Hemeprotein

Bir hemeprotein (veya hemprotein; ayrıca hemoprotein veya hemoprotein) veya heme proteini, bir hem protez grubu içeren bir proteindir.  Çok büyük metaloprotein sınıfıdırlar.  Hem grubu, oksijen taşıma, oksijen azaltma, elektron transferi ve diğer işlemleri içerebilen işlevsellik sağlar.  Heme, proteine kovalent veya kovalent olmayan bir şekilde veya her ikisine birden bağlanır. [1]

Oksijenin bir hemoproteinin parçası olan bir hem protez grubuna bağlanması

Hem, porfirinin eşlenik tabanının merkezinde bağlanan demir katyonunun yanı sıra demirin "eksenel bölgelerine" bağlı diğer ligandlardan oluşur.  Porfirin halkası, düzlemsel bir dianyonik, tetradentat liganddır.  Demir tipik olarak Fe2 + veya Fe3 + 'dır.  Eksenel bölgelere bir veya iki ligand eklenir.  Porfirin halkası, demire bağlanan 4 nitrojen atomuna sahiptir ve proteinin histidine bağlanmak için demirin diğer iki koordinasyon pozisyonunu ve bir iki değerlikli atomu bırakır. [1]

Hemeproteinler muhtemelen hem protoporfirin IX halkasında bulunan demir atomunu proteinlere dahil edecek şekilde evrimleşmiştir.  Hemeproteinleri iki değerlikli demiri bağlayabilen moleküllere duyarlı hale getirdiği için, bu strateji önemli fizyolojik işlevler oynadığı için evrim boyunca sürdürülmüştür.  Hem proteinlerde oksijen (O2), nitrik oksit (NO), karbon monoksit (CO) ve hidrojen sülfür (H2S) demir atomuna bağlanır.  Protez hem gruplarına bağlandıktan sonra, bu moleküller bu hemeproteinlerin aktivitesini / işlevini modüle ederek sinyal iletimini sağlayabilir.  Bu nedenle, biyolojik sistemlerde (hücreler) üretildiklerinde, bu gaz halindeki moleküller gaz ileticiler olarak adlandırılır.

Heme B kofaktörünün Fe-protoporfirin IX alt biriminin bir modeli

Hemeproteinler, çeşitli biyolojik fonksiyonları ve yaygın bollukları nedeniyle en çok çalışılan biyomoleküller arasındadır. [2]  Hem protein yapısı ve işlevi hakkındaki veriler, Protein Veri Bankası'na ikincil bir veritabanı olan The Heme Protein Database'de (HPD) toplanmıştır. [3]

✅ Roller :

1️⃣ Hemeproteinler, hemoglobin, miyoglobin, nöroglobin, sitoglobin ve leghemoglobin gibi hemeproteinler aracılığıyla tamamlanan oksijen taşınması gibi çeşitli biyolojik işlevlere sahiptir. [4]

2️⃣ Bazı hemeproteinler - sitokrom P450'ler, sitokrom c oksidaz, linyinazlar, katalaz ve peroksidazlar - enzimlerdir. Genellikle oksidasyon veya hidroksilasyon için O2'yi aktive ederler.

3️⃣ Hemeproteinler, elektron taşıma zincirinin bir parçasını oluşturdukları için elektron transferini de sağlar. Siktokrom a, sitokrom b ve sitokrom c, bu tür elektron transfer fonksiyonlarına sahiptir.

4️⃣ Duyusal sistem ayrıca FixL, bir oksijen sensörü, CooA, bir karbon monoksit sensörü ve çözünür guanilil siklaz dahil olmak üzere bazı hemeproteinlere dayanır.

✅ Hemoglobin ve miyoglobin :

Hemoglobin ve miyoglobin, memelilerde sırasıyla oksijen taşıyan ve depolayan hemeprotein örnekleridir. Hemoglobin, kırmızı kan hücresinde oluşan dörtlü bir proteindir, oysa miyoglobin, memelilerin kas hücrelerinde bulunan üçüncül bir proteindir. Konum ve boyut olarak farklılık gösterse de işlevleri benzerdir. Hemeprotein oldukları için her ikisi de bir hem protez grubu içerir.

Proksimal histidin olarak da bilinen miyoglobinin His-F8'i, demirin 5. koordinasyon pozisyonuna kovalent olarak bağlıdır. Oksijen distal His ile kovalent değil bir hidrojen bağı yoluyla etkileşime girer. Demirin 6. koordinasyon pozisyonuna bağlanır, miyoglobinin His-E7'si artık demire kovalent olarak bağlı olan oksijene bağlanır. Aynısı hemoglobin için de geçerlidir; bununla birlikte, dört alt birimi olan bir protein olan hemoglobin, toplamda dört hem birimi içerir ve toplamda dört oksijen molekülünün proteine bağlanmasına izin verir.

Miyoglobin ve hemoglobin, bir protez grubu kullanarak oksijeni bağlamaya ve iletmeye hizmet eden küresel proteinlerdir. Bu küreler, omurgalıların ve bazı omurgasızların biyolojik sıvılarında taşınabilen moleküler oksijen konsantrasyonunu önemli ölçüde iyileştirir.

Ligand bağlanmasında ve allosterik regülasyonda farklılıklar meydana gelir.


✔ miyoglobin :

Miyoglobin, omurgalı kas hücrelerinde bulunur. Anlaşma, çağılaşılildiklerinde, enerji gereksinimleri çağda çağla büyük çaplı oksijene ihtiyaç duyabilirler. Bu yüzden, oksijen difüzyonunu hızlandırmak için oksijen difüzyonunu hızlandırmak için, yoğun solunum zamanlarında lokalize oksijen rezervi görevi görür. Miyoglobin ayrıca kullanılabilir hale getirir.


✔ Hemoglobin :

Omurgalılarda, kırmızı kan hücrelerinin sitozolünde hemoglobin bulunur. Hemoglobin, sabit olan miyoglobin ile kontrast oluşturması için bazen oksijen taşıma proteini olarak adlandırılır.

Omurgalılarda oksijen akciğer dokuları tarafından vücuda alınır ve kan dolaşımındaki alyuvarlara aktarılır. Oksijen daha sonra vücuttaki tüm dokulara dağıtılır ve kırmızı kan hücrelerinden solunum hücrelerine boşaltılır. Hemoglobin daha sonra akciğerlere geri döndürülmek üzere karbondioksiti alır. Böylece, hemoglobin, uygun dokularda hem oksijeni hem de karbondioksiti bağlar ve yükler, hücresel metabolizma için gereken oksijeni sağlar ve ortaya çıkan atık ürün olan CO2'yi ortadan kaldırır.



✅ Sitokrom c oksidaz :

Sitokrom c oksidaz, mitokondrinin iç zarına gömülü bir enzimdir. Ana işlevi, Sitokrom c proteinini oksitlemektir. Sitokrom c oksidaz, birkaç metal aktif bölge içerir.

✅ Tasarlanmış heme proteinleri :

Pincer-1 [1]: Tüm beta ikincil bir yapıyı benimseyen tasarlanmış bir heme bağlayıcı peptid.  YUKARIDA: Pincer-1'in ikincil yapıyı ve tasarlanmış etkileşimli kalıntıları gösteren topolojik temsili.  AŞAĞIDA: Pincer-1'in tüm atomlu 3 boyutlu modeli.  Bu model, NMR kullanılarak kısmen doğrulandı.

Hem molekülünün çeşitli işlevleri nedeniyle: bir elektron taşıyıcısı, bir oksijen taşıyıcısı ve bir enzim kofaktörü olarak, hem bağlayıcı proteinler, sürekli olarak protein tasarımcılarının dikkatini çekmiştir.  İlk tasarım girişimleri, kısmen kendi kendine birleşen sarmal demetleri tasarlamanın göreli basitliği nedeniyle a-sarmal heme bağlayıcı proteinlere odaklandı.  Heme bağlanma yerleri, sarmallar arası hidrofobik olukların içinde tasarlandı.  Bu tür tasarımların örnekleri şunları içerir:

• Helichrome [2] [3]

• Globin-1 [4]

• Cy-AA-EK [5]

• Peptitler IIa / IId [6]

• α2 [7]

• Transmembran sarmal tasarımlar [8] [9] [10].

Daha sonraki tasarım girişimleri, işlevsel heme bağlayıcı sarmal demetler oluşturmaya odaklandı, örneğin:

• Oksidoredüktazlar [11] [12]

• Peroksidazlar [13] [14]

• Elektron taşıma proteinleri [15]

• Oksijen taşıma proteinleri [16]

• Işığa duyarlı proteinler [17]

Tasarım teknikleri o kadar olgunlaştı ki artık heme bağlayan sarmal proteinlerin tüm kitaplıklarını oluşturmak mümkündür [18].

Son tasarım girişimleri, yeni topolojisi doğası gereği çok nadir olan tüm beta hem bağlayıcı proteinler yaratmaya odaklanmıştır. Bu tür tasarımlar şunları içerir:

• Pincer-1 [19]

• β-firkete peptidleri [20]

• β yapraklı miniproteinler [21]

• Çok iplikli β yapraklı peptidler [22]

Kaynak : https://en.m.wikipedia.org/wiki/Hemeprotein