Ünitenin tamamını tek sayfada görPremium
Bir amino asidin alfa-amino grubu ile ikinci bir amino asidin alfa-karboksil grubunun reaksiyona girmesi ve bu sırada bir molekül su açığa çıkması sonucunda dipeptit oluşur. Bu birleşmeyi sağlayan kovalent krakterli bağa peptit bağı adı verilir. Peptit bağı, moleküler yapısındaki rezonans etkisinden ötürü yaklaşık yüzde kırk oranında kısmi çift bağ karakteri sergiler.
Oluşan karbon-azot (C-N) peptit bağı ile bu bağa doğrudan bağlı olan dört atom, amit düzlemi denilen düzlemsel bir yapı üzerinde yer alır. Peptit bağının taşıdığı bu kısmi çift bağ karakteri sayesinde, azot atomuna bağlı olan hidrojen atomu iyonlaşamaz ve azot atomuna başka bir proton bağlanması engellenir.
Bu bağ etrafındaki moleküler dönüşlerin ciddi şekilde kısıtlanması, proteinlerin uzayda kararlı üç boyutlu yapılarını kazanmalarında kritik bir rol oynamaktadır. Örgüsel yapıda 20 veya daha az amino asit içeren birimler oligopeptit olarak adlandırılırken, daha uzun zincirlere polipeptit denir; örneğin 50 amino asitli bir yapı küçük bir proteini temsil ederken, kas proteini olan miyosin 1750 amino asit içermektedir.
Bir protein molekülünün primer yapısı, yani amino asit dizilimi, doğrudan o proteinin amino asit sırasını ifade eder ve bu dizilim tamamen genetik olarak belirlenir. Proteindeki amino asitlerin sırası son derece hayati önem taşır, çünkü proteinlerin uzayda doğal olarak aldıkları üç boyutlu konformasyonlar bu dizilim tarafından belirlenmektedir.
Normal fizyolojik koşullar altında yani belirli sıcaklık, pH ve iyonik yük sınırları dahilinde her protein molekülünün kendine özgü kararlı bir konformasyonu bulunur. Bu moleküler yapı, biyolojik aktiviteye sahip, en dayanıklı ve en kararlı yapıdır; fonksiyonlar ise atomların uzayda uygun bir biçimde düzenlenmesiyle ortaya çıkar.
1930 yılında Pauling ve Corey, amino asit ve protein yapısını aydınlatmak için x-ışını kristalografisi yöntemini geliştirmişlerdir. Bu bilimsel çalışmalar neticesinde atomlar arası uzaklıklar ve açılar saptanmış, peptit gruplarının rijit düzlemsel ünitelerden oluştuğu kanıtlanmış ve protein yan gruplarının (R) ana omurganın her iki tarafında yer aldığı anlaşılmıştır.
Proteinlerin ikincil yani sekonder yapılarında başlıca üç farklı yapı gözlenmektedir; bunlar alfa-heliks yapısı, beta-tabakalı yapı ve beta-döngü yapısıdır. Alfa-heliks yapısında polipeptit zinciri hayali bir ana eksen etrafında düzenli bir şekilde kıvrılarak ilerler ve yan zincirler dışarıda kalır.
Alfa-heliks yapısında karbonil oksijeni ile peptit azotuna bağlı hidrojen atomu eksene paralel konumdadır ve aralarında hidrojen bağları kurulur. Her dört amino asit arasında oluşan bu hidrojen bağları sayesinde alfa-heliks yapı mekanik olarak daha dayanıklı hale gelmektedir.
Beta-tabakalı yapıda ise amit düzlemleri birbiri ardı sıra tabakalar halinde uzanır; glutamik asit, alanin ve lösin alfa-heliksi desteklerken, valin ve izolösin beta-tabaka oluşturma eğilimindedir. Beta-döngü yapısında ise polipeptit zinciri 180 derece yön değiştirir ve bu yapıyı genellikle glisin, asparajin ve prolin amino asitleri tercih eder.
Proteinlerin üçüncül yani tersiyer yapısı, sekonder yapı unsurlarının ötesinde ek kıvrılma ve bükülmelerle oluşan karakteristik üç boyutlu doğal formdur. Örneğin miyoglobin proteini alfa-heliks, beta-tabaka ve rastgele kıvrımların bir karışımı olarak küresel bir tersiyer yapı sergiler ve bu yapı bozulursa fonksiyon tamamen yitirilir.
Tersiyer yapıyı kararlı ve dayanıklı tutan başlıca bağlar hidrojen bağları, disülfür bağları, iyonik bağlar, elektrostatik etkileşimler, Van der Waals kuvvetleri ve non-polar yan zincir etkileşimleridir. Örneğin aspartik asidin karboksil grubu ile lizinin epsilon-amino grubu arasında güçlü iyonik tuz bağları kurulabilir.
Ayrıca iki sistein amino asidi arasında kurulan kovalent disülfür bağları protein yapısını sağlamlaştırır. Valin, lösin, izolösin ve fenilalanin gibi hidrokarbon yan grubu taşıyan amino asitler arasındaki apolar hidrofobik etkileşimler de üç boyutlu yapının korunmasında kritik rol oynar.
Bazı gelişmiş proteinler tersiyer yapılarını kazandıktan sonra iki veya daha fazla polipeptit zincirinin bir araya gelmesiyle kuaterner yapı adı verilen üst düzey bir organizasyona ulaşırlar. Bu ortak yapıda yer alan her bir protein birimine subünite (alt ünite) veya monomer denir; insülin, fumaraz ve alkol dehidrogenaz bu yapıya örnektir.
Mutasyonel değişimler bağlamında, normal bireylerdeki hemoglobin ile orak hücreli anemi hastalarındaki hemoglobin arasında beta zincirinin altıncı pozisyonunda tek bir amino asit farkı bulunur. Sağlıklı bireylerde glutamik asit olan bu yer, hastada valin amino asidine dönüşmüştür.
İnsan organizmasının sentezleyemediği ve dışarıdan besinlerle alması zorunlu olan sekiz amino aside esansiyel amino asitler denir; bunlar valin, lösin, izolösin, treonin, metiyonin, fenilalanin, triptofan ve lizindir. Fazla amino asitler depolanamaz; azot dengesi için düzenli alınmalı, aşırısı ise karbonhidrat ve yağ asitlerine çevrilmelidir.
Protein molekülleri yalnızca belirli pH ve sıcaklık aralığındaki ılıman fizyolojik koşullarda biyolojik aktivitelerini sergileyebilirler. Bu optimum sınırların dışındaki aşırı durumlarda proteinlerin üç boyutlu yapıları bozulur ve işlev göremez hale gelirler.
Peptit bağları kovalent olarak parçalanmadan, proteinin üç boyutlu konformasyonunun bozulması ve aktivitesini kaybetmesi süreci denatürasyon olarak adlandırılır. Proteinler genellikle 50 derece üzerindeki sıcaklıklarda, pH 4'ün altında ve pH 10'un üzerinde kolayca denatüre olurlar.
Yumurtanın pişirilmesi gibi daha sert ve geri döndürülemez koşullarda protein koagüle olur ve bu duruma tersinmez denatürasyon denir. Denatüre haldeki bazı proteinlerin bozulmuş yapılarını yeniden kazanarak aktif hale dönmesine ise renatürasyon adı verilir.