Proteinler Ve Yapısı

Proteinler Ve Yapısı

Proteinler hücrelerdeki bütün biyolojik olayların yapıtaşıdırlar. Hücreler içerisinde gerçekleşen olaylar yüzbinlerce farklı proteinin kendilerine verilmiş olan vazifeleri mucizevi bir şekilde yerine getirmeleri ile devam eder. Mesela kanımızda bulunan hemoglobin proteini oksijen taşımacılığında vazife görmekte, antikor denilen proteinler vücudumuzun savunma sisteminin temelini oluşturmakta, insülin hücrelerimize glikoz/şeker alımını sağlamakta, keratin saç ve tırnak yapımızı meydana getirmekte, enzim adı verilen proteinler hücre içi kimyasal reaksiyonları mükemmel bir hız ve doğrulukta yerine getirmektedir. Peki hepsini saymamız imkansız olan bu kadar çok ve birbirinden tamamen farklı vazifeleri yerine getiren proteinler neden yapılmışlardır

Proteinlerin yapısı
Proteinler, amino asit dediğimiz ve karbon, hidrojen, oksijen ve azot atomlarından meydana gelen moleküllerin tesbih taneleri gibi yan yana dizilmeleri ile oluşur. Yani biraz önce binlercesinden sadece bir ikisini bahsettiğimiz vazifeleri yerine getiren proteinler, hayat sahibi olmayan atomların oluşturduğu dev moleküllerden ibarettir. Amino asitlerden başlıca 20 tanesi protein yapımında vazife alır.

Bu standart 20 amino asitin farklı sayıda dizilişleri neticesi yüzbinlerce farklı yapı ve vazifede proteinler oluşmaktadır. Aynı alfabedeki 29 harfin farklı dizilişleri ile farklı kelime ve cümlelerin yazılabilmesi gibi 20 aminoasit ile de sonsuz sayıda farklı protein üretmek mümkündür.

Proteinlerin 50 kadar aminoasit içeren türlerinden, binlerce amino asit içeren türlerine kadar yüzbinlerce çeşidi vardır.

Hücrelerde protein sentezi sonrasında üretilen aminoasitlerin birbirine bağlanarak oluşturdukları düz zincir, daha sonra aminoasitler arasındaki kimyasal bağlar neticesi katlanarak proteine nihai bir şekil verir. Proteinlerin bazıları heliks/sarmal yapıda olabileceği gibi küresel veya antikorlar gibi Y şeklinde de olabilirler. Proteinler üç boyutlu yapılarındaki girinti çıkıntılar sayesinde ya başka proteinlere ya da alıcı moleküllere bağlanarak hücre içi faaliyetleri gerçekleştirirler.

Anahtar-kilit ilişkisine benzer sistemlerle proteinlerin birbirlerine ya da diğer moleküllere bağlanıp ayrılması, protenlerin üç boyutlu yapılarını çok önemli kılar. Bir proteinin aktif bölgesindeki sadece bir amino asidin bile yerinin değişmesi, proteinin şeklini değiştirip iş görmesini engelemektedir. Bu nedenle protein sentezi sonrası zincir gibi olan aminoasit dizisinin katlanarak asli şeklini alması çok önemlidir.

Bir protein olması gereken üç boyutlu yapıda nasıl katlanabilir Ortada milyonlarca farklı ihtimal varken, nasıl oluyor da her zaman proteinler doğru şekli alıyorlar Eğer protein bu işi deneme yanılma metodu ile yapıyorsa kaba taslak olarak hesaplandığında, 100 aminoasitlik bir proteinin doğrusunu bulmak için olabilecek bütün konformasyonları denemesi 20 milyar yıl alacaktır.

Bu ise kainatın yaşından bile uzun bir süredir. Tesadüfe bıraktığımızda küçük bir proteinin bile uygun şekli alması neredeyse 20 milyar yıl sürmesi gerekirken, normalde binlerce amino asit dizisine sahip proteinler bile bir saniyeden daha az bir zamanda mükemmel bir şekilde, şaşırmadan, en ufak bir hata bile olmadan katlanmakta ve vazife yapmaya hazır hale gelmekteler. Bazı proteinler doğru şekli almak için ‘chaperon’ denilen yardımcı proteinlere ihtiyaç duyarlar. Fakat bu yardımcı proteinlerin de çalışma mekanizmaları tam açıklığa kavuşmuş değildir.

Proteinlerin üç boyutlu yapısı sıcaklık değişikliklerine karşı çok hassastır. Pek çok proteinin 100 derecenin çok altındaki sıcaklıklarda yapısı bozulur. Bu genellemenin tek istisnası termofilik bakterilerdir. Bu bakteriler mucizevi bir şekilde neredeyse sıcaklığı 100 dereceye yaklaşan sıcak su kaynaklarında, proteinlerinde herhangi bir bozukluk olmadan yaşamlarını sürdürürler. Eğer laboratuvarda veya endüstride sıcaklığa dayanıklı bir protein gerekiyorsa, aynı proteinin termofilik bakterilerde bulunan versiyonu elde edilip kullanılmaktadır.

Proteinler ve Deli Dana Hastalığı
Proteinlerin üç boyutlu yapılarının öneminden ve protein sentezi sonrasında meydana gelen katlanma olayının hassaslığından bahsetmiştik. Eğer bir protein bir şekilde yanlış katlanmış ise vazife göremeyecektir. Ancak PRION (proteinaceous infectious particle) denilen proteinler yanlış katlandıklarında sadece vazifelerini yapamaz hale gelmiyorlar, aynı zamanda bulundukları organizmalar için tehlikeli hastalıklara sebep oluyorlar. Prion proteinleri normal formda olduklarında beden hücrelerine zararsızdırlar.

Proteinin zararsız ile zararlı formu kimyasal olarak tamamen aynı yapıdadır, tek değişiklik kimyasal yapının farklı şekilde katlanarak oluşturduğu üç boyutlu şekildir. Normal prionun bir kere şekli bozuldu mu bir daha eski haline dönemez, aksine diğer prionları da etkileyerek hepsinin şeklini anormal hale çevirir.

Peki nasıl oluyor da tek başına bir protein sanki canlı gibi, kendisini çoğaltıp hastalığı hayvanlar arasında yayıyor Prionların virüsler gibi yayılıp çoğalmalarını sağlayan bir mekanizmaları yok. Eğer yanlışıkla yenilse veya vücuda enjekte edilseler kan dolaşımı ile bütün vücudu dolaşmaya başlıyorlar.

Beyin-kan bariyerini tam olarak nasıl aştıkları bilinmese de, bir kere beyine ulaştılar ve normal bir priona rastladılar mı hemen zincir reaksiyon başlıyor ve onu hastalık yapıcı forma dönüştürüyorlar. Üstelik bir defa tehlikeli duruma dönüşen protein, kimyasal yapı itibariyle sağlamlaşıyor ve normal sterilize metodlarla yok edip bozmak mümkün olmuyor. Bu nedenle bu hastalığın ameliyatında kullanılan aletler tekrar sterilize edilip kullanılmak yerine, tamamen atılıyor ve bir daha kullanılmıyor.

Prion hastalıklarına ‘bulaşabilen süngerimsi ensefalopatiler (transmissible spongiform encephalapathies – TSE)’ denilmektedir. Bu hastalıklar merkezi sinir sistemini etkiler ve beynin süngerimsi bir hal almasına yol açar.

Prion hastalıklarından biri olan ve 1985 yılında sığırlarda ortaya çıkan Deli Dana hastalığı (bovine spongiform encephalopathy – BSE) ilk olarak ingiltere’de tesbit edilmiştir. Koyunlarda ortaya çıkan Scrapie hastalığı da prion hastalıklarındandır. Deli dana hastalığının Scrapie hastası koyun et ve kemik ununun, sığır yemlerine katılması ile ortaya çıktığı tahmin edilmektedir.

Hayvanların tabii bitkisel diyetlerine aykırı olarak sadece daha fazla üretim amacıyla hayvansal gıdalarla beslenmeleri dengeyi bozmuş beş kuruşluk kâr için milyonlarca paranın yanısıra sadece hayvanların telef olmasına değil insanların da can kaybına sebep olmuştur. Bu hastalığın ingiltere’de ortaya çıkması da aslında bir ibrettir. Çünkü yaz kış bol yağmur alan ve çok soğuk olmayan kışları nedeniyle yeşil otu hiç eksik olmayan bu ülkede insanların yine de tamah edip hayvanları suni yemlerin yanısıra hayvansal katkılı yemlerle beslemesi, bu hırsın hasareti olarak deli dana hastalığını netice vermiştir.

Alzheimer (bunama) ve cystic fibrosis hastalıkları da yanlış katlanan proteinlerin sebep olduğu hastalıklardandır. Yanlış katlanan proteinler, endüstride bakterilere protein üretimi yaptırılırken de problem olabilmektedir. Normalde sıvıda çözünür halde olması gereken proteinler, yanlış katlandıklarında sıvıda çözünmeyip bir araya birikmektedir. Proteinlerin bu şaşırtıcı aktivitesi protein katlanması konusunda detaylı araştırmaları zorunlu kılmıştır.

‘Blue Gene – Mavi Gen’ Projesi
Protein katlanması çözülmesi o kadar zor ve karmaşık bir problem ki, şu andaki bilgisayar teknolojisi bu konuda çalışmaya yetmiyor. Şimdiki bilgisayarlar ile çalışılsa, çok küçük bir proteinin katlanma sürecinin bile hesaplanması 300 yılı alacaktır.

Aralık 1999 yılında IBM firması dünyanın en hızlı bilgisayarlarından birini üretmek amacıyla bir kaç yıl sürecek bir proje başlattı. Saniyede 1 trilyon operasyon yapabilecek ve şu andaki en güçlü 500 bilgisayarın toplam gücünde çalışacak olan bu bilgisayarın üretilmesindeki amaç protein katlanması olayının simülasyonunu yaparak, proteinlerin nasıl katlandığı sorusuna ışık tutabilmek. Yapım aşamasındaki bu proje sayesinde hem saniyeden çok daha kısa sürede gerçekleşen ve çok kompleks olan protein katlanması anlaşılmaya çalışılacak, hem de daha etkili ilaçların geliştirilmesi konusunda ilerleme sağlanacak.

Tabii olarak her an bütün hücrelerde sayısız miktarda ve akıllara durgunluk veren doğrulukta gerçekleşen protein katlanması olayının simülasyonu için bile dünyanın en güçlü bilgisayarlarına ihtiyaç duyuluyor. Belki de bu muhteşem olayın farkında olmamız için Deli Dana hastalığı ya da Alzheimer hastalığı gibi hastalıklar bizlere ibret olarak gösteriliyor.

Zaten her an dünyada üretilen protein miktarını düşündüğümüzde, bu hastalıklara yol açan katlanma hatalarının ne kadar nadirattan olduğu anlaşılacaktır. işte şükrü gerektiren bir durum daha.. Zaten hayatı ve hayat sahiplerindeki mucizevi olaylara az da olsa göz gezdirdiğimizde hayretler içerisinde kalıp ‘Allahuekber’ dememek mümkün olmuyor.
Ancak bazıları bu muhteşem olaylara şahit olmalarına rağmen bu cansız atomlar- moleküller arkasında işleyen âşikar eli görmeyip, akla sığmayan, geçerliliği olmayan fikirlere dalabiliyorlar. DNA’nın yapısını keşfinden ötürü Nobel Ödülüne layık görülen Francis Crick gibi..

Francis Crick’de hücreler içerisindeki bu muhteşem olayların farkında olduğundan ‘hayat’ın kendi kendine oluşamayacağı hakikatini anlamış. Ama ne acı ki, yine de hayatı ve hücreleri yaratan bir Kudret’e iman edip önünde eğilmek yerine, dünyaya hayatın ‘zeki uzaylılar’ tarafından ekildiğine kanaat getirmiş. Peki uzaylılar’a hayatı kim sunmuş Onlara da başka uzaylılar.

Peki bu soru böyle devam edip duracak mı Bizim dünyamızdaki ‘hayat’ kendi başına oluşamayacak kadar mükemmelde, güya onu buraya getiren uzaylıların ‘hayat’ı kendi kendine oluşacak kadar basit mi Bir soruyla yıkılabilecek böyle bir düşünceyi hem de Nobel ödülü sahibi bir insanın öne sürebilmesi, kitaplarında yazması – sırf Yaradanı inkar uğruna – ne kadar makul Artık öyle bir çağda yaşıyoruz ki, hayatın öyle mucizevi olaylarına tanığız ki, bu çağda Allah’ın varlığına karşı kulakları tıkamak ve gözleri kapatmak mümkün değil. Proteinler de diğer moleküller gibi, cansız atomlar arkasında işleyen âşikar eli, Yaratıcısını ilan ediyor.

PROTEiN MAKiNALARI
Protein içeren gıdalar besin olarak alındıktan sonra sindirim sistemi tarafından aminoasitlerine ayrılır. Daha sonra hücreler bu aminoasitleri kullanarak kendilerine gerekli proteinleri ‘protein sentezi’ dediğimiz bir mekanizma ile üretirler. Bu mekanizmayı özetleyecek olursak DNA üzerinde, gerekli olan gen bölgeleri enzimler vasıtası ile açılıp, genetik kodların mRNA (mesajcı ribonükleik asit) denilen bir başka molekül vasıtası ile kopyaları çıkartılır. Daha sonra genin kopya kodunu içeren mRNA hücre çekirdeğinden ayrılarak hücre sıvısına gitmekte ve burada ribosom adı verilen organel bu kodlara uygun aminoasitleri yan yana bağlayarak aminoasit dizisini yapmaktadır. Bir zincir halindeki bu dizi, aminoasitler arasındaki kimyasal bağlar neticesi katlanmakta ve üç boyutlu yapısıyla ‘protein’ sentezlenmiş olmaktadır.

insan vücüdu gerekli olan aminoasitlerin bir kısmını kendisi üretirken diğerlerini ise besin yoluyla hazır almak zorundadır. Bu nedenle protein içeren yiyecekler tüketmek dengeli

beslenme açısından çok önemlidir. Vücüdumuzda, yaklaşık olarak dörtte üçünü oluşturan ‘su’dan sonra, en fazla bulunan molekül proteinlerdir. Bizler sağlıklı yaşamak için protein içeren besinler almaya ihtiyaç duyarken fil, inek, deve gibi hayvanlar sadece ot ile beslenerek koca cüsselerini taşırlar. Hatta inekler aynı zamanda en saf ve temiz gıda olarak Kur’an-ı Kerim’de de bahsedilen protein kaynağı sütü bizler için üretirler “Ehlî hayvanlarda da sizin için birer ibret vardır. Onların karınlarında, kan ile fışkı arasından çıkan ve içenlerin boğazından kolayca geçen hâlis bir sütle sizi besleriz.” Nahl Sûresi, 1666.

inekler yedikleri otu, çimeni yüksek kaliteli proteinlere dönüştürebildiklerinden protein makinaları olarak anılırlar. inek gibi geviş getiren (ruminant) hayvanlar diğerlerinin aksine protein kaynaklı besinler yemeseler dahi, kendilerine verilen kabiliyetle proteine bağlı olmayan azot kaynaklarını kullanarak aminasit dolayısıyla protein sentezleyebilmekteler.

Ruminant hayvanlar tabii bu işi yalnız yapmıyorlar, işkembelerinde yaşayan ve hizmetlerine sunulmuş yüzlerce çeşit mikroorganizma, azotu protein üretiminde kullanabilmek için hazırlar. Bu mikroorganizmalar besinle alınan proteinleri parçalayıp yeniden mikrobiyal protein olarak sentezlerler. Buna ek olarak amonyak ve üre gibi protein olmayan azot kaynaklarını kullanarak da mikrobiyal protein üretirler.

Mikrobiyal protein üreten mikroplar daha sonra hayvan tarafından sindirilerek parçalanmakta ve mikrobiyal proteinler hem hayvanın hücresel faaliyetlerinde hem de süt proteinleri olarak kullanılmaktadır. Araştırmalara göre inekler proteinden olmayan azot içeren diyet ile beslenseler dahi günlük ortalama 580 gram süt proteini ve süt salgılama süresince de 4000 kg süt verebiliyorlar. ineklerdeki protein ihtiyacının yaklaşık yüzde 60-80 kadarı işkembe mikroorganizmaları tarafından üretilmektedir.

Bizler bu küçük cüssemizle yağ, karbonhidrat ve protein içeren yiyecekler ile dengeli beslenmeden sağlıklı olamasak da fil, inek gibi hayvanlar sadece ot yiyerek hem koca cüsselerini beslemekte hem de inek, koyun gibi hayvanlar bizlere en saf ve makbul protein kaynağı olan SÜT’ü ikram etmekteler. Demek ki “herbir inek, deve, koyun, keçi gibi mübârek hayvanlar, “Bismillâh” der. Rahmet feyzinden bir süt çeşmesi olur. Bizlere Rezzâk namına en lâtîf, en nazîf, âb-ı hayat gibi bir gıdâyı takdim ediyorlar.”

PROTEiN-ViTAMiN iLiŞKiSi
Proteinler hücrelerdeki bütün biyolojik faaliyetlerde görev alırlar. ‘Enzim’ adı verilen protein ailesi hücre içerisinde meydana gelen binlerce kimyasal tepkimenin hızını düzenler ve gerçekleşmesini sağlar.

Her bir hücre aslında minyatür birer kimya fabrikasıdır. Hücre fabrikasındaki bütün kimyasal tepkimeler, moleküllerin birbirine bağlanması veya parçalanması enzimler adını verdiğimiz biyokatalizörler vasıtası ile gerçekleştirilir. Normal şartlar altında kimyasal reaksiyonlar için gereken ısı ve basınç gibi faktörlere ihtiyaç duymadan, enzimler hücre içi reaksiyonları beden sıcaklığında hızlı ve yüksek verimle gerçekleştirirler. Akıllıca işler yapmalarına rağmen cansız birer molekülden ibaret olan enzimler, sadece hücre içerisinde değil, hücre dışında da uygun ortam sağlandığında aktif haldedirler. Bu nedenle endüstride pek çok işlemde enzimlerden istifade edilir.

Bazı enzimlerin aktif hale gelmeleri için protein yapısında bulunmayan metal iyonlarından oluşan ve ‘kofaktör’ adı verilen yan gruplara ihitiyaç duyulur. Kalsiyum, magnezyum, potasyum, çinko gibi mineraller kofaktör olarak bazı enzimlerin aktiviteleri için şarttır. Örneğin DNA-polimeraz enzimi için çinko, üreaz enzimi için ise nikel yan grup olarak gereklidir.

Bir kısım enzimler ise aktif duruma gelmek için ‘koenzim’ denilen kompleks organik moleküllere ihtiyaç duyarlar. Bu koenzimler bizim hergün bahsini ettiğimiz ve dengeli beslenme için şart dediğimiz vitaminlerdir. Vitaminler suda çözünen ve yağda çözünenler olarak iki gruba ayrılırlar. C ve B grubu vitaminler suda A, D, E ve K vitaminleri ise yağda çözünürler.

Mesela salata yerken eklediğimiz yağ sadece lezzeti artırmakla kalmaz, aynı zamanda yağda çözünen vitaminlerden maksimum istifade etmemizi sağlar. Havuçta bulunan beta-karoten yağda çözünür bir moleküldür ve vücudumuzda A vitaminine dönüştürülür.

Vitaminlerin en çok bilinenlerinden C vitamini altı karbon, sekiz hidrojen ve altı oksijen atomundan meydana gelir ve askorbik asit olarak da anılır. C vitamininin vazifleri arasında dokularımızı bir arada tutan kollojen proteininin sentezinde görev almak, ayrıca prolylhidroksilaz enzimini aktif hale getirmek vardır. Bazı canlılar glikozdan yaralanarak C vitamini üretebilirler, ama insanoğlu bu vitamini yediği besinlerden almak zorundadır.

Protein ve vitamin gibi vücudun hayatiyeti için şart olan moleküllerin bir kısmı bedenimizde üretilirken, diğer bir kısmı besin olarak alınmalıdır. Kul ile Yaradan arasındakı bağlantının daha iyi anlaşılması ve Samed isminin bir tecellisi olarak biz başka varlıkların ürettiği moleküllere muhtaç bırakılmışız. Hayvanların diyetleri genellikle bir ya da bir kaç çeşit besinden ibaret..Hatta bazıları için tek çeşit..

Buna karşın varlıklar içinde en fazla çeşit gıdayı insanlar tüketiyor. Ananastan patatese, baharatlardan meyvelere, balık ve et ürünlerine kadar yelpazesi en geniş diyet biz insanoğluna ait. Ve bu gıdalara ihtiyacımız olan vitaminler, proteinler ve karbonhidratlar özenle yerleştirilmiş. C vitaminine hiç bir şekilde ihtiyacı olmayan bir ağacın C vitamini sentezleme zahmetine katlanıp meyvesine eklemesi ve tam da bu vitamine ihtiyaç duyulan kış aylarında meyvenin olgunlaşması nasıl tesadüfen ve kendi kendine olabilir ki işte bu kıymettar ve her biri birer sanat harikası olan nimetler Ehad-i Samed’in birer kudret mucizesi ve rahmet hediyeleridir.