21.6
Proteinler, canlı sistemlerde en bol bulunan organik moleküllerden biridir ve tüm makromoleküller arasında en çeşitli işlevlere sahiptir. Proteinler y…
Proteinler, peptit bağlarıyla birbirine bağlanan amino asitlerin polimerleridir. Çoğu protein, işlevlerini yerine getirmek için belirli üç boyutlu yapılara katlanır. Protein yapısı dört kategoriye ayrılır:birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül.
Proteindeki amino asitlerin doğrusal dizisi, birincil yapısıdır. Bu diziler polimer sentez sırasına göre, N-terminalinden, serbest amino ucundan, C-terminaline, serbest karboksil ucuna kadar okunur. İkincil yapılar, bir amino asidin karbonil grubundan gelen oksijen ile diğerinin amino grubundan gelen hidrojen arasında hidrojen bağıyla oluşur.
Yaygın ikincil yapılar, α-sarmalları ve β-kıvrımlı tabakaları içerir. Bunlar ve β dönüşleri gibi diğer bağlantı yapıları, proteinin üçüncül yapı olarak bilinen üç boyutlu yapısını oluşturmak için daha fazla etkileşime girer. Üçüncül yapının oluşumu, amino asitlerin R grupları arasındaki etkileşimler nedeniyle oluşur.
Zıt yüklü R grupları iyonik bağlar oluşturabilir ve iki sisteindeki kükürt bir kovalent disülfür köprüsü oluşturabilir. Diğer katkıda bulunanlar, hidrofobik yan zincirler arasındaki hidrofobik etkileşimleri ve polar yan zincirler arasındaki hidrojen bağlarını içerir. Ek olarak, bazı proteinler, iki veya daha fazla polipeptit zincirinin düzenekleri olan dörtlü yapılar oluşturur.
Örneğin, hemoglobin, iki α ve iki β olmak üzere dört alt birimden oluşan bir proteindir. Bilim adamları, bir hücredeki işlevini ve konumunu tahmin etmek için bir proteinin yapısını kullanabilir. Hücre sitoplazmasındaki proteinler, yüzeylerinde sitoplazmadaki suyla etkileşime giren ve hidrofobik çekirdeklere sahip hidrofilik amino asitlere sahiptir.
Bunun tersine, hücre zarlarında bulunan proteinlerin yüzeyinde genellikle zardaki gliserofosfolipidlerle etkileşime giren ve hidrofilik çekirdeklere sahip hidrofobik amino asitler bulunur.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the four levels of protein structure?
Protein structure has four hierarchical levels. Primary structure is the linear sequence of amino acids read from the N-terminal to the C-terminal. Secondary structure forms through hydrogen bonding, creating alpha helices and beta-pleated sheets. Tertiary structure is the three-dimensional shape resulting from interactions between amino acid R-groups. Quaternary structure occurs when multiple polypeptide chains assemble together, as in hemoglobin's four subunits.
Q2: How do amino acids link together to form proteins?
Amino acids are connected by peptide bonds, which form between the carboxyl group of one amino acid and the amino group of the next. This creates a linear polymer chain with a free amino end (N-terminal) and a free carboxyl end (C-terminal). The resulting polypeptide chain can then fold into secondary and tertiary structures through various molecular interactions.
Q3: What causes secondary structures like alpha helices and beta-pleated sheets to form?
Secondary structures form through hydrogen bonding between the carbonyl oxygen of one amino acid and the amino hydrogen of another amino acid in the polypeptide backbone. In alpha helices, these bonds occur between amino acids spaced four residues apart, creating a spiral structure with 3.6 residues per turn. In beta-pleated sheets, hydrogen bonds form between adjacent polypeptide chains aligned parallel or antiparallel to each other.
Q4: What interactions determine a protein's three-dimensional tertiary structure?
Tertiary structure results from interactions between amino acid R-groups. Ionic bonds form between R-groups with opposite charges, while hydrophobic interactions cluster nonpolar R-groups in the protein's interior. Disulfide bridges form covalent bonds between cysteine residues. Hydrogen bonds between polar R-groups also contribute. These combined weak and strong interactions fold the polypeptide into its final three-dimensional shape.
Q5: How does protein location in the cell relate to its amino acid composition?
Protein location depends on the distribution of hydrophilic and hydrophobic amino acids. Cytoplasmic proteins have hydrophilic amino acids on their surfaces to interact with water and hydrophobic cores inside. Membrane proteins have the opposite arrangement: hydrophobic amino acids on the surface interact with glycerophospholipids in the membrane, while hydrophilic amino acids form the core. This arrangement ensures proper protein positioning and function.
Q6: What happens to protein function when its structure changes?
Protein function depends critically on three-dimensional structure. When a protein loses its shape, it becomes nonfunctional. For example, in sickle cell anemia, a single amino acid substitution in hemoglobin's beta chain causes the protein to form long fibers, distorting red blood cells into a sickle shape. This structural change prevents normal oxygen transport and causes serious health complications including breathlessness, dizziness, and pain.
Q7: What is quaternary structure and which proteins exhibit it?
Quaternary structure forms when two or more polypeptide chains assemble into a single functional protein complex. Weak interactions like hydrogen bonds and disulfide linkages stabilize these multi-subunit assemblies. Hemoglobin exemplifies quaternary structure with four subunits: two alpha and two beta chains. Insulin also exhibits quaternary structure through disulfide bonds linking its separate polypeptide chains after post-translational modification.