Amino Asitler, Peptidler ve Proteinler Dr. Serkan SAYINER

Amino Asitler, Peptidler ve Proteinler Dr. Serkan SAYINER serkan.sayiner@neu.edu.tr

2 Genel Bakış Proteinler, canlı organizmanın çok önemli bir bölümünü oluştururlar. Protein kelimesi Yunanca da «önde gelen» anlamına gelir. Yapılarında C, H, O ve N mutlaka taşırlar. Yaşam için son derece önemlidirler. Yaşamın başlıca özelliklerinden olan büyüme, çoğalma ve kendi kendini onarma olaylarının proteinlerle ve proteinlerle çok önemli bileşikler oluşturan nükleik asitlerle yakın ilişki vardır.

3 Genel Bakış Bitkiler, karbondioksit, su ve anorganik azot gibi bileşiklerden proteinleri sentez ederler. Hayvanlar ise bunu yapamazlar. Hayvanlar, protein gereksinimleri için bitkilere muhtaçtırlar. Proteinler büyük moleküllü maddelerdir. Şekilleri lifsel, oval veya küresel olabilir. Yapı taşları amino asitlerdir. Proteinler amino asit polimerleridir. Sentezlerini belirleyen genetik şifredir. Proteinlerin sentezinde 20 amino asit kullanılır.

4 Genel Bakış Protein sentezinde kullanılan amino asitlerin ~yarısı ara metabolik ürünler olarak sentez edilirken, bazılarının besin maddeleri ile alınması gereklidir. Protein molekülünde oranla C % 45-55, H % 6-8, O % 20-25, N % 15-17 arasında olabilir. N, protein için özel bir element gibi görülür. Ortalama molekülde % 16 oranında bulunur. Buradan yola çıkarak azot miktarı tayini ile total protein miktarı hesaplanabilir. Değişik dokularda çok değişik proteinler bulunur. Vücutta sentez edilen her bir protein yapısal ve fonksiyonel olarak benzersizdir.

5 Genel Bakış Hücrelerin, dokuların, organların ve organ sistemlerinin bireyselliğini karakterize eden süreçlere katılırlar. Bir hücre her biri farklı fonksiyona sahip binlerce protein içerir. Örnek olarak, Enzimler; Yaşayan hücrelerde her reaksiyon enzime ihtiyaç duyar... Transport proteinler; Lipoproteinler, transferrin... Bilirubin-bağlayıcı proteinler, Depo proteinleri; myoglobin... Savunma proteinleri; pıhtılaşma, immunoglobulinler... Kontraktil proteinler; aktin, miyosin, troponin... Yapısal proteinler; kolajen, elastin... verilebilir.

6 Bazı Doku ve Besinlerdeki Protein Oranları Besinler Oranı % Besinler % Kaslar 18 20 Marul 1,2 Kan plazması 6,5 7,5 Lahana 1,6 Beyin 8 Patates 2 Yumurta sarısı 15 Badem 21 Yumurta akı 12 Meyveler 0,4 1,5 İnek Sütü 3,3 Kurufasulye 18-22 Peynir 14-49 Soya fasulyesi 37

7 Amino Asitler D- ve L-Formları, Sınıflandırılması, Esansiyel Amino Asitler, Modifiye Amino Asitler, Non-protein Amino Asitler, Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

8 Proteinlerin Hidrolizi Proteinler, asitlerle, alkalilerle veya enzimlerle hidrolize edildiğinde amino asit lere parçalanırlar. Moleküllerinde amino (-NH 2 ) ve karboksil grubu (- COOH) bulunan bileşiklere amino asit denir. Amino asitlerin yapısında bir karbonunun 4 valansına 4 farklı grup bağlanmıştır. 1. Karboksil grubu 2. Amin grubu 3. Hidrojen 4. R grubu

9 Amino Asitlerin Genel Yapısı Amino Grubu (NH 2 ) Karboksil Grubu (COOH) R Grubu(Yan zincir)

10 Proteinlerin Hidrolizi Amino asitler kısaca tek karf veya üç harf ile gösterilir. Örneğin Glisin; Gly veya G Sadece en basit amino asit olan glisin de R grubu H dir. Glisin ilk izole edilen amino asittir (1820). En son tespit ve izole edilende Treonine dir (1935). Amino asitlerdeki karboksil grubuna en yakın karbon atomuna α-karbon atomu denir. İki aminoasit dışında amino asitlerde NH 2 grubu α-karbon atomuna bağlı olduğundan bu amino asitlere α-amino asitler denir.

11 Proteinlerin Hidrolizi Amino asitler, aralarında peptid bağı denen asit amid bağı ile birbirileriyle bağlanarak proteinleri meydana getirirler. Protein molekülü hidrolize olduğunda sadece amino asitleri veriyorsa basit protein, aminoasitlerle birlikte başka moleküllerde veriyorsa konjuge protein veya proteid adı verilir.

12 Kaynak: W.H. Freeman and Company 2012. Biochemistry, 7th ed.

13 Amino Asitlerin Sınıflandırılması Amino asitler özelliklerine göre çeşitli şekillerde sınıflandırılmaktadır. En yaygın sınıflandırma, nötral amino asitler, asidik aminoasitler ve bazik amino asitlerdir. Diğer bir sınıflandırma bir yolu moleküllerinde bulunan amino ve karboksil grupları sayısına göredir. Mono-amino mono-karboksilik asitler, mono-amino di-karboksilik asitler, di-amino mono-karboksilik asitler, di-amino di-karboksilik asitler.

14 Amino Asitlerin Sınıflandırılması Amino asitler, moleküllerinde bulunan zincir ve halka yapıları esas alınarak da sınıflandırılır. Alifatik aminoasitler, aromatik aminoasitler, heterosiklik amino asitler. Sınıflandırmada Amino asitler; Zincir ve halka yapılarında göre alifatik, aromatik ve heterosiklik aminoasitler diye üç gruba ayrıldıktan sonra kendi içlerinde de asit, baz ve nötr reaksiyon gösterdiklerine göre ve kükürt ihtiva ettiğine bakılarak tekrar bir alt sınıflandırma yapılır.

15 Amino Asitlerin Sınıflandırılması Alifatik Amino Asitler Nötral amino asitler: Glisin, Alanin, Valin, Serin, Treonin, Lösin, İzolösin Asidik amino asitler: Aspartik asit, Asparajin, Glutamik asit, Glutamin Bazik amino asitler: Arjinin, Lizin, Hidroksilizin Kükürt taşıyan amino asitler: Sistein, Sistin, Metiyonin Aromatik Amino Asitler Tirozin Fenil alanin Heterosiklik Amino Asitler Tiroptofan Prolin Histidin Hidroksiprolin

16 Amino Asitlerin Sınıflandırılması Bir diğer sınıflandırılmada; Hidrofobik Amino Asitler Alifatik yan zincirli Aromatik yan zincirli Dallı zincirli amino asitler(branched-chain amino acids) Hidrofilik Amino Asitler Yüksüz (uncharged) yan zincirli Yüklü (charged) yan zincirli; Bazik ve Asidik amino asitler. Ne Hidrofilik ne de Hidrofobik Amino Asit

17 Hidrofobik Amino Asitler Hidrofobik amino asitlerin yan zincirleri suyla iyi etkileşime girmez ve bu nedenle genellikle proteinlerin iç kısmına doğru bulunurlar. Metiyonin ve sisteindeki kükürt atomları ve triptofandaki azot atomu haricinde büyük oranda hidrokarbonlardan oluşurlar. Sistein'in -SH grubu, disülfid (-S-S-) bağı yoluyla dimerize olmasına izin verdiğinden, bu amino asit, sıklıkla proteinlerinde oksitlenmiş formunda bulunur. Bu oksitlenmiş form sistindir.

18 Hidrofobik Amino Asitler Sistin polipeptit zincirlerinin farklı bölgelerini kovalent olarak bağlanır. Böylece proteinleri dengeler ve denatürasyona daha dayanıklı hale getirir. Prolin genellikle hidrofobik olarak kabul edilir, katlanmış polipeptit zincirlerinin kıvrım bölgelerinde sıklıkla bulunur ve özellikle kolajende görülür. Prolin glutamatın siklizasyonu yoluyla oluşturulabilir.

19 Sistein (Cys veya C) Alanin (Ala veya A) Prolin (Pro veya P) (İmino asit) Metiyonin (Met veya M) Hidrofobik, Alifatik Yan Zincirli Amino Asitler

20 Sistein (Cys veya C) Sistin Sistein (Cys veya C)

21 Hidrofobik Amino Asitler Aromatik amino asitler (AAA) kategorisinde fenilalanin, tirozin ve triptofan bulunur. Fenilalanin içindeki R grubu bir benzen halkası içerir, tirozin içinde bir fenol grubu bulunur ve triptofandaki R grubu bir indol olarak bilinen heterosiklik bir yapı içerir. Bu üç amino asitte aromatik kısım α-karbona bir metilen (-CH 2 -) köprüsü vasıtasıyla bağlanmaktadır.

22 Hidrofobik Amino Asitler Aromatik amino asitler önemli hepatik metabolitlerdir. Hidrofobik olsalar da, tirozinin fenol (-OH) grubu ve triptofanın indol grubundaki -NH, suyla etkileşime girmelerine izin verir, böylece özelliklerini biraz belirsiz hale getirir.

23 Fenilalanin (Phe veya F) Tirozin (Tyr veya Y) Triptofan (Trp veya W) Hidrofobik, Aromatik Yan Zincirli Amino Asitler

24 Hidrofobik Amino Asitler Valin, Lösin ve İzolösin dallı zincirli amino asitlerdir (BCAA). Her biri bir metil grubu (substitüent olarak) içeren alifatik yan zincir taşır. Yüksek yapılı hayvanlarda diyetle alınmalıdırlar. Bir başka deyişle esansiyeldirler. Bu canlılarda sentezi için gerekli enzimler bulunmamaktadır. Birçok dokuda bulunmasına rağmen, BCAA'lar özellikle açlığın son evresinde enerji amaçlı yoğun şekilde kas doku tarafından katabolize edilirler.

25 Lösin (Leu veya L) İzolösin (Ile veya I) Valin (Val veya V) Hidrofobik, Dallanmış Yan Zincirli Amino Asitler (BCAA)

26 Hidrofilik Amino Asitler Pozitif yüklü yan zincirlere sahip amino asitler, histidin, lizin ve arjinin gibi bazik amino asitler içerir. Histidin sadece fizyolojik ph'da zayıf yüklüdür. Aksine, negatif yüklü yan zincirlere sahip amino asitler asidiktir ve glutamik asit ile aspartik asitleri içerir (glutamat ve aspartat olarak bulunur).

27 Hidrofilik, Yüklü Yan zincirli Asidik Amino Asitler Glutamat (Glu veya E) Aspartat (Asp veya D)

28 Hidrofilik, Yüklü Yan zincirli Histidin (His veya H) Lizin (Lys veya K) Arjinin (Arg veya R) Bazik Amino Asitler

29 Hidrofilik Amino Asitler Alanin in hidroksillenmiş bir versiyonu olan serin ve treonin yüklü olmayan yan zinciri bulunur ve OH grubu içerir. Bu nedenle hidrojen bağlarının oluşması neticesinde su ile güçlü etkileşime girer. Hidroksilasyona uğramamış yakın ilişkili diğer amino asitlere (alanin ve valine) kıyasla çok daha hidrofilik (dolayısıyla su seven) yapıdadırlar.

30 Hidrofilik Amino Asitler Asparajin ve glutamin in yüklenmemişyan yan zincirleri, daha fazla hidrojen bağlama kapasitesine sahip amid gruplarına sahiptir. Bununla birlikte, asparajin ve glutamin, asit veya baz ile non-amid formlarına (aspartik asit ve glutamik asit) kolaylıkla hidroliz edilir. Bu dokuz amino asitin hepsi hidrofiliktir ve bu nedenle su ile olumlu etkileşim içindedir. Sıklıkla yan zincirlerin sulu bir ortama maruz bırakıldıkları protein yüzeyinde bulunurlar.

31 Asparajin (Asn veya N) Glutamin (Gln veya Q) Serin (Ser veya S) Treonin (Thr veya T) Hidrofilik, Yüksüz Yan zincirli Amino Asitler

32 Glisin Ne Hidrofilik ne de Hidrofobik bir amino asittir. Yan zincir içinde sadece bir hidrojen atomuna sahip olan glisin, bilinen en basit amino asittir ve hidrofobik ya da hidrofilik değildir. Basit yapısından dolayı, polipeptid zincirlerindeki birçok boşluğa sığabilir ve bu nedenle protein moleküllerinin hem yüzeyinde hem de iç kısmında bulunur.

33 Ne Hidrofilik ne de Hidrofobik Amino Asit Glisin (Gly veya G)

34 Esansiyel Amino Asitler Organizmaya alınan proteinlerin barsaklardan emilmesi için amino asitlere parçalanması gerekir. Barsaklardan emilen amino asitler kan yolu ile dokulara gider ve protein sentezinde kullanılır. Bitkiler, mikroorganizmalar ve mantarlar ototrofturlar. Beslenmeleri için amino asitlere ihtiyaç göstermezler. Kendileri sentezleyebilir. Gelişmiş organizmalar ise heterotrofdur. Bir kısım amino asitleri dışarıdan almak zorundadırlar. Bu organizmalar amino asitlerden protein sentezini kendileri gerçekleştirebilir.

35 Esansiyel Amino Asitler Organizma tarafından sentez edilemeyen ve besinlerle birlikte dışarıdan alınmaları gerekli olan amino asitlere esansiyel amino asitler veya eksojen amino asitler denir. Amino asit karşıtı olan α-ketoasidi oluşturabiliyorsa o asit metabolizmada sentez edilebilir ve esansiyel değildir. Kurufasulye, etten daha çok protein içerir ama et kadar değerli değildir. Neden? Çünkü; gerektiği kadar esansiyel amino asit içermez.

36 Esansiyel Amino Asitler Eğer bir esansiyel amino asit noksansılığı söz konusu ise geri kalan 19 amino asit protein sentezi için kullanılamaz. Bununla birlikte katabolize olurlar ve negatif azot dengesi ortaya çıkar. Esansiyel amino asitler hayvanlar arasında farklılıklar gösterirler. Bazı türler için esansiyel olan amino asitler, bazı türlerde esansiyel amino asit olmayabilir. Ayrıca yaşa bağlı olarak da değişkenlik gösterir.

37 Esansiyel Amino Asitler Lizin Triptofan Fenilalanin Lösin İzolösin Treonin Metiyonin İNSAN KÖPEK SIÇAN DOMUZ TAVUK Valin Histidin Gençlerde Arjinin Glisin Glutamik Asit

38 Esansiyel Amino Asitler BCAA lar kas dokuda devamlı okside olurlar. Fenilalanin, tirozin biyosentezi için gereklidir. Dolayısı ile katekolaminler ve tiroid hormonları için gereklidir. Metiyonin, sistein formasyonu için gereklidir. Triptofan, serotonin ve melatonin biyosentezi için gereklidir. Esansiyel olmayanlar ise çoğunlukla metabolizma sırasında enzimler (aminotransferazlar) tarafından dönüştürülmek suretiyle elde edilir.

39 Modifiye Amino Asitler Protein yapısında bazı modifiye amino asitler yer almaktadır. Metilhistidin ve metillizin, histidin ve lizinin metil deriveleridir ve bazı proteinlerin yapısında yer alır. Hidroksiprolin, prolin derivesidir. Prolin- Hidroksiprolin-Glisin- şeklinde (tripeptid) kolajen yapısında yer alır. Kolajen fibröz bağ doku proteinidir. Kan damarları, tendonlar, kıkırdak ve kemik dokuda bulunur. Memeli canlılardan en çok bulunan proteindir. Total vücut proteininin ~%30 u, vücut ağırlığının ~%6 sı kolajendir.

40

41 Modifiye Amino Asitler Hidroksilizin, lizinin 5-hidroksi türevidir ve kolajen yapısında bulunur. Dezmosin ve izodezmosin, 4 lizin molekülün oksidayon ve çapraz bağlanması ile oluşur. Bağ dokuda bulunan elastin isimli proteinin yapısında yer alır. Kollajen ile birlikte düz kas içeren dokularda (kan damarları gibi) bulunur. Elastin iki yönlü esneme özelliğine sahiptir. Arterler, venalara göre daha çok elastin içerir.

42

43

44 Modifiye Amino Asitler Treonin, tirozin ve serin amino asitlerinin yan zincirlerinde bulunan hidroksil gruplarının fosforile olması ile fosfotreonin, fosfotirozin ve fosfoserin oluşur. Bu üç derive amino asit, özellikle düzenleyici proteinlerin yapısında yer alır. γ-karboksiglutamat, karaciğerde glutamik asidin karboksilasyonu ile sentez edilir. Bu amino asit, pıhtılaşma faktörlerinden bir olan protrombinin (faktör II) yapısında yer alır. Kalsiyum şelasyonunu sağlamaktadır.

45

46 Non-protein Amino Asitler Protein yapısına katılan 20 amino asit dışında bulunan amino asitlerde bulunmaktadır. Bu amino asitler protein yapısına katılmazlar. Metabolizma sırasında önemli ara metabolitler veya öncü (precursor) moleküllerdir. β-alanin, pantotenik asidin (B 5 vitamini) yapı bileşenidir. Bu vitamin de koenzim A nın yapı bileşenidir. Homosistein ve homoserin, metiyonin metabolizmasında önemli ara maddelerdir. Ornitin ve sitrulin, hepatik üre siklüsünda yer alırlar ve arjinin sentezinde önemli ara maddelerdir.

47 Non-protein Amino Asitler Taurin, sisteindeki sülfidril grubunun oksidasyonu ve daha sonra karboksilasyonu ile oluşur. Kediler, yeteri kadar sentezleyemedikleri için diyetle almak durumundadırlar, yani kediler için esansiyel amino asittir. Kedilede taurin yetmezliğine bağlı olarak retinal dejenerasyon, körlük, üreme bozuklukları, büyümede yavaşlama ve iskelet deformiteleri görülür. γ-aminobütirik Asit (GABA), merkezi sinir sisteminde nörotransmitter inhibitörüdür (glisin ile birlikte). Başlıca substansia nigra, globus pallidus ve hipotalamusda bulunur. Alkol, barbitüratlar ve benzodiazepanlar GABA etkisini özellikle postsinaptik bölgelerde artırırlar.

Non-protein Amino Asitler 48

49 Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri Çözündükleri Ortam Su Asit Alkali Etanol Eter Çözünürlük Durumları + + + ± - Erime Noktaları: 200 C hatta bazen 300 C de erirler. Tatları Tatsız Acı Tatlı Löysin İzolöysin, Arjinin Diğerleri

50 Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri Amfolit Yapıları Aminoasitler, amin grubu ile birlikte karboksil grubuda taşıdıkları için, aynı zamanda hem asit hem de bazdırlar. Amino asitlerin α-karbon atomu fizyolojik ph da; H, R grubu, protonsuz COO - ve protonlu NH 3+ e bağ yapar. Prolin de ise bir farklılık bulunur. Amino grubu yerine imino grubu (NH 2+ ) içerir. COOH grubu alkalik ortamda H iyonları vererek -COO - (karboksilat anyonu) ve H + iyonlarına dissosiye olur. NH 2 grupları ise asit ortamda H iyonlarını alır ve pozitif yüklü -NH 3+ gruplarına (amonyum katyonu) değişir.

51 Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri İzolelektrik noktalarında (fizyolojik ph da) H iyonları, COOH grubundan, NH 2 grubuna geçer. Yani COOH grubu H iyonu verdiği için negatif yük taşıyan bir COO - grubu ve, bu H i aldığı için yükü pozitif olan NH 3+ grubu ile yan yana bulunur. Hem pozitif hem de negatif yük taşıyan iyonlara zwitterion denir. Zwitterion oluşturabilen maddelere de amfolit (amfoter) adı verilir. Glisin (Gly veya G)

52 Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri İyonizasyon durumları ph ya bağlı olarak değişkenlik gösterir. Alkali çözeltilerde (ph > 7.4), karboksilik grubu genellikle iyonize formda kalır (-COO - ). Buna karşın amino grubu aniyonize olur (-NH 2 ). Asidik çözeltilerde (ph < 7.4), karboksil grubu aniyonize (- COOH) kalır, amino grubu ise iyonize formunu (NH 3+ ) korur. Her bir amino asidin karboksil veya amino grubunun pk değeri farklıdır. Bu farklılık; sıcaklık, iyonik güç ve mikroçevredeki iyonize olabilen grupların varlığı gibi faktörlere bağlı olarak ortaya çımaktadır.

53 Katyon (asidik çözelti) Zwitterion (izoelektrik nokta) Anyon (alkali çözelti)

54 Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri Optik Aktiviteleri Glisin hariç tüm amino asitler α-karbon atomlarına sahiptirler ve bu nedenle optikçe aktifdirler. Ayna hayali iki form L-izomer ve D-izomer (enantiomer) söz konusudur. D-gliserilaldehite benzeyen aminoasitler D-amino asit, L- gliseralaldehite benzeyen aminoasitlere de L-aminoasit denir. Polarize ışığı sağa çevirirse (+), sola çevirise (-) ile gösterilirler. Bitki ve hayvanlarda hemen hemen tüm karbonhidratlar D serisine ait iken, proteinlerdeki amino asitler L serisine aittirler.

55 Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri D-amino asitleri ise genellikle bakterilerin hücre duvarlarında ve bazı antibiyotiklerde bulunurlar (D-glutamik asit vb). Bazı insekt larvalarından yada krizalitlerinden elde edilen D- alanin ve yer solucanından elde edilen D-serin diğer örnekleri oluştururlar. D-Form Fonksiyonel grup sağda ise L-Form Fonksiyonel grup solda ise

56 H C O H C OH CH 2 OH D-Gliseraldehit COOH H C R H 2 N D-Amino asit H C O HO C H CH 2 OH L -Gliseraldehit COOH NH 2 C R H L-Amino asit Fischer projeksiyonuna göre; D-Amino asitlerde -NH 3 + grubu sağ taraftadır. Bu amino asitler doğada nadiren görülür. L- Amino asitlerde -NH 3 + grubu sol taraftadır. Doğada yaygın olarak bu amino asitler bulunur.

57 AYNA L-Amino asit D-Amino asit

58

59 Amino Asitlerin Kimyasal Özellikleri Amino asit molekülünde 3 çeşit fonksiyonel grup vardır. Amino grupları Karboksil grupları R grupları Amino asitlerin kimyasal özellikleride bu 3 gruba bağlıdır.

60 Amino Gruplarının Reaksiyonları Amino grubunun alkol ile inaktivasyonu Alkollü ortamlarda, amino grupları amonyum katyonlarına (NH 3+ ) değişmez. Bu olaya amino gruplarının alkol ile inaktivasyonu denir. O halde alkollü ortamda amfoter değiller. Asittirler. Titre edilebilir. Sörensen Titrasyonu Amin asit çözeltisinde bulunan karboksil grubunun tayin edilme yöntemidir. Bir çözeltideki amino asit miktarınının saptanmasında kullanılır.

61 Amino Gruplarının Reaksiyonları Amino grubunun aromatik asitlerle bağlanması Amino asitlerin aromatik asitlerle birleşmesi sonunda çözünmeyen maddeler olur. Böylece zararlı maddelerin organizmadan atılması sağlanır. Ör. Hippürik asit (Ot yiyenlerde üreden sonra idrarla atılan en önemli azotlu maddedir). Betain Reaksiyonu Amino asitler zwitter iyon durumunda iken, NH 3+ grubundaki 3 H yerine 3 CH 3 grubu geçmekle birlikte betainler oluşur. En basit betain glikokolbetaindir.

62 Amino Gruplarının Reaksiyonları Karbomino asit reaksiyonu Amino gruplarına, CO 2 bağlanması ile karbamino asitler oluşur. Isıtılınca tekrar CO 2 ve amino asite parçalanır. Hemoglobin, CO 2 ile karbamino asit meydana getirir ve CO 2 in dokulardan akciğere taşınmasında önemlidir. Ninhidrin Reaksiyonu Serbest amino gruplarının hepsi bu reaksiyonu verir (amino asitler, peptidler, proteinler). Ninhidrin amino asitler için önemli bir nitel tayin yöntemidir.1 gramdan aza dahi hassastır. Pratik önemi büyüktür.

63 Amino Gruplarının Reaksiyonları Nitrik asit reaksiyonu Amino asitler nitrik asit ile reaksiyona girerlerse amino gruplarının azotu nitrik asidin azotu gibi serbest element haline geçer. Diğer tarafdan amino grubunun yerine -OH grubu girer. Reaksiyonda her bir amino grubunda karşılık bir molekül azot serbest hale geçer. Bu nedenle nitrik asit reaskiyonu, serbest amino gruplarının miktarının saptanmasında kullanılabilir. Nitrik asit reaksiyonu; Van Slyke yöntemi de denir.

64 Amino Gruplarının Reaksiyonları Üramin Asit Reaksiyonu Amino gruplarına bir üre molekülü eklenirse üramin asitler oluşur. Amino asitlerin tanısında kullanılır. Diketopiperazin oluşumu Amino asitlerin etil esterleri iki amino asit grubun taşıyan anhidrid halka yapılarını oluşturmak üzere kondanse olurlar ve sonuçta diketopiperazin oluşur.

Kaynak: Ası T. Tablolarla Biyokimya Cilt I 65 Amino Gruplarının Reaksiyonları Amino asitlerin metal iyonları ile kelatlanması Amino grupları, Cu ++, Co ++, Mn ++, Fe ++ gibi bir çok ağır metal iyonları ile kompleks kelatlar oluşturular.

66 Karboksil Gruplarının Reaksiyonları Tuz oluşumu Amino asitler ağır metaller ile tuz oluşturabilir ve kolay kristalize olurlar. Özellikle Cu ile oluşan tuzlar kolay kristalize olur. Bu özellik, amino asitlerin saf elde edilmesinde yaralanılır. Esterleşme Alkol ile susuz hidroklorik asit eşliğinde reaksiyona girerlerse esterlerini meydana getirirler. Amino asitlerin esterlerinden, bunların fonksiyonel distilasyonunda yararlanılır.

67 Karboksil Gruplarının Reaksiyonları **Amino asitlerin dekarboksilasyonu Amino asit molekülünden karbondioksit ayrılması olayına verilen addır. Böylece aminler meydana gelir. Dokularda da amino asitler dekarboksile olarak aminleri meydana getirirler. Ör; histidin den histamin, lizin den kadaverin, ornitin den putressin, tirozin den tiramin, triptofan dan triptamin. Anaerob mikroorganizmaların etkisiylede olur. Barsakdaki kokuşma olayı bundandır. Kadaverin ve putressin kokuşmuş etlerde bulunan aminlerdir. Zehir etkileri azdır. Esas zehirli olan bunları oluşturan mikroorganizmaların saldıkları toksinler.

Kaynak: Ası T. Tablolarla Biyokimya Cilt I 68 Amino asitlerin dekarboksilasyonu Histidin dekarboksilaz Histidin Histamin

69 R Gruplarının Reaksiyonları Amino asitlerin «R» grupları çok değişken gruplarıdan oluşur. Grupların farklılığından dolayı değişik reaksiyonlar meydana gelir. Özellikle kendilerine has renk reaksiyonları verirler. Bu renk reaksiyonları amino asitlerin birbirinden ayrılması ve tanınmasını sağlarlar.

70 R-Grupları Amino asit Reaksiyon Oluşan Renk Reaksiyon özel adı Fenil Tirozin, Fenilalanin Hg(NO 3 ) 2 ve yoğun HNO 3 ile ısıtma Kırmızı Millon Reaksiyonu Fenil İmidazol Guanidin Serbest SH İndol Halkalı amino asitler İndol Tirozin, Fenilalanin, Histidin Arjinin Sistein Triptofan Fenil alanin, triptofan Triptofan Alkalik ortamda, sulfanilik asit ve NaClO ile işlemde Alkaliortamlarda, α-naftol ve NaClO ile işlemde Seyreltik NH 4 OH çözeltilmiş Na nitroprussid ile işlemde H 2 SO 4 çözeltilmiş p- dimetilaminobenzaldehit ile işlemde Yoğun HNO 3 ile Isıtılınca Alkali ilavesinde Gliyoksilik asitle işlemden sonra yoğun sülfirik asitle tabakalandırılırsa Kırmızı Kırmızı Kırmızı Pembe Beyaz tortu Sarı Turuncu Menekşe halka Pauly Reaksiyonu Sakaguchi tepkimesi Nitroprussid reaksiyonu Ehrlich tepkimesi Ksantoprotein reaksiyonu Hopkins Cole Reaksiyonu

71 Peptidler Peptid Bağı, Oligo- ve Polipeptidler, Bazı önemli di-, oligo- ve polipeptidler, Proteinlerdeki Amino Asitlerin birbirinden ayrılmaları ve miktar tayinleri

72 Peptid Bağı ve Oligo-Polipeptidler Amino asitler asitamid bağı/peptid bağı ile polimerize olarak proteinleri oluşturur. Peptid bağları ile birbirine eklenen amino asitlerin sayısı peptidin isimlendirilmesinde önemlidir. 2 ise dipeptid, 3 ise tripeptid 4-10 iseoligopeptid 10-100 arasında ise polipeptid > 100 ise makropeptid

73 Peptid Bağı ve Oligo-Polipeptidler Peptid zinciri oluşurken amino asitlerden birinin COOH grubu ile diğer aminoasitin NH 2 grubu birleştiği için sonunda muhakka bir COOH grubu ile bir NH 2 grubu serbest olarak uçlarda kalacaktır. Uçlar kağıt üstünde; sol uçta NH2 olacak şekilde gösterilir. N terminal / C terminal Serbest kalan NH 2 grubuna serbest amino grubu denir.

74 Bazı önemli di-, oligo- ve polipeptidler Amino asitler Özellikleri Karnolin β-alanin histidin Dipetid. Kaslarda bulunur. Anterin β-alanin N-metil histidin Dipeptid. Kaslarda bulunur. Glutatyon Glutamil sisteil glisin Tripeptid. Oksidoredüksiyon da rol alır. Bazı enzimlerin yapısında bulunur. Fe emilimini kontrol eder. Oftalmik asit Glutamil aminobutiril glisin Tripeptid. Göz merceğinde bulunur. Non-oftalmik asit Glutamil alanin glisin Tripeptid. Göz merceğinde bulunur. Oksitosin 8 amino asit Oktapeptid. Hipofiz hormonudur. Vazopressin 8 amino asit Oktapeptid. Hipofiz hormonudur. ACTH 39 amino asit Hipofiz ön lob hormonu. İnsulin 51 amino asit Pankreas hormonu. Glikoz metabolizmasında rol oynar. Glukagon 29 amino asit Pankreas hormonu

75 İnsulin Pankreasın langerhans adacıklarının β-hücreleri tarafından salgılanır. 21 amino asitli A-zinciri, 30 amino asitli B-zinciri ve 31 amino asitli C-peptid zincirinden proinsulin şeklinde sentezlenir. Aktif şeklinde C-peptid zinciri yoktur.

76

Proteinlerdeki Amino Asitlerin birbirinden ayrılmaları ve miktar tayinleri Tirozin İzoelektrik noktada az çözündüğünden kolayca kristalize edilerek ayrılabilirler. Arjinin, Lizin, Histidin Bu amino asitler, protein çözeltisinden fosfotungstik asitle çöktürülebildiğinden, toplam miktarları kolayca saptanabilir. Tirozin, Triptofan Bu amino asitler renk reaksiyonları verebildiklerinden kolorimetrik yöntemlerle miktarları kolayca saptanabilir. Monoamino asitler Bu amino asitler etil esterlerine çevrilebildikleri için sonradan fraksiyonlu destilasyon yöntemi ile birbirilerinden ayrılabilir. 77

Proteinlerdeki Amino Asitlerin birbirinden ayrılmaları ve miktar tayinleri Yöntemler Kromatografik Adsorpsiyon Yöntemi - Kağıt kromotografisi - İyon değişim kromotografisi - İnce tabaka kromotografisi - HPLC İzotop seyreltme yöntemi Mikrobiyolojik Yöntem Prensip Çeşitli amino asitlerin değişik adsorbanlar tarafından farklı derecede adsorbe edilmesi olayıdır. Asit karakterde amino asitler, bazik adsorbanlar, bazik amino asitler ise asit adsorbanlar tarafından tutulur. Bilinmeyen bir amino asit karışımında, izotop atomu ile işaretlenmiş, belli bir amino asitten bilinen miktarda ilave edildikten sonra, bu karışımdan aynı amino asitin saf olarak elde edilmesini takiben, ne ölçüde seyreltildiğinin saptanması olayıdır. Bazı mikroorganizmaların üremesi için üreme ortamında belli amino asitlerin belli miktarlarda bulunması gerektiği esasına dayanan bir olaydır. 78

79 Proteinler Protein molekülünde yapı, Genel nitelikleri, Sınıflandırılması (Yapılarına Göre: Basit-Konjuge-Türev Proteinler; Fonksiyonel açıdan: Katalitik Proteinler, Taşıyıcı Proteinler (transport proteinleri), Besleyici ve Depo Proteinler, Kontraktil Proteinler, Yapısal Proteinler, Savunma Proteinleri, Fizyolojik Düzenleyici Proteinler), Nükleoproteinler (DNA, RNA, ATP...), Kromoproteinler (Porfirinler, Safra renkli maddeleri), İkterus (Sarılık), Organizmanın Sıvı ve Dokularındaki Başlıca Proteinler

80 Protein Molekülünde Yapı Proteinler peptid zincirlerinden oluşurlar. Yani polipeptid yapısındadır. Protein yapısında n sayıda amino asit var ise, n-1 sayıda peptid bağı vardır. Tam bir protein molekülü birbirini tamamlayan dört alt yapı gösterir. a) Primer Yapı b) SekunderYapı c) Tersiyer Yapı d) Kuvarterner Yapı

81 Protein Molekülünde Yapı Primer Yapı Belirli sayıda amino asidin, belli diziliş sırası ile sıralanarak meydana getirdikleri zincir şeklindeki yapıyı ifade eder. Sekunder Yapı α-heliks: Peptid zincirinin bir eksen etrafında helezon şeklinde kıvrılmasıyla meydana gelir. β-heliks: İki veya daha fazla sayıda polipeptid zincirinin H bağları ile birbirine birleşmesiyle meydana gelen yapıdır.

82 Protein Molekülünde Yapı Tersiyer Yapı Heliks yapıların, S S köprüleri ile katlanarak globüler ve elipsoidal hale geçmesidir. Kuarterner Yapı Primer, sekunder ve tersiyer yapılı tabakaların birleşmesi ile oluşur. Benzer özelliklere sahip alt üniteler, salkımlar, topluluklar yaparak dördüncü yapıyı oluşturur.

Kaynak: McDarby M. 83

84 Proteinlerin Genel Nitelikleri Proteinlerin Tatları Saf proteinler genellikle tatlıdır. Hidroliz ürünleri ise çoğunlukla acıdır. Kokusu Saf proteinler kokusuzdur. Homojenite Proteinlerin bir çoğu saf olmayıp, alt fraksiyonlara sahiptir. Çözünürlük Suda ve nötr tuzlu çözeltilerde çözünürler. Eşit miktarda amonyum sülfat çözeltisinde çöken proteinlere globulin, çökmeyenlere albümin denir. Suda ve nötr tuz çözeltilerinde hiç çözünmeyen proteinler ise skleroprotein adını alır.

85 Proteinlerin Genel Nitelikleri Proteinlerin denatürasyonu Denatürasyon proteinlerin doğal yapısının bozulmasıdır. Doğal yapının bozulması içinde protein molekülünün bir takım etkenlere maruz kalması gerekmektedir. Protein molekülünün, katlarının açılması ve değişik bir biçimde tekrar katlanması yani sekunder ve tersiyer yapılardaki değişikliklerde protein molekülünün niteliklerini değiştirir. Denatürason için peptid bağlarının çözülmesi şart değildir. Tersiyer yapının bozulması geri dönebilir bir denatürasyon olduğu halde, sekunder yapının bozulduğu durumlarda, oluşan denatürasyon geriye dönüşü yoktur.

86 Proteinlerin Genel Nitelikleri Denatürasyona uğrayan proteinlerin, çözünürlüğü değişir, bazı renk tepkimeleri şiddetlenir, enzim ve hormonların biyolojik etkinliği kaybolur. Asit te bekletme, alkalide bekletme, etanolde çözme, ısı, X- ışınları, UV ışınkarı, kuvvetli çalkalama, SDS (sodyum dodesil sülfat) ile işlem, üre tuzları ile işlem, dondurup çözme ve yüksek basınç bazı denatürasyon nedenlerindendir.

87 Etkenler: ph, Sıcaklık, İyonik güç, Çözünürlük, UV ışınları, SDS... Denatürasyon Biyolojik aktivite kaybı Normal Protein Renatürasyon Biyolojik aktivite geri kazanımı Denatüre Protein

Protein Structure and Denaturation - A Level Biology 88

89 Proteinlerin Genel Nitelikleri Molekül ağırlığı Yüksek molekül ağırlığına sahip maddelerdir. Molekül ağırlıkları dördüncü yapının oluşması ile artar, monomerlere ayrılması ile de azalır. Dolayısı ile molekül ağırlığı koşullara göre değişir. Protein Ağırlığı İnsulin 12.000 Myoglobin 17.000 Hemoglobin 68.000 Albümin 69.000 Tireoglobin 660.000 Fibrinojen 450.000

90 Proteinlerin Genel Nitelikleri Proteinlerin molekül biçimi Küre biçiminden iplik biçimine kadar değişen biçimler gösterir. Kolay çözünenlerin çoğu küre biçimindedir. İplik biçiminde olanlar çözünmeyen proteinlerdir. Biçimleri Küresel Çomak Fibriler Özellikleri Kolay çözünürler. Çözeltileri viskoziteyi azaltır. Çözeltilerin viskozitesini çok artırır. Çözünmezler.

91 Proteinlerin Genel Nitelikleri Proteinlerin çöktürülmeleri Proteinler, belirli asitler, ağır metaller ve spesifik antikorlar ile çökerler. Ağır metaller; Hg, Pb, Ag, Cu, Fe, Cd, Zn. Organizmaya sindirim dışı yol ile protein verildiğinde yabancı bir madde olarak kabul edilirler ve antikorlar oluştururlar. Her protein kendi türüne karşı oluşmuş spesifik antikor ile çöker.

92 Proteinlerin Genel Nitelikleri Ağır metal tuzları Metal zehirlenmelerde antidot proteinlerden yaralanılır. Negatif iyonları Analiz amacı ile kan proteinlerinin çöktürülmesinde yararlanılır. Spesifik antikor proteinler Antijen elde etmekte kullanılır.

93 Proteinlerin Genel Nitelikleri Proteinlerin hidrasyonu Su bağlarlar. Peptid zincirindeki polar gruplar, amino, karboksil, hidroksil, imino vb. gruplardır. Polar gruplar su ile bağlanma yeteneğine sahiptirler. Proteinlerin viskozitesi Molekül şekli ile doğrudan ilgilidir. Molekül uzun ise viskozite daha fazladır. Büyük moleküllü proteinlerde de vizkozite fazladır.

94 Proteinlerin Genel Nitelikleri Proteinlerin kristalleşmesi Peptin, tripsin ve üreaz gibi enzim proteinleri kristal halde elde edilmişlerdir. Kristalleşme işinde NaCl, (NH 4 ) 2 SO 4 ilave edilerek izoelektrik nokta ph sının ayarlanması hızla

95 Proteinlerin Sınıflandırılması İki tip sınıflandırma yapılabilir. 1.Yapılarına Göre Sınıflandırma 2.Biyolojik Rollerine Göre veya Fonksiyonel Açıdan Sınıflandırma

96 Proteinlerin Yapılarına Göre Sınıflandırılması Basit Proteinler Basit proteinler,yalnızca amino asitlerden oluşmuş; hidroliz olduklarında sadece amino asitleri veren, polipeptit zincirleri yapısındaki proteinlerdir. Basit proteinler, değişik niteliklerine göre alt gruplara ayrılarak incelenirler; Globüler ve Fibriler Proteinler. Konjuge Proteinler (Proteidler/Birleşik Proteinler)) Hidrolize olunca, amino asitlerden başka kimyasal maddelerde veren proteinlerdir. Amino asitlerden oluşmuş polipeptid zincirlerinin prostetik grup denen yapılara bağlanması ile oluşurlar. Türev Proteinler İlk iki grupta yer proteinlerin belirli etkilerle değişmeleri sonucunda oluşan proteinlerdir.

97 Basit Proteinler Basit proteinler,yalnızca amino asitlerden oluşmuşturlar. Globüler ve Fibriler Proteinler olmak üzere iki alt gruba ayrılırlar. Globüler Proteinler Molekülünün üç boyutlu şekli rotasyon elipsoid biçiminde olan proteinlerdir. Globüler proteinlerde albüminler, globülinler, globinler, glutelinler, prolaminler, protaminler, histonlar gibi alt gruplara ayrılırlar.

98 Basit Proteinler Albüminler Suda ve sulu çözeltilerde çözünürler. Isı ile pıhtılaşırlar. MW < 100.000. Glisince fakirdirler. Ör.: Ovalbümin, serum albümin, laktalbümin, legumelin, löykosin Globulinler Suda erimezler. Nötr tuzlu su çözeltilerinde erirer. Glisince zengindirler. MW > 100.000. Ör.: Ovoglobulin, laktoglobulin, α-, β-, γ-globulinler, legümin, faseolin

99 Basit Proteinler Globinler Genellikle bileşik halde, başlıca hemoglobin yapısında bulunurlar. Glutelinler Bitkiseldir. Suda erimez. Seyreltik asit ve alkalilerde çözünür. Isı ile denatüre olurlar. Ör.: Buğdayda glutenin, arpada hordenin, prinçde orizenin. Histonlar Suda erir. Kuvvetli bazik amino asitler yönünden zengindir. Arjininden zengindir. Ör.: Timohiston (bez doku), skombron (uskumru)

100 Basit Proteinler Prolaminler Bitkiseldir. Suda erimez. % 70-80 etanolda çözünür. Lizin ve sistin yönünden fakirdir. Prolin den zengindir. Özellikle taneli bitkilerde çok bulunurlar. Ör.: Gliadin (buğday), zein (mısır). Buğday unu hamuru akar su altında nişastasını kaybedince, geriye çok elastik bir madde kalır. Gluten adını alan bu madde, gliadin ve glutenin karışımıdır. Çölyak Hastalığı (Gluten Enteropatisi): Genetik olarak duyarlı kişilerde başlıca buğdaydaki gluten ve arpa, çavdar, yulaf gibi tahıllardaki gluten benzeri diğer tahıl proteinlerine karşı kalıcı intolerans olarak gelişen proksimal ince barsak hastalığıdır.

101 Basit Proteinler Protaminler Balık spermalarından elde edilmiştir. Suda, seyreltik asit ve alkalilerde, seyreltik amonyum hidroksit çözeltisinde çözünürler. Triptofan, tirozin ve kükürtlü amino asitleri kapsamazlar. Arjinin yönünden zengindirler. Kuvvetli bazik karakter gösterirler. Proteinlerin en kısa zincirli olanlarıdır (MW 1000-5000). Dokularda özellikle nükleik asitlerle birleşmiş halde bulunurlar. Ör.: Skombrin (uskumru), salmin (som balığı), lüpein (ringa balığı).

102 Basit Proteinler Fibriler Proteinler Molekülünün üç boyutlu şekli çok gerilmiş elipsoid biçiminde olan proteinlerdir. Sklereprotein (Albüminoidler) Hayvansal kaynaklıdır. Suda, nötral tuz çözeltilerinde, seyreltik asit ve alkalilerde ve saf alkolde çözünmezler. Pepsin ve tripsin gibi enzimlere dirençlidirler. Keratin (boynuz, kıl) sindirilmez, kolajen (bağ doku, kemik, kırıkdak, tendo) sindirilir. Elastin (ligament) de örnek verilebilir. Keratin kükürtlü amino asitlerden çok zengindir.

103 Basit Proteinler Fibrinojen Kan plazması içinde çözünmüş olarak bulunur. Kanın pıhtılaşmasında (koagülasyon) görev alan akut faz reaktanıdır. MW 340.000 dir. İki subüniteden oluşur. Hemostazda doku onarımı ve yara iyileşmesinde önemli işlevleri vardır. Kanın pıhtılaşması sırasında trombin tarafından fibrine dönüştürülür. Karaciğerde hepatositler tarafından sentezlenir. Miyozin Kas dokuda bulunur. Kasın kasılmasında görev alır.

104 Konjuge (Birleşik) Proteinler Hidrolize olunca, amino asitlerden başka kimyasal maddelerde veren proteinlerdir. Amino asitlerden oluşmuş polipeptid zincirlerinin prostetik grup denen yapılara bağlanması ile oluşurlar. Fosfoproteinler Glikoproteinler Proteoglikanlar Lipoproteinler Metalloproteinler Nükleoproteinler Kromoproteinler

105 Konjuge (Birleşik) Proteinler Fosfoproteinler Prostetik grup olarak fosforik asit (fosfat) taşıyan proteinlerdir. Fosforik asit, protein molekülündeki serin, treonin ve tirozin in OH gruplarına bağlanmıştır yani esterleşmiştir. Sütte kazein, yumurtada vitellin, livetin, fosvitin ve balık yumurtasında ihtulin örnek olarak verilebilir. Glikoproteinler Prostetik grup olarak karbonhidrat taşıyan proteinlerdir % 1-80 arasında değişen oranda karbonhidrat içerirler. Karbonhidrat oranı < % 4 ise glikoprotein denir.

106 Konjuge (Birleşik) Proteinler Oran % 10-20 arasında ise mükoprotein, karbonhidrat oranı çok, protein oranı daha az olursa mükoid adını alırlar. Kan plazması proteinlerinden bazı taşıyıcı proteinler (seruloplazmin, transferrin) ve immunoglobulinler; kemikteki osseomukoprotein, tendonlardaki tendomukoprotein, kıkırdak dokudaki kartilagomukoprotein, tükürükteki müsin, prostetik grupları karbonhidrat olan proteinlerdir; Glikoproteinlerdir. Proteoglikanlar % 80-95 gibi çok yüksek oranda karbonhidrat içeren konjuge proteinlerdir. Bir veya daha fazla kovalent bağla eklenmiş glikozaminoglikan (GAG) zincirli bir çekirdek (core) proteinden oluşur. Heparin, kondroitin sülfat örnek olarak verilebilir (bknz. Karbonhidratlar)

107 Konjuge (Birleşik) Proteinler Lipoproteinler (Proteolipidler) Prostetik grup olarak fosfolipid, trigliserit, kolesterol gibi lipidleri taşıyan proteinlerdir. Suda kolay çözünürler. Lipidler suda çözünemedikleri için kanda proteinlere bağlanarak lipoprotein şeklinde taşınırlar. Şilomikron, Lipovitellin, VLDL, IDL, LDL ve HDL örnek olarak verilebilir. Bknz. Lipidler McGraw-Hill Companies Inc.

108 Konjuge (Birleşik) Proteinler Metalloproteinler Prostetik grup olarak metal taşıyan (Fe, Cu, Zn...) proteinlerdir. Fe taşıyanlar (Ferritin, Hemoglobin, sitokromlar), Cu taşıyanlar (seruloplazmin, SOD), Zn taşıyanlar (SOD), Se taşıyanlar (GPx, IDs). Kromoproteinler Prostetik gruplardan metalik bir elementin varlığıyla oluşan renkli protein. Metal-porfirin kompleks sistemleri ile oluşurlar. Hemoglobin, myoglobin, sitokromlar örnek olarak verilebilir.

109 Konjuge (Birleşik) Proteinler Nükleoproteinler Protaminler, histonlar ve diğer basit proteinlerin nükleik asitlerle bağlanması sonucu oluşmuş konjuge proteinlerdir. Nükleoprotaminler, en basit nükleoproteinlerdir; nükleik asit ile proteinler, arjinin-fosfat bağı ile bağlanmıştır; balık spermalarında boldurlar. Nükleohistonlarda da nükleik asit ile proteinler, arjinin-fosfat bağı ile bağlanmıştır; balık spermalarında ve kuş eritrositlerinde boldur. Yüksek nükleoproteinler, ribozomlar, kovalent bağlı RNA-protein, DNAprotein bileşiminde sitoplazma ve mitokondrilerde bulunurlar.

110 Türev Proteinler İlk iki protein grubunda yer alan çeşitli proteinlerin belirli etkilerle değişmeleri sonucu oluşan proteinlerdir. Primer ve Sekunder Türev Proteinler olmak üzere iki alt grupta incelenirler. Primer Türev Proteinler Peptid bağları yıkılmadan denatüre edici etkenlerle oluşurlar. Denatüre tip proteinler olarak da isimlendirilirler. Suda erimeyen bu proteinlerin seyreltik asitler ve enzim etkisiyle oluşanlarına protean denir. Asit ve alkalilerin sürekli etkisi ile oluşanlarına metaprotein denir. Kaynatma, çalkalama, UV ışınları ve etanol etkisi ile oluşanlarına pıhtılaşma veya koagüle proteinler denir.

111 Türev Proteinler Sekunder Türev Proteinler Peptid bağlarını kısmen yıkan asit veya enzimlerin etkisiyle oluşurlar. Protein molekülleri daha küçük parçalara bölünürler. Büyük parçalara proteoz (albüminoz) denir; küçük parçalara pepton denir. Daha küçük zincirler de polipeptitler ve peptitlerdir. Bu türev proteinler kaynatmakla çökelmez veya ısı ile pıhtılaşmaz.

112 Proteinlerin Fonksiyonel Açıdan Sınıflandırılması Katalitik Proteinler Taşıyıcı Proteinler (transport proteinleri) Besleyici ve Depo Proteinler Kontraktil Proteinler Yapısal Proteinler Savunma Proteinleri Fizyolojik Düzenleyici Proteinler

113 Katalitik Proteinler Biyokimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler, yüksek derecede özelleşmiş proteinlerdir. Enzimler, biyokimyasal tepkimelerin olağan koşullarda hızla gerçekleşebilmelerine olanak veren ve canlı dokunun temel karakteristiğini oluşturan biyokatalistik maddeler olarak tanımlanır. Amilaz, pepsin, lipaz önemli katalitik protein veya enzim örnekleridirler

114 Taşıyıcı (Transport) Proteinler Spesifik molekülleri veya iyonları bağlayıp bir organdan bir başka organa veya hücre membranının bir tarafından diğer tarafına transport eden proteinlerdir. Serum albümin, en iyi bilinen taşıyıcı proteindir; bilirubin, kalsiyum, yağ asitleri ve birçok ilaç serum albümine bağlanarak taşınır. Hemoglobin, oksijen taşıyan, Lipoproteinler, lipid taşıyan, Transferrin, demir taşıyan önemli taşıyıcı protein örnekleridirler. Bütün organizmaların plazma membranlarında ve intrasellüler membranlarında bulunan taşıyıcı proteinler, glikoz, amino asitler ve diğer maddeleri bağlarlar; bunları membranın bir tarafından diğer tarafına taşırlar.

115 Besleyici ve Depo Proteinler Organizma tarafından kullanlan metal iyonları ve amino asitler için biyolojik rezerv görevü üstlenen proteinlerdir. Yumurta akının esas proteini ovalbümin, sütün esas proteini kazein besleyici proteinlerdir; amino asit depolarıdır. Bir çok bitki tohumu da çimlenen tohumun büyümesi için gerekli besleyici proteinleri depolamıştır. Buğdaydaki en iyi bilinen depo proteini glutendir. Ferritin, demir depolayan proteindir.

116 Kontraktil Proteinler Kasılabilen veya kendiliğinden hareket edebilen proteinlerdir. Miyozin ve aktin, iskelet kaslarının kontraktil sisteminde ve aynı zamanda bir çok kas olmayan hücrede işlev görür. Tubulin, mikrotubilleri oluşturan proteindir. Hücrelerde bulunan mikrotubuller, hücreleri yürütmek için kamçı ve kirpiklerdeki dynein proteini ile birlikte hareket eder.

117 Yapısal Proteinler Tendonların ve kıkırdağın esas yapısını, çok yüksek gerilme gücüne sahip kollajen oluşturmuştur. Kösele, hemen hemen saf kollajendir Ligamentler, iki boyutta gerilme yeteneğinde bir yapısal protein olan elastin içerirler. Saç, tırnak ve tüyler, keratin içerirler. İpek liflerinin ve örümcek ağlarının esas komponenti fibroindir. Bazı böceklerin kanat eksenleri, resilinden yapılmıştır.

118 Savunma Proteinleri Organizmaları diğer türler tarafından istilaya karşı savunan, organizmayı hasardan koruyan proteinlerdir. İmmünoglobülinler, omurgalıların lenfositleri tarafından yapılan, spesialize (özgülleşmiş) proteinlerdir. İmmunoglobulinler organizmayı istila eden; Bakterileri, Virüsleri veya, Başka türe ait yabancı proteinleri (antijenler) tanıyabilirler ve presipite edebilirler (çöktürebilirler) veya nötralize edebilirler

119 Savunma Proteinleri Fibrinojen ve trombin gibi kan pıhtılaşma proteinleri, vasküler sistem yaralandığında yaralanan yerin kan pıhtısı ile kapatılarak kan kaybının önlenmesini sağlarlar. Yılan zehirleri, bakteriyel toksinler ve risin gibi toksik bitki proteinleri, aynı zamanda savunucu fonksiyonlara sahip gibi görünmektedirler. Savunma proteinlerinin fibrinojen, trombin ve bazı zehirler dahil bazıları, aynı zamanda enzimdirler.

120 Fizyolojik Düzenleyici Proteinler Sellüler düzenleme veya fizyolojik aktiviteye yardım eden proteinlerdir. İnsülin, büyüme hormonu gibi bazı hormonlar, düzenleyici proteinlerdir. İnsülin, şeker metabolizmasının düzenlenmesinde etkilidir Büyüme hormonu ise büyümenin düzenlenmesinde etkilidir Bir çok hormona sinyal için sellüler yanıta, sıklıkla G- proteinler denen, GTP- bağlayan proteinler sınıfı aracı olur. Bazı düzenleyici proteinler, DNA yı sarar; enzimlerin ve RNA moleküllerinin biyosentezini düzenlerler.

121 Nükleoproteinler Birleşik proteinlerin çok önemli bir grubunu oluşturular. Prostetik grubu nükleik asitler olan proteinlerdir. NÜKLEİK ASİTLER Kalıtsal nitelikleri olan, genler, taşıyan ve protein biyosentezinde anahtar özellik gösteren maddelerdir. İlk olarak hücre çekirdeğinden izole edildiklerinden nüklein veya nüklein maddesi adı verilmiştir. Hücrenin parçalanması dahil her özel biyolojik olayın nükleik asitlerle ilgisi vardır.

122 Nükleik asitler yapısında üç madde bulunur. Azotlu baz + Pentoz + Fosfat Nükleosid Azotlu baz + Pentoz + Fosfat Nükleotid (Mononükleotid) n =Nükleik asit

123 5 3 1 Bir nükleotidin yapısında pentoz ortada yer almaktadır. 1. karbonu ile azotlu bazla, 5. karbonu ile fosfatla bağlanırken, 3. karbon atomu ile de bir sonraki nükleotid in fosfatı ile bağlanmaktadır.

124 Nükleoproteinler Bir nükleotid deki fosfat ile pentoz un birleşmesi, pentozun 5. karbon atomundaki birincil alkol (CH 2 OH) grubunun fosfat ile aralarında bir mol H 2 O çıkması sonu esterleşmeleri ile gerçekleşir. Pentoz un, azotlu bazla bağlanması ise pentozun birinci karbonu üzerinden sağlanır.

125 Nükleoproteinler Mononükleotidlerin birleşmeleri, pentoz ve fosfat aracılığı ile olur. 1. nükleotiddeki pentoz un 3. karbonundaki OH grubu ile, 2. nükleotiddeki fosfatın esterleşmesi ile gerçekleşir. Bu bağlantı yerine göre «n» sayıdaki nükleotidin birleşmesiyle devam eder ve nükleik asitler oluşur.

126 Nükleoproteinler Bir nükleotid de bulunan azotlu bazlar pürin ve pirimidin bazlardır. Bu bazlar dışında azda olsa rastlanan farklı bazlarda vardır. Bu bazların metil-, dimetil- ve N-metil türevleridir. Pürin bazları; adenin ve guanin dir. Pirimidin bazları; sitozin, urasil ve timin dir. Sitozin hem DNA hemde RNA da bulunur. Urasil RNA da, timin ise sadece DNA da bulunur.

127

128 Nükleoproteinler Hücreler pürin ve pirimidin bazları sentez edebilirler. Zaman zaman dışarıdan da alırlar. Nükleik asitler, DNA ve RNA adlarını yapılarındaki pentozdan alır. Deoksiriboz bulunuyorsa DNA (deoksiribonükleik asit) adını alır. Riboz bulunuyorsa RNA (ribonükleik asit) adını alır.

129

130 Nükleoproteinler Biyolojik yönden önemli serbest nükleotidler Nükleotidler, nükleik asitlerin yapılarında bulunmanın yanı sıra, nükleotidlere yakın yapıda olan bir çok maddeler, dokularda serbest halde bulunurlar. Bu maddelerin çoğunun katalitik görevleri vardır ve enzim sistemleri ile birlikte görev yaparlar. Azotlu baz + pentoz = Nükleosid (Adenin + riboz = Adenozin) Adenozin + Fosfat = Adenozin monofosfat (AMP) adı verilen nükleotid oluşur. İki fosfat ise Adenozin difosfat (ADP), üç fosfat bağlanırsa adenozin trifosfat (ATP) oluşur. Diğer bazlarında fosfatla birleşmesi sonucu nükleotidler oluşur.

131 ATP ADP AMP

132 Biyolojik yönden önemli serbest nükleotidler AMP (Adenozin monofosfat=adenilik asit) : Adenin Riboz PO 4 ADP (Adenozin difosfat) : Adenin Riboz PO 4 PO 4 ATP (Adenozin trifosfat) : Adenin Riboz PO 4 PO 4 PO 4 NAD (Nikotinamid Adenin Dinükleotid) : Adenin Riboz PO 4 PO 4 Riboz Nikotinamid NADP (Nikotinamid Adenin Dinükleotid fosfat) : Adenin Riboz ( PO 4 ) PO 4 PO 4 Riboz Nikotinamid FMN (Flavin mononükleotid) : Flavin Ribitol - PO 4 FAD (Flavin adenin dinükleotid) : Flavin Ribitol - PO 4 - PO 4 Riboz - Adenin UDP-G (Uridin difosfat-glikoz) : Urasil Riboz - PO 4 - PO 4 - Glikoz Koenzim A : Adenin Riboz ( PO 4 ) PO 4 PO 4 Pantotenat tiyoletilamin

133 Azotlu baz Nükleosid Nükleotid Simgesi Adenin Adenozin Adenilik asit AMP Guanin Guanozin Guanilik asit GMP Sitozin Sitidin Sitidilik asit CMP Urasil Uridin Uridilik asit UMP Timin Timidin Timidik asit TMP

134 Nükleik Asitlerin Yapı ve Görevleri Hayvan dokularında hem DNA hemde RNA yaygın bir biçimde bulunur. DNA nükleusta daha çok bulunmakla beraber çok sayıda RNA da bulunur. Sitoplazmanın başlıca nükleik asit fraksiyonu, RNA dır. Sitoplazmada RNA genellikle mitokondriler ve ribozomlarda yer alır.

135 Dezoksiribonükleik Asit (DNA) Yapı taşları; Fosfat, dezoksiriboz ve Adenin (A), Guanin (G), Sitozin (C), Timin (T) gibi pürin ve pirimidin bazlarıdır. Bir DNA da adenin ile timin veya guanin ile sitozin daima ekimolar yani eşit oranda bulunduğu halde (A+T) / (G+C) oranı değişebilir. DNA molekülünde üç yapı bulunur. Birincil yapı Belli türlerden ve belli sayıdaki nükleotidlerin bir diziliş sırasında göre polinükleotid zincirleri oluşturmasıdır.

136 Dezoksiribonükleik Asit (DNA) İkinci yapı İki polinükleotid zincirinin karşılıklı yer almasından meydana gelir. Bu iki zincir birbirine azotlu bazlar arasında H köprüleriyle birleşir. Ancak bu bağlantıda karşılıklı bazlarında uygun olması gereklidir. Daima adenin timine (A-T), guanin sitozine (G-C) karşı bulunur. Üçüncü yapıda İki polinükleotid sarmallaşmış başka bir deyişle çift spiral oluşmuştur. Aynı azotlu bazlar karşılıklı gelir ve iki zincir H köprüleriyle birleşir

137 DNA nın Molekül Yapıları Birincil yapı İkincil yapı Üçüncül yapı

138 Dezoksiribonükleik Asit (DNA) DNA nın organizmada iki temel görevi vardır. 1. Genetik haberi taşımak 2. Eşleşme (Replikasyon) yeteneğine sahip olmak. Hücre bölünmesinde genetik unsular, tamamıyla ve değiştirilmeksizin yavruya verilir. Yeni bir DNA molekülünün meydana gelebilmesi (DNA replikasyonu) için çift sarmalın yani üçüncü yapının bozulup ikinci yapının meydana gelmesi lazımdır.

139 Dezoksiribonükleik Asit (DNA) Ayrılan DNA şeritleri, yeni oluşacak DNA şeritleri için, adeta bir kalıp meydana getirir. Bu kalıp karşısında ancak ve sadece bu şeridin kendisinden ayrıldığı eş şeridin yapısına benzer bir DNA şeridi oluşabilir. Çünkü kalıp olarak adlandırdığımız DNA şeridi içerisinde yer alan azotlu bazlar ancak kendi sırasına uygun azotlu bazlar ile eşleşebilir.

140 Dezoksiribonükleik Asit (DNA) Burada meydana gelen şeritler, baz sıralaması yönünden ebeveynin çift şeridine tümüyle benzediği ve çift şeritlerinden herbiri bir ebeveyn şeridi içerdiği için replikasyona semikonservatif eşleşme denir. DNA molekülünde birbiri üzerinde yer alan 3 azotlu baz bir amino asidi kodlar ve buna kodon denir.

141

142 Ribonükleik Asit (RNA) RNA ların oluşabilmesi için, primer (birincil) DNA lara gereksinim duyulur. RNA yapısının DNA yapısından farkı? Deoksiriboz yerine riboz bulunur. Timin yerine Urasil bulunur. Çift sarmal değildir. Başlıca üç tip RNA vardır. mrna, rrna, trna

143

144

145 Transkripsiyon DNA Transcription

146 mrna (Messenger/Haberci/Elçi RNA) Proteinlerin amino asitlerinin diziliş sırasını DNA lar belirler. Bir DNA nın polinükleotid zincirinde bulunan her üç azotlu baz, bir amino asidi kodlar (kodon). İşte nükleustaki DNA lardaki azotlu bazların diziliş sırası genetik haberi oluşturur. Protein biyosentezinde ilk koşul DNA lardaki genetik haberin, ribozomlarda protein sentezinin meydana geldiği yere taşınmasıdır. Bunu mrna lar gerçekleştirir.

147 mrna (Messenger/Haberci/Elçi RNA) Protein sentezi için gerekli genetik haberi ve DNA kısmını temsil eden bir RNA kalıbı oluşur. Sitoplazmada yerleşir. Orada ribozomlara bağlanarak mrna adınır alır. Amino asit kodu virüslar dahil hayatın şimdiye kadar araştırılmış tüm şekilleri için geçerlidir. DNA nın genetik haberi için, DNA nın baz sırasının RNA nın baz sırasını temsil etmesi sağlanır. mrna nın baz sırası meydana gelen proteinin amino asit sırasını belirler.

148

149 rrna (Ribozomal RNA) İkinci RNA tipini, sitoplazmanın endoplazmik retikulumunun ribozom denen organilende yer alan rrna oluşturur. Ribozomların büyük kısmını RNA meydana getirmektedir.

150 trna (Taşıyıcı=Transfer RNA) Özel amino asitlerle birleşme ve onları ribozomlara nakletme yeteneğinde olan RNA molekülleridir. 3 önemli özelliği vardır. Özel bir amino asidi kovalent olarak bağlayabilirler. Kendi yapıları içerisinde mrna kodundaki amino asidi tamamlayan ve bu nedenle antikodon denen üçlü bir koda sahiptirler. mrna nın kodu, ile trna nın antikodunu temsil eden bazlardan ilk ikisinin birleşmesi DNA daki prensibe göre olur.

151 DNA mrna trna Kodlayan zincir (Kodonlar) Kalıp zincir (Anti-kodonlar) Aktarılan bilgi (mesaj) (Kodonlar) Taşıma (Anti-kodonlar) 5' > > > - - - - - - T T C - - - - - - > > > 3' 3' < < < - - - - - - A A G - - - - - - > > > 5' 5' > > > - - - - - - U U C - - - - - - > > > 3' 3' < < < A A G < < < 5' Protein Amino asid Amino > > > Fenilalanin > > > Karboksi

1st base Standard genetic code 2nd base T C A G TTT (Phe/F) Phenylal TCT TAT TGT T (Tyr/Y) Tyrosine (Cys/C) Cysteine TTC anine TCC TAC TGC C 3rd base 152 T TTA TCA (Ser/S) Serine TAA Stop (Ochre) TGA Stop (Opal) A TTG TCG TAG Stop (Amber) TGG (Trp/W) Tryptophan G C A G (Leu/L) Leucine CTT CCT CAT CGT T (His/H) Histidine CTC CCC CAC CGC C (Pro/P) Proline (Arg/R) Arginine CTA CCA CAA CGA A (Gln/Q) Glutamine CTG CCG CAG CGG G ATT ACT AAT AGT T (Asn/N) Asparagine (Ser/S) Serine ATC (Ile/I) Isoleucine ACC AAC AGC C ATA ACA (Thr/T) Threonine AAA AGA A ATG [A] (Met/M) Methioni ne (Lys/K) Lysine (Arg/R) Arginine ACG AAG AGG G GTT GCT GAT GGT T (Asp/D) Aspartic acid GTC GCC GAC GGC C (Val/V) Valine (Ala/A) Alanine (Gly/G) Glycine GTA GCA GAA GGA A (Glu/E) Glutamic acid GTG GCG GAG GGG G

153

154 Kromoproteinler Prostetik grubu porfirinler gibi renki maddeler olan konjuge proteinlerdir. Hemoglobin ve solunum enzimleri prostetik grubu hem olan kromoproteinlerdir. Yine prostetik grubu riboflavin olan flavoproteidler, prostetik grubu melanin olan saç ve yünde bulunan proteinli maddelerde kromoproteinlerdir. Katalaz enzimide prostetik grubu hem olan kromoproteindir. Hem maddesini prostetik grup olarak taşıyan kromoproteinlere hemoproteidler adı verilir. Hemoglobin, myoglobin, sitokromlar ve peroksidazlar birer hemoproteiddirler.

155 Porfirinler Pirol halkası porfirinlerin ilk ve en basit temek maddesini oluşturur. Pirol halkasına propiyonik asit, asetik asit veya metil, etil, hidroksi etil, vinil gibi yan zincirler eklenirse porfobilinojen denen yapı meydana gelir. Porfobilinojen e monopirol denir ve porfirinlerin ön maddesi olarak kabul edilirler. Dört porfobilinojen halkası =CH köprüleriyle birbirine bağlanırsa porfirinler meydana gelir. Porfirinler; yan zincir taşımayan 4 pirol halkasından kurulu kapalı bir yapı olan porfin ön maddesinin türevleri olarak da tanımlanmaktadır.

156 Pirol Halkası Porfobilinojen (PBG)

157 Porfirinler Porfirin halkasında 4 asetik asit, 4 propiyonik asit bağlanırsa üroporfirinler oluşur. Üroporfirin I Üroporfirin III Korpoporfirin I Korpoporfirin III Porfin Halkası

158 Porfirinler Hemoglobin Prostetik grup olarak HEM taşıyan kromoproteinlerdir. Dört hem grubunun birbirine paralel bir şekilde ve peptid zincirine dik olarak globinle bağlanmalarıyla oluşur. Ana karnında hemoglobin başlıca karaciğerde sentezlenir. Yetişkinlerde kemik iliğinde de sentez edilir. Hemoglobin histidin yönünden zengindir ve kanda fazla bulunması nedeniyle iyi bir tampondur. En önemli görevi oksihemoglobin oluşturmak suretiyle akciğerlerde atmosferik oksijen ile birleşerek oksijeni dokulara taşımaktır.

159 Heme Hemoglobin