POST TRANSLASYONEL MODİFİKASYONLAR

Proteinlerin yapısal ve işlevsel özelliklerini kazanması için

translasyon aşamasında ya da translasyon bittikten sonra bazı

modifikasyonlara uğraması gerekmektedir.

Polipeptidin sentezi fonksiyonel proteinin üretimine eşdeğer

değildir.

Kullanılır hale gelmesi için polipeptidin son üç boyutlu

konformasyonuna katlanması ve birçok durumda da,

fonksiyonel kompleksi oluşturmak üzere polipeptid

zincirlerinin bir araya gelmeleri gerekir.

Ek olarak birçok protein hücre içinde doğru yerleşim ve

fonksiyonları için kritik olan kesim, karbohidratlarm ve

lipidlerin kovalent bağlanması da dahil olmak üzere daha ileri

değişimlere gitmektedir.

G. Walsh; Proteins, Wiley 2005

Şaperonlar ve Protein Katlanması

Christian Anfinsen'in in vitro ortamda denatüre RNaz‘ın kendiliğinden

aktif konformasyonunu aldığını gösterdiği deneyler sonucunda bilim

dünyasında tüm proteinlerin kendi kendiliğine katlandığı fikrinin ortaya

çıkmasını sağlamıştır.

Bu görüşe göre; Protein katlanması ek hücresel faktörlerin

gerekmediği, kendi kendine toparlanma gibi görülmekte idi.

Fakat yapılan yeni çalışmalar kendiliğinden bir araya gelmenin hücre

içindeki protein katlanması için yeterli bir tanım olmadığını

göstermiştir.

Proteinlerin hücre içindeki doğru katlanması başka proteinlerin

aktiviteleri aracılığı ile gerçekleştiği anlaşılmıştır.

Diğer proteinlerin katlanmasını kolaylaştıran proteinler moleküler

şaperonlar olarak adlandırılırlar.

Şaperonların, polipeptidlerin doğru üç boyutlu yapıya

katlanması için gerekli olan ek bilgileri taşımadığını ve

proteinlerin katlanmış konformasyonlarının sadece onun

amino asit dizini tarafından tanımlandığını belirtmek

gerekir.

Şaperonlar daha çok kendiliğinden bir araya gelme

sürecinde yardımcı olarak protein katlanmasını

katalizlerler.

Şaperonlar, en son doğru katlanmaya giden yolda ara ürün

olan katlanmamış veya kısmen katlanmış polipeptidlere

bağlanarak ve kararlılıklarını sağlayarak işlev görürler.

Şaperonların yokluğunda, katlanmamış veya kısmen katlanmış

polipeptid zincirleri, genellikle hatalı katlanarak veya çözünmeyen

birikimler oluşturarak kararsız hal alır ve yıkılırlar.

Katlanmamış polipeptidlere şaperonlar bağlanarak onları stabilize

eder, böylece, hatalı katlanmayı veya kümelenmeyi engelleyerek

polipeptidlerin doğru konformasyona katlanmasına olanak sağlarlar.

Şaperonların, ribozom üzerinde sentezlenmekte olan yeni polipeptid

zincirine bağlanarak hatalı katlanmayı ya da sentez bitmeden

polipeptidin amino ucunun kıvrılmasını önlemesi güzel bir örnek

oluşturur.

Şaperonlar aynı zamanda katlanmamış polipeptid zincirlerinin

organellere taşınması sırasında da (örneğin; proteinlerin sitozolden

mitokondriye taşınmasında olduğu gibi) kararlı halde tutarlar.

Bugün moleküler şaperon olarak iş gördüğü bilinen proteinlerin

çoğu başlangıçta ısı-şok proteinleri (heat-shock proteins) olarak

tanımlanan, çevresel stres ve yüksek sıcaklıkta eksprese edilen

bir protein grubudur.

Hsp70 ailesinin üyeleri polipeptidlerin, endoplazmik

retikulum ve mitokondri gibi çeşitli hücresel

kompartmanlara taşınmasında olduğu kadar, çevrim sırasında

yeni sentezlenen, katlanmamış polipeptid zincirlerini

stabilize ederek de görev yapar.

Hsp60 ailesinin üyeleri (aynı zamanda şaperoninler olarak

da adlandırılırlar) proteinlerin, kendilerine özgü

konformasyonlarına katlanmalarını da kolaylaştırır.

Her şaperonin, birbirinin üzerine oturarak, iki halkalı bir

silindirik yapı oluşturan, her biri yaklaşık 60 kilodaltonluk

(kd) 14 alt birimden oluşur.

Protein Katlanmasında Enzimler

Kısmen katlanmış ara ürünlere bağlanıp stabilize

ederek protein katlanmasını kolaylaştıran şaperonlara ilave olarak

hücreler, protein katlanmasını katalizleyen en az iki tip enzim

bulundururlar.

Birçok proteinin katlanmış yapısının kararlı hale

gelmesinde, sistein amino asitleri arasındaki disülfit bağı oluşumu

önemlidir.

Protein disülfit izomeraz, bu bağların yıkımını ve tekrar

oluşumunu katalizler.

Protein katlanmasında rol oynayan ikinci

enzim prolinlerin katıldığı peptid bağlarının

izomerizasyonunu katalizler.

Prolin, peptid bağlarının sis ve trans

konformasyonunu eşit dağılımdan biraz daha

trans forma geçmesini tercih ettiren sıra dışı

bir amino asittir.

Buna karşılık diğer amino asitler arasındaki

peptid bağları hemen her zaman trans

formdadır.

Proteinlerin katlanmasında hız sınırlayıcı

aşama olma özelliği taşıyan prolil-peptid

bağlarının sis ve trans konfigürasyonları

arasındaki izomer dönüşümü peptidil prolil

izomeraz tarafından katalizlenir.

Proteolitik Aktiviteler

Bu olaylar; genellikle protein sentezi bittikten sonra

gerçekleşir.

Peptid zincirinin özgün bir bölgesinin kesilip zincirden

ayrılması ile sonuçlanır.

Hemen hemen tüm proteinler böyle bir işleme uğramaktadır.

Bakterilerde N-terminal ucun kesilmesi ve Ökaryotta

hücresel organellere taşınacak ya da hücre dışına salınacak

proteinlerin sinyal sekanslarının kesilmesi örnek olarak

verilebilir.

Bu işleme mekanizmasına uğramayan proteinler inaktif

halde kalır.

Bu mekanizmada insülin

öncüsü ER’a girdikten sonra

ana yapıda bulunan disülfit

bağları oluşur ve salgı kesesi

içinde bulunan proteazlar ile

ara peptid yapısı kesilir.

Böylece aktif insülin

oluşur.

SRP: Signal Recognition Particle

Glikozillenme

Bir çok protein, özellikle ökaryot hücrelerde, glikozillenme adı

verilen süreçte, karbohidrat eklenerek değiştirilir.

Bir çok nükleer ve sitoplazmik protein de glikozillenmekle

birlikte, karbonhidrat zincirinin eklendiği proteinler

(glikoprotein) genellikle salgılanır veya hücre yüzeyinde yer

alırlar.

Glikoproteinlerin karbohidrat kısımları endoplazmik

retikulumda protein katlanmasında, proteinlerin uygun hücresel

bölgelere hedeflenmesinde ve hücre-hücre etkileşim

bölgelerinin tanınmasında önemli rol oynar.

Glikoproteinler karbohidrat yan

gruplarının takılma bölgesine bağlı

olarak N-bağlı veya O-bağlı olarak

sınıflandırılırlar.

N-bağlı glikoproteinlerde

karbohidrat, asparajin yan

grubundaki nitrojen atomuna takılır.

O-bağlı glikoproteinlerde, treonin

veya serin yan grubundaki oksijen

atomu karbohidrat için takılma

bölgesidir.

Ökaryotta proteinlerin sentezleri bitmeden endoplazmik retikulumda

glikozillenmeleri de başlar.

İlk aşama, yaygın olarak bulunan 14 şekerli bir oligosakkaridin (2 N-

asetilglukozamin, 3 glukoz ve 9 mannoz), sentezlenmekte olan polipeptid

zincirindeki bir asparajine transferidir.

Daha sonra translasyon bittikten sonra bu karbonhidrat zincirinin işlenmesi golgi

de gerçekleştirilir.

Lipidlerin Eklenmesi

Ökaryot hücrelerde bazı proteinler polipeptid zincirine lipid takılması ile

modifiye olurlar.

Hidrofobik lipidler zarlarla etkileşebildikleri için bu değişiklikler, proteinleri

plazma zarına yönlendirir ve yerleştirir.

Plazma zarının sitozolik yüzü ile ilişkili olan ökaryot proteinlerinde;

palmitoillenme, prenillenme ve N-miristillenme olmak üzere üç genel tipte lipit

eklentisi yaygındır.

Dördüncü bir modifikasyon glikolipidlerin ilavesidir ki, hücre yüzey

proteinlerini, plazma zarının hücre dışına bakan yüzüne yerleştirmede önemli

rol oynar.

Bazı proteinlerde, proteine çevrim sırasında uzamakta olan polipeptit

zincirinin amino ucuna bir yağ asidi takılır.

N-miristillenme olarak adlandırılan bu işlemde, miristik asit (14 karbonlu bir

yağ asidi) N-ucu glisin birimine takılır.

Lipidler sistein, serin ve treonin amino

asitlerinin yan zincirlerine de bağlanabilir.

Bu tipte modifikasyonun önemli bir örneği

prenillenmedir.

Burada özgül tipte lipidler (prenil grupları),

polipeptit zincirinin C-ucuna yakın bölgede

yerleşik sisteinlerin kükürt atomuna

bağlanırlar

İlk olarak, prenil grubu, polipeptid zincirinin

karboksi ucundan üç amino asit önce yer alan

sisteine eklenir.

Bu reaksiyonda takılan prenil grubu ya

farnezil (15 karbonlu) ya da geranildir (20

karbonlu).

Daha sonra sisteini takibeden amino asitler

uzaklaştırılır ve sistein karboksi ucunda kalır.

Son olarak C-ucundaki sistein amino asidinin

karboksil grubuna metil grubu eklenir.

Üçüncü bir yağ asidi modifikasyon tipi; 16 karbonlu

palmitik asidin iç sisteinlerin yan grubundaki kükürt

atomlarına eklenmesiyle gerçekleşen palmitillenmedir.

Son olarak, oligosakkaridlere bağlı

lipidler (glikolipidler), bazı

proteinlerin C-ucu karboksil grubuna

eklenerek, bu proteinlerin plazma

zarının dış yüzüne yerleşmeleri

sağlanır.

Bu proteinlere takılı olan

glikolipidler, fosfotidilinositol

içerdikleri için, genellikle

glikozilfosfotidilinositol veya GPI

çıpası olarak adlandırılırlar

Protein Fosforillenmesi

Protein fosforillenmesi,

fosfat grubunu ATP'den

serin, treonin veya

tirozinin yan

zincirlerindeki hidroksil

grubuna transfer eden

protein kinazlar

tarafından katalizlenir

Kaynaklar

1)The Cell - A Molecular Approach; Cooper, Geoffrey

M. 2000

2)Molecular Cell Biology; Lodish, H. 2000

3)Molecular Biology of the Cell; Alberts, B. 2002

4)Proteins; Walsh, G. 2005

5)Biochemistry; Voet, D., Voet J., 2004

6)N-linked protein glycosylation: from eukaroytes to

bacteria; Michael Wacker, Phd Thesis Zurich 2002