AMİNO ASİTLER Yard.Doç. Dr. Melike BARAN EKİNCİ MAKÜ Gıda Kimyası Ders Notları
Proteinler Yunanca da birinci sırada anlamına gelen proteois kelimesinden türemiştir. Proteinler canlı bir hücrenin kuru ağırlık üzerinden yaklaşık % 50 sini oluşturan, kompleks yapıdaki makro moleküllerdir. Amino asitlerden oluşurlar ve molekül ağırlıkları 5.000 ile birkaç milyon dalton arasında değişir. Proteinler, organizmanın ihtiyaç duyduğu 3 makro besin grubu içinde yer almaktadır.
Hücre yapısında ve hücrenin üstlendiği çeşitli işlevlerde (yapısal ve fizyolojik) yer alırlar. Hücrelerin zarında lipitlerle birlikte bulunurlar. Hormon ve enzimlerin yapısında da yer alırlar. Proteinlerin elementel analizi yapıldığında : C (% 50-55) H (% 6-7), N (% 12-19), S (% 0.2-3.0), O (% 20-23) Bunların dışında P, Fe, Zn, Cu elementleri En önemli özelliği N bulundurmasıdır ve Yağlardan ve karbonhidratlardan bu özelliği ile ayrılmaktadırlar.
Proteinlerdeki N miktarı ortalama %16 dır. Gıda maddelerinde protein miktarının tayini yapılırken en basit metot bunların %16 azot içermesine dayanır. Bazı Gıdalardaki Protein Oranları; Et %15-25 Yumurta %12 Yumurta sarısı %16 Ekmek % 6-10 Un %10-15 Süt %3-4 Patates ve Sebzeler: %1-4
Proteinler değişik sayı ve çeşitte amino asit içerirler. Yapıyı oluşturan amino asitler pepdit bağı ile bağlanarak polipepdit yapısını oluştururlar. Bazı proteinler amino asitlerin yanı sıra karbonhidrat, lipit, mineral madde ve renk maddeleri (pigmentler) gibi diğer yapıtaşlarını da içerirler. Bunlara prostetik grup denir.
Bütün canlılardaki karbonhidratların ve lipitlerin yapıları aynıdır. Ancak her canlı kendine özgü proteinler taşır ve bir canlıdaki protein o canlı için özeldir. Örneğin bir bakterideki bulunan bir protein sıcak kanlı bir hayvanda yabancı madde olarak algılanır. Bu nedenle de bu canlılarda antijenik özellik gösterir. Organ ve doku transferlerinde karşılaşılan uyuşmazlıklarda, organ veya doku proteinlerinin diğer canlı tarafından kabul edilmemesinden kaynaklanmaktadır.
Bitkiler kendi proteinlerini kök ve yapraklardan emilen inorganik kaynaklardan (CO2, su ve azot) sentezleme yeteneğine sahiptir. Bitkiler bu sentez olayında inorganik azot kaynaklarını kullanabildikleri halde, insan ve diğer yüksek hayvanlar kendi vücut proteinlerinin sentezini gerçekleştirebilmek için gerekli azot kaynağını diyetteki bitkisel ve hayvansal proteinlerden sağlamak zorundadırlar. Diğer taraftan havanın serbest azotunu yalnızca belirli bazı mikroorganizmalar tespit etme yeteneğine sahiptir.
Amino Asitler Proteinlerin temel yapıtaşıdır İstisnalar haricinde; tüm proteinler 20 farklı a.a. ten meydana gelir. Proteinlerin içerisinde farklı sayıda ve dizide bulunan amino asitler farklı yapıda ve fonksiyonda binlerce çeşit protein oluşumuna neden olur.
AMİNO ASİTLER COO - H 3 N + C a H R a-amino Asit (AA) Yapılarında Amino (-NH 3 + ) grubu Karboksil (-COO - ) grubu Yan zincir ( R ) taşıyan organik bileşiklerdir (a-amino karboksilik asitler)
Amino Asitlerin L- Yapısı Karboksilik Grubu COO - Amino grubu + H N 3 a H R grubu H = Glisin CH 3 = Alanin
AMİNO ASİTLER Kısa zincirli organik asit (bir kısmı yağ asiti) lerin türevidirler. ÖR: Asetik asit Propiyonik asit Bütirik asit Valerik(pentanoik) asit Kaproik asit (C 6 H 12 O 2 )
AMİNO ASİTLERİN ADLANDIRILMASI Amino Asitler: -Özel isimler (Glisin) -Üç harflik kısaltmalar (Gly) -Tek büyük harften oluşan semboller(g) ile gösterilirler
AMİNO ASİTLER Proteinlerin temel yapısını oluştururlar Doğada : ~ 300 AA Protein yapısında : Sadece 20 AA Protein yapısına katılan tüm AA ler : a-amino ASİTLER COO - H 3 N + C a H R a-amino Asit (AA) Aynı karbon (a) a bağlı COOH ve NH 2 grubuna sahiptirler
R grubu; *Hidrojen *alifatik hidrokarbon *heterosiklik bir grup olabilir. Proteinlerin yapısındaki aminoasitlerin hepsi α-aminoasit dir. Yani karboksil grubunun bağlı olduğu C atomuna amin grubu bağlanmış ise α-aminoasit adı verilmektedir.
AMİNO ASİTLER R:Yan zincir (a,,,, ): a-c a bağlanma sırasına göre adlandırılırlar COO - H 3 N + C a H CH 2 CH 2 S - CH 3 METİYONİN
AMİNO ASİTLER AAler, R ye göre birbirlerinden farklılaşırlar R grubunun -yapısı -büyüklüğü -elektrik yükü özellikleri A Alerin hidrofilik/hidrofobik (polar / nonpolar) özellik kazanmalarına neden olur Sudaki çözünürlüklerini etkiler
AMİNO ASİTLER Amino asitlerin çift iyon oluşturma özellikleri:
AMİNO ASİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Protein yapısına giren amino asitler: Standart (primer, normal) Standart olmayan amino asitler: - Modifiye amino asitler -Protein yapısına girmeyenler
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
STANDART AMİNO ASİTLERİN SINIFLANDIRILMASI Nonpolar, alifatik Zincirli-hidrofobik-Aler Aromatik Zincirli - hidrofobik -AAler 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
= Bazik -C-C-C-C-NH 3 + Apolar Polar -C-C-C-N-C-N -C-C C N N + N + Arg R Lys K -H -CH 3 -C-OH -C- His H Gly G -C-C OH -C- Ser S Thr T -OH Hidroksi Aromatik Trp W Tyr Phe F Ala Y A -C- N Cys C Met M Sülfür Amino Asitler -C-CONH 2 Asn N Asp D -C-COOH Val C C -C -C-SH V -C-C-S-C -C-C-CONH 2 Gln Q Glu E -C-C-COOH Ile C -C-C-C Halka Yapısı Pro I P Amid Asidik Alifatik Leu L C -C-C-C C C C HN C-COOH a Imino, Circular
APOLAR POLAR Asitlerin Polarlığına Göre Sınıflandırmaları Asidik Nötral Bazik Asp Glu Ala Val Tyr Ile Asn Ser Cys Leu Gln Gly Thr His Arg Lys Met Phe Trp Pro
ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER 1- Glisin ( GLY) ( G) 2-Alanin ( ALA) (A) 3- Valin ( VAL) (V) 4- Lösin ( LEU) ( L) 5- İzolösin ( ILE) (I) Dallanmış zincirli 6-Prolin ( PRO) (P) Siklik?
ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO - COO - H 3 N + C H H GLİSİN (Gly) ( a-amino asetik asit) hidrojen carbon H 3 N + C a H CH 3 ALANİN (Ala) (a-amino propiyonik asit) nitrojen oksijen
Glisin (Gly) G COO - H 3 N + C H H GLİSİN (Gly) Tüm AA ler içinde en küçük ve çok yönlü olan Glisin, Proteine yapısal fleksibilite kazandırır Protein yapılarının oluşmasında önemi büyüktür
ALİFATİK ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER COO - COO - H 3 N + C a H COO - H 3 N + C a H CH H 3 N + C a H H C CH 3 CH 3 CH 3 VALİN (Val) (a-amino izovalerik asit) CH 2 CH CH 3 CH 3 LÖSİN (Leu) (a-amino izokaproik asit) CH 2 CH 3 İZOLÖSİN (Ile) (a-amino, -metil valerik 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
H 2 N + COO - C a H CH 2 H 2 C CH 2 Prolin (Pro) P İmino asit? -Yan zincirin nitrojen atomuyla kovalent bağ yaptığı siklik yapıda bir amino asittir - Siklik olmasına rağmen, alifatik özelliktedir -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 - COO - COO - H 3 N + C a H H 3 N + C a H H 3 N + C a H CH 2 CH 2 CH 2 NH FENİLALANİN (Phe) F ( a-amino -fenil propiyonik asit) OH TİROZİN (Tyr) Y (a-amino -hidroksifenil propiyonik asit) TRİPTOFAN (Trp) W (a-amino -indol propiyonik asit)
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
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 COO - H 3 N + C a H CH 2 OH SERİN (Ser) S ( a-amino - hidroksi propiyonik asit) COO - H 3 N + C a H CH - OH CH 3 TREONİN (Thr) T (a-amino - hidroksi bütirik asit)
YAN ZİNCİRİNDE TİYOL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER COO - H 3 N + C a H COO - H 3 N + C a H CH 2 CH 2 SH SİSTEİN (Cys) C (a- Amino -tiyo propiyonik asit) CH 2 S - CH 3 METİYONİN (Met) M (a- Amino - metiltiyo bütirik asit)
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 Disülfid Bağ Oluşumu: hidrofilik Sistein-SH grubu, Tyr-OH kadar asidik yüksek ph değerlerinde iyonize olur Sistein yan zincirleri oksidoredüksiyon SİSTİN
Disülfid Bağ Oluşumu Sistein Sistein disülfid bağı SİSTİN
Disülfid Bağı Oluşumu
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 COO - H 3 N + C a H CH 2 COO - COO - H 3 N + C a H CH 2 H 2 N C =O ASPARTİK ASİT ASPARAJİN(Asn) N (Asp) D (a- Amino süksinik asit)
ASİDİK (NEGATİF YÜKLÜ) YAN ZİNCİRLİ AMİNO ASİTLER VE AMİDLERİ COO - H 3 N + C a H CH 2 CH 2 COO - GLUTAMİK ASİT (Glu) E (a- Amino glutarik asit) COO - H 3 N + C a H CH 2 CH 2 H 2 N C=O GLUTAMİN (Gln) Q
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 - H 3 N + C a H CH 2 COO - H 3 N + C a H CH2 COO - H 3 N + C a H CH2 + NH CH2 CH2 N H HİSTİDİN (His) H (a-amino -midazol propiyonik asit) CH2 NH C = + NH 2 guanido NH 2 ARGİNİN (Arg) R ( a-amino -guanido valerik asit) CH2 CH2 + NH 3 LİZİN (Lys) K ( a, -diamino kaproik 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
Asidik Amino Asitler ve Amidleri ile Bazik Amino Asitler Polariteleri nedeniyle, proteinin dış yüzeyinde bulunmaya meyillidirler İyonik ve Hidrojen bağı oluşumuna katılırlar -
Alanin Valin İzolösin Lösin Prolin POLARİTELERİNE GÖRE SINIFLANDIRMA Non-polar AAler Fenilalanin Triptofan Metiyonin Polar AAler Yüksüz Glisin Tirozin Serin Treonin Sistein Asparajin Glutamin Yüklü Aspartat Glutamat Histidin Arjinin Lizin
Nonpolar R grubu: proteinin iç kısmında Yüklü/polar R grubu: proteinin dış yüzünde Yüklü ve polar + gruplar su ile + + hidrojen bağı yaparlar + + + + R grup+h 2 0 R grup H 2 0 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) Lösin (Leu) İzolösin (Ile) Fenilalanin (Phe) Triptofan (Trp) Metiyonin (Met) Treonin (Thr) Histidin (His)* Arginin (Arg)* Lizin (Lys) *Yarı esansiyel (çocuklar için)
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 Kollajen 4 lizin Desmozin Elastin Lizin 6-N-metil lizin Miyozin(Kas proteini) Arginin N-Metilarginin Nükleoprotein Bağ dokusu proteini Histidin 3-Metilhistidin Bir çok enzim, kas proteini
Modifiye amino asitler Standart AA Glutamat Modifiye AA -karboksiglutamat Bulunduğu protein Protrombin (Koagülasyon ) Serin Serin Asetilserin Selenosistein Bir çok enzim Enzim (glutatyon peroksidaz) Serin o-fosfoserin Kazein, bir çok enzim
Modifiye amino asitler
Protein yapısına girmeyen AAler Amino Asit ß-Alanin -Amino bütirik asit(gaba) Dihidroksifenilalanin(DOPA) Taurin Ornitin Sitrüllin Homoserin Sarkozin -Aminoizobutirik Asit Tiroksin(T 4 )Tetraiyodotironin Biyolojik fonksiyon Pantotenik asitin bileşeni Bazı dipeptid yapıları (Glu GABA) Nörotransmitter Üre sentezinde ara ürün AA metabolizmasında ara ürün Pirimidin yıkım ürünü(idrar) Tiroid hormonu
Hidrür, Hidrojen ve Proton hidrür - 1s - - Proton + + + - - Hidrojen atomu 1 H 1.008
Proton alınır veya verilir Proton, molekülün yükünü etkiler Amino İyon çifti elektronları N H H yüksek pka H + düşük H + N H H yüksek pka düşük Karboksilik C O O H C O O H + Amfolit molekül hem pozitif hem negatif yük içerir.
Asidik ortam Nötral ortam Bazik ortam pk 2 ~ 9 NH 2 H + R - C - H COOH NH 2 H + R - C - H COO - NH 2 R - C - H COO - pk 1 ~ 2 5.5 +1 0-1 Izoelektrik nokta
Amino Asidler Tampon Etkisine Sahip ph 12 9 pk 2 6 3 NH 2 H + H-C-R Izoelektrik nokta = COO - pk 1 + pk 2 2 pi pk 1 0 [OH]
Amino Asid Residülerinin pka Değerleri Amino asit residüleri proton alır veya verirler. a R His Cys Tyr a R a R -COOH -COO - -COOH -COO - His -Imidazole H + -Imidazole -SH Cys -S - -OH -O - Tyr -NH + 3 -NH 2 -NH + 3 R -NH 2 a + H + + H + + H + + H + + H + + H + + H + pka = 1.8~2.4 pka = 3.9~4.3 pka = 6.0 pka = 8.3 pka = 10 pka = 8.8~11 pka = 10~12.5 Düşük pka da proton kolaylıkla bırakılır Sadece His nötral pka (imidazol) lı residüye sahip a karboksilik veya amino gruplarının pka ları R residülerinin pka larından daha düşük
Amino Asitlerin pka Değerleri Amino asitler -COOH -NH 2 -R Gly G 2.34 9.60 Ala A 2.34 9.69 Val V 2.32 9.62 Leu L 2.36 9.68 Ile I 2.36 9.68 Ser S 2.21 9.15 Thr T 2.63 10.4 Met M 2.28 9.21 Phe F 1.83 9.13 Trp W 2.38 9.39 Asn N 2.02 8.80 Gln Q 2.17 9.13 Pro P 1.99 10.6 Asp D 2.09 9.82 3.86 Glu E 2.19 9.67 4.25 His H 1.82 9.17 6.0 Cys C 1.71 10.8 8.33 Tyr Y 2.20 9.11 10.07 Lys K 2.18 8.95 10.53 Arg R 2.17 9.04 12.48 ph pk 2 pk 1 pk 3 pk 2 pk 1 iki pka üç pka? pi pk 1 + pk 2 2? pi? [OH - ]
H ilk HOOC-CH 2 -C-COOH NH 3 + ikinci H HOOC-CH 2 -C-COO - NH 3 + +1 pk 1 = 2.1 0 pk 2 = 3.9 Aspartik asit Isoelectric point is the average of the two pka flanking the zero net-charged form 2.1 + 3.9 2 = 3.0 Isoelectric point H - OOC-CH 2 -C-COO - NH 3 + üçüncü -1 pk 3 = 9.8 pk 3 pk 2 0-1 -2 H - OOC-CH 2 -C-COO - NH 2-2 pk 1 +1 [OH]
Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri
Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri
Optikçe Aktiflik
Amino Asitlerin Ayna Görüntüleri a Ayna imajı a Aynı kimyasal özellikler Stereoizomerler
Enantiyomerlerin Belirlenmesi
Diasteromerler