Proteinler ve Enzimler
Proteinler, hücrenin kimyasal olarak çok yönlü makromolekülleridir ve enzimler, yaşamın reaksiyonlarının biyolojik olarak faydalı hızlarda gerçekleşmesini sağlayan protein (ve bazen RNA) katalizörleridir.
Tanım
Protein, peptit bağlarıyla birleşmiş, belirli bir üç boyutlu yapıya katlanan amino asitlerin doğrusal bir polimeridir; bir enzim ise, neredeyse her zaman bir protein olan, belirli bir reaksiyonun aktivasyon enerjisini tüketmeden düşüren biyolojik bir katalizördür.
Kapsam
Bu alan, polipeptitlerin kimyasını —amino asit yapı taşları, diziden birleşime kadar yapısal organizasyon seviyeleri, katlanmanın enerjisi— ve enzimlerin katalitik davranışını, kararlı durum kinetiği, hız artırma mekanizmaları ve substrat bağlanmasının fiziksel kimyası dahil olmak üzere inceler. Proteinleri, işlevinin yapıdan kaynaklandığı moleküler nesneler olarak ele alır ve klinik uygulamadan ziyade kimya bilimi için bir çerçeve sunar.
Alt konular
Temel sorular
- Tek boyutlu bir amino asit dizisi, benzersiz bir üç boyutlu yapıyı nasıl belirler?
- Katlanmış proteinleri hangi fiziksel kuvvetler stabilize eder ve neden katlanırlar?
- Enzimler, yüksek özgüllükle birçok büyüklük mertebesinde hızlanmaları nasıl başarır?
- Katalitik davranış, kinetik parametreler aracılığıyla nasıl ölçülebilir ve karşılaştırılabilir?
Temel kuramlar
- Özgüllüğün anahtar-kilit ve indüklenmiş uyum modelleri
- Fischer'in anahtar-kilit modeli, enzim ve substrat arasında geometrik tamamlayıcılık olduğunu öne sürmüştür; Koshland'ın indüklenmiş uyum iyileştirmesi ise, substrat bağlanmasının katalitik grupları hizalayan konformasyonel bir değişikliği tetiklediğini ve özgüllüğü daha eksiksiz açıkladığını savunur.
- Geçiş durumu stabilizasyonu
- Enzimler, reaksiyonları esas olarak geçiş durumunu temel durum substratından daha sıkı bağlayarak hızlandırır ve aktivasyon serbest enerjisini düşürür; Pauling tarafından ifade edilen ve sonrasında geliştirilen bu çerçeve, çoğu katalitik stratejiyi birleştirir.
Mekanizmalar
Katalitik güç, reaktanların yakınlığı ve yönelimi, genel asit-baz katalizi, kovalent kataliz, metal iyonu katalizi ve yüklü ara ürünlerin elektrostatik stabilizasyonu gibi çeşitli stratejilerin birleşiminden kaynaklanır. Bunlar, proteinin katlanmasıyla kalıntıları reaksiyonun substratından ziyade geçiş durumunu tamamlayacak şekilde konumlandırılmış bir cep olan aktif bölgede bağlı substratlar üzerinde etki eder.
Klinik önem
Enzim mekanizması ve kinetiğini anlamak, kimya bilimleri genelindeki uygulamaların temelini oluşturur: inhibitörlerin rasyonel tasarımı, yeşil sentez için biyokatalizörlerin mühendisliği ve metabolik yolların nasıl düzenlendiğinin yorumlanması. Buradaki yaklaşım mekanistik ve reçeteleyici değildir.
Tarihçe
Protein ve enzim bilimi, on dokuzuncu yüzyıl fermantasyon çalışmaları ve Fischer'in stereokimyasal içgörülerinden, Michaelis ve Menten'in (1913) kinetik formalizmi aracılığıyla, yirminci yüzyıl ortalarında ilk protein yapılarının X-ışını kristalografisi (miyoglobin ve hemoglobin) ile belirlenmesine kadar gelişmiş, böylece yapı-işlevi belirler paradigmasını oluşturmuştur.
Öne çıkan isimler
- Emil Fischer
- Linus Pauling
- Daniel Koshland
- Leonor Michaelis
- Maud Menten
İlgili konular
Temel eserler
- nelson2021
- berg2019
- fischer1894
Sıkça sorulan sorular
- Tüm enzimler protein midir?
- Çoğu öyledir, ancak bazı katalitik RNA molekülleri (ribozimler) de enzim olarak işlev görür ve protein yapısının biyolojik kataliz için kesinlikle gerekli olmadığını gösterir.
- Bir katalizörü bir reaktandan ayıran nedir?
- Bir enzim de dahil olmak üzere bir katalizör, aktivasyon enerjisini düşürerek bir reaksiyonu hızlandırır ve sonunda değişmeden yeniden üretilir, bu nedenle genel stokiyometride yer almaz.