AMİNO ASİTLERİN ÖZELLİKLERİ ?Can you give me some examples of what chemicals you think youve used, or how you think chemistry may have impacted your life? Prof. Dr. Kader KÖSE
KİRAL - AKİRAL Birbirinin ayna hayali görünümündedirler El, ayak vb objeler, eşit yapıda olmalarına rağmen, AYNI değildir! Üst üste çakışmazlar Birbirinin ayna hayali görünümündedirler Kiral:Kendisinin ayna hayali ile üst üste ÇAKIŞMAYAN bileşikler Akiral:Kendisinin ayna hayali ile üst üste ÇAKIŞAN bileşikler
fonksiyonel grup bağlı KİRAL - KARBON Kiral Karbon Atomu (kiralite merkezi) Birbirinden farklı 4 atom, atom grubu veya fonksiyonel grup bağlı karbon atomu Asimetrik karbon atomu (C) Kiral karbon içeren organik bileşiğin ayna hayali kendisi ile üst üste ÇAKIŞMAZ
STEREOİZOMER Stereoizomer Asimetrik karbon atomu (C)’nun varlığı, o organik bileşiğin stereoizomerlerinin oluşmasını sağlar Kimyasal bağlar formül Aynı Stereoizomer Atomların boşluktaki düzenlenişi Farklı
(Stereoizomerlerin alt grubu) ENANTİOMER Birbirinin ayna hayali görünümünde olan izomer çifti (Stereoizomerlerin alt grubu) ENANTİOMER = ANTİMER OPTİK İZOMER
n =1 2 izomer STEOİZOMERLER İzomer sayısı = 2n (n: C sayısı) (Cetrafındaki 4 farklı grup, boşlukta iki farklı şekilde düzenlenebilir)
-KARBON ( C) -Amino Asitlerin Stereokimyası COOH C R H H3N+ -KARBON ( C) •Asimetrik karbon atomu(C) • Kiral • Kiralite merkezi • Stereomerkez Tetrahedral düzenleme (3 boyutlu yapı)
-Karbon atomu taşıyan tüm AA lerde Kiral karbon atom -Karbon atomu taşıyan tüm AA lerde (Glisin dışında), en az bir tane C* vardır Protein yapısındaki 19 standart AAKİRAL Glisin Kiral değil Yan zincir: H atomu
C = 1 İzomer sayısı = 2 Örnek: ALANİN ENANTİOMER ÇİFTİ H– C –+NH3 H3N+– C – H COO- CH3 H– C –+NH3 AYNA
Stereoizomerlerin Adlandırılması : GLİSERALDEHİT( Referans birleşik ) (C içeren en küçük yapılı monosakkarid) C etrafındaki absolu konformasyon, gliseraldehit ile ilişkilendirilir L-Gliseraldehit D-Gliseraldehit D ve L Asimetrik karbon etrafındaki 4 Grubun konformasyonunu gösterir
Stereoizomerlerin Adlandırılması OH - C- H CHO CH2OH H - C - OH COO- CH2OH D - Gliseraldehit L - Gliseraldehit H– C–+NH3 COO- CH3 H3N+- C- H COO- CH3 L - Alanin D -Alanin
STEREOİZOMERLER n =2 4 stereoizomer (C etrafındaki 4 farklı grup, boşlukta 4 farklı şekilde düzenlenebilir) 2 izomer enantiomer 2 izomer diastereomer enantiomer diastereomer (birbirinin ayna hayali görünümünde olmayıp, farklı kimyasal özelliklere sahip izomerler)
n=2 C içeren AAler 4 stereoizomer • Treonin • İzolösin • Sistin • 4 - OH - Prolin • 5 - OH - Lizin 4 stereoizomer
Örnek: TREONİN D -Treonin L -Treonin AYNA L – allo - Treonin H3N+– C- H COO- H – C- OH CH3 L -Treonin 1 H– C -+NH3 COO- OH – C– H CH3 D -Treonin 2 H– C– +NH3 COO- H – C– OH CH3 D - allo -Treonin 4 H3N+– C- H COO- OH – C- H CH3 L – allo - Treonin 3
D ve L - İZOMERLER Kiral karbon içeren tüm biyomoleküller, doğal olarak sadece bir stereomerik formda bulunurlar: D veya L Doğal amino asitlerin büyük bir kısmı, -karbon atomu etrafında aynı düzenlemeye sahiptir } Standart AAler (protein yapısı) L - konfigürasyon
} D – konfigürasyon Doğal D-amino asitler: • Protein yapısında bulunmazlar • Bazı peptid yapılarında bulunurlar - antibiyotikler - bakteri hücre duvarı Sentetik AAler D – konfigürasyon }
Enantiomer Çiftinin Fiziksel Özellikleri Erime noktası Kaynama noktası Dansite , vb AYNI Optik aktivite FARKLI
Optik Aktivite: Polarize ışık düzleminin sağa veya sola yönlendirilmesi (+) Dekstrorotatuvar - Sağ – saat yönü (-) Levorotatuvar-Sol-saat yönünün tersi
polarize ışık düzlemini, birbirine eşit fakat zıt yönde çevirirler Optik Aktivite Enantiomerler: Optikçe aktif Antimer çiftini oluşturan D ve L izomerler polarize ışık düzlemini, birbirine eşit fakat zıt yönde çevirirler D ve L: Optik aktivitenin yönünü göstermez
Kimyasal sentezle oluşan kiral bileşikler Optik Aktivite RASEMİK KARIŞIMLAR: optikçe aktif değil Kimyasal sentezle oluşan kiral bileşikler (eşit miktarda D ve L izomer karışımı) (Örnek: DL – Alanin) Ciçermeyen bileşikler:Optikçe aktif değil
Amino Asitler, sulu çözeltilerinde Amino Asitlerin İyonizasyonu Amino Asitler, sulu çözeltilerinde iyonize olurlar İyonize AAler, ortam pH’sına göre • Asidik • Bazik • Nötral özellik kazanırlar
Amino Asitlerin İyonizasyon davranışlarına göre sınıflandırılması •Nötral: monoamino-monokarboksilik AAler - Noniyonize yan zincir - Polar yan zincir •Asidik: monoamino-dikarboksilik AAler •Bazik: diamino-monokarboksilik AAler
• Nötral sulu ortamlarda Monoamino-monokarboksilik AAler • Nötral sulu ortamlarda COOH H2N – C – H R COO- H3N+ – C – H R intramoleküler asit-baz reak.u Non- iyonik form (önemsiz) Net yük: 0 Zwitteriyon form (dipolar iyon) Net yük: 0
Dipolar Amino asit (zwitteriyon) • Asidik ortamda H3N+ – C – H COO- R dipolar iyon net yük: 0 H3N+ – C – H COOH R + H + diprotik iyon net yük: +1 Dipolar AA, asidik ortamda BAZ gibi davranır (proton alır: akseptör)
Dipolar AA, bazik ortamda ASİT gibi davranır (proton verir: donör) Dipolar Amino asit (zwitteriyon) • Bazik ortamda H3N+– C – H COO- R dipolar iyon net yük: 0 H2N – C – H COO- R + OH - + H2O anyonik iyon net yük: -1 Dipolar AA, bazik ortamda ASİT gibi davranır (proton verir: donör)
Protonlanmış Amfoterik (Hem amin hem karboksil grubu protonlu) Hem asit hem baz gibi davranabilen bileşikler Amfoterik } Amfolit Amfoterik elektrolit Amfolit } Hem pozitif hem negatif yük taşıyan amino asitler Zwitteriyon Dipolar AA Amfolit } Asit ortamda BAZ Bazik ortamda ASİT Dipolar AA } Amfolit Protonlanmış Amfoterik amino asitler Diprotik asit (Hem amin hem karboksil grubu protonlu)
Diprotik AAler amin ve karboksil grubu protonlu Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu H3N+ – C – H COO- R H3N+ – C – H COOH R diprotik iyon net yük: + 1 OH - H2O H + dipolar iyon net yük: 0 OH - H2O H + Diprotik AAler amin ve karboksil grubu protonlu amino asitler H2N – C – H COO- R anyonik iyon net yük: -1
Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu Tamamen protonlu Diprotik/katyonik Dipolar/Zwitteriyon yarı yarıya protonlu Tamamen protonsuz Anyonik Amin ve karboksil grubu protonlanmış diprotik AAler ortama 2 proton verirler
Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu Ortam pH’sına bağımlı Zwitteriyon form (Dipolar iyon) k o n s a t r y Diprotik form Anyonik form
Amino Asitlerin İyonizasyonu • Zayıf poliprotik asitlerdir • Her biri dissosiye olabilen protonlar içerir • Protonların dissosiyasyon derecesi ortamın pH’sına bağlıdır
(Proton verme eğiliminin ölçüsü) İyonizasyonun pH ve pK ile İlişkisi pH = -log[H+] = log(1/[H+]) Zayıf bir asit : HA H+ + A- K = [H+][A-]/[HA] K: dissosiyasyon sabiti (Asitin iyonize olma eğilimi) pK = - logK pK: İyonizasyon için denge sabiti (Proton verme eğiliminin ölçüsü)
Bir asit grubunun pK’sı: türlerin eşit konsantrasyonda olduğu İyonizasyonun pH ve pK ile İlişkisi Zayıf bir asit : HA H+ + A- pK = pH + log ([HA]/[A-]) Asit % 50 iyonize olduğunda, [HA] = [A -] pK = pH Bir asit grubunun pK’sı: Protonlu ve protonsuz türlerin eşit konsantrasyonda olduğu pH değeri
pH = pK + log ([A-] / [HA]) K = [H+][A-]/[HA] pK = - logK pH = pK + log ([A-] / [HA]) pK: Asitin iyonize olma eğilimi pK: Asitin iyonize olma eğilimi • K: 10 kat arttığında • K: 10 kat azaldığında pK - 1 pK + 1
Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titrasyon: Protonların dereceli olarak ortama ilave edilmesi veya ortamdan uzaklaştırılması Eşdeğer gram asit = Eşdeğer gram baz
Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Nötral (monoamino-monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri OH-ekivalant pH Titre edilebilen 2 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 2 dissosiyasyon sabitine karşılık gelen 2 yatay bölge vardır pK1: - COOH grubu pK2: - +NH3 grubu Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı
Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Nötral (monoamino-monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen gruplar • - Amino ( +NH3 ) • - Karboksil (COOH) Örnek: Glisin (Gly)
Glisin -Titrasyon Eğrisi COO- H2N – C – H H anyonik iyon pH: 12.0 net yük: -1 E H3N+ – C – H COO- H dipolar iyon pH: 5.97 net yük: 0 C H3N+ – C – H COOH H diprotik form pH: 1.0 net yük: + 1 A OH- H2O pK1:2.34 B OH- H2O pK2:9.6 D
0.1 M Glisinin 0.1 M NaOH ile Titrasyon Eğrisi pH OH-ekivalant B C D A E [H3N+–CH2–COO-] = [H2N–CH2–COO-] [H3N+–CH2 – COOH] = [H3N+–CH2 – COO-]
Titrasyon eğrisinden elde edilen bilgiler • İyonize grupların pK değerleri kantitatif olarak elde edilir Glisin için: pK1 (- COOH) 2.34 pK2 (- NH3) 9.60
tüm - amino asitler için Monoamino-monokarboksilik (noniyonize R grubu içeren) tüm - amino asitler için Sınır Ortalama pK1 (- COOH) : 1.8 - 2.4 2.0 pK2 (- NH3) : 8.8 - 11.0 10.0
Tamponlama kapasitesi pH= (pK1 ) • AAlerin tampon özelliğine sahip olduğu pH değerlerini (pH aralığı) gösterir Tamponlama Ortamdaki [ H+ ]’nın sabit tutulması Tamponlama kapasitesi pH= (pK1 )
pK değerlerinin civarı Glisin için tamponlama pK değerlerinin civarı pH = (2.341 ) 1.34 –3.34 pH = (9.601 ) 8.6 – 10.6 Glisin vb nötral AAler İntraselüler sıvı/kan gibi fizyolojik ortamlar ( pH7.0)’ da TAMPONLAMA YAPAMAZLAR !!!
•AAlerin izoelektrik nokta(pI)’sını gösterir Amino asitin üzerindeki pozitif yükün negatif yüke eşit olduğu ( net yük: 0) pH değeri
Monoamino-monokarboksilik (noniyonize R grubu içeren) tüm amino asitlerde: pI=(pK1 + pK2) / 2 Glisin için pI = (2.34 + 9.60) / 2 = 5.97 pH 5.97’de Glisin (dipolar form): yüksüz
pH’sı arasındaki ilişkiyi gösterir • AAlerin elektrik yükleri ile ortam pH’sı arasındaki ilişkiyi gösterir -1 -0.5 +0.5 +1 Net Yük 12.0 pK2 pI pK1 1.0 pH pH pI Net yük daima pozitif ( katyonik form) pH pI Net yük daima negatif ( anyonik form)
- Elektroforez Elektrik alanı içinde bulunan çözünmüş AA ler net yüklerine göre hareket ederler - + Net Yük Anot (+ elektrot)’a doğru Orijinde kalır (sürüklenmez) Katod (- elektrot)’a doğru Elektroforetik hareket pH pI pI pH pI pH Amino asitler pH = pI olan ortamda en az çözünür
İyonize Yan Zincir Taşıyan AAlerin Titrasyon Eğrileri • Daha komplekstir • 3 Farklı iyonizasyon basamağına karşılık gelen 3 bölge vardır • 3 farklı pK değerleri vardır • pH’a bağımlı 4 farklı iyonize formları vardır
Asidik (monoamino - dikarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen 3 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 3 dissosiyasyon sabitine karşılık gelen 3 yatay bölge vardır pK1: - COOH grubu pK2: - +NH3 grubu pKR: R - COOH grubu Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı
Asidik ( monoamino - dikarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen gruplar • - Amino (+NH3 ) • - Karboksil (COOH) • Yan zincir (COOH) Örnek: Glutamat (Glu)
Glutamat -Titrasyon Eğrisi OH - H2O pK1:2.19 B H3N+ –C – H COO- R-COOH dipolar iyon pH: 3.22 net yük: 0 C H3N+ –C – H COOH R-COOH katyonik form pH: 1.0 net yük: + 1 A D pKR: 4.25 H3N+ –C – H COO- R-COO- anyonik iyon pH: 6 - 8 net yük: -1 E H2N –C – H COO- R-COO- anyonik iyon pH: 12.0 net yük: -2 G H2O OH- pK2:9.67 F
0.1 M NaOH ile 0.1 M Glutamatın Titrasyonu OH- ekivalent G A B C D F pK2 = 9.67 pK1:2.19 pKR: 4.25 E pH [H3N+–CH – COO-] = [H2N–CH – COO-] R-COO- [H3N+–CH – COO-] = [H3N+–CH – COO-] R-COOH R-COO- pI:3.22 [H3N+–CH – COOH] = [H3N+–CH – COO-] R-COOH
Asidik (monoamino - dikarboksilik) Amino Asitlerin pI değeri pI: Net yükün “O” olduğu pH’nın, bir önceki (pK1)ve bir sonraki pK(pKR ) değerlerinin aritmetik ortalaması ) Glutamat için pI = (pK1 + pKR ) / 2 pI = (2.19 + 4.25) / 2 = 3.22 pH 3.22’de: Glutamat (dipolar form):yüksüz
Glutamat vb asidik AAler Glutamat için tamponlama pK değerlerinin civarı pH = (2.19 1 ) 1.19 – 3.19 pH = (4.25 1 ) 3.25 – 5.25 pH = (9.67 1 ) 8.67 –10.67 Glutamat vb asidik AAler İntraselüler sıvı/kan gibi fizyolojik ortamlar ( pH7.0)’ da TAMPONLAMA YAPAMAZLAR !!!
Bazik (diamino - monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen 3 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 3 dissosiyasyon sabitine karşılık gelen 3 yatay bölge vardır OH- ekivalent pH pK1: - COOH grubu pK2: - +NH3 grubu pKR: R - +NH3 grubu Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı
Bazik (diamino - monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen gruplar • - Amino( +NH3 ) • - Karboksil (COOH) • Yan zincir ( +NH3 ) Örnek: Histidin (His)
Histidin -Titrasyon Eğrisi OH - H2O pK1:1.82 B R-+NH3 H3N+ –C – H COO- katyonik form pH: 3 - 5 net yük: + 1 C H3N+ –C – H COOH R-+NH3 katyonik form pH: 1.0 net yük: + 2 A D pKR: 6.0 OH - H2O dipolar iyon pH: 7.59 net yük: 0 R-NH2 H3N+–C–H COO- E anyonik iyon pH: 12.0 net yük: -1 H2N –C – H COO- R-NH2 G H2O OH- pK2:9.17 F
0.1 M Histidinin 0.1 M NaOH ile Titrasyon Eğrisi pH OH- ekivalent C pK1:1.82 pK2:9.17 pKR: 6.0 A D B pI: 7.59 G F E R-NH2 [H3N+–CH2 – COO-] = [H2N–CH2 – COO] [H3N+–CH2 – COO-] = [H3N+–CH2 – COO-] R-+NH3 R-NH2 [H3N+–CH – COOH] = [H3N+–CH – COO-] R-+NH3
Bazik (diamino - monokarboksilik) Amino Asitlerin pI değeri pI: Net yükün “O” olduğu pH’nın, bir önceki(pKR) ve bir sonraki pK(pK2) değerlerinin aritmetik ortalaması ) Histidin için pI = ( pKR + pK2 ) / 2 pI = (6.0 + 9.17) / 2 = 7.59 pH 7.59’da Histidin (dipolar form): yüksüz
AAler içerisinde sadece Histidin (pKR nedeniyle), Histidin için tamponlama pK değerlerinin civarı pH = (1.821 ) 0. 82 –2.82 pH = (6.0 1 ) 5.0 – 7.0 pH = (9.171 ) 8.17 –10.17 AAler içerisinde sadece Histidin (pKR nedeniyle), intraselüler sıvı/kan gibi fizyolojik ortamlar (pH7.0)’da tamponlama gücüne sahiptir!!!
Amino Asitlerin Titre edilebilen Grupları pK pH 7’de yük - COOH 1.8 - 2.4 - R - COOH 3.9 - 4 .3 - +NH3 8.8 -11 + R - +NH3 10.5 İmidazol 6.0 Guanido 12.5 Tiyol 8.3 Fenol 10.1
- Karbon atomu üzerinde bulunan iyonizasyonunu kolaylaştırır Aynı Karboksil Grubunun Farklı pK değerlerine Sahip Olması? pK Asitlik gücü Amino asit(-COOH) 1.8 - 2.4 100 Asetik asit(CH3COOH) 4.76 1 - Karbon atomu üzerinde bulunan +NH3 grubu, - COOH’ in iyonizasyonunu kolaylaştırır
Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri • Çözünürlük AAler içerdikleri iyonize gruplar nedeniyle: Çözücü Çözünürlük • Su • Polar (etanol vb) • Dilüe asit ve baz • Nonpolar (benzen, hekzan, eter , vb)
Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri dayanıklılığı artırır • Erime Noktası Amino asitler • Ortalama molekül ağırlığı: 110 • Oda sıcaklığında: Katı-kristal form • Erime ve bozunma: 200 º C • İyonize-zıt yüklü gruplar arasındaki elektrostatik bağların oluşturduğu kafes yapı, dayanıklılığı artırır • Aynı büyüklükteki diğer organik bileşiklere göre, erime noktaları daha yüksektir
Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri • Absorbsiyon AAlerin sulu çözeltileri Renksiz •Visible(görünür)(400-700nm) – ışığı absorplamazlar •Aromatik AAler (Aromatik halkada konjuge çift bağ) (Phe, Tyr, Trp*) 280 nm Molar absorptivite uv (260-280 nm)-absorbsiyon Proteinlerin miktar tayininde kullanılır
Amino Asitlerin Kimyasal Reaksiyonları • Karboksil grubu - Ester ve amid oluşumu - Dekarboksilasyon • Amino Grubu - Teşhis(Edman ve Sanger reaksiyonları) - Miktar tayini (Ninhidrin, Şelat oluşumu) • Fonksiyonel gruplar • Karboksil ve Amino grubu* - Peptid bağı oluşumu PROTEİN
Ester • Ester ve amid oluşumu amid Karboksil grubunun Reaksiyonları H2O Ester O ‖ H3N+–CH – C- O-C2H5 R H3N+–CH – COOH + C2H5OH R O ‖ H3N+–CH – C- NH2 R amid O ‖ H3N+–CH – C-O- C2H5 R NH3 C2H5OH
Nörotransmitter ve regülatör Karboksil grubunun Reaksiyonları •Dekarboksilasyon(L-AA dekarboksilaz ) CO2 H2N–CH – COOH R R – CH2 – NH2 Biyojen Amin Amino asit Biyojen Amin Fonksiyon Histidin HİSTAMİN Vazodilatör Glutamat GABA Nörotransmitter 5-OH-Triptofan 5-oH-Triptamin (SEROTONİN) Nörotransmitter ve regülatör
Aşırı salınımı, allerjik reaksiyonlarla sonuçlanır HİSTAMİN • Akc’in plevra zarı, damar cidarı ve mide mukozasında bulunan MAST hücrelerinde sentezlenir H1 Reseptörü ile, • Damarları genişletir kan basıncı • Kapiller damarların permeabilitesini artırır (damardan çevre dokulara antibody geçişi) • Bağırsak / bronş düz kaslarını kastırır H2 Reseptörü ile, • Mide salgısını artırır Aşırı salınımı, allerjik reaksiyonlarla sonuçlanır
Amino Grubunun Teşhis Reaksiyonları • Sanger Reaksiyonu F NO 2 NHCH 2 CONH NO N-terminal AA + H2NCH2CONH HF Fluoro-dinitrobenzen (FDNB) Dinitrofenil AA kompleksi (Sarı renkli)
• Edman Reaksiyonu N-terminal AA H3N+ - Peptid 2 N-CH-C-NH- Peptid O R N-terminal AA N=C=S + Hafif alkali ortam Fenil izotiyosiyanat Fenil-NH-C- HN-CH-C-NH-Peptid O R S H3N+ - Peptid CF3 COOH NH CH-R N O S Fenil N S O R H Fenil-NH Tiyazolinon türevi zayıf asidik ortam Feniltiyohidantoin türevi
Amino Grubunun Kantitatif Reakları • Şelat oluşumu H3N+ – C – H H COO- + Cu 2+ + Glisin H2 N CH2 -O C=O Cu2+ H2C O=C O- Bakır diglisinat (mavi renkli kompleks) Cu2+, AAlerin -+NH3, -COOH ve –SH grupları ile kompleks yapar Cu2+/Protein-peptid bağı kompleksi BİÜRET Metodu
BİÜRET METODU
NH3, peptid ve proteinler bu reaksiyonu verirler Amino Grubunun Kantitatif Reak.ları • Ninhidrin Reaksiyonu ninhidrinhidrat ninhidrin -AA + oksidatif dekarboksilasyon • Serbest amino içeren tüm AAler, NH3, peptid ve proteinler bu reaksiyonu verirler • µg düzeyde ölçüm yapılabilir Rhumens-Purple Kompleksi (mavi-mor renk, 570 nm’de abs)
Ninhidrin Reaksiyonu
Fonksiyonel Grupların Reaksiyonları Genel Asit/Baz Aspartat Glutamat Histidin Sistin Nükleofilik Sistein Serin Lizin Kovalent Araürün Serin Lizin Sistein (?) Radikal kimya Tirozin Sistein Glisin Disülfid Bağı Sistein
Peptid Bağı Oluşumu AA2 AA1 Peptid Bağı