Proteom, hücredeki tüm proteinleri tanımlarken, metabolit tüm metabolitleri tanımlar. Her ikisi de özellikle hücre biyolojisinin birçok yönüyle ilgilidir. Hücre sinyali, protein yıkımı, üretimi ve çeviri sonrası modifikasyon. Bu makale, bir metabolit ile proteom arasındaki ilişki hakkında bilgi içerir.
İçindekiler
Protein nedir?
Proteom, bir hücre, doku veya organizmada ifade edilen bir grup proteini tanımlar. Bu aynı zamanda protein izoformlarını ve translasyon sonrası varyantları da içerir. MRNA seviyeleri bir mikrodizi kullanılarak doğru bir şekilde ölçülebilmesine rağmen, protein translasyonunu ve her bir mRNA’nın net olmayan bozunma oranını ölçmek için proteinleri ve seviyelerini incelemek gerekir.
Ek olarak, fosforilasyon, her yerde bulunma (protein aktivitesinin ve sinyal iletim aracısının modifikasyonu) ve bir proteinin mevcut bölünmesi gibi translasyon sonrası değişiklikler, protein aktivitesinin kaderini belirleyebilir. Proteomik analiz, protein aktivitesi hakkında önemli bilgiler sağlasa da, bazı dezavantajları vardır:
• Protein sayısı 100.000’den fazla olduğundan, proteinin boyutu genom boyutundan birkaç kat daha fazladır.
• Düşük seviyeli proteinlerin tespit edilmesi zordur.
• Proteinlerin saptanması, protein içeriği için büyük ölçekli, yüksek verimli bir tahlilin (HTS) kullanılmasını içerir.
• Proteinler genotip hakkında kapsamlı bilgi vermelerine rağmen fenotip hakkında sınırlı bilgi sağlarlar.
Proteomik nedir?
Proteomik, bir hücre veya organizmanın protein ekspresyonunun analizine yönelik sistematik, yüksek verimli yaklaşımla ilgilenen moleküler biyolojinin hızla büyüyen bir alanıdır. Proteomik araştırmaların tipik bulguları, birçok koşul altında diferansiyel olarak ifade edilen proteinlerin protein içeriğinin envanteri ve hücrenin, proteinlerin aktivitesini ve seviyesini düzenleyerek iç ve dış değişikliklere yanıt vermesidir; Dolayısıyla, bir proteindeki değişiklikler (genlerde kodlanan tüm proteinlerin bir grubu), hareket halindeki hücrenin anlık görüntüsünü sağlar. Proteomik, belirli bir organizmadaki tüm protein içeriğinin yapısı, işlevi ve etkileşimlerinin anlaşılmasını sağlar.
proteomik tarihi
Protein terimi ilk olarak 1938’de elektrokimya alanında başarılı olan İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius tarafından icat edildi. Canlı organizmalarda bol miktarda bulunan ve doğrusal amino asit zincirlerinden oluşan belirli bir makromolekül sınıfını tanımlamak istedi. Proteomik olarak adlandırılabilecek ilk protein çalışmaları, 1975 yılında kobay Escherichia coli’den alınan proteinlerin iki boyutlu jel yerleştirilmesi ve haritalanması ile başladı. Pek çok protein ayrıştırılıp görselleştirilebilse de henüz tanımlanamamıştır.
Proteomik ve proteomik terimleri, 1990’ların başında Avustralya’daki Macquarie Üniversitesi’nde öğrenci olan Mark Wilkins tarafından, bir organizmadaki tüm gen setini temsil eden genomik ve genom terimlerini yansıtmak için icat edildi. Protein teriminin ilk kullanımından bu yana, anlamı ve kapsamı azalmıştır. Post-translasyonel modifikasyonlar, alternatif ekleme ürünleri ve dirençli proteinler, klasik ayırma tekniklerini kelimenin geleneksel tanımına meydan okudu.
Günümüzde proteinler kullanılarak birçok farklı çalışma alanı araştırılmaktadır. Bunlar, protein-protein etkileşim çalışmaları, protein fonksiyonu, protein modifikasyonları ve protein lokalizasyon çalışmalarını içerir. Proteomik’in temel amacı, yalnızca bir hücredeki tüm proteinleri keşfetmek değil, aynı zamanda hücrenin tam konumlarını gösteren eksiksiz bir 3D haritasını oluşturmaktır. Birçok yönden, proteomik, genomik ile paralel çalışır. Genomik’in başlangıç noktası, ürünleri (yani proteinler) hakkında çıkarımlar yapan gen iken, proteomik, fonksiyonel olarak değiştirilmiş protein ile başlar ve üretiminden sorumlu olan gene kadar gider.
protein türleri
Spesifik bir hücresel organelde bulunan proteinlerin veya protein komplekslerinin yapısını belirlemeyi amaçlayan proteomik çalışmalar, yapısal proteomik olarak bilinir. Yapısal analiz, yeni keşfedilen genlerin işlevlerini belirlemeye yardımcı olabilir ve ilaçların proteinlere nerede bağlandığını ve proteinlerin birbirleriyle nerede etkileşime girdiğini gösterebilir. Yapısal proteinlerde iyi bilinen teknikler, nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ve X-ışını kristalografisidir.
Spesifik değişkenlere göre farklılık gösteren numuneler arasındaki protein ekspresyonunun kantitatif çalışması, ekspresyon proteomikleri olarak bilinir. Bu proteomikler, belirli bir numunede bulunan ana proteinlerle ilgili numunelerin diferansiyel olarak eksprese edilen proteinlerinin tanımlanmasında faydalı olabilir. Burada 2D-PAGE ve kütle spektrometresi gibi teknikler kullanılır. Fonksiyonel proteinler, çeşitli spesifik yönlendirilmiş protein metodolojileri için geniş bir terimi temsil eder. Protein-protein etkileşimlerini karakterize etmek, protein fonksiyonlarını tanımlamak ve proteinlerin nasıl daha büyük parçalara ayrıldığını göstermek için kullanılır. Bazı durumlarda, bazı alt proteinler daha fazla analiz için afinite kromatografisi ile izole edilir.
Benim metabolitim nedir?
Bir metabolit, bir hücre, doku veya organizmada bulunan tüm metabolitleri tanımlar. Peptidler, karbonhidratlar, lipidler, nükleositler ve eksojen bileşiklerin katabolik ürünleri dahil olmak üzere çeşitli küçük moleküller içerir. Hem sinyal hem de yapısal moleküllerden oluşan kapsamlı bir grup oluşturur ve bu nedenle yoğun bir araştırma alanıdır. Metabolit, gen transkripsiyonunun son ürününü yansıtır ve biyolojik sistemin fenotipine en yakın olanıdır.
Bir metabolitin boyutu, bir proteininkinden çok daha küçük olmasına rağmen (yaklaşık 5.000 metabolit), moleküler ve biyokimyasal imzalarına göre, çeşitli küçük fonksiyonel ilgi molekülleri grubunu temsil eder. Metabolizma, mikrobiyoloji, beslenme, tarım ve çevre bilimleri, klinik ve farmasötik alanlar gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Proteinler ve metabolizma arasındaki ilişki
Protein proteinlerden oluştuğu ve metabolit diğerlerinin yanı sıra amino asitler, peptitler, lipidler ve karbonhidratlardan oluşan eklektik bir molekül karışımı olduğundan, bu iki grubun yakından ilişkili olduğunu unutmak kolaydır.
• Protein metabolitlerine hidroliz: Proteinler amino asitlerden (metabolitler) yapılır ve proteoliz adı verilen bir süreçle parçalanır. Protein katabolizması, proteinleri, deaminasyondan sonra glutamat üretmek için daha fazla katabolize olan amino asitlere ayırır. Amino asitler ayrıca üre, ürik asit, piruvat, amonyak, kreatinin ve trimetilamin NOx üretmek için katabolize edilebilir. Bu ürünlerin tümü metabolitlerdir. Protein stabilitesi ve bozulmasındaki herhangi bir değişiklik, metabolitte değişikliklere yol açabilir.
• Metabolitler tarafından translasyon sonrası modifikasyonlar (PTM): PTM’nin çoğu metabolitler tarafından sağlanır. Fosfatlar, şeker, alkoller, organik asitler, polipeptitler, kompleks moleküller ve aldehitler gibi metabolitler fosforilasyon, glikosilasyon, ubikutinasyon, lipidasyon ve karbonilasyona neden olur. PTM tipine ilişkin veriler, proteinde aktif veya durgun duruma yol açan farklı metabolitlerin konsantrasyonu ölçülerek elde edilebilir.
• Kofaktör olarak metabolitler: Çoğu protein, metabolitleri kofaktör (NADH veya flavin), gösterge molekülleri (kalsiyum, nitrik oksit, çinko, prostaglandinler), substratlar ve dengeleyiciler olarak da kullanır.
Proteinlerin ve metabolitlerin analizi, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektrometrisi, X-ışını kırınımı ve yüksek basınçlı sıvı kromatografisi gibi tekniklerle gerçekleştirilir. Proteomik ve metabolomik, hedef moleküllerin iki ve üç boyutlu yapılarının karakterizasyonunu ve birbirine bağlı ağların veya yolların tanımlanmasını içerir.
Proteinler ve Metabolizma Araştırması
Genler, transkriptler, proteinler ve metabolitler, bir hücrenin fiziksel yapı taşlarıdır. Bu unsurlar arasındaki işlevsel ilişkiler, yaşam dediğimiz karmaşık etkileşimler ağını oluşturur. Araştırma, yaşam süreçlerine ilişkin işlevsel bir anlayış kazanmak için bu ağların (küçük) parçalarının kodunu çözmeyi amaçlamaktadır. Araştırma disiplinler arası alanlardan yararlanır. Araştırma ilgi alanlarından biri, MALDI görüntüleme ve klasik histoloji yoluyla insan ve hayvan dokularının biyomedikal analizidir. Bu, yeni kimyasal dizilerin geliştirilmesi ve sentezinin yanı sıra karmaşık veri kümelerinin hesaplamalı analizini içerir. Diğer bir önemli odak noktası, Xanthomonas campestris pv’nin biyoteknolojik uygulamasıdır. (bir ksantan ürünü olarak campestris.) Ayrıca mikropların ve bitkilerin simbiyotik ve patojenik etkileşimleri de incelenmektedir.
Proteinler ve metabolitler, yenilikçi kanser tedavileri, böbrek nakli ve benzeri tedavilerde Trans-OMICS yaklaşımını kullanan birçok çalışma ile yakından ilişkilidir.
kaynak:
https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1586/14789450.4.3.333
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2556022/
https://www.azolifesciences.com/article/How-are-the-Metabolome-and-Proteome
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]