahip olan molekül , hücrenin çekirdeğindeki DNA’lardır.Her bir proteinlerle ilgili bilgi , iki iplikli DNA’nın anlamlı iplik denilen bir ipliğinden , elçi RNA’lara (mRNA) aktarılır.Oluşan mRNA’da en az , sentezlenecek proteindeki amino asit sayısı kadar kodon bulunur.DNA bilgilerini mRNA’ya yazılması anlamına gelen bu olaya transkripsiyon denir.

2-) DNA şifrelerini alan mRNA , çekirdek zarının porlarında sitoplazmaya geçer.Sitoplazmada , ribozomların küçük ve büyük alt birimleri arasına bağlanarak orada kalıp görevi yapar.

3-) DNA’ların , sentezleyip sitoplazmaya gönderdiği taşıyıcı RNA’lar (tRNA’lar) , antikodonlarına (tRNA’nın alt ucundaki , 3 nükleotitten oluşan kodonun karşılığına) uygun olan amino asitlerden her defasında bir tane alıp ribozomlara gelir.tRNA , antikodonuyla ribozomdaki mRNA’nın uygun kodonuna (mRNA’nın , 3 nükleotitten oluşan ve 1 amino asit bağlatmakla görevli kısmına) (nüleotitlerin ; G ile S , A ile U karşılıklı gelecek şekilde) bağlanır.Getirdiği amino asiti , ribozom üzerine aktarıp sitoplazmaya döner.RNA bilgilerini proteine çevrilmesi anlamına gelen bu olaya translasyon denir.Bu şekilde , her bir amino asidi taşıyan en az bir çeşit tRNA vardır.Bu nedenle , hücrede en az 20 çeşit tRNA dır.

4-) tRNA’ların , önce bağlanıp sonra ayrılmasıyla görevi biten mRNA kodonu ribozomdan kayarak boşa çıkar.Yerine , henüz görevini yapmamış mRNA kodonu gelir.
5-) Her amino asidin özel enzimleri ve ATP’nin enerjisiyle , ribozom üzerinde birbirine peptit bağlarıyla bağlanan amino asitlerden , istenilen protein sentezlenmiş olur. Yani bu olay ;
n( amino asit (a.a.)+a.a.+a.a.+....) .....Polipeptit zinciri (protein)+(n-1)H2O şeklinde gerçekleşir.

6-) DNA’dan verilip, mRNA ile taşınan kodonlara uygun protein sentezi , mRNA’nın bitirme kodonları geldiğinde (UAG, UAA ve UGA) tamamlanır. Belirli amino asitlerin , belirli sırayla bağlanmasından oluşan proteinler , yapı maddesi veya hücre enzimleri gibi düzenleyiciler olarak kullanılacağı yere aktarılır.

7-) Görevi biten ribozomlar , mRNA’lar , tRNA’lar da ,yapı birimlerine ayrılıp, gerektiğinde tekrar kullanılmak üzere sitoplazmaya dağılır.

Bu olaylar , aynı proteinlerden gerektiğinde , defalarca tekrarlanabilir. Ancak DNA’daki bilginin taşınması , ya da proteinlerin sentezi sırasında bir tek amino asidin bile yanlış bir yere bağlanması, önemli bir değişikliğe neden olabilir. Bazen , hücre için yaşamsal önemi olan bir enzimin üretilmemesi sonucu , ölüme bile neden olabilir. Örneğin , hemoglobinde , glutamik asit denilen amino asit yerine , valin adı verilen amino asit bağlanırsa , orak hücre anemisi adı verilen hastalık oluşur. Bu hastalarda hemoglobine oksijen bağlanamaz. Bu da ölümle sonuçlanabilir. Buna karşılık, 104 amino asitten oluşan bir solunum enziminde, 40 amino asidin yeri değişse bile enzim işlevi değişmeden kalabilir.


PROTEİNLER BAŞKA NELER YAPAR?

Gerek çocuklarda, gerek yetişkinlerde büyüme ve gelişme için çok önemlidir.

-Bir kısım doku ve organlarını yapar ve onarırlar.

-Yeterli karbonhidrat ve yağ bulunmadığında enerji üretiminde kullanılırlar.

-Vücudun savunma mekanizmasında önemli ölçüde rol oynarlar. Vücudun mikroplara karşı koruyucu öğelerini yani antikorları meydana getirirler.

-Vücudun sıvı dengesini sağlarlar.

-Vücudun düzenli çalışmasını sağlayan bir kısım hormonları proteinler meydana getirir.

Proteinler yiyeceklerdeki bulunma durumuna göre üstün kalite ve düşük kalite protein olmak üzere 2 ;ye ayrılırlar.

Üstün kalite olanlar hayvansal ürünlerde olan proteinlerdir. Düşük kalite olanlar ise bitkisel yiyeceklerde olan proteinlerdir. Proteinlerin bulunduğu yiyecekler şunlardır:

Et, tavuk, balık, sakatat, süt, peynir, yer fıstığı, yoğurt, yumurta, soya fasulyesi, kuru fasulye, fındık, fıstık, badem, buğday unu, ceviz, tahıllar ve patateste bulunur. Yumurta ve süt en iyi protein kaynağıdır. Tahıllarda da buğday özünde protein fazladır.

Protein yetersizliğinde meydana gelen hastalıklar:

Yetersizliğin ilk belirtisi büyümenin yavaşlaması ve zamanla durmasıdır.

Özellikle çocuklarda kuvaşiorkor hastalığının ortaya çıkması görülür. Kuvaşiorkor hastalığı; vücutta su toplanması(ödem), karaciğer yağlanması, dalak büyümesi, cilt yaraları ve saçlarda renk değişikliği belirtileriyle kendini gösterir.

Protein yetersizliğinde vücut çok kolay hastalanır. Ayrıca karaciğer çalışamadığı için siroz hastalığı fazla görülür.