Amino asitler Ve özellikleri

Amino asitler

• Ve özellikleri

Amino asitler neden önemli?

bakteri

Amino asitler: proteinleri oluşturur

Amino asitler: proteinleri oluşturur

Proteinler: gıda olarak

Amino asitler neden önemli?

• Yaşam, bir oyundur… 20 çeşit amino asitle oynanan bir oyun..

• 20 çeşit logo parçası ile yapılabilen şekiller bütünü

• Canlılar: logo parçalarından özgün ve başarılı şekiller oluşturan ustalar..

Amino asitler

Amino asitler--- protein

• Bütün canlılar aynı 20 çeşit amino asidi kullanarak proteinlerini oluştururlar

• Bunlar standart veya yaygın amino asitlerdir

• Buna rağmen olağanüstü farklı sayı ve çeşitte polipeptid üretilebilmektedir.

Proteinlerin işlevleri

• Kataliz, metabolik tepkimeleri katalizlerler

• Depo ve taşıma (ör miyoglobin ve hemoglobin O2 , CO2)

• Yapı, şekil bütünlük (ör kas, aktin, miyosin)

• Mekanik iş, hareket, flajella hareketi, kas kasılması..)

• Bilgi dönüştürme (DNA kopyalanması, RNA üretimi)

• Hormon ve hormon bağlanma yeri (reseptör)

• Bağışıklık gibi özel işlevler, antikor, antibody

• Sinirsel uyarıların aktarılması

Amino asitler

• Amino asitler amino grubu bağlanmış karboksilik asitlerdir.

• ɑ (alfa) karbon atomuna bağlanmış amino ve karboksil grubu (eski yunan da bir zincirde karboksil grubun varsa, onun bağlandığı karbona alfa , ondan sonrakine beta.. İsimler verilir.)

• Tüm amino asitler ɑ-amino asittir

Amino asitler

• Tüm amino asitler ɑ-amino asittir

• Bilinen isimleri vardır ör: alanin

• CH3-CH (NH2)-COOH

• Sistematik ismi: 2-aminopropanoik asit.

• Biyokimyacılar yaygın ismi kullanır, alanin

Amino asitler

• Amino asit amino gruplarının pKa = 9 civarı iken karboksil grupların pKa = 3 civarındadır.

• Hücre içi fizyolojik şartlar altında, (pH 7 civarında), amino grupları (+) karboksil grupları (-) yüklüdür.

• Yani amino asitler iki zıt kutuplu zayıf iyonik (zwitter ion) moleküllerdir

Amino asitler

Amino asitler

• Biri hariç (glisin) hepsi asimetrik karbon atomu içerir.

• Asimetrik karbon atomu içeren moleküllerin, yada Kiral (chiral) moleküllerdir zira 4 değişik grup bağlanmıştır.

• Glisinin yan grubunda H vardır, simetriktir.

• 19 amino asidin steroizomerleri vardır (Stereoisomers)

• Steroizomerler; aynı molekül yapısına sahip ancak uzayda duruşları, şekilleri farklı moleküllerdir.

• Amino asit steroizomerleri birbirleri üzerine çakışmayan ayna yansımalarıdır ki böyle steroizomerlere enantiomer denir

• Yaygın olarak birbirlerinin ayna yansıması bu amino asit çiftleri

• D (dextro, Latin dexter, right, sağ) ve

• L (levo, Latin laevus, left, sol).

Amino asitler

• Steroizomer olarak çizmek için amino asidin karboksil grubu tepesine yazılır.

• Yan gruplar aşağıya yazılır.

• Amino grubu molekülün sağında kalıyorsa D- solunda kalıyorsa L- amino asittir.

• Proteinlerde yalnızca L-aminoasitler yer alır

• Tabiatta birkaç yerde D-aminoasit karşımıza çıkar.

• O nedenle alanin denince kastedilen L-alanin dir.

Amino asitler

• Tüm canlılarda aynı standart aminoasitlerin olması, tüm canlıların ortak bir atadan geldiğinin yada akraba olduklarının delilidir.

• 4 milyar yıl önce dünyada ilk yaşam belirtileri başladığında, D ve L biçimlerinin karışımının olduğu ve yine Meteorlarda ve yıldızlarda hem L hem de D aminoasit kalıntıları bulunmuş

• Neden L- biçimi canlılar tarafından tercih edilmiş bilinmemektedir

Amino asitler: Moleküler Yapıları

• 20 çeşit amino asit

• Sadece yan gruplar farklı

• Yan grupları benzer özelliklere sahip olmaya göre gruplandırılabilir

• Nonpolar veya hidrofobik yan gruba sahip olanlar

• Hidrofilik olanlar (Polar veya nötr pH da iyonlaşabilen gruba sahip olanlar) 5 tanesi oldukça hidrofobik (mavi) iken 7 tanesi oldukça hidrofilik (kırmızı)

• Kimyasal gruplarına göre: alifatik, aromatik, kükürt içeren, alkol, bazik, asidik, ve amid içerenler olarak gruplandırılır

• Yan grubun özellikleri molekülün üç boyutlu biçimini ve proteinin şeklini belirliyor

• Ör: Hidrofobik yan grupların çoğu proteinin iç kısımlarında yer alıyor bu nedenle proteine yumaksı yuvarlak bir yığın biçimi kazanmasına neden oluyor

Amino asitler: Alifatic R Grup

Amino asitler: Glisin, Gly, G

• Glisin (Gly, G) en küçük amino asittir.

• Yan grup sadece H atomu vardır

• Kiral değildir streoizomeri yoktur

• 2 tane hidrojen olması glisini azcık hidrofobik yapar

• Yan grubu en küçük olduğundan en küçük yerlere sığar

Amino asitler: A, V, L ve I

• Alanin, valin, lösin, and izolösin su ile uyumsuz (su sevemeyen) yan gruplarından dolayı proteinlerin biçimsel mimarilerinin oluşmasında ve kararlı olarak tutulmasında önemli göreve sahiptirler

• Alanin hariç oldukça hidrofobiktirler

Amino asitler: Prolin, Pro, P

• Prolin (Pro, P) yan grubu amino grubuna bağlanmıştır ve bu nedenle diğer 19 aminoasitten farklıdır.

• İkincil amino (imino grubu içerir)

• Halkalı bir yan grup

• Sonuçta, heterosiklik yapı içinde yer aldığı zincirin hareketini sınırlar ve genellikle protein zincirini aniden dönmeye zorlar

• Hidrofobiktir ancak, halkalı yapı diğer A,V,L,I dan daha az hidrofobiktir.

Amino asitler: Aromatic R Gruplar

Amino asitler: Aromatik: F, Y, W

• F Y W aromatik yan gruplara sahipler

• F bezil yan grubuna sahip

• Y yapısal olarak F ye benzer yalnızca bir hidroksil grubu eklenmiştir. Fenol içerir

• Y nin alkol grubu iyonlaşabilir ancak normal pH da hidrojen vardır

• W çifthalkalı indol grubu içerir

• Y ve W, F kadar hidrofobik değildir. Y ve W ‘nün yan gruplarından polar atomlar vardır

Amino asitler: Aromatik: F, Y, W

• F, Y, W ultraviyole (UV) ışığı absorbe eder. Aromatik amino asit halkalı yapılarından dolayı

• Nötr pH da W ve Y 280 nm ışığı emerken

• F 260 nm de azca emer, 280 nm ye geçirir

• Çoğu protein W ve Y içerdiğinden, çözeltideki protein miktarı UV ışıklı bir spektrofotometrede 280 nm de miktarları belirlenebilir.

Amino asitler: Kükürt içerenler

Amino asitler: Kükürt içerenler: M

• Metiyonin (Met, M) ve Sistein (Cys, C) kükürt içerir

• Metiyonin hidrofobik metil thioether grubu içerir o nedenle oldukça hidrofobiktir.

• Başlangıç nükleotidi nedeniyle (AUG) Metiyonin daima protein zincirinin ilk aminoasididir.

Amino asitler: Kükürt içerenler: C

• Sistein, Alanine benzer ancak H atomu S ile yer değiştirmiştir.

• Sistein biraz hidrofobiktir ancak –SH sülfidril grubu nedeniyle oldukça reaktiftir.

• Sülfidril grubu polarize olabilir ve zayıf H bağı kurar

• Sülfidril grubu zayıf asidiktir, H kaybederek tamamen iyonlaşabilir negatif yüklü tiolat iyonu haline gelir

Disüfit Köprüsü

Disüfit Köprüsü

Disüfit Köprüsü

Amino asitler: Disülfit Köprüsü

• Disülfit köprüsü ile bir araya gelmiş iki sistein molekülüne Sistin (cystine) denir

• Proteinler parçalandığında açığa çıkar

• Okside olan iki sistein birbirlerine böyle bağlanabilir

• Alkali pH da kolaylıkla okside olurlar

• -SH grupları düşük pH larda iyonlaşmışlardır

• Protein içerisinde –S-S- bağı kurabilmek için yakın bulunmalıdırlar

• -S-S- köprüleri protein içinde sonradan oluşan tek kovalent bağdır.

• Protein mimarisinin farklı bölümlerini kelepçe gibi birbirlerine tutuşturur, mimariye dayanıklılık kazandırır

• Pekçok hücre dışına sentezlenen protein –S-S- köprüleri içerir.

• Protein yapısına özellikle sıcaklığa karşı dayanım kazandırırlar.

Amino asitler: Alkol (-OH) içerenler

• Serin (Ser, S) and treonin (Thr, T) polar alkol yan grubuna sahiptirler

• S ve T nin -OH grupları zayıf asidik özellik gösterir

Amino asitler: Bazik NHx+ içerenler

• Histidin (His, H), lisin (Lys, K), ve Arginine (Arg, R) hidrofilik bazik AZOT yan gruba sahiptir. Ve Nötr pH da + yüklüdürler

• Histidin imidazol halkası içerir

• Protonlu yapı imidazolium iyonudur

• Lisin diamino asittir

• Arjinin en bazik aminoasittir ve nerdeyse daima artı yüklüdür.

Amino asitler: Asidik COO- içerenler

• Aspartik (Asp, D) and glutamik (Glu, E) asitler dikarboksilik amino asitlerdir

• pH 7de iyonlaşmış halde bulunurlar o yüzden aspartat veya glutamat olarak olarak adlandırılmalıdırlar

• Monosodyum tuzu (monosodium glutamat) MSG aroma arttırıcı olarak kullanılır

Amino asitler: Amid içerenler

• Asparajin (Asn, N) ve glutamin (Gln, Q) D ve E nin amide biçimleridir.

• Asn ve Gln oldukça polar ancak yüksüzdürler

• Genellikle proteinin yüzeylerinde bulunurlar ve suyla veya diğer moleküllerle H bağları yaparlar

Amino asitler: Hidrofobiklik

• Amino asidi lipid katmanından su katmanına taşınmasının serbest enerji değişiminin ölçüsüne hidrofobisite indeksi denir (kj/mol)

Amino asitler: Hidrofobiklik

Amino asitler: İyonlaşma

• Amino asit amino gruplarının pKa = 9 civarı iken karboksil grupların pKa = 3 civarındadır.

• Hücre içi fizyolojik şartlar altında, (pH 7 civarında), amino grupları (+) karboksil grupları (-) yüklüdür.

İzoelektrik notka (pI)

• İzo, eşit, dengede demek

• İzo elektrik nokta, elektrik yüklerinin dengelendiği yani nokta demektir.

• İzoelektrik nokta, NET yükün SIFIR olduğu noktadır.

İzoelektrik notka

• pKCOOH=2,4

• pKNH2 =9,9

İzoelektrik notka: Histidin

• pKCOOH=1,8

• pKNH2 =9,3

• pKR =6,0

İzoelektrik notka: Glu

• pKCOOH=2,1

• pKNH2 =9,5

• pKR COOH =4,1

Amino asitler: Peptid bağ oluşumu

• İki amino asit birleşerek peptid bağı veya amid bağı oluşturur

• Kondensasyon tipi bir birleşme, su çıkar

• Birinci aminoasidin ɑ-karboksil grubu ile diğer amino asidin ɑ-amino grubu birleşerek

• Bu tip bir kondensasyon tepkimesi sulu ortamda kendiliğinden gerçekleşmez

• Amino ve karboksil grupları iyon olduğu halde amid halde artık iyonik değildir.

Amino asitler: Peptid bağ oluşumu

• Peptid zincirindeki aminoasit sayısı

• 2, dipeptid, 3 tripeptid, oligopeptid (4-20)

• polipepetid (20 den fazla)

Amino asitler: Peptid bağ oluşumu

• Protein peptid bağı ve ɑ-karbon atomundaki yan gruplardan oluşuyor

• Peptid bağı hep aynı olduğuna göre bu tekdüze (homojen) zincirdeki tek değişken yer, R yada yan gruplar

Amino asitler: Peptid bağ oluşumu

Peptidler: net yük

Peptidler: net yük

Amino asitler: Peptid bağ oluşumu

Proteinin aminoasit içeriğinin belirlenmesi

• Proteinin hangi amino asitlerden oluştuğunu nasıl anlarız?

Proteinin aminoasit içeriğinin belirlenmesi

• Proteini saflaştır, ortamda tek bir çeşit protein olması lazım

• Amino asit içeriğini belirlemek için peptid bağlarının kırılması ve aminoasitlerin tek tek ayrılması gerekli

• Normal olarak asitle peptid bağları kırılabilir.

• Protein----6 M HCl---Amino asitler

• Ortamdaki aminoasitler kormotoğrafik olarak hem birbirlerinden ayrıştırılır hem de oranları belirlenir

• Amino asit analizi

Proteinin aminoasit içeriğinin belirlenmesi

• Amino asit analizi

• Parçalanmış protein

• fenilizotiosiyanat (phenylisothiocyanate)(PITC) pH 9.0 muamele edilirse feniltiokarbomil (PTC)–amino asit türevi oluşur

• Bu amino asit türevleri HPLC de kısa zincirli hidrokarbon bağlanmış silika kolonunda ayrıştırılır, hidrofobikliklerine göre kolonda birbirlerinden ayrıştırılır

• Kolondan çıkan amino asit türevlerinin kons. göre sinyal üretilir, UV detektörü ile 254 nm dalga boyunda sinyaller grafik (peak) olarak zaman karşı elde edilir.

• Her bir amino asit farklı zamanlarda geleceğinden birbirlerinden farklı pikler (farklı amino asitler) ve amino asit konsantrasyonuna göre pik alanı (veya yüksekliği) belirir.

• Kolondan bilinen amino asit türevlerinin geldiği zaman ve verilen konsantrasyona göre ürettiği grafik alanından yararlanılarak, bilinmeyen amino asitlerin neler olduğu ve konsantrasyonları belirlenir.

Peptid bağlarının kırılması: Hidroliz

Amino asit türevlendirmesi: PTC

HPLC Kolonu ayrışması

Proteinin aminoasit içeriğinin belirlendi !

• Ya diziliş sırası?

• Bunu nasıl belirlerim ?

Proteindeki amino asit diziliş sırasının belirlenmesi

• 1950 Pehr Edman bir teknik geliştirdi

• Proteini Fenilizotiyosiyonat (PITC) kullanarak amino grubundan tek tek kırarak belirledi

• Burada PITC ile sadece amino ucu tepkimeye girmektedir

• Feniltiokarbamil-peptid türevi oluşmaktadır.

• Bu madde anhidroz bir asitle muamele edildiğinde (örnek olarak trifluoroasetik asit) amino ucundan kırılmaktadır. Anilinotiazolinon türevi oluşmaktadır.

• Bu madde ekstrakte edilirek (butil klorit ile) geri kalan peptidten ayrılır ve be olduğu belirlenir.

Edman parçalanması ile protein dizilişinin belirlenmesi

Disülfit bağları kırılınca ne olur?

Protein dizilişini belirleme: Edman parçalanması

• Protein zincirindeki disülfit bağlantıları tiol içeren moleküllerle kırılabilir.

• 2-merkaptoetanol en sıklıkla kullanılır

• Sisteinler oksijen varlığında tekrar oksitlenerek –S-S- bağı oluşturmasın diye kapatılmalıdır.

• Alkilleme: Ör iodoasetat ile S-karboksimetilsistein lere dönüştürülür

• Edman parçalanması yolu ile çok pikomol düzeyindeki proteinlerin bile amino asit dizilişleri belirlenebilir.

• Ancak zincir uzadıkça işler karışmaya başlayabilir

Diziliş sırasını belirlemede Edman yöntemine nasıl yardımcı olabiliriz?

Proteazlarla büyük protein molekülü küçük peptidlere ayrılabilir

Protein dizilişini belirleme: Proteaz parçalaması

• Proteinleri parçalayan enzimlerle proteinleri küçültebiliriz.

• Proteazlar proteindeki peptid bağlarını parçalar

• Çeşitli proteazlar proteini farklı noktalardan keserler

• Bu parçacıklar tek tek Edman parçalanması ile amino asit dizilişleri belirlenir.

• Sonra tüm protein parçaları bir araya getirilir

• Tripsin, lys ve arginine yan grupları arasından proteini kırar

• Staphylococcus aureus V8 proteazı Glu ve Asp yan gruplarının yanından keser

• Kimotripsin, aromatik veya hidrofobik yan grupların yanından keser (Phe, Tyr, Trp gibi)

DNA---Protein

DNA--Protein

• Doğrudan protein zincirinin belirlenmesine ek olarak

• Dolaylı olarak DNA veya Gen dizilişinden protein zinciri çıkarılabilir

• Ör: Triptofan aminoasidi yeri ve miktarı doğrudan bulunabilir

• Yine Asp ve Asn yerleri belirlenebilir

• Nasıl?

• Tek bir kodonla belirleniyor.

• Diğer aminoasitler birden fazla kodonla belirlenebildiğinden olasılıklar söz konusu oluyor

• Sonradan değiştirilen amino asitler belirlenemiyor

• Veya zincirin bir kısmı sonradan kesilerek uzaklaştırılmış ise gen de yararlanarak protein zinciri sadece ham olarak belirlenebiliyor

Frederick Sanger

• 1953 Frederick Sanger bir proteinin (insulin) protein dizilişini bulduğu için 1956 da Nobel Ödülünü aldı

• 1980 Yılında DNA’nın zincir sıralamasını belirleme yöntemi geliştirdiği için 2. Nobel ödülünü aldı.

Proteinler Bugün…

• Binlercesinin dizilişi belirlendi,

• Binlercesinin 3 boyutlu biçimsel mimarisi belirlendi,

• Veri tabanı oluşturuldu,

Protein Data Bank

Protein dizilişini belirlemek

• Neler sağlar?

Protein dizilişi

• Aynı protein bir çok canlıda belirlendi

• Bunlar birbiriyle kıyaslandığında

• Bunların tarihsel akrabalıkları ortaya çıktı

• Protein zincir benzerliğinden yola çıkarak türler birbiriyle ilişkilendirildi

• Daha sonra yaşamın ağacı oluşturuldu..

• Farklılıklardan yararlanarak ne tür özellikler kazanıldığı veya kaybedildiği belirlendi