Şaperon Proteinleri Nedir, Hangi İşlevlere Sahiptir?

Şaperon Proteinleri Nedir, Hangi İşlevlere Sahiptir?

Biyoloji ile yakından ilgili değilseniz şaperon proteinleri ile ilgili bir şey duymamış olabilirsiniz. Ancak bu onların yaptığı işi değersiz kılmaz. Evrimsel süreçte şaperon proteinleri birçok zaman yardımımıza koşmuş ve bizi ölmekten kurtarmıştır. Temel görevi proteinlerin doğru katlanmasına yardım etmek, katlanamayanları da ortadan kaldırmaktır. Bir hücrede ortalama 200.000 protein olduğunu düşünürsek şaperon proteinlerinin önemini daha iyi anlarız. Bu küçük kahramanlar her proteinin doğru bir şekilde üretildiğinden ve çalışmaya hazır hale gelmesinden sorumludur.

Proteinlerin Üretilmesi ve 3 Boyutlu Hale Gelmesi

Proteinlerin kodlanması DNA’da başlar. RNA Polimeraz 2 önce DNA’ya bağlanır ve mRNA üretilir. mRNA hücre çekirdeğinden çıkıp sitoplazmaya geldiğinde hemen üstüne ribozomlar yapışmaya başlar. Her ribozom bir amino asit dizisi üretmeye başlar. Her üniversiteden mezun olan iş bulamadığı gibi her amino asit de protein olup göreve başlamaz. Doğru şekilde katlanmaları, kendi görev yerlerine taşınmaları gerekir. Şaperon proteinleri katlanma sürecinde onların en büyük yardımcılarından biridir.

Bir polipeptit zincirinde her bir amino asidin farklı bir özelliği vardır. Örneğin arjinin çok hidrofiliktir, suyu sever. Buna karşın glisin oldukça hidrofobiktir, sudan kaçar. Bazı amino asitler halkalı yapıya sahiptir, bazıları sülfür köprüsü kurar. Amino asitlerin bu farklılıkları sayesinde hücreye 3 boyutlu şekli kazandırılır. Hidrofobik aminoasitler proteinin iç yüzeyine bakmalı, hidrofilikler ise proteinin dışa bakan yüzü olmalıdır. Aksi takdirde proteinin yapısal bütünlüğü kolayca bozulur. Proteinlerin sürekli yanlış katlanması çok sayıda hastalığın oluşumuna neden olur.

Protein Katlanmasında Şaperon Proteinleri

Şaperon proteinleri kendilerine yapısal olarak benzeyen proteinlerin katlanmasına yardım eder. Çok büyük bir ailedir. Çoğu üyesi ısı şok proteini (Hsp) olarak hizmet eder ki, bunlar hayatta kalmamızda çok büyük görevler üstlenir. Vücut sıcaklığı çok yükseldiğinde hemen çanlar çalmaya başlar. Çok hayati proteinler hariç diğer işlevler durdurulur. Isı şok proteinleri evrimsel süreçte hayatta kalmamıza çok yardım etmişler, zor zamanlarımızda imdadımıza koşmuşlardır.

Protein katlanmasını en çok etkileyen unsurlardan biri ısıdır. Bazı şaperon proteinleri polipeptit zincirlerinde meydana gelen yanlış katlanmaları düzeltir. Bazıları ribozomdan yeni çıkmış polipeptit zincirlerinin doğru katlanmasına yardım etmekle görevlidir. Doğru katlanamayan proteinlerin hemen imha edilip geri dönüştürülmesi gerekir. Birikmeleri halinde çok ciddi sorunlar yaratırlar. Alzheimer hastalığında Tau proteinlerinin birikmesi buna iyi bir örnektir.

Isı Şok Proteinleri (Hsp)

Isı şok proteinleri ilk olarak bakterilerde keşfedilmiştir. Bakteriler bizim gibi genellikle aynı ortamlarda kalmazlar. Bir rüzgâr onları çok soğuk yerlerden çok sıcak iklimlere sürükleyebilir. Bu yüzden sıcaklık değişimlerine karşı direnç sağlayacak yardımcılara ihtiyaç duyarlar. İşte ısı şok proteinleri bu amaçla evrimleşmiştir. Sadece ısı değil aslında, organizmayı strese sokacak birçok uyarana karşı aktifleşirler. Oksijenin yeterli olmadığı yerler, pH’ın çok değiştiği ortamlarda canlının hayatı tehlikeye girerse bu şaperon proteinleri hemen devreye girer ve neredeyse tüm proteinleri korumaya alır. Hsp70 ve Hsp60 en bilinen ısı şok proteinlerinden ikisidir. Şimdi onların protein katlanmasındaki rollerine yakından bakalım.

Hsp70

Hsp70 şaperon proteinleri yeni üretilip yanlış katlanmış ve yeniden katlanması gereken proteinlerin katlanma sürecini katalize eder. Tabiri caizse bir düğümü çözmek için olaya dahil olurlar. Bu proteinler tek bir polipeptit zincirinden oluşan monomerik yapıdadır. Bir ucu azottur (N terminal), diğer ucunda karbon (C terminal) vardır. Azot ucunda ATPaz görevi görerek enerji harcar ve molekülün çalışmasını sağlar. Karbon ucu ise proteinin hedef molekülüne bağlanır.

Yanlış katlanan proteinlerde dışarıya doğru bir amino asit zinciri sarkar. Bir kağıdı ikiye üçe katlamayı deneyin. Doğru şekilde katlamazsanız dışarı doğru çıkan kısımlar olacaktır. Bu görüntü kağıdın düzgün katlanmadığını hemen belli eder. Proteinlerde de durum aynen böyledir. Proteinin başı boş duran, dışarı uzayan kısmı Hsp70 tarafından hemen tanınır ve gerekli işlemler başlatılır. Proteinler ya imha sürecine yönlendirilir ya da tekrar katlanarak görev alanlarına gider.

Hsp60

Tıpkı Hsp70 gibi Hsp60 şaperon proteinleri de doğru katlanamamış proteinleri dışarı çıkan uzantılarından tanırlar. Bu proteinlerin temel görevi yanlış katlanmış proteinlerin yığılma yapmasını engellemek yerine onları diğerlerinden izole etmektir. Bu işlevleri muhakkak protein yığılmasının engellenmesinde önemlidir ancak temel görevleri ilgili polipeptitleri karantina altına almaktır. Artık bu proteinler hücre içindeki diğer moleküller ile etkileşime geçemeyecek ve hücreye zarar veremeyecektir.

Hsp60 14 farklı proteinin birleşiminden oluşan bir komplekstir. Bunlar her biri 7 proteinden oluşan iki halka meydana getirirler. Bir madalyonun iki yüzü gibi düşünün. Bu halkaların arasına giren katlanmamış proteinler diğer katlanmamış olanlar ile etkileşime girmeden düzgün katlanabilirler. Böyle bir yapı olmadığında katlanmamış proteinler hemen birbirleriyle etkileşime geçip bağlanıyorlar ve yığılma oluşturuyorlar.

Şaperon Proteinleri ile İlgili Terapik Uygulamalar

Vücudumuzda güneş ışığı, yediklerimiz içtiklerimiz gibi etkenler sürekli mutasyona neden oluyor. Şaperon proteinlerinde oluşan mutasyonlar da bazı hastalıklara neden olabilir. Örneğin multisistem proteinopati kas, kemik ve sinir sistemini etkileyen genetik bir hastalıktır.

Hsp inhibitörleri kanser hücrelerinin büyüme ve yayılmasını engellemek için kullanılıyor. Bir hücrenin doğru bir şekilde büyümesi ve gelişmesi için proteinlere ihtiyacı vardır. Örneğin Hsp90 proteinini inhibe ederek hücre içi sinyal mekanizması sekteye uğratılmak isteniyor.

Bazı metabolik hastalıkların tedavisinde kimyasal şaperon proteinleri kullanılıyor. Yanlış katlanan ve yığılma yapan proteinler endoplazmik retikulumda strese yol açıyor. Hücre bunu kendi başına çözemediğinde dışarıdan kimyasal şaperon proteinlerine ihtiyaç duyulabiliyor. Bu kimyasallar protein katlanmasını tetikleyerek yığılmaları çözüyor. Hücrenin üstündeki bu stres yükünün kalkması tip 2 şeker hastalığı, obezite gibi birçok hastalıkta işe yarayabilir.

Hazırlayan: Çağlayan Taybaş

Kaynaklar

https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-Chaperone-Proteins.aspx

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3638401/


Çağlayan Taybaş

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Moleküler Biyoloji ve Genetik mezunuyum. Şu an Johnson & Johnson'a bağlı olarak Erenköy Ruh ve Sinir Hastalıkları hastanesinde klinik araştırma koordinatörü olarak çalışıyorum. Ayrıca İstanbul Üniversitesi'nde ekonomi (açık öğretim) okuyorum. Lisans hayatım boyunca laboratuvarın yanında bilim yazarlığı, programlama, ney ve satranç ile uğraştım. Mezun olduktan sonra askere gitmeden önce sinirbilim.org'u kurdum. Şu an iş hayatım çok yoğun olduğu için eskisi gibi yazamıyorum. Yine iyi idare ettiğimizi düşünüyorum. Bana herhangi bir soru sormak isteyen varsa c.taybas@gmail.com'a mail atabilirler.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.