ProtParam Web Aracı ile Proteinlere ait Biyokimyasal Parametrelerin Hesaplanması

ProtParam, protein yapıları ve dizileri üzerinde çeşitli biyokimyasal parametrelerin hesaplanmasını sağlayan güçlü bir web aracıdır. Bu araç, proteinlerin fizikokimyasal özelliklerini analiz etmek için de kullanılır ve biyoinformatik çalışmalarında önemli bir yere sahiptir. ProtParam web aracı, genellikle protein dizilerinin çeşitli özelliklerini değerlendiren araştırmacılar için faydalıdır. ProtParam web aracına https://web.expasy.org/protparam/ adresinden ulaşılabilmektedir.

ProtParam web aracına girdi olarak proteinin, Swiss-Prot/TrEMBL erişim numarası veya ID'si ya da ham dizisi (FASTA) belirtilebilir. Boşluklar ve sayılar dikkate alınmaz. Eğer bir Swiss-Prot/TrEMBL girişi için erişim numarası sağlarsanız analizi yapmak istediğiniz dizinin kısmını seçmenize olanak tanıyan bir ara sayfaya yönlendirilirsiniz. Bu ara sayfa, Swiss-Prot özellik tablosundan olgun zincirler (mature chains) veya peptitleri seçmeyi içermektedir. ProtParam web aracı tarafından hesaplanan parametreler arasında; moleküler ağırlık, teorik pI, amino asit kompozisyonu, atomik kompozisyon, sönüm katsayısı (extinction coefficient), yarı ömür tahmini, kararsızlık indeksi, alifatik indeks ve hidropatikliğin büyük ortalaması (GRAVY) bulunmaktadır (1).

Sönüm Katsayısı (Extinction Coefficient)

Sönüm katsayısı, bir proteinin belirli bir dalga boyunda ne kadar ışık emdiğini göstermektedir. Bu katsayının tahmini, bir proteini saflaştırırken spektrofotometre ile takip etmek için oldukça faydalıdır (1).

Yarı Ömür

Yarı ömür, bir hücredeki proteinin miktarının yarısının hücrede sentezinden sonra kaybolması için geçen süreyi tahmin etmektedir. Bu tahmin, üç organizma için (insan, maya ve E. coli) verilmiştir. ProtParam yarı ömrü, incelenen dizinin N-terminal amino asidine bakarak tahmin eder (1).

Kararsızlık İndeksi

Kararsızlık indeksi, bir proteinin test tüpündeki stabilitesinin tahminini sağlamaktadır. Kararsızlık indeksi 40'tan küçük olan bir protein stabil olarak tahmin edilir. 40'ın üzerindeki bir değer, proteinin kararsız olabileceğini öngörmektedir (1).

Alifatik İndeks

Bir proteinin alifatik indeksi, alifatik yan zincirlerdeki (alanin, valin, izolösin ve lösin) göreli hacim olarak tanımlanmaktadır. Bu, globüler proteinlerin termal stabilitesinin artışı için pozitif bir faktör olarak kabul edilebilir (1).

Hidropatikliğin Büyük Ortalaması

Bir peptit veya proteinin hidropatikliğinin büyük ortalaması (GRAVY) değeri, tüm amino asitlerin hidropatiklik değerlerinin toplamı olarak hesaplanır ve bu toplam, dizideki rezidü sayısına bölünür (1).

Örnek uygulamada P53 proteini ProtParam web aracında girdi olarak kullanılacaktır.

1. Adım: P53 proteinine ait UniProt ID’sini elde etmek için https://www.uniprot.org/ adresi üzerinden UniProt veri tabanına gidilir ve arama kısmına “homo sapiens p53” anahtar kelimeleri yazarak arama yapılır.

Şekil 1. UniProt Veri Tabanı Arama Sayfası.

2. Adım: Arama sayfasından insana ait P53 proteini seçilir. Seçilen proteinin UniProt ID’sinin P04637 olduğu görülmüştür.

Şekil 2. P53 Proteinine ait UniProt Veri Tabanındaki Genel Bilgiler.

3. Adım: P53 proteinine ait UniProt ID’si elde edildikten sonra ProtParam web aracına gidilir. Ardından girdi kısmına P04637 kodlu ID yazılır ve Compute parameters butonuna tıklanır.

Şekil 3. ProtParam Web Aracına ait Girdi Sayfası.

4. Adım: Sonuçtan önce gelen ara ekranda proteinin tamamı (chain), çeşitli bölgeleri (region) ve motifleri görülmektedir. Buradan P53 proteinine ait “chain” kısmı seçilir. Bunun nedeni proteinin tamamına ait biyokimyasal parametrelerin incelenmesi amaçlandığından dolayıdır.

Şekil 4. ProtParam Web Aracına ait Ara Ekran.

5. Adım: P53 proteinine ait sonuçlar incelendiğinde Description başlığı altında proteinin uzun ismi ve Organism başlığı altında hangi organizmaya ait olduğu görülmektedir (Şekil 4.).

Şekil 5. P53 Proteinine ait Moleküler Ağırlık, Teorik pI ve Amino Asit Kompozisyonu Değerleri.

Sonuçlar daha detaylı incelendiğinde P53 proteininin 393 adet amino aside sahip olduğu, moleküler ağırlığının 43653.18 Dalton olduğu ve teorik pI değerinin ise 6.33 olduğu görülmektedir. Ayrıca her bir amino asidin, proteinde yüzde kaç bulunduğu da belirlenmiştir (Şekil 5.).

6. Adım: Diğer başlıklardaki sonuçlara bakıldığında P53 proteininde pozitif yüklü 50 ve negatif yüklü 46 amino asidin olduğu görülmektedir. P53 proteinine ait atomik kompozisyonun da bilgisi Şekil 6.’da belirtilmiştir. Sönüm katsayısı ise 280 nm’de su içerisinde tüm sistein amino asitlerinin sistin oluşturduğu varsayılarak 36035 değeri elde edilmiştir. Yarı ömür değeri ise in vitro koşullardaki memeli retikülositlerinde 30 saat olduğu tahmin edilmiştir. Kararsızlık indeksi değerinin 73.59 olduğu görülmüştür bu da P53 proteinin stabil olmadığının bir göstergesidir. P53 proteinine ait alifatik indeksi 59.08 ve hidropatikliğinin büyük ortalaması (GRAVY) değerinin ise -0.756 olduğu belirlenmiştir (Şekil 6.).

Şekil 6. P53 Proteinine ait Sönüm Katsayısı, Yarı Ömür ve Kararsızlık İndeksi gibi Değerler.

ProtParam, biyokimyasal parametrelerin hesaplanmasında güçlü bir araç olup proteinlerin temel özelliklerini hızlı ve doğru bir şekilde analiz etmek için kullanılabilir. Bu araç, protein dizilerini yükleyerek moleküler ağırlık, izoelektrik nokta (pI), amino asit kompozisyonu gibi önemli parametreleri elde etmenize olanak tanımaktadır. ProtParam hem temel araştırmalar hem de uygulamalı biyoteknoloji çalışmalarında önemli bir rol oynar. Kullanıcı dostu arayüzü ve hızlı hesaplama yetenekleriyle, biyokimya ve biyoinformatik alanlarında çalışan araştırmacılar için vazgeçilmez bir araçtır. Proteinlerin fizikokimyasal analizlerinin yanı sıra, biyolojik süreçlerin anlaşılması ve yeni biyoteknolojik ürünlerin geliştirilmesi açısından da değerli bilgiler sunar. ProtParam, bilimsel çalışmalarınızda size zaman kazandırarak daha derinlemesine analizler yapmanıza yardımcı olacaktır.

REFERANSLAR

1. Gasteiger E., Hoogland C., Gattiker A., Duvaud S., Wilkins M.R., Appel R.D., Bairoch A.; Protein Identification and Analysis Tools on the Expasy Server; (In) John M. Walker (ed): The Proteomics Protocols Handbook, Humana Press (2005). pp. 571-607. https://doi.org/10.1385/1592598900