AMİNO ASİTLER ve BİYOSENTEZİ Doç. Dr. Yıldız AKA KAÇAR BBP108-Bitki Biyokimyası 11.Hafta

Amino asitler proteinlerin temel yapısal ünitesidir. Aminoasitlerin polipeptit yapısında belirli bir düzen içerisinde bulunması proteinlerin üç boyutlu yapısını belirlemektedir. 20 farklı amino asidin protein yapısında çok değişik kombinasyonlarda ve dizilerde bulunması proteinlere çok değişik özellikler ve aktiviteler kazandırmaktadır.

1806 yılında kuşkonmaz bitkisinin hücre ekstraklarından elde edilen ilk amino asit aspargindir. 1820 yılında jelatin proteini hidrolize edildikten sonra amino asitlerin en basiti olan ve tatlımsı bir tada sahip olduğu için glisin olarak adlandıran amino asit izole edilmiştir. Bir buğday proteini olan glutenden, glutamik asit adı verilen amino asit izole edilmiştir. Daha sonraki yıllarda ise proteinin yapısına giren diğer amino asitler keşfedilmiştir. Yirmi amino asit içerisinde en son keşfedilen ise threonin amino asididir.

Protein yapısına giren amino asitler ortak bir yapıya sahiptir. Bütün amino asitler aynı C atomuna bağlı bir karboksil (-COOH) bir de amino (NH2) grubuna sahiptir. Yalnız R grubu veya yan zincir adı verilen kısımları sayesinde değişik yapılara, farklı elektrik yüklerine ve suda değişik oranlarda çözünürlüğe sahiptir.

R grubunun Yapısı Büyükülüğü Elektrik yükü Amino asitlerin polar Non-polar (Hidrofilik- hidrofobik) yapı kazanmasına neden olur. Bu da sudaki çözünürlüklerini etkiler.

Doğada yaklaşık 300 amino asit bulunmakla beraber proteinlerin yapısında 20 standart amino asit bulunur. Bunlar protein yapısının dilinin yazıldığı bir alfabe gibi düşünülebilir. Protein yapısında yer alan bu 20 amino aside standart, temel veya normal amino asitler denir. Protein yapısına girmeyen amino asitler standart olmayan amino asitler (modifiye amino asitler) olarak adlandırılır.

Amino Asitlerin adlandırılması: Özel isimler (Glisin) Üç harflik kısaltmalar (Gly) Tek büyük harften oluşan semboller(G) ile gösterilirler (Şekil 1.)

Şekil 1. Amino asitlerin kısaltılarak tek harfle ve 3 harfle gösterilmesi

Amino asitlerde karboksil grubuna en yakın karbona α (alfa)-karbonu, ikincisine β (beta)-karbonu, üçüncüsüne γ (gamma)-karbonu, dördüncüsüne δ (delta)-karbonu, beşincisine ε (epsilon)-karbonu adı verilmektedir. Amino asitlerde amino grubu α (alfa)-karbonuna bağlı olduğu için bütün amino asitlere α (alfa)-amino asit adı verilmektedir.

STANDART AMİNO ASİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Yan zincir (R) in özelliğine göre, farklı şekillerde sınıflandırılabilirler: Polarite: hidrofobik / hidrofilik veya yüklü Yük: pozitif veya negatif Kimyasal özellik:fonksiyonel gruplar Yapı:alifatik, aromatik veya heterosiklik (Alifatik: molekül yapılarında, çeşitli atomların birbirlerine kovalent bağlanarak oluşmuş düz veya dallanmış zincir şeklinde iskelet içeren organik bileşikler ve bunların türevleridirler).

STANDART AMİNO ASİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Nonpolar, alifatik Zincirli-hidrofobik- A.A.ler Aromatik Zincirli - hidrofobik –AA.ler Yan Zincirinde Hidroksil Grubu Taşıyanlar Yan Zincirinde Tiyol Grubu Taşıyanlar Asidik (Negatif Yüklü) Yan Zincirli Amino asitler ve Amidleri Bazik ( Pozitif Yüklü ) Yan Zincirli Amino Asitler

ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER 1- Glisin ( GLY) ( G) 2-Alanin ( ALA) (A) 3- Valin ( VAL) (V) 4- Lösin ( LEU) ( L) 5- İzolösin ( ILE) (I) 6-Prolin ( PRO) (P) halkasal Dallanmış zincirli

ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER (-Amino propiyonik asit) H3N+ – C – H COO- H COO- H3N+ – C – H CH3 GLİSİN (Gly) ( -Amino asetik asit) ALANİN (Ala) (-Amino propiyonik asit) nitrojen hidrojen carbon oksijen

• Protein yapılarının oluşmasında Glisin (Gly) G H3N+ – C– H COO- H Tüm AA ler içinde en küçük ve çok yönlü olan Glisin, GLİSİN (Gly) • Proteine yapısal fleksibilite kazandırır • Protein yapılarının oluşmasında önemi büyüktür

ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER H3N+ – C – H COO- H –C – CH3 CH2CH3 İZOLÖSİN (Ile) (-Amino, -metil valerik asit) CH3 CH3 H3N+ – C – H COO- CH VALİN (Val) (-Amino izovalerik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 CH CH3 CH3 LÖSİN (Leu) (-Amino izokaproik asit) Dallanmış zincirli amino asitler

ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER Glisin Alanin Valin Lösin İzolösin GlisinAlanin ValinLösinİzolösin sıralamasına göre R grubu gittikçe büyüdüğünden, AAler daha çok hidrofobik özellik kazanır Hidrofobik A.A. ler protein yapısı içerisinde, su ile temas etmeyecekleri bir ortamda bulunurlar

Prolin (Pro) P C – H -Yan zincirin nitrojen atomuyla kovalent bağ yaptığı halkasal yapıda bir amino asittir - Halkasal olmasına rağmen, alifatik özelliktedir C – H COO- CH2 H2N+ H2C -Glisine zıt olarak, protein yapısında bulunduğu yerde, yapısal fleksibiliteyi azaltır  Protein yapısında katı bir düzenleme sağlar

AROMATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER 7- Fenilalanin ( PHE) ( F) 8- Tirozin ( TYR) (Y) 9- Triptofan ( TRP) (W)

AROMATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO- H3N+ – C – H CH2 NH TRİPTOFAN (Trp) W (-Amino -indol propiyonik asit) COO- H3N+ – C – H CH2 FENİLALANİN (Phe) F ( -Amino -fenil propiyonik asit) COO- H3N+ – C – H CH2 OH TİROZİN (Tyr) Y (-Amino -hidroksifenil propiyonik asit)

Fenilalanin, Tirozin,Triptofan AROMATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER Fenilalanin, Tirozin,Triptofan hidrofobik interaksiyonlar Tyr  OH grubu Trp İndol-N atomu Phe’e göre, daha polar Tyr - OH grubu  hidrojen bağları yapar  alkali pH’da asit özellik gösterir

10- Serin (SER) S 11- Treonin (THR) T 12- Sistein (CYS) C YAN ZİNCİRİNDE HİDROKSİL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER 10- Serin (SER) S 11- Treonin (THR) T YAN ZİNCİRİNDE TİYOL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER 12- Sistein (CYS) C 13- Metiyonin (MET) M

YAN ZİNCİRİNDE HİDROKSİL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER SERİN (Ser) S ( -Amino - hidroksi propiyonik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 OH TREONİN (Thr) T (-Amino - hidroksi bütirik asit) H3N+ – C – H COO- CH - OH CH3

YAN ZİNCİRİNDE TİYOL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER METİYONİN (Met) M (- Amino - metiltiyo bütirik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 CH2 S - CH3 SİSTEİN (Cys) C (- Amino -tiyo propiyonik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 SH

YAN ZİNCİRİNDE HİDROKSİL // TİYOL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER Serin ve Treonin •Alifatik analoglarına göre, zayıf polar özellik gösteren yan zincirleri nedeniyle, daha hidrofilik özelliktedirler • Hidrojen bağı yaparlar Metiyonin - SH grubu, Metil grubuyla bloke olduğundan, tamamen hidrofobik özelliktedir

Sistein (Cys) C • Sistein-SH grubu: zayıf polar özellik hidrofilik • Sistein-SH grubu, Tyr-OH kadar asidik  yüksek pH değerlerinde iyonize olur • Disülfid Bağ Oluşumu: Sistein yan zincirleri SİSTİN oksidoredüksiyon

oluşur: MODİFİYE AMİNO ASİT • Protein zincirinde oluşan disülfid SİSTİN • Disülfid (kovalent) bağı içerir • Dimerik bir amino asit • Doğal 20 AA içinde değil • Post-translasyonal modifikasyonla oluşur: MODİFİYE AMİNO ASİT • Protein zincirinde oluşan disülfid bağları, yapıyı stabilize eder • Protein yapılarının oluşmasında önemli rol oynar

ASİDİK YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER VE AMİDLERİ 14- Aspartik Asit (ASP) (D) 15- Asparajin(ASN) (N) 16- Glutamik Asit (GLU) (E) 17-Glutamin ( GLN) (Q)

ASİDİK (NEGATİF YÜKLÜ) YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER VE AMİDLERİ ASPARTİK ASİT (Asp) D (- Amino süksinik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 ASPARAJİN(Asn) N H3N+ – C – H COO- CH2 H2N – C =O

ASİDİK (NEGATİF YÜKLÜ) YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER VE AMİDLERİ GLUTAMİK ASİT (Glu) E (- Amino glutarik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 CH2 GLUTAMİN (Gln) Q H3N+ – C – H COO- CH2 CH2 H2N – C=O

ASİDİK YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER Aspartat ve Glutamat • Sahip oldukları 2.COOH grubu nedeniyle, pH 7.0’de net negatif yüke sahiptirler (Asidik amino asitler)  Hidrofilik • Protein yapısında da negatif yüklü olarak bulunurlar

ASİDİK YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLERİN AMİDLERİ Asparajin ve Glutamin • Yan zincirlerinde yük taşımazlar • Fakat amid grupları nedeniyle polar özellik gösterirler

BAZİK ( POZİTİF YÜKLÜ ) YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER 18- Histidin (HİS) H 19- Arginin (ARG) R 20- Lizin (LYS) K

BAZİK ( POZİTİF YÜKLÜ ) YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO- H3N+– C – H COO- CH2 +NH N H HİSTİDİN (His) H (-Amino -midazol propiyonik asit) H3N+ – C – H COO- CH2 CH2 CH2 CH2 +NH3 LİZİN (Lys) K ( ,-diamino kaproik asit) H3N+ – C – H CH2 CH2 CH2 NH C = +NH2 NH2 guanido ARGİNİN (Arg) R ( -Amino -guanido valerik asit)

BAZİK YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER Histidin, Arjinin ve Lizin • Arg ve Lys, Histidin’e göre, daha bazik Sahip oldukları 2.amino grubu nedeniyle pH 7.0’de net pozitif yüke sahiptirler (Bazik amino asitler)  Hidrofilik • Protein yapısında da pozitif yüklü olarak bulunurlar

POLARİTELERİNE GÖRE SINIFLANDIRMA Non-polar AAler Polar AAler Yüksüz Yüklü Triptofan Fenilalanin Glisin Aspartat Glutamat Lösin Prolin İzolösin Valin Alanin Tirozin Serin Treonin Histidin Arjinin Lizin Sistein Metiyonin Asparajin Glutamin

Nonpolar R grubu: proteinin iç kısmında Yüklü/polar R grubu: proteinin dış yüzünde Yüklü ve polar gruplar su ile hidrojen bağı yaparlar + R grup+H20 R grup H20 G=negatif

STANDART AMİNO ASİTLER Besin değerlerine göre 2 gruba ayrılırlar •Esansiyel amino asitler: Maksimum büyümeyi sağlamak için organizmada yeterli miktarda sentezlenmeyen ve diyetle organizmaya alınması gereken amino asitler •Esansiyel olmayan amino asitler: Organizmada sentezlenen amino asitler

Esansiyel amino asitler •Valin (Val) •Metiyonin (Met) •Lösin (Leu) •Treonin (Thr) •İzolösin (Ile) •Histidin (His)* •Fenilalanin (Phe) •Arginin (Arg)* •Triptofan (Trp) • Lizin (Lys) *Yarı esansiyel (çocuklar için)