Amino Asitlerin Asit-Baz Kimyası Dr. Suat Erdoğan

Sunum içeriği Amino asitlerin iyonizasyonu Zwitterion formu Pepti bağ kurulması Izoelektrik nokta (pI) pKa değeri nedir? Amino asitlerin reaksiyonları

Amino asitler: pozitif, negatif veya sıfır net yüklü olabilir —COOH ve —NH3+’un iyonize olabilen yüklü ve yüksüz formları zayıf asit grupları solüsyonlarda protonik dengede bulunur. R — COOH  R — COO- + H+ R — NH3+  R — NH2 + H+ R—COOH ve R—NH3+ zayıf asit iken; R—COOH, R—NH3+’den daha güçlü asittir. Fizyolojik pH’da (pH 7.4), COOH grubu dissosiye olarak negatif yüklü karboksilat iyonu (COO–), NH2 grubu ise protonlanarak pozitif yüklü NH3+ iyonunu oluşturur.

Zwitterion Amino asitler, asidik ve bazik grupları üzerinde taşıyan amfolitlerdir (= hem asit hem baz gibi davranış). Not: serbest amino asitler iyonik moleküller olarak bulunur. Üzerinde eşit sayıda zıt yükte iyonize grup taşıyan moleküllerin net yükleri sıfır olup, bu moleküller zwitterion olarak isimlendirilir. Zwitterionlar elektriksel olarak nötral olduğundan elektrik alanında (elektroforez) göç etmezler. Kan ve birçok dokuda bulunan amino asitler zwitterion formundadır.

Izoelektrik odaklanmaya göre proteinlerin ayrıştırılması

İzoelektrik nokta (pI) İzoelektrik nokta (isoelectric point, pI) amino asitin üzerindeki pozitif yükün negatif yüke eşit olduğu pH değeridir. Bu durumda net yük = 0, zwitterion formu. pI değeri zwitterion formundaki COO- ve NH+3 gruplarının pKa değerlerinin ortalamasıdır.

pI değerinin hesaplanması Bir amino ve bir karboksil grubu taşıyan amino asitler (monoamin-monokarboksil) için pI değeri bu molekülün pKa değerlerinin ortalaması ile hesaplanabilir. pKa (R—COOH): 2.34 ve ikinci pKa (R—NH3+): 9.69 olsun, Alanin’in pI değeri 6.02 olup, pH 6.02’de bu amino asit dipolar formdadır (yüksüzdür). pI = pK1 + pK2 2 = 2.35 + 9.87 6.01

pKa değeri nedir? pKa değeri, bir moleküldeki belirli H atomunun ne derecede asidik olduğunu (veya olmadığını) tanımlar. Amino asitlerdeki pKa1 —COOH, pKa2 ise —NH3+ gruplarındaki iyonlaşabilen H atomlarıdır. Bir asidin proton bırakma eğilim düzeyine ayrışma sabiti (Ka) (dissociation constant) denir. Ka çözelti içinde, asit gücünün bir ölçüsüdür. Not: pH ise bir solüsyonun ne kadar asidik olduğunu gösterir.

Amino asitlerin pKa ve pI değerleri

Nötral (monoamino-monokarboksilik) amino asitlerin titrasyon eğrileri Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı Titre edilebilen 2 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 2 ayrışma sabitine karşılık gelen 2 yatay bölge vardır pK1: -COOH grubu pK2: -NH+3 grubu OH- ekivalant

Glisinin titrasyonu Amaç: amino asitlerin asidik ve bazik özelliklerinden titrasyon eğrisiyle pKa değerlerini belirleyerek bilinmeyen amino asitleri tanımlamak. Belirli hacimdeki bir örneğe asit veya alkali ilave ederek pH değerini gözlemleyerek titrasyon eğrisi saptanır. Glisin iki tamponlama aralığına sahiptir. Bunlar pH 2.34 ve pH 9.6 merkezli +/-1 pH aralığına sahip dikdörtgen alanlar olarak gösterilmişlerdir. Glisin bu pH aralıklarında tampon çözelti olarak kullanılabilir. Glisin pI: 5.97

Fonksiyonel gruplar amino asitlerin kimyasal reaksiyonlarını belirler Amino asitlerin her bir fonksiyonel grubu kendi karakteristik kimyasal reaksiyonlarını gösterir. Karboksil grupları için, bu reaksiyonlar ester, dekarboksilasyon, amid ve asit anhidrid oluşumunu içerir. Amino grupları için, açilasyon, amidasyon ve esterifikasyondur. Teşhis (Edman ve Sanger reaksiyonları) Miktar tayini (Ninhidrin) –OH ve –SH grupları için, oksidasyon ve esterifikasyon. Amino asitlerin en önemli reaksiyonları ise peptit bağlarının kurulmasıdır.

Proteinlerde açilasyon (protein acylation) Proteinlere fonksiyonel grupların açil köprüleriyle bağlanması ile post-transkripsiyonal modifikasyonu sağlanabilir. Protein açilasyonu biyolojik sinyal mekanizmalarından biridir.

Açil (acyl) grupları Keton cisimlerdeki genel açil grupları (mavi renkler) Ve diğer bazı açil grupları Açil klorür (CH3COCl), benzil klorür (C6H5COCL) gibi

Amino asitlerin fiziksel özellikleri Erime Noktası Amino asitler Ortalama molekül ağırlığı: 110 Da Oda sıcaklığında: katı-kristal form Erime ısısı: 200 °C  İyonize-zıt yüklü gruplar arasındaki elektrostatik bağların oluşturduğu kafes yapı, dayanıklılığı artırır Aynı büyüklükteki diğer organik bileşiklere göre, erime noktaları daha yüksektir.

Çözünürlük Amino asitler içerdikleri iyonize gruplar nedeniyle: Çözücü • Su  • Polar (etanol vb) • Seyreltik asit ve baz • Nonpolar (benzen, hekzan, eter, vb) -

Amino asitlerin spektroskopik özellikleri Amino asitlerin sulu çözeltileri renksiz visible (görünür, 400 – 700 nm) – ışığı absorblamazlar Aromatik fenilalanin, tirozin, triptofan (Aromatik halkada konjuge çift bağ) uv (260-280 nm)-absorbsiyon 280 nm Molar absorptivite Proteinlerin miktar tayininde kullanılır

Amino asitlerin reaksiyonları Karboksil grupları amid ve esterleri oluşturabilir Amino grupları Schiff bazları ve amidleri oluşturabilir Yan zincirler özel reaktivite gösterebilir Sistein artıkları (residue) disülfid bağlarını oluşturabilir ve kolaylıkla alkillenebilir Bazı reaksiyonlar ise belirli yan zincirlere özgüdür.

Ninhidrin reaksiyonu Kuvvetli oksitleyici bir madde olan ninhidrin pH = 4-8 arasında bütün alfa amino asitler ile mor renkli bileşikler verecek şekilde reaksiyona girer. Ninhidrin amino asitleri bir seri reaksiyon ile aldehit, amonyak ve CO2’e indirger. Ninhidrin reaksiyonunda net sonuç kısmen indirgenmiş form hidrindantindir. Amio asit düzeyi (protein) belirlenirken Ninhidrin reaktifi ile gelişen mor rengin absorbansı ölçülür.

Ninhidrin reaksiyonu: protein miktar analizi

Biüret testi İki veya daha fazla peptid bağı ihtiva eden bileşikler alkali bakır sülfat ile menekşe veya mor renkli kompleksler oluştururlar. Rengin koyuluğu proteindeki peptid bağlarının sayısına bağlıdır. Bu test, peptid bağlarını belirlediğinden amino asitlerle reaksiyon vermez. Bu reaksiyon ayrıca azot veya karbon atomuna bağlı iki karbonil grubu ihtiva eden bileşiklerle de pozitif sonuç verir. Hasas bir yöntem değildir (mg/ml protein)

Biüret testi Hasas bir yöntem değildir (mg/ml protein)

Bradford protein analiz yöntemi hassasiyeti yüksek: (μg/ml protein)

Disülfid bağı Sistein akyuvar sentezi ve kollagen üretimi uyararak derinin korunması ve glutatyon üretimini destekleyerek antioksidan etkiye destek sağlar. Sistin ise ameliyat sonrası hızlı yara iyileşmesi, saç büyümesi ve anemi tedavisine yardımcı olur.