Amino asitler
Ve özellikleri
Amino asitler neden önemli?
Bu sıcak su kaynağında hayat olabilir mi?
bakteri
Bakterinin her bir özelliği, bu özelliği oluşturan protein ile ilişkilidir.
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
logolar
Polipeptidler
Küçük logo şekilleri
Proteinler
Özgün şekil
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.
Bir hücredeki
329 proteinden
318 i
arasındaki
etkileşim
Proteinlerin işlevleri
1. Kataliz, metabolik tepkimeleri katalizlerler
2. Depo ve taşıma (ör miyoglobin ve hemoglobin
O2 , CO2)
3. Yapı, şekil bütünlük (ör kas, aktin, miyosin)
4. Mekanik iş, hareket, flajella hareketi, kas
kasılması..)
5. Bilgi dönüştürme (DNA kopyalanması, RNA
üretimi)
6. Hormon ve hormon bağlanma yeri (reseptör)
7. Bağışıklık gibi özel işlevler, antikor, antibody
8. 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
L-amino asit
Amino asitler
L-serin
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 Lamino asittir.
• Proteinlerde yalnızca Laminoasitler yer alır
• Tabiatta birkaç yerde DAmino asit = L-Amino asit
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
Doymuş alifatik yan gruplar
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
Glisin
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.
Prolin
Amino asitler: Aromatic R Gruplar
Fenilalanin
Tirozin
Triptofan
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
Metiyonin
Sistein
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-Sköprüleri 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
Burada Kaldık
Amino asitler: Hidrofobiklik
• Amino asidi lipid katmanından su
katmanına taşınmasının serbest enerji
değişiminin ölçüsüne hidrofobisite indeksi
denir (kj/mol)
Amino asitler: Hidrofobiklik
Hidrofobik
Hidrofilik
Az Hidrofobik
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.
pKa 2,4
pKa 9,9
Alanin’in Titrasyonu
İzoelektrik notka (pI)
• İzo, eşit, dengede demek
• İzo elektrik nokta, elektrik yüklerinin
dengelendiği yani nokta demektir.
• İzoelektrik nokta, NET yükün SIFIR olduğu
noktadır.
Alanin’in Titrasyonu
İzoelektrik notka
• pKCOOH=2,4
• pKNH2 =9,9
pI 
pK 1  pK 2
2
pI 
2 , 4  9 ,9
 6 ,15
2
pH 6,15 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
pH 8,15 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
pH 4,15 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
İzoelektrik notka: Histidin
• pKCOOH=1,8
• pKNH2 =9,3
• pKR =6,0
pI 
pK
NH
2
 pK
R
2
pI 
9 ,3  6 , 0
 7 , 65
2
pH 7,65 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
pH 3,55 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
pH 9,75 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
İzoelektrik notka: Glu
• pKCOOH=2,1
• pKNH2 =9,5
• pKR COOH =4,1
pI 
pK COOH  pK R
2
pI 
2 ,1  4 ,1
 3 ,1
2
pH 5,1 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
pH 4,1 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
pH 3,1 de bu aminoasit çözeltisindeki aminoasitlerin net yükü nedir?
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 ɑamino grubu birleşerek
• Bu tip bir kondensasyon tepkimesi sulu ortamda kendiliğinden
gerçekleşmez
• Amino ve karboksil grupları iyon olduğu halde amid halde artık
iyonik değildir.
Alanin
Serin
Alaninilserin
Amino asitler: Peptid bağ oluşumu
• Peptid zincirindeki aminoasit sayısı
• 2, dipeptid, 3 tripeptid, oligopeptid (4-20)
• polipepetid (20 den fazla)
Karboksil ucu
Amino ucu
4 lü oligopepetid
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
1
2
3
4
-İlk amino asit?
22
21
Peptidler: net yük
-Bu peptidin net yükü nedir?
Peptidler: net yük
-polipeptid’ün yükü?
-Hangi pH da?
-pH 5 deki net yükü nedir?
Amino asitler: Peptid bağ oluşumu
-pH 5 de ~ net +2 yüklüdür
-
+
+
-
+
+
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
1. Parçalanmış protein
2. fenilizotiosiyanat (phenylisothiocyanate)(PITC) pH 9.0
muamele edilirse feniltiokarbomil (PTC)–amino asit türevi
oluşur
3. Bu amino asit türevleri HPLC de kısa zincirli hidrokarbon
bağlanmış silika kolonunda ayrıştırılır, hidrofobikliklerine göre
kolonda birbirlerinden ayrıştırılır
4. Kolondan çıkan amino asit türevlerinin kons. göre sinyal
üretilir, UV detektörü ile 254 nm dalga boyunda sinyaller
grafik (peak) olarak zaman karşı elde edilir.
5. Her bir amino asit farklı zamanlarda geleceğinden
birbirlerinden farklı pikler (farklı amino asitler) ve amino asit
konsantrasyonuna göre pik alanı (veya yüksekliği) belirir.
6. 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
110°C, 16 - 72 saat
Amino asit türevlendirmesi: PTC
Fenilizotiyosiyonat
Amino asit
fenyltiyokarbamil–amino asit
HPLC Kolonu ayrışması
hidrofobik
Asp+Asn
Glu+Gln
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 amino asit dizilişi belirleme tekniği
Edman amino asit dizilişi belirleme tekniği
H+
Edman amino asit dizilişi belirleme tekniği
Geri kalan peptid zinciri tekrar aynı işlemlere tabi tutuluyor..
Edman parçalanması ile protein
dizilişinin belirlenmesi
1.
2.
3.
…
Disülfit bağları kırılınca ne olur?
Kır zincirlerini…
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 Skarboksimetilsistein 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
proteaz
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)
Protein dizilişini belirleme: Proteaz parçalaması
Protein dizilişini belirleme: başka nasıl
bir yol olabilir?
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.
Frederick Sanger (1918– )
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
Sitokrom c Filogenetik ağacı (Evrim Ağacı): Schwartz, R. M., and Dayhoff, M.
O. (1978). Origins of prokaryotes, eukaryotes, mitochondria, and chloroplasts.
Science 199:395–403.]
Download

Ek Dosyayı İndir