PROTEİNLER VE AMİNOASİTLER Öğr.Gör.Sibel Bayıl

Proteinler bütün canlı varlıkların en önemli ve hücrelerin de en bol bulunan organik bileşikleridir. Bütün biyolojik olaylarda hayati görevleri vardır. Farklı biyolojik fonksiyonlarından en önemlilerini şöyle sıralayabiliriz :

Enzimatik Katalizleme Biyolojik sistemlerdeki kimyasal reaksiyonların hemen hemen tamamı enzim adı verilen spesifik makromoleküller tarafından katalizlenmektedir. Enzimlerin olağanüstü bir katalizleme gücü vardır. Buğün 2000 civarında enzim tanımlanmış olup, bazı katalitik RNA molekülleri hariç olmak üzere hepsinin de protein yapısında olduğu ortaya konulmuştur. Böylece canlı sistemlerdeki kimyasal dönüşümlerin tamamına yakınının proteinlerce sağlandığı açıktır.

Taşıma ve Depolama Birçok küçük molekül ve iyonlar spesifik proteinler tarafından taşınmakta ve depolanmaktadır. Mesela, oksijen transportu kanda hemoglobinle gerçekleşirken, depolanması kaslarda myoglobin tarafından sağlanır. Demir kan dolaşımında transferrin proteini tarafından taşınırken, yine karaciğerde ferritin adı verilen bir başka proteinle kompleks oluşturarak depolanır.  

Mekanik Hareket Proteinler, kasların en başta gelen bileşenleridir. Kas kasılması iki çeşit lif yapısındaki proteinlerin kayma hareketiyle ortaya çıkmaktadır. Mitoz olayında kromozomların hareketi de bir takım proteinlerin sayesinde olmaktadır.

Mekanik Destek Deri ve kemik dokularının gerilmeye dayanıklılığı, fibröz bir bağ dokusu proteini olan kollagen tarafından sağlanmaktadır. Yine, saç, kıl, tırnak, yün, pençe ve kaplumbağanın kabuğu gibi destek ve koruyucu yapılar -keratin grubu proteinlerden oluşur.

Koruma Antikorlar, vücuttaki virüs, bakteri ve diğer organizma hücreleri gibi yabancı maddeleri tanıyan ve onlara bağlanarak dolaşımdan uzaklaştırılmalarını sağlayan çok spesifik proteinlerdir. Böylece proteinlerin organizmaya ait olanla olmayanları birbirinden ayırt etmede en önemli rolü oynadığı görülür. Ayrıca, kanama anında pıhtılaşmayı ( koagülasyonu) sağlayan koagülasyon faktörlerinin tamamına yakını protein yapısındadır.

Sinir uyarılarının üretimi ve iletimi Spesifik uyarılara karşı sinir hücrelerinin cevabı reseptör proteinler aracılığı ile olmaktadır. Mesela, rodopsin, retinal çubuk hücrelerinin fotoreseptör (ışık algılayıcı) proteinidir. Sinir hücrelerinde uyarıları iletme görevini üstlenen reseptör molekülleri de protein yapısındadır.

Hormonlar Metabolizma olaylarının koordineli biçimde yürümesini sağlayan hormonların büyük bölümü protein yapısındadır. Bunun yanısıra bütün hormonlar, hedef hücrelerinde protein yapısında olan reseptör moleküllere bağlanarak etkilerini gösterirler.

Büyüme ve farklılaşmanın kontrolü Hücre çekirdeğindeki genetik bilginin kontrolü ve sıra ile ifadesi gerekir. Herhangi bir anda hücre genomunun belirli bir kısmı ifade edilir. Bakterilerde represör (baskılayacı) proteinler, hücre DNA’sının spesifik bölgelerinin ifade edilmeden kalmasını sağlayan kontrol molekülleridir.

Aminoasitler Proteinlerin temel yapısal ünitesidir. Renksiz, kristal yapıda ve suda çözünebilir özelliktedirler. Bunlar proteinler içerisinde değişik kombinasyonlarda bulunurlar ve proteinlere değişik özellik ve aktivite kazandırırlar. 20 aminoasidin hepsi ortak bir yapıya sahiptir.

AMİNO ASİTLER COO- H3N+ – C – H R Yapılarında • Amino (-NH3+) grubu • Karboksil (-COO-) grubu • Yan zincir ( R ) taşıyan organik bileşiklerdir COO- H3N+ – C – H R -Amino Asit (AA) (a-Amino karboksilik asitler)

AMİNO ASİTLER COOH ve NH2 •Protein yapısına katılan tüm AA’ler : • Proteinlerin temel yapısını oluştururlar • Doğada : ~ 300 AA • Protein yapısında : Sadece 20 AA •Protein yapısına katılan tüm AA’ler : “-AMİNO ASİTLER” COO- H3N+ – C – H R -Amino Asit (AA) •Aynı karbon ()’a bağlı COOH ve NH2 grubuna sahiptirler

STANDART AMİNO ASİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Standart 20 amino asit 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

Classification Non-Polar Polar but Uncharged Polar charged (+) glycine alanine valine leucine isoleucine methionine proline phenylalanine tryptophan serine threonine asparagine glutamine tyrosine cysteine lysine arginine histidine Polar charged (-) aspartic acid glutamic acid

ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER • 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

Alanin

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 İmino asit ? kovalent bağ yaptığı siklik -Yan zincirin nitrojen atomuyla kovalent bağ yaptığı siklik yapıda bir amino asittir - Siklik 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 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

Disülfid Bağ Oluşumu Sistein disülfid bağı SİSTİN

SİSTİN • Disülfid (kovalent) bağı içerir • Dimerik bir amino asit • Doğal 20 AA içinde değil • • 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 (Asidik amino asitler)  Hidrofilik 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 Glisin Aspartat Glutamat Lösin Prolin İzolösin Valin Alanin Triptofan Fenilalanin Tirozin Serin Treonin Histidin Arjinin Lizin Sistein Metiyonin Asparajin Glutamin

Yüklü ve polar gruplar su ile hidrojen bağı yaparlar 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

Besin değerlerine göre 2 gruba ayrılırlar 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)

1-Modifiye amino asitler STANDART OLMAYAN AMİNO ASİTLER 1-Modifiye amino asitler •Protein yapısına girdikten sonra yapıları değişen (post-transyonal modifikasyon) standart AAler • Doğal olarak serbest halde bulunmazlar 2-Protein yapısına girmeyenler • Organizmada çeşitli biyolojik Fonksiyonlara sahip olan AA’ler

Modifiye amino asitler StandartAA Modifiye AA Bulunduğu protein Prolin 4-OH-prolin Kollajen Lizin 5-OH-Lizin 4 lizin Desmozin Elastin 6-N-metil lizin Miyozin(Kas proteini) Arginin N-Metilarginin Nükleoprotein Histidin 3-Metilhistidin Bir çok enzim, kas proteini Bağ dokusu proteini

Protrombin (Koagülasyon ) Modifiye amino asitler Standart AA Modifiye AA Bulunduğu protein Protrombin (Koagülasyon ) -karboksiglutamat Glutamat Bir çok enzim Asetilserin Serin Enzim (glutatyon peroksidaz) Selenosistein Serin Kazein, bir çok enzim o-Fosfoserin Serin

Protein yapısına girmeyen AAler -Aminoizobutirik Asit Tiroksin(T4)Tetraiyodotironin Sarkozin Homoserin Sitrüllin Ornitin Taurin Dihidroksifenilalanin(DOPA) (GluGABA) -Amino bütirik asit(GABA) Pantotenik asitin bileşeni Bazı dipeptid yapıları ß-Alanin Biyolojik fonksiyon Amino Asit Nörotransmitter Üre sentezinde ara ürün AA metabolizmasında ara ürün Pirimidin yıkım ürünü(idrar) Tiroid hormonu

Aminoasitlerin Asit-Baz Özellikleri Aminoasitlerin asit-baz özelliklerinin bilinmesi proteinlerin birçok özelliklerini anlamak için önemlidir. Farklı aminoasitleri ayırabilmek, teşhis edebilmek ve miktarını tayin edebilmek, proteinlerin aminoasit bileşimlerini belirlemek için gereklidir.

Kristal haldeki amino asitlerin erime noktaları 200 ºC ve daha yukarıdadır. Aminoasitler, normal hücresel koşullarda zwitter iyon (dipolar iyon) şeklinde kristallenirler. Düşük pH’da katyon, yüksek pH’da anyon şeklindedirler.

CHARGE ON AMINO ACIDS DEPENDS ON pH OF SOLUTION COOH C CH3 H3N H + COO C CH3 H3N H + COO C CH3 H2N H + 1 -1 Conjugate Conjugate pH 1-2 pH 3-8 pH 9-12

Zwitter iyon halinde molekül üzerindeki toplam yük sıfırdır. Bu yüzden bu pHda aminoasit bir elektrik alanına maruz bırakılırsa hiçbir tarafa hareket etmez. Bu noktadaki pH değerine izolelektrik pH denir ve pH1 ile gösterilir.