Günümüz teknolojisiyle birlikte amino asit dizilerini görüntülemek ve bu dizilerden üç boyutlu protein katlanmalarını tahmin ederek protein şekillerinin üç boyutlu yapısını elde etmek mümkün hâle geldi. Fazla detaya inmeden dihedral açı, phi (φ) açısı, psi (ψ) açısı, omega açısı (ω) ve Ramachandran grafiği olmak üzere üç ana kategoriye ayrılabilecek terimlerden bahsetmek ve ortaya çıkardıkları büyüleyici üç boyutlu protein şeklini ve bu şekli tahmin etmekte arayüz olarak kullanılan bir yöntemi anlatmaya çalışacağım.
Amino Asit ve Proteinler
Proteinler, amino asit adı verilen monomerlerin (en küçük yapı birimi) yoğunlaşma adı verilen tepkimeler ile bir araya gelip, peptit bağları ve sonrasında peptit zincirlerini oluşturmasıyla ortaya çıkar. Şekil 1’de de görüldüğü gibi peptit bağı birinci amino asit monomerinin karboksil grubunda bulunan hidroksit atomu ve ikinci amino asit grubunun amin grubuna bağlı hidrojen atomu arasında meydana gelmektedir. Bu reaksiyondan su molekülü açığa çıkar. Şekil 2’de de görüldüğü gibi amino asit merkezde bulunan ve α-karbon olarak adlandırılan bir karbonun amin ve hidroksit grupları ile oluşturduğu bağdan meydana gelmektedir.
Bir sürü peptit bağının oluşması ile meydana gelen polipeptitlerin, protein katlanması (protein folding) adı verilen olayda birbirleri arasında çeşitli bağlar kurması sonucu üç boyutlu protein yapıları meydana gelmektedir. Bu yüzden, yazının geri kalan kısmında anlatacağım her şeyi üç boyutlu olarak düşünmenizi rica ediyorum.
Dihedral Açılar
Protein zincirinin yaptığı rotasyonlar sonucunda, zinciri oluşturan amino asitlerin α-karbon ve nitrojen atomları ile α-karbon ve karbon (karboksil grubunda bulunan) atomları arasındaki bağların bulunduğu noktada iki düzlemde bulunan açılar meydana gelir. Bu açılara dihedral açılar denir. Şekil 3’te de görüldüğü gibi, phi (φ) açısı nitrojen atomu ve α-karbon atomu arasında, psi (ψ) açısı karbon ve α-karbon arasında, omega açısı (ω) ise nitrojen ve karbon atomları arasında oluşan açıları isimlendirmek için kullanılır. Omega (ω) genellikle peptit bağı üzerinde oluğu için çoğunlukla 180 derecedir ve dihedral açı olarak değerlendirilmez, zira tek bir düzlemdedir. Şekil 4’ün, olayları iki düzlemde hayal edebilmeniz açısından yardımcı olacağını umuyorum.
![[1]](https://www3.cmbi.umcn.nl/wiki/index.php/File:Torsionangles.jpg){kind=link}
Ramachandran Grafiği
G.N. Ramachandran ve ekibi tarafından 1963 yılında geliştirilen grafik dihedral açıların protein yapısı içerisinde dağılımının anlaşılmasında ve sonuçların bir araya getirilerek görüntülenmesini sağlar.[3] Bazı açılar atomlar arası çarpışmalara sebep olacağı için mümkün değildir ve o yönlere katlanma ve rotasyon gerçekleşmez. Ramachandran grafiği bu gerçekleşmesi mümkün olmayan noktaları da göstermektedir.
Şekil 5’te de görüldüğü gibi “y” ekseni psi (ψ), “x” ekseni ise phi (φ) açılarını göstermektedir. Ayrıca Ramachandran grafiği elde edilen protein şeklinin kalitesini de anlamaya yardımcı olur. X-ışını kristalografisi, NMR (nuclear magnetic resonance) veya homoloji modellemesi gibi protein görüntüleme yöntemlerinin son aşamasında kullanılan Ramachandran grafiği, net bir şekil elde etmekte büyük rol oynar.
Referanslar
[1] CMBIwiki. (2017). Torsion Angles.
[2] WebMO. (n.d.). WebMO Help – Adjust Tool.
[3] Oberholser K., Sussman J. L., Hodis E., Decatur W., Livne S., Prilusky J., Richardson J. S., Berchansky A. (2013). Ramachandran Plot, Proteopedia.
Fotoğraf için tıklayınız. Görseli hazırlayan: Dcrjsr.
