Aminoasitler ve Proteinler

Aminoasitler ve Proteinler

Araş. Gör. Dr. Efe Kurtdede

Konu Başlıkları

I. Amino asitler

• Kimyasal Yapıları

• Sınıflandırılmaları

• Proteinlerin yapısına giren amino asitler

• Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Tanım

Moleküllerinde amino (-NH2) ve karboksil grubu (-COOH)

bulunan bileşiklere amino asit denir. (alfa amino asitler alfa

karbon atomuna bağlı)

D- ve L-Amino asitler

• Doğal olanları L-serilerdir.

• Bitkisel ve hayvansal proteinlerin kuruluşuna sadece L-amino asitler katılır.

• D-amino asitleri ise genellikle

bakterilerin hücre duvarlarında

bulunurlar (D-glutamik asit vb).

• Protein yapısında yer alan 20 amino asit doğada yaygın

olarak bulunur. Amino asitlerin standart amino asitler diye

bilinen 20 tanesi, DNA tarafından kodlanan ve proteinleri

oluşturan birimlerdir.

Amino Asitler

Aminoas

it Kısaltma Aminoas

it Kısaltma

Glisin Gly G Treonin Thr T

Alanin Ala A Sistein Cys C

Valin Val V Metiyonin Met M

Lösin Leu L Asparajin Asn N

İzolösin Ile I Glutamin Gln Q

Prolin Pro P Aspartat Asp D

Fenilalani

n Phe F Glutamat Glu E

Tirozin Tyr Y Lizin Lys K

Triptofan Trp W Arjinin Arg R

Serin Ser S Histidin His H

Genetik Olarak Kodlanan Aminoasitler

UUU

Phe

UCU

Ser

GAA Glu UGU

UUC UCC UAU Try UGC Cys

UUA

Leu UCA UAC UGA Stop

UUG UCG UAA Stop UGG Trp

CUU

Leu

CCU

Pro

UAG CGU

CUC CCC CAU His CGC Arg

CUA CCA CAC CGA

CUG CCG CAA

Gln

CGG

AUU Ile ACU

Thr

CAG AGU

AUC ACC AAU Ser

Asn AGC

AUA ACA AAC AGA Arg

AUG Met ACG AAA

Lys

AGG GUU

Val

GCU

Ala

AAG GGU

GUC GCA GAU Gly

Asp GGC

GUA GCG GAC GGA

GUG GCC GAG Glu GGG

Amino asitlerin sınıflandırılması

Protein yapısında yer alan 20 aa doğada yaygın olarak bulunur

 Basit

 Dallanmış

 Kükürtlü

 Diasit ve amin türevleri

Glisin Alanin

Valin Lösin Izolösin

Sistein Methionin Aspartik asit Glutamik asit Asparagin Glutamin

Lizin Arginin Histidin Prolin

Fenilalanin Tirozin Triptofan Serin

Threonin Hidroksilli

Bazik

Halka yapı

Aromatik

• Proteinin yapısına giren prolin ve hidroksiprolin serbest amino grubu yerine -karbon atomunda imino grubu taşır.

Bu nedenle amino asit değil esasında imino asittirler.

• Ortak 20 amino asitin dışında bazı protein hidrolizatlarından bazı amino asitler elde edilmiştir.

• Bunların tamamı temel amino asitlerden türemişlerdir (modifiye amino asitler).

• Hidroksiprolin kollagen’de ve bazı bitkisel proteinlerde;

• Hidroksilizin kollagende;

• Desmosin kollagen ve elastinde

• İzodesmosin elastinde;

Proteinlerde bulunmayan ancak

biyolojik önemi olan bazı amino asitler

• Gama-amino butirik asit (GABA)

• Beyin, diğer dokular

• Nörotransmitter

• Ornitin

• Bazı dokular

• Metabolik ara ürün, arginin sentezi

• Beta-alanin

• Koenzim-A, pantotenik asit

• Yağ asidi oksidasyonu

• Dihidroksifenilalanin (DOPA)

• Hücre

• Melanin sentezi

Proteinlerde bulunmayan ancak

biyolojik önemi olan bazı amino asitler

• Taurin

• Karaciğer, Safra

• Safra asitleri metabolizması

• Homosistein

• Ara metabolik ara ürün

• Sitrulin

• Metabolik ara ürün

• Arginin sentezi

• Kreatinin

• Kas, karaciğer

• Kas metabolizmasının önemli bir üyesi

Amino asitlerin genel fiziksel özellikleri

• Çözünebilirlik

• G, A, P, Hyp, T hariç susuz az çözünürler;

• Suda, asitte ve alkalide çözünür

• Etil alkolde az çözünürler, eter, benzen ve kloroform vb organik çözücülerde hiç çözünmezler.

• Bazıları (C,Y, L) bağırsak sindirim ürünlerinde yada proteinlerin bakteriyel ürünlerinde veya anormal miktarda atılma halinde idrarda kendiliğinden kristalleşirler (sistinüri vb).

• Erime noktası AA’ler yüksek erime noktasına (>200 ^o C) sahiptirler ve kaynama noktaları yoktur. Ancak erime noktası civarında aa’ler özelliklerini yitirdiklerinden kesin olarak erime noktası’nın tayini mümkün değildir.

• Tad: G,A,V,P,Hyp,S,W,H (tatlı) İ,R (acı) L (tatsız)

• Amfoter özellik (=Amfolit): AA’ler amfolit olarak da

bilinirler. Hem asitlerle hemde bazlarla reaksiyona girerek tuz oluştururlar.

• AA’ler vb amfoter elektrolitler canlı organizmalarda asit-

baz dengesinde önemli birer tampon olarak görev alırlar

Genel kimyasal özellikler

• AA’lerin kendilerine özgü kimyasal tepkimeleri vardır. Bütün aa’ler -amino  ve alfa-karboksil grupları taşıdıklarından bu grupların genel kimyasal

tepkimelerini verirler

1. Karboksil grubuna ait tepkimeler

• Kelat oluşumu (-NH2 grubuna da ait)

• Tuz oluşumu

• Esterleşme

• Amid bağı (peptid bağı) oluşumu

• Dekarboksilasyon

Kelat (şelat) oluşumu

• Önemli bazı ağır metaller (Fe++ Co++ Cu++ Mn++ Zn+

+ vb) amino asitlerle kelatlanarak kompleks bileşik oluştururlar

• Burada -COOH, -NH2 ve R yan zincirdeki çeşitli gruplar (-

SH vb) ortaklaşa olaya karışırlar

Tuz Oluşumu

• Amfolit moleküllerde hem bazik hem de asidik gruplar

bulunduğundan asitlerle ve bazlarla tuz oluştururlar

Esterleşme

• Asitlerin alkollerle yapmış oldukları bileşiklere ester denir.

• Diğer asitler gibi amino asitler de alkollerle esterleşebilirler.

• Organik peptidlerin sentezinde bu tepkimelerden

yararlanılır.

Redüksiyon

• Amino asitler lityum borohidrür ile muamele edildiğinde – COOH grubu alkol grubuna (- RCH2OH) redüklenir

LiBH ₄ CH ₂ OH

H ₂ N – C – H R

COOH H ₂ N – C – H

R

Amino-alkol

(kolamin, etanolamin vb)

Amino asit

Amid (peptid) oluşumu

• AA’in -COOH grubu –NH2 grubuna sahip komşu bir –NH2 vericisi ile reaksiyona girerek amid bağı oluşturabilir.

• Bazı aa’lerin amidleri (glutamin, asparajin, glisinamid, valinamid) çok önemlidir.

• Glisinamid nükleik asitlerdeki purin bazların sentezinde

bir ara maddedir. Glutamin, amonyağın kanda taşınma

şeklidir.

Amid (peptid) oluşumu

R ₁ -CH(NH ₂ )-COOH + H ₂ N - R ₂ R ₁ -CH(NH ₂ )-CO NH - R ₂

Amid bağı

H

O

Amino asitlerin Polipeptidlere polimerizasyonu

• Amino asitlerin polipeptid yapıya polimerizasyonu bir

amino asidin –COOH grubu (yada polipeptidin kendisi) ile bir diğerinin –NH2 grubu arasından su çıkışı ile olur

• Bu reaksiyondan bir peptid bağı meydana gelir.

• Hücrelerde, bu reaksiyon enzim ve ribozomlarla

katalizlenir.

Protein Fonksiyonu

• Proteinler çeşitli biyolojik görevlere sahip çok kompleks moleküllerdir

• Farklı proteinler amino asitlerin farklı dizilişiyle mümkündür

• Sindirim enzimleri, biyolojik deterjan, pupa, yün, tırnak, boynuz, et, yumurta akı, dokuma kumaşlar (bitkisel

protein) örnek oluşturur.

Protein tipi Örnek Durum

Katalizör Enzimler Mide pepsin

Taşıma-Depolama Hb, Mb, Tf Eritrosit, kan

Koordineli hareket Aktin, miyozin Kaslar

Mekanik destek Kollagen, elastin Kemik, tendon

İmmun koruma Antikor, fibrinojen Kan,

Sinirsel iletim Rodopsin, reseptör Retina, hücre

Büyüme-farklılaşma kontrolu Hormonlar, G-proteinler Kan, hücre Ekzotik proteinler Antifriz proteinler Dokular (balık)

Kan pıhtılaşma Trombin, Fibrin Kan

Pompa veya kanal Na-K-ATP’az Hücre zarı

Protein

Fonksiyonu

Proteinlerin Genel Özellikleri

• Yapı: 20 aa repertuvarından oluşan dallanmamış polimerler

• Boyut: Bir polipeptidde aa sayısı 50-38000 arasında

değişir Bu moleküllerin kütleleri 6-4200 kDa arasındadır

• Organizasyon: Kompleks proteinler çok sayıda benzer

polipeptidden yada birkaç farklı polipeptidin karışımından oluşur

• 20 Amino asit farklı yapı ve boyutta yaklaşık 100,000

farklı protein oluştururlar

Polipeptid zincirin diziliş izomeri

• Canlı organizmalarda mevcut farklı tür proteinlerin toplam sayısı 1010-1012 kadardır.

• Böylesine büyük bir rakam 20 amino asitten ancak farklı diziliş suretiyle elde edilebilir.

• İki amino asitten oluşmuş bir dipeptid için iki diziliş izomeri mümkündür:

• N-uç amino asit A olan A-B dizilişi

• N-uç amino asit B olan B-A dizilişi.

• Bir tripeptidde 6 diziliş izomeri söz konusudur:

ABC; ACB; BAC; BCA; CAB ve CBA.

• Dört amino asitten oluşmuş bir tetrapeptid için 4x3x2x1=24 farklı diziliş söz

konusudur.

Proteinlerde Konformasyon (üç boyutlu yapı = 3D yapı)

Proteinler;

• Belirli bir kimyasal yapıya ve molekül ağırlığa,

• Genlerle belirlenen bir tek amino asit dizisine:

• İyi belirlenmiş üç boyutlu bir yapıya (konformasyon) sahiptir

• Konformasyon, basit bağlar etrafında mümkün olan dönmeler

sonucunda bağlarda kopma olmaksızın çok çeşitli pozisyonlarda

bulunabilen grupların uzaysal düzenini ifade eder.

• Konformasyon; proteinlerde daha çok ikincil, üçüncül ve dördüncül yapıların beraberliğini ve bütünlüğünü izah eder.

• Proteinin görevi ile (taşıma, katalizleme vb.) sıkı ilişkilidir

3D yapı

• Birincil Yapı

• İkincil Yapı

• Üçüncül Yapı (Beta Tabaka Yapı, Alfa Heliks)

• Dördüncül Yapı

Üçüncül yapıda gözlenen

Kimyasal bağlar ya da çekmeler

• İyonik bağ: Amino asitlerdeki iyonik gruplar bazı koşullarda tuz köprüleri oluştururlar (Elektrostatik ilişkiler),

• Hidrojen bağları,

• van der Waals çekmeleri

• Hidrofobik bölgeler arası etkileşimler

• Disülfid bağları (kovalan)

Proteinlerde Dördüncül Yapı

• Monomer denen protein alt birimlerinin bir araya gelerek salkımlar, topluluklar yapmaları dördüncül yapıyı

oluşturur.

• Bu yapı daha çok proteinin polimerizasyonunu yansıtır

• Monomerler birbirlerine kovalan bağlanmamalarına

rağmen oligomerik protein sulu çözeltide tek molekül gibi davranır.

• Proteinin biyolojik görevini yerine getirebilmesi için tüm

alt birimlerin bir arada ve bütünlük içinde bulunmaları

zorunludur.

• Dördüncül yapı iki yada daha fazla sayıda üçüncül yapıda altbirim içerir.

• Hemoglobin iki alfa zincir, iki beta zincir içerir.

• Her bir alt birimde Hem grubu kanda taşımak için oksijen

bağlar ve dokulara taşır.

Başlıca Protein Katlanma Hastalıkları

Hastalık Protein Moleküler Bozukluklar

Kistik Fibrozis (CF) CF transmembran regülatör (CFTR) Hatalı katlanma, ER’da birikim

Marfon Sendromu (MS) Fibrilin (FBN-1) Hatalı katlanma

Nefrojenik Diabetes İnsipidus (NDI) Vasopresin reseptör (AVPR2) Hatalı katlanma ve ER’da birikim Alfa1 Antitripsin Yetersizliği (AAD) Alfa1 Antitripsin (AA) Hatalı katlanma ve ER’da birikim

Delidana (BSE); Scrapie ( Sc) ve CJD Prion protein (PrP) Beyinde birikim (protein sal ındıktan sonra)

Alzheimer Hastalığı (AD) Beta- amiloid (A b ) Beyinde birikim (protein sal ındıktan sonra)

Familyal amiloidotik polinöropati (FAP) Transthyretin (TTR) Mutasyon sonucu hatal ı katlanma, birikim Parkinson Hastalığı (PD)

Lewy Cisim Hastalığı (LBD) Huntington Hastalığı (HD)

 - Synuclein (ASN) Tau

 - Synuclein- poliglutamin

Hatal ı katlanma, beyinde kümeleşme birikim

Desmin Depolama Miyopatisi (DSM) Desmin (D) Hatal ı katlanma, kasta kümeleşme ve birikim

Katarakt Crystallin Hatal ı katlanma ve gözde birikim

Kanser P53 Mutasyon sonucu hatalı katlanma, birikim

Proteinlerde Fiziksel ve Kimyasal Özellikler

• Proteinler özellikleri bakımından oldukça değişik olabilirler.

• Örneğin yumurta akı proteini ısıtmakla denatüre olur, suda az erir ve kolaylıkla reaksiyon gösterir.

• Buna karşın tırnakta bulunan keratin erimez, kimyasal olarak nisbeten reaksiyon yeteneği olmayan dayanıklı bir proteindir.

• Protein molekülleri çok büyüktür, nişasta ve glikojen gibi kolloiddir.

• Proteinler saf halde, ısıtılınca erimezler, ayrışırlar ve karakteristik kokulu gazlar çıkararak yanarlar (tüy yanması).

• Çeşitli proteinler değişik eritkenlerde (su, sulandırılmış nötral tuz çözeltileri, sulandırılmış asitler veya bazlar, %70-80 alkol, salisilat, yoğun üre çözeltisi ve gliserin vb) erirler.

• Protein çözeltileri kolloidal ve opal görünüştedir

• Bir çok protein çözeltisi ısıtıldığında protein molekülleri erimez hale geçip pıhtılaşır

(koagülasyon).