Katalog

B İ YO K İ M Y A Makromoleküler kristallerin yapısı Büyük moleküllerin yapılarını kavrayabilmek için Xışınlı kristalografi tekniği kullanılıyor. leik asitlerin çoğu kolay kristalize olmaz Oysa Xışını kırılma analizinde, yapılan kristaller kelimenin tam anlamıyla "kusursuz" olmalıdır. Bu nedenle biyokimyagerler çalışmala rını kristalleştirebildikleri moleküllerle, tavuk yumurtalarındaki lizozimle örneklenen enzimler, mide sıvılarından pepsin ve kandan hemoglobinle sınırlamak zorunda kaldılar. Bazı protein ve nükleik asitlerden, görüntülenmelerı için gereken kristallerin elde edilemeyişi, doğal makromoleküler etkileşimlerin kavranmasına engel oluyor, bıyoteknoloji endüstrisinin uygulamalı çabalarını da boşa çıkartıyor. Oysa bu endüstrin.n mevcut molekülleri geliştirecek, yenilerini yaratacak cihazlarının potansiyeli ve boyutları, insanı hayrete düşürecek nitelikte Makromoleküler görüntülerı daha genis bir spektrum içinde elde edebilmek, bu endüstriye büyük yararlar sağlayacaktır. Çeviri: Gülşat Aygen G en mühendisliği ve (recombinant) DNA teknolojisinin ortaya çıkmasıyla, bıyokimyagerler ve moleküler biyologlar, yaşamı oluşturan kimyasal tepkimeleri katalize eden moleküllerin sentezini kontrol etmeyi başardılar. Bu yeni sentetik yeterliliğe paralel olarak, alışılagelmiş kimyasal bileşiklerin yanı sıra protein ve nükleik asit gibi karmaşık makromolekülleri incelemek için güçlü analitik yöntemler geliştirildı. Bu yöntemlerin en önemlisi, kristallerin X ışınlarını yayarken oluşturduğu şekillerden molekülor görüntüler elde eden "Xışını kırılma analizi'dır Moleküler yapının atomik seviyede üç boyutlu analizinde en iyi yöntemlerden biri de Xışınlt kristalografi. Bu teknikle diğer moleküllerle makromoleküler etkileşimi de görebilmek olası. Xışınlı kristalografi ile örneğin bir enzim kimyasal bir tepkimeyi katalize etmek için bir moleküle bağlandığında veya bir antikor antijen molekülüyle bir kompleks oluşturduğunda neler olduğunu inceleyebiliriz. İlaç sanayine katkısı Pişirme, mayalama ve diğer besin işlemlerinde kullanılan enzimlerin kritik bölümleri belirlenebilirse, çözünürlük, ısı veya asit toleransı gibi özellikler gereksinime göre değiştirilebilir. Besinlerin besin değerleri ve tarım ürünlerinin hastalıklara ve sert çevre koşullarına dirençleri arttırılabılir. Bir ilaçla, hedef molekülün etkileşimi net oıarak görüntülenebilirse, protein ve nükleik asitlerle etkileşime giren ilaçlar, sistematik olarak belirlenebilir. ister masa tuzu, ister en komplike protein kristalleri olsun, her çeşit kristal benzersiz bir parametre grubuyla karakterıze. molekül düzenlerınden oluşur. Bu parametreler "birim hücre"deki atomların dağılımını gösterir. Kristalin Asimetrik Birim adı verilen temel bileşkeni, genellıkle krıstali oluşturan maddenin bir tek molekülüdür. Çeşitli asimetrik birimler, matematiksel bir tanımla uzamgrup adı verilen simetrik bir düzende birleşir. Bir krıstalde 230 uzamgrup olasıdır Ancak protein kristallerınde bu sayı 65'e iner, çünkü protein moleküllerinı oluşturan amıno asitler, belirli simetri sınırlamaları getirir Birim hücre, uzamgrup tarafından tanımlanan asimetrik birimleri içine alan, minimum hacimde hayalı bir kutudur. Birim hücrelerin 6 olası şekli vardır. Hücrenin kenar uzunlukları pek çok proteinde. metrenin (5001500 milyarda biri) 50150x10'° kadardır Kristal yapısı birim hücrenin periyodik veya düzenli aralıklarla tekrarlanmasıyla gösterilebilir Düzenli bir kafeste. moleküllerin kendiliğinden özdüzenleme, termodinamiğin (bütün maddelerin maksimum ontropiye ulaşma eğiliminde olduğunu belırten) ikinci yasasına aykırı görünebilir. Bilindiği kadarıyla kristalleşmeye eşlık eden sabit kimyasal bağlar işlemi yönlendirir. Bu bağ oluşumunda açığa çıkan enerji, sistemde kristalleşmenin belirlediği düzeni sağlar Bazı proteinler ve nükleik asitler, uygun ol Süre çok kısaldı Xışınh kristalografinin dünyaya tanıtıldığı 1913'ten bugüne kadar gelişen teknoloji, incelemeler için gereken zamanı da çok kısalttı. Bir zamanlar çözümlenmesi yıllar gerektiren moleküler yapıları, bugün birkaç hattada saptayabiliyoruz Bir makromolekülün yapısı birkaç ay içinde çözülerek, üç boyutlu görüntülerle karşınıza getirilebilir. Bir proteinin yapısı zaten çözülmüşse, başka moleküllerle oluşturacağı bileşiklerin ayrıntıları, sadece birkaç gün içinde belirlenebilir. Bilinen binlerce proteinin çok küçük bir oranı kristalleştirilebilmistir Protein ve nük Bitkisel proteınlerden konkavalin (üst) ve yisllin (sağ), kolay kristalize olduğu bilinen birkaç proteinden ikisidir. Kristaller polarize ışığın altında incelenerek Xışın analizine engel olacak yapı tarklılıklan açığa çıkarılır. Protein ve nükleik asit kristallerini büyütmek, masa tuzu gibi basit bileşiklerin kristallerini büyütmekten çok daha zordur. Makromoleküller Xışın kristalografiyle incelenmeden önce kristalize olmalıdır. mayan koşullarda doğal yapılarını kaybederler. Bu nedenle belirli makromolekülün kristal büyümesini sağlayabilen tek koşul, moleküllerin özelliklerini bozmayacak ortamdır limerleri içerir. Bu üç tür madde, etkilerini farklı yollardan gösterir, ama tümü çözeltideki makromoleküllerin etkileşimini destekler. Bu maddeler üst derecede yoğun çözeltileri süperdoyumun tam altında bir noktaya getırmeye yarar. Protein veya nükleik asidin çözünürlüğür.ü azaltmak için çözeltinin asıditesi veya ısısı gibi bazı fiziksel özellıkleri derece derece değiştirilerek süperdoyum sağlanır. Her makromolekül. belirgin yüzey özellikleri taşıyan, benzersiz üç boyutlu bir yapıdır ve her makromolekülün kendine özgü fiziksel ve kimyasal özellikleri vardır. Bu nedenle bir proteinin incelenmesiyle öğrenilenler, nadiren diğerlerine uygulanabilir Bazen aynı molekül aynı koşullarda, hatta aynı çözeltide bile farklı özellikler gösterebilir. Jet Propolsion Laboratuvarı'ndan Paul J. Shlichta ve Alexander McPherson, protein çözeltilerini minerallerle besleyerek kristal büyümeyi kontrol etmeye çalıştılar Deneylerinin sonuçları oldukça cesaretlendiricıydi. Mineral platformların gerçekten krıstallerın çekırdeklenmesıne yardım ettiğinı ve kristalin morfolojisini bir şekilde sınırladığını keşfettiler ABD'de mıkroyerçekımlı koşullarda kristal büyütme deneyleri de yapılmakta. Şimdiye kadar 5 uzay gemtsınde bu deneyler yapıldı. Bilimerleri makromoleküler kristallerin yerçekimine bağlı fiziksel koşullar bulunmadığında daha düzgün, tek tip şekiller alıp almadığını öğrenmeye çalışıyorlar (Ozet çeviri: Scientific American, mart 89) Çözeltide büyütülenler Protein ve nukleık asit kristalleri, ana sıvı adı verilen, uygun asidite, ısı ve iyonik direnç sağlayan bir çözeltide büyütülür Bu konuda bir diğer önemlı nokta da şudur: Tuz gibi daha küçük moleküller çok az çözücü içerir veya hıç ıçermezken, makromoleküler kristaller ortalama % 50 çözücüdür. Küçük moleküllerin kristalleri hemen hemen kuramsal çözülme sınırına kadar ışınları kırıp saptırırken. protein ve nükleik asit kristalleri genellıkle çok sınırlı düzey ışın kırarlar. Makromoleküler kristallerin yüksek çözücü nıtelığı sayesinde, moleküler yapılar canlı doku ıçındeki özelliklerini korurlar. Böylece biyokimyagerler, protein ve nükleik asitlerin pek çok özelliğini doğal yapılarıyla inceleme olanağı bulurlar. Makromoleküler kristai büyümesinde anahtar deyim derece derecedir. Doyma işlemindeki herhangi bir ani değişıklik, kristalleşme yerıne şekilsiz bir katı maddenin çökmesıyle sonuçlanır Yüksek yoğunluktakı bir çözelti çöktürücü bir maddeyle dengelenmelıdir Bu madde, örneğin buhar dıfüzyonu gibi, yeterince yavaş verilirse çöktürmez. aksine kristalizasyonu hızlandırır. Çöktürücü maddeler amonyum sülfat gibi tuzları, etanol gibi organik çözücüleri ve polıetilen glikol gibi çözülebılır sentetik po Uzaydan alınan knstaller geçen eylul ayındaki uçuşu sırasında uzay arası Discovery'de büyütüldü. Kristaller mikroyerçekimiyle ilgili bir dizi deneyin parçası. Böyle mükemmel kristallerin oluşmasının nedeni, yerçekimine bağlı konveksiyon ve sedimentasyonun uzayda bulunmaması olabilir.