MAKROMOLEKÜLLER. Proteinler Nükleik asitler Karbonhidratlar Lipitler

MAKROMOLEKÜLLER

Proteinler

Nükleik asitler

Karbonhidratlar

Lipitler

PROTEİNLER

Organizmada en yüksek oranda bulunan

makromoleküller

% 70 su

% 15 protein

% 15 diğer Total hücre ağırlığı

Alman kimyacı MULDER, Berzelius

Amino asitlerin lineer polimerleri,

Farklı

Cins

sıralanma Sayı (n tane)

20 St AA PROTEİN

.

Sınırsız sayıda farklı

protein yapıları

AA sekansı: 20

AA sayısı: n

H₂N

(

Amino asitler

lineer polimerler

3 boyutlu yapı, lineer polimerlerin çok farklı şekillerde katlanması ve kıvrılmasıyla oluşur

1 dalton, 1 atomik kütle birimine denk gelmektedir.

Her proteinin spesifik bir fonksiyonu vardır

Biyolojik fonksiyonlar, 3 boyutlu yapıya bağlıdır

H₂N

(

Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonu

Yapısal proteinler: Genellikle fibriller yapıda olup organizmaya destek

görevi yapmakta ve dayanıklılık sağlamaktadırlar.

Ör: Kollajen (tendon and kıkırdak) keratin (saç ve tırnakta)

Enzimler: Bu proteinler substrat adı

verilen ligandlarını bağlayarak kimyasal bir değişime uğratır.

Cok çeşitlilik gösteren ve en fazla

özelleşmis olan ve katalitik aktiviteye sahip olan protein moleküllerine denir.

Biyokimyasal reaksiyonları katalizlerler 2000 kadardır.

.... az şeklinde adlandırılır

Düzenleyici

bağlanmaları geri dönüşümlü olup,ligandın

biyolojik etkinliğinin değişmesiyle sonuçlanırlar.

Hücresel ve fizyolojik aktivitenin düzenlenmesinden sorumludurlar

Ör:

Hormonlar



G-proteinler 

Transport proteinleri:

Kendilerine özgü ligandı geri dönüşümlü olarak bağlayıp, canlı sistemin bir

bölümünden diğer bölümüne taşırlar.Plazmada ve membranlarda spesifik maddelerin veya

iyonların taşıyıcısıdırlar

Ör:Hb-O

, miyoglobin-O

Lipoprotein-lipid, Transferrin-Fe

Seruloplazmin-Cu, vb

Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonu

Kontraktil proteinler:

bağlanmaları mekanik işin gerçekleşmesiyle sonuçlanır.Kasılmayı ve hareketi sağlayan proteinler

Ör:Miyozin - kalın filament Aktin - İnce filament

Savunma proteinleri: Bu proteinler antijen

adı verilen makromoleküler nitelikli ligand yapıyı geri dönüşümsüz bire etkileşim ile bağlayarak sabitleştiriler.

Ör:İmmünoglobülinler: Patojenlere karşı organizmayı korurlar

Fibrinojen: (Pıhtılaşma mekanizması)

Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonu

Proteinlerin Yapısal

Özellikleri

Amino Asitler

-Proteinlerin temel yapıtaĢıdır

-Proteinlerin üç boyutlu yapısını belirler.

-Ġstisnalar haricinde; tüm proteinler 20 farklı a.a. ten meydana gelir.

-Proteinlerin içerisinde farklı sayıda ve

dizide bulunan amino asitler farklı yapıda ve fonksiyonda binlerce çeĢit protein

oluĢumuna neden olur.

Tarihçesi

lk defa 1806 yılında Asparagus (kus konmaz) bitkisinden asparajin amino asidi keşfedilmiştir.

1820 yılında glisin Glutamik Asit

Treonin 1938 yılında (en son olarak)

1.Apolar ya da hidrofobik R-grupları içeren amino asitler:

alanin, valin, lösin, izolösin, prolin, fenilalanin ve triptofan

Açık bir elektrik yükü taşımayan, ancak polar nitelikte R-grupları içeren amino asitler:

hidroksil grubu içeren serin, treonin ve tirosin,

sülfhidril grubu içeren sistein ve amit grubu içeren asparagin ve glutamin

R-grubu negatif elektrik yüklü (yani asidik) amino asitler: aspartik asit ya da glutamik asit

R-grubu pozitif elektrik yüklü (yani bazik gruplar) amino asitler:

ikinci bir amino grubu taşıyan lisini, guanidyum grubu içeren arginini ya da zayıf bazik nitelikte imidazol grubunu içeren histidini kapsar.

Amino Asitler Asit ve Baz Gibi Davranabilir



Bir zwitteriyon, asit (proton verici) gibi

ya da baz (proton alıcı) gibi davranabilir:

Net yük

:

H₃N^{+ – C –} H COOH

R

Dipolar Amino asit (zwitteriyon)

• Asidik ortamda

+

Dipolar AA, asidik ortamda BAZ

gibi davranır (proton alır: akseptör)

H₃N^{+ – C –} H COO^-

R

dipolar iyon

net yük: 0 diprotik iyon

net yük: +1

H₂N – C – H

COO^-

R

Dipolar Amino asit (zwitteriyon)

• Bazik ortamda

Dipolar AA, bazik ortamda ASİT gibi davranır (proton verir: donör)

+

H₃N⁺– C – H

COO^-

R

dipolar iyon

net yük: 0 anyonik iyon net yük: -1

+

Hem asit hem baz gibi davranabilen

bileĢikler

Amfoterik } } _Amfolit

Amfoterik elektrolit Amfolit

}

Hem pozitif hem negatif yük taĢıyan

amino asitler

Zwitteriyon

Amfolit

}

Asit ortamda BAZ Bazik ortamda ASĠT

Dipolar AA

} }

Protonlanmış Amfoterik

amino asitler Diprotik asit

(Hem amin hem karboksil grubu protonlu)

Amin ve karboksil grubu protonlanmış diprotik AAler ortama 2 proton verirler

Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu

Dipolar/Zwitteriyon

yarı yarıya protonlu Tamamen

protonlu

Diprotik/katyonik

Tamamen protonsuz

Anyonik

Zwitteriyon form (Dipolar iyon) ko

ns an tr as yo n

Diprotik form

Anyonik form

Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu

Ortam pH’sına bağımlı

Amino Asitlerin İyonizasyonu

Amino Asitler

• Zayıf poliprotik asitlerdir

• Her biri dissosiye olabilen protonlar içerir

• Protonların dissosiyasyon derecesi

ortamın pH’sına bağlıdır

pH = -log[H

] = log(1/[H

])

pK = - logH

pK: Ġyonizasyon için denge sabiti (Proton verme eğiliminin ölçüsü)

Ġyonizasyonun pH ve pK ile ĠliĢkisi

Zayıf bir asit : HA  H

+ A

K = [H

][A

]/[HA]

K: dissosiyasyon sabiti

(Asitin iyonize olma eğilimi)

Ġyonizasyonun pH ve pK ile ĠliĢkisi

Bir asit grubunun

pK’sı:

Protonlu ve protonsuz

türlerin eĢit konsantrasyonda olduğu

pH

Zayıf bir asit : HA  H

+ A

pK = pH + log ([HA]/[A

])

Asit % 50 iyonize olduğunda,

[HA] = [A

] pK = pH

Asitin iyonize olma eğilimi pK:

pK: Asitin iyonize olma eğilimi

•

H: 10 kat arttığında

• H: 10 kat azaldığında

pK - 1

pK + 1

K = [H

][A

]/[HA] pK = - logK

pH = pK + log ([A

] / [HA])

Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri

Titrasyon: Protonların dereceli olarak ortama ilave edilmesi veya

ortamdan uzaklaĢtırılması

Eşdeğer gram asit = Eşdeğer gram baz

Amino Asitler, Karakteristik

Titrasyon Eğrilerine Sahiptir!

Titrasyon Eğrileri, Amino Asitlerin Elektrik Yükünü Öngörür

 R grubu net bir elektrik yükü taşıyan AA’lerde 3.

bir pK değeri bulunur.

 Asidik R-grupları taşıyan AA’ler için pK genellikle 4,0;

 bazik R-grupları taşıyan AA’ler için pK degeri 6,0- 12,0 arasında değişir.

pH değişiminin etkisi protein

kimyası açısından çok

önemlidir. pH’daki küçük bir

değişiklik bile molekülün

yükünü değiştireceğinden,

onun çevreyle etkileşimini,

dolayısıyla davranışını da

etkiler.

İzoelektrik noktada birçok proteinin

çözünürlüğü en düşük değerdedir:Net yükü sıfır olduğundan elektriksel etkileşimi

ortadan kalkar.

Asidik gruplar baskınsa, pK düşük olur.

Bazik gruplar baskınsa

pK yüksek olur..

PROTEİNLERİN ÜÇ

BOYUTLU YAPISI

R₁

R₂

R₁

R₂

Karboksil grup

Amino

grup Peptid

Bağı

Peptid Bağı OluĢumu

PEPTĠT BAĞININ KARARLILIĞI

VE OLUġUMU

reaksiyon sulu ortamda

termodinamik olarak elverişli değildir (G=+10 kJ/mol).

Oda sıcaklığında kendiliğinden gerçekleşebilecek

reaksiyon peptit bağının hidrolizidir.

Ancak hidroliz reaksiyonu da fizyolojik pH ve sıcaklıkta katalizlenmediği taktirde son

derece yavaş gerçekleşir.

Polinükleotitler gibi polipeptitler de

METASTABĠLdirler. Hidroliz ancak ekstrem koşullarda veya katalizör varsa gerçekleşir.

Burada da görüldüğü gibi, mavi ile gösterilen peptit bağı zincir boyunca yer almakta!

a) O-C-N üzerindeki  orbitalinin hareketliliği C-N bağının kısmi çift bağ karakterinden sorumludur. B) peptit bağındaki bağ uzunukları (nm) ve açıları

-C=O ve -N-H bağları hemen hemen paralel konumdadır ve C, O, N, ve H atomları

genellikle eş düzlemlidir. Bu nedenle bu bağ, rezonans hibritleri nedeniyle çift bağ

karakterindedir.

Rezonans hibritleri

Peptid bağı düzlemi hareketsiz olmasına rağmen,

 - karbon

esneklik

-karbon Amid düzlemi Amid

düzlemi

Alfa - Karbon Etrafında Rotasyon

Protein iskeleti boyunca rotastonu sağlayan bağlar

PEPTİDLER, peptid bağı sayısına göre değil, AA sayısına göre sınıflandırılırlar

polipeptid

n-1 n

pentapeptid

4 5

tetrapeptid

3 4

tripeptid 3 2

dipeptid 2 1

Peptid Bağ sayısı

AA sayısı

Peptidlerin Sınıflandırılması

OLĠGOPEPTĠD: Birkaç AA(AA sayısı  10) POLĠPEPTĠD:Birçok AA(AA sayısı 10 - 12)

PROTEĠN: AA sayısı  40 (mol.Ağ: ~5000) Proteinler bir ya da daha çok polipeptid

zincirinden oluĢabilirler

Peptidlerin Sınıflandırılması

Protein Yapısının Birkaç Düzeyi Vardır

Başlıca dört protein yapı düzeyi tanımlanmıştır.

Proteinler belli bir amino asit dizisine sahip polipeptitlerdir.

Bu dizilime

PRĠMER (BĠRĠNCĠL) YAPI

denir.

İnsan ve balinanın miyoglobin

moleküllerindeki amino asit

dizilerinin

karşılaştırılması

 Bu örnekte verilen miyoglobin 153 amino asitten oluşur. Birkaç yüz hatta birkaç bin amino asit içeren proteinler de vardır.

 Bu iki miyoglobinin amino asit dizileri benzer olmakla beraber özdeş

değildir.Ortak amino asitler, her ikisinin de aynı biyokimyasal amaca hizmet etmeleri için yeterlidir. Bu yüzden ikisine de

miyoglobin diyoruz.



Proteinlerin primer yapısı bir BİLGİ DİZİSİDİR!



Bu bilgi, proteinin üç boyutlu yapısını, işlevini ve diğer

moleküllerle etkileşimini de belirler.

Sekonder yapı

-

sarmal -tabaka

Alfa sarmal Beta tabaka

Beta tabaka yapı

Miyoglobinin üç boyutlu yapısına katlanmış biçimi.

Zincirde yer yer sarmal katlanmalar

gözleniyor. İşte bu tip kurallı

katlanmalar SEKONDER YAPIYI oluşturur.

SEKONDER (İKİNCİL) YAPI

İyonik bağ, hidrojen bağ,

hidrofobik bağ ve disülfit bağları

Sekonder yapısını kazanmış protein daha da kıvrılıp katlanırsa

TERSĠYER (ÜÇÜNCÜL) YAPISINI

kazanır.

Birden fazla polipeptit zincirinden oluşan proteinlerde daha da ileri bir yapısal oluşum

vardır: KUATERNER (DÖRDÜNCÜL) YAPI

Proteinler,

eksen oranları

na göre,2 grubu ayrılırlar:

•Globuler proteinler:

Eksen oranı  10 ; genelde: 3-4

• Fibröz Proteinler:Eksen oranı  10

Proteinlerin Şekli

Sıkıca katlanmış helezon şeklinde polipeptid zincirlerden oluşur

Örnek: Albumin, Miyoglobin

(Proteinlerin büyük kısmı, bu gruptadır)

Globüler proteinler:

•Spiral veya heliks şeklinde

kıvrılmış,(kovalent ve H bağlarıyla çapraz bağlanmış) zincirlerden

oluşurlar

• Bitkilerde bulunmazlar .

Örnek: Bağ dokusu proteinleri:

Kollajen, Elastin, Keratin Miyozin: Kas proteini

Fibrinojen:pıhtılaşma proteini

Fibröz Proteinler:

Proteolitik enzimlere

karşı dirençlidir

Kollajen:Birbirine sarılmış 3 polipeptid zinciri (üçlü heliks)’nden oluşur Memelilerde total proteinin

%30’unu teşkil eder Gly,Ala,Pro,Lys’den

zengindir

A B

C

Aktif protein

örneğinde yapı-işlev ilişkileri

Oksijen taşıyan ve depo görevi üstlenmiş

proteinler: Hemoglobin ve

miyoglobin

 Oksijenin hücrelere verimli bir şekilde

taşınması ve depolanmasını sağlayan 2 önemli sistem vardır.

1- Dolaşım sistemi

2- Oksijen taşıyıcı moleküller

 Oksijenin suda az çözünmesi kasta

miyoglobin, kanda hemoglobininin varlığı ile telafi edilmiştir.

 Hemoglobin 1lt kanın O₂ taşıma

kapasitesini 5 ml’den 250 ml O₂’ne çıkarmıştır.

-_Hem

-Hemin

Miyoglobin

prostetik grubu hem olan bir kromoproteindir;

başlıca kırmızı kaslarda özellikle kalp kasında yüksek konsantrasyonda

bulunur

153 amino asitten oluşan bir

polipeptit zinciri ve bir hem grubu içerir

 Miyoglobin’in moleküler yapısı X-ışınları

kristalografisi yöntemi ile 1957’de J.C. Kendrew tarafından belirlenmiştir.

• Molekülün prostetik grubu (Hem) non-polar amino asit rezidüleri ile çevrilidir.

• Non-polar rezidüler fizyolojik ortamda hem grubunun su ile etkileĢmesini engellerler.

• Termodinamik olarak elveriĢli bir durumdur( Polar yan zincirler dıĢta, hidrofobik rezidüler ortada)

Miyoglobinin hem grubundaki Fe²⁺, O₂ ile reversibl olarak

bağlanabilir.

Hem düzleminde Fe2+ iyonun histidin grupları ve O2 ile etkileşimleri

Miyoglobin ve hemoglobinin O² bağlama özellikleri

Görünür ışık bölgesinde oksijen yüklü ve oksijenden yoksunhemoglobinin (oksi-ve deoksi hemoglobinin) soğurum spektrumları. Miyoglobin ve hemoglobinin soğurum spektrumları benzeşiktir.

The Bohr Effect

Atmosferik hava ve değişik vücut bölmelerindeki PO² değerleri.

Hemoglobin yapısı

 Hemoglobin molekülü 4 hem ve 1 globin içerir.

Hemoglobindeki 4 hemin her biri bir

protoporfirin III ve bir Fe2+ içerir.

Hemoglobinin protein komponenti olan globin, glisince fakir, bazik amino asitlerce zengin bir proteindir; tetrahedral şekilde düzenlenmiş 4

polipeptit zincirden yapılmıştır.

Çeşitli hemoglobin tiplerinde bulunabilen polipeptit

zincirleri -zincir, -zincir, -zincir, -zincir olmak üzere dört tiptir.

Fizyolojik hemoglobinler, erişkin bir şahsın kanındaki eritrositlerde bulunan HbA1, HbA2, HbF

hemoglobinleridirler.

Akciğerlerde oksijenasyon olayı sonucunda

hemoglobine bağlanan oksijen, diğer dokularda deoksijenasyon olayı sonucunda hemoglobinden ayrılır

Oksijenize hemoglobin (oksihemoglobin) parlak kırmızı, deoksijenize hemoglobin (deoksihemoglobin) koyu kırmızıdır.

kanın oksijenlenmesinde bir azalma ve bunun sonucu olarak deoksijenize olmuş hemoglobinde artış, deri ve mukozalara karakteristik mavimtrak bir renk verir ki bu durum siyanoz olarak tanımlanır.

Deoksi Oksi

(Gergin, bağ s.fazla) (Gevşek, bağ sayısı az) Oksihemoglobinde bir αβ zincir çifti, diğerine 15º yaklaşır.

Hemoglobinin oksijene affinitesi, oksijenin kısmi basıncına bağlıdır.

pO₂ değişimine karşı hemoglobinin oksijenle % satürasyonunu gösteren grafiklere hemoglobinin

satürasyon eğrisi veya oksihemoglobinin dissosiasyon eğrisi denir

Hemoglobin, miyoglobine oranla Oksijen bağlamada gösterdiği çeşitli ayrıcalıklarla göze çarpar.

 Hemoglobinin O² bağlama eğrisi sigmoit ya da S biçimlidir.

 Hemoglobinin O² ile yari doyumu için gerekli PO² (P50)=26 mmHg)

 Hemoglobinin O²`ye olan ilginliği ve buna bağımlı olarak O² doyum eğrisinin dikliği H

iyonların derişimine, CO² yada 2,3 difosfogliserat (2,3 DPG) moleküllerinin hemoglobinle

etkileşimine bağımlı olarak değişir.

The Bohr Effect

MbO₂



  

 ^{Mb MbO O}



K



Miyoglonin ve hemoglobinin O2 ile

etkileşimlerinde gösterdikleri farklı davranış Hill tarafından geliştirilen bazı denklemlerde matematiksel bir anlatım bulmuştur: Oksijenin miyoglobine bağlanması protein-ligand

etkileşimlerine bir örnek oluşturur.

Etkileşimin ayrışım denge dursayısı

 

 ^{MbO MbO}    ^{ Mb}



2



Burada [MbO2], O2 yülü miyoglobin, [Mb]

O2’den yoksun miyoglobin ve bağlanmamış O2 derişimlerini (litrede mol) anlatmaktadır.

Miyoglobinin O2 ile doyum oranı (γ):

    ^{O  Kd}



2

2

 0

50 2

2

P PO

PO

 



Eşitliklerin birleştirilmesi ile

elde edilir.

Derişim yerine sınırlı oksijen basıncı PO² kullanıldığında eşitlik

Hiperbolik eğri veren bu eşitlik, oksijen ayrışımında γ, PO² ve P⁵⁰ bağlantılarını tanımlar.

 

 

n

P PO

50 2

1 

 



n; ideal koşullarda etkileşime giren bağlanma bölgelerinin toplam sayısıdır.

Eşitliğin iki yanının logaritması alındığında,

 

50

2

log

1 log

log  n PO  n P

 



Protein saflaştırmada ve yapı tayininde kullanılan fiziksel yöntemler-I

 Proteinin içinde bulunduğu karışımdan ayrılarak saflaştırılması

 Molekül ağırlığı ve alt birim içeriğinin saptanması

 Polipeptid zincirlerindeki a.a. rezidülerinin sıralarının saptanması (kimyasal yöntem- Edman parçalama yöntemi)

 Molekülün 3 boyutlu yapısının belirlenmesi

Saflaştırma Yöntemleri

 Molekül büyüklüğüne dayalı yöntemler 1- Diyaliz,

2-Jel filtrasyonu kromatografisi

DİALİZ VE ULTRAFİLTRASYON

Proteinleri daha küçük molekül ağırlığa sahip moleküllerden ayırmak için diyaliz yöntemi kullanılır. Bu yöntem yarıgeçirgen bir membran içerisine konan protein çözeltisi içerisinden küçük moleküllerin membranın ultramikroskopik porlarından suyla ve tamponla ortam suyuna geçirilmesi tekniğine göre çalışır. Glukoz ve NaCl gibi küçük moleküller membrandan geçerken büyük protein molekülleri diyaliz porlarından geçemediği için içerde kalır.

ortam suyunun birkaç kez değiştirilmesi ile küçük moleküllerin protein çözeltisi içerisinden uzaklaştırılması mümkün hale gelmektedir.

Elektrik yüküne dayalı yöntemler

 İyon değişim kromatografisi

 Elektroforez

Çözünürlük farklarına dayalı yöntemler

 İzoelektrik çökeltme

 Nötr tuzlarla çözündürme ve çökeltme

 Çözgenin dielektrik sabitini değiştirerek çökeltme

Proteinlerin molekül ağırlığını tayin yöntemleri

 Gel filtrasyonu

 SDS-Jel Elektroforezi

 Sedimentasyon Analizi

 Tyndall Etkisinden hesaplama

 Ozmotik basınçtan hesaplama