Back to chapter

4.14:

Mekanik Protein Fonksiyonları

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Mechanical Protein Functions

Languages

Share

Proteinler;hücre hareketi ve kas kasılmasını sağlayanlar da dahil olmak üzere, çeşitli mekanik işlevleri yerine getirir. Moleküllerin, hücrenin içinde ve dışında farklı konumlar arasında taşınması da bunlara dahildir. Mekanik protein işlevleri için gereken güç, protein yapısındaki konformasyonel değişiklikler yoluyla kimyasal enerjinin mekanik işe dönüştürülmesinden alınır.Bir protein bölgesi içinde, ATP ve GTP gibi bağlı moleküllerin hidrolizi gibi basit kimyasal değişiklikler, proteinde çok daha büyük hareketler yaratan konformasyonel değişikliklere neden olabilir. ATP hidrolizi, aktin filamentlerini çeken ve kasların kasılmasına neden olan bir kaldıraç görevi gören motor protein miyozine güç sağlar. Replikasyon ve transkripsiyon sırasında DNA’nın sarımlarını çözen helikazlar da hidrojen bağlarını koparmak ve DNA zinciri boyunca hareket etmek için ATP’yi kullanır.Ribozomda birçok protein, yeni proteinleri sentezlemek için bir makine gibi birlikte çalışır. GTP hidrolizi, uzama faktörü EF-Tu’nun bir tRNA molekülünü ribozoma aktarmasına olanak sağlar. Böylece büyüyen protein zincirine bir amino asit ekleyebilir.tRNA, GTP bağlandığında EF-Tu ile birleşir. GTP, GDP’ye hidroliz edildiğinde, fosfat grubunun serbest kalması, nükleotid bağlanma yerinde ve yakınında küçük bir konformasyonel değişiklik ile sonuçlanır. Bu küçük kayma, GTPaz bölgesinin ve diğer iki bölgenin arayüzünde bulunan bir alfa sarmalında konum değişikliklerine neden olur.Bu sarmalın hareketi, iki bölgenin açılarak bağlı tRNA’yı serbest bırakmasını sağlar.

4.14:

Mekanik Protein Fonksiyonları

Proteinler bir hücrede birçok mekanik işlevi yerine getirir. Bu proteinler iki genel kategoriye ayrılabilir- mekanik kuvvetler üreten proteinler ve mekanik kuvvetlere maruz kalan proteinler. Keratin gibi hücrenin yapısına mekanik destek sağlayan proteinler mekanik kuvvete maruz kalırken, hücre hareketinde ve moleküllerin bir iyon pompası gibi hücre zarları boyunca taşınmasında rol oynayan proteinler mekanik kuvvet üretme örnekleridir.

Hücre hareketi ve kas kasılması gibi fonksiyonlar, kimyasal enerjinin genellikle konformasyonel değişikliklerle mekanik hale dönüştürülmesini gerektirir. Örneğin, ATP ve GTP gibi nükleosid trifosfatların hidrolizi, büyük yapısal değişikliklere yükseltilen küçük bir konformasyonel değişikliğe neden olabilir. Örneğin, EF-Tu, bir tRNA molekülünü ribozoma aktaran üç farklı alana sahip bir proteindir. Alanlardan biri GTP'yi bağlar ve GTP'nin GDP'ye hidrolizi, salınan inorganik fosfat nedeniyle nükleotid bağlanma bölgesinde konformasyonel bir değişikliğe neden olur. Bu durum GTP etki alanının arayüzünde bulunan bir alfa sarmalının ve etki alanlarının göreceli konumunu birbirine değiştiren diğer iki etki alanının hareketini tetikler. Bu da proteinin üç alan tarafından arayüzde tutulan tRNA'yı serbest bırakmasına ve böylece ribozom içine hareket etmesine izin verir.

Aktin gibi bazı proteinler birçok mekanik fonksiyon sağlar. Örneğin aktin, mekanik protein miyozinin yürümesi için bir yol görevi görür. Türüne bağlı olarak miyozin, aktin filamentlerini çekmek veya filament boyunca bağlı bir organeli taşımak gibi çeşitli işlevleri yerine getirebilir. Hücre iskeletinin bir parçası olarak, aktin filamentleri hücre yapısı için mekanik bir destek görevi görür. Hücre hareketi sırasında bu filamentler, hücrenin yeni bir yere göç etmesine izin veren hücre zarının uzantıları olan filopodia ve lamellipodia oluşturmasına neden olmak üzere hücre zarı üzerinde baskı uygular. Bilim insanları membranı deforme ederken aktinin ürettiği kuvveti ölçebilen optik cımbız gibi teknikler geliştirmiştir.

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 160-165
  2. Medical Cell Biology, 3rd Edition, pages 59
  3. Oberhauser, A. F., & Carrión-Vázquez, M. (2008). Mechanical biochemistry of proteins one molecule at a time. The Journal of biological chemistry, 283(11), 6617–6621. doi:10.1074/jbc.R700050200
  4. Bustamante, Carlos, Yann R. Chemla, Nancy R. Forde, and David Izhaky. “Mechanical Processes in Biochemistry.” Annual Review of Biochemistry 73, no. 1 (2004): 705–48. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.72.121801.161542.
  5. Farrell, Brenda, Feng Qian, Anatoly Kolomeisky, Bahman Anvari, and William E. Brownell. “Measuring Forces at the Leading Edge: a Force Assay for Cell Motility.” Integrative Biology 5, no. 1 (2012): 204–14. https://doi.org/10.1039/c2ib20097j.