Protein yapısı

Proteinler her organizmada bulunan önemli bir makromolekül sınıfıdır. Proteinler, 20 farklı tip L-α-amino asitten meydana gelen polimerlerdir. Amino asitler birbiriyle reaksiyona girdikten sonra meydan gelen polimerde bu amino asitlerden arta kalan birimlere amino asit kalıntısı denir. 40 kalıntıdan daha kısa olan zincirler için protein yerine genelde peptit terimi kullanılır. Biyolojik fonksiyonlarını yerine getirebilmek için proteinler uzay içinde belli bir biçim alacak şekilde katlanırlar. Bu katlanmayı yönlendiren güçler, protein atomları arasındaki hidrojen bağı, iyonik etkileşimler, van der Waals kuvvetleri ve hidrofobik istiflenme gibi, kovalent olmayan etkleşimlerdir. Proteinlerin işlevlerini moleküler düzeyde anlayabilmek için genelde onları üç boyutlu yapısının çözülmesi gerekir. Protein yapısını çözmek için X-ışını kristalografisi ve NMR spektroskopisi kullanılır, bunlar yapısal biyolojinin başlıca yöntemleri arasında yer alır.
Proteinlerdeki amino asit kalıntı sayısı birkaç on ile birkaç bin arasında değişebilir. Bazı proteinler daha büyük yapıların protein altbirimidirler. Örneğin, binlerce aktin molekülü bir araya gelerek mikrofilamanları meydana getirir.
Bır protein biyolojik işlevini yerine getirirken tersinir bir yapısal değişiklik geçirebilir. Aynı proteinin alternatif yapıları farklı konformasyonlar olarak adlandırılır, bunlar arasındaki geçişlere konformasyon değişikliği denir.

Protein kovalent yapısı ve stereokimyası

Protein amino asitleri bir yoğunlaşma reaksiyonu ile birleşerek bir polipeptit zincir oluştururlar. Canlılarda bu reaksiyon çeviri denen bir süreç ile ribozomlarda gerçekleşir.
Ribozomlar tarafından imal edilen doğal proteinlerde bulunan 20 amino asit farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahiptir. Taşıdıkları elektrostatik yük, hidrofobiklikleri, asit ayrışma katsayıları (pKa), büyüklükleri ve fonksiyonel grupları farklılık gösterir. Bu özellikler proteinlerin yapısını belirlemekte önemli rol oynar.

Yan zincir konformasyonları

Yan zincirlerdeki atomlar Yunan harfleri ile, Yunanca alfabetik sırayla adlandırılır:
α, β, γ, δ, є, vs. C omurga üzerinde, amino asidin karbonil grubuna en yakın karbon bağına karşılık gelir. Bu atomlar arasındaki dihedral açılar χ1, χ2, χ3, vs. olarak adlandırılır. Yan zincirinin hareket edebilen ilk atomunun () dihedral açısı (χ1), N-C-C- olarak tanımlanır. Yan zincirler birbiriyle çakışmayacak şekilde düzenlenirler, sp3-sp3 bağları etrafında 60°, 180°, ve -60° açılarla dizilme eğilimi gösterirler. Bu pozisyonlara sırasıyla gauche(-), trans, ve gauche(+) adları verilir.
Yan zincir dihedral açıları eşit bir dağılım göstermezler, çoğu yan zincir tipleri için  açıları belli değerler etrafında öbeklenir.

Protein yapısının düzeyleri

Protein yapısının dört düzeyi vardır.

Protein yapı tespiti

Protein Data Bank adlı veritabanındaki protein yapılarının yaklaşık %90'ı X-ışını kritalografisi ile belirlenmiştir. Bu yöntem, (kristalleşmiş) bir proteindeki elektron dağılımının üç boyutlu (3B) yoğunluğunu ölçmeyi sağlar ve dolayısıyla tüm atomların 3B koordinatlarının belli bir çözünürlük ile çıkarımı mümkün olur. Yapısı bilinen proteinlerin yaklaşık %9'u Nükleer Manyetik Rezonans ile elde edilmiştir. Proteinin ikincil yapı bileşimi dairesel dikroizm veya ikili polarizasyon interferometrisi ile belirlenebilir. Kriyo-elektron mikroskopisi de bazı durumlarda protein yapısının yüksek (5 angstromdan düşük) çözünürlükle belirlenmesi için kullanılan bir yöntem olarak gelişmektedir. Bu yöntem özellikle çok büyük protein komplekslerinin (virüs kılıf proteinleri gibi) yapısının anlaşılması için hâlen mevcut olan tek yoldur.

Yapı sınıflandırması

Protein yapıları, benzerliklerine veya ortak evrimsel kökene dayanarak sınıflandırılabilir. SCOP ve CATH veritabanları iki farklı protein yapısal sınıflandırması sunmaktadır.

Protein yapısı ile ilişkili yazılım

Protein yapısının çeşitli cepheleri hakkında çalışan araştırmacılara yardımcı olan yazılımlar mevcuttur. Bu araştırmalarda gereken en temel işlevsellik, yapı görüntülemesi sağlamaktır. Protein yapısının analizi yapıları hizalayan yazılım ile kolaylaştırılır. Belli bir protein dizisi için yapı bilinmiyorsa, bilinen protein yapılarına dayanarak onun yapısını öngören veya modelleyen yazılımlar kullanılabilir. Ayrıca, model veya öngörü yapıları varsa, onlarda hata kontrolü yapmak için, protein konformasyonel değişimlerini öngörmek, veya substrat bağlanma konumların öngörmek için yazılımlar vardır.