Amino Asitler ve Tampon Çözeltiler

Peptid ve Proteinler: Yapıları ve Genel Özellikleri

• Sunum, peptidler ve proteinlerin yapılarını ve genel özelliklerini ele alıyor.
• Amino asitler pratikte yüksüz olarak gösterilse de, çözeltide negatif yüklü anyonlar, pozitif yüklü katyonlar ve nötr dipolar iyonlar şeklinde bulunurlar.
• Çözelti pH'sı, hangi yük türünün baskın olacağını belirler.
• Tamponlar, asit veya baz eklenmesine karşı pH değişimine direnen çözeltilerdir. Zayıf bir asit ve konjuge bazı ile tampon elde edilebilir.
• Karbonik asit-bikarbonat tampon sistemi, solunum ve böbrek düzenlemeleriyle çalışır.
• 58 yaşında bir erkek hastada dispne (nefes darlığı) ve arter kan gazı ölçümleri sunuluyor:
  • pH: 7.38 (normal aralık: 7.35-7.45)
  • pCO2: 55 mmHg (normal aralık: 35-45)
  • HCO3: 32 mEq/L (normal aralık: 22-26)
• Sulu çözeltilerde amino asitlerin a-karboksil grupları zayıf asidik, a-amino grupları zayıf bazik özellik gösterir.
• Her asidik ve bazik amino asidin yan zincirinde iyonize olabilen bir grup bulunur.
• Amino asitler, bu nedenle tampon görevi görür.
• pK, bir amino asidin ortama H+ iyonu verme yeteneğidir (dissosiasyon) veya iyonize olabilen bir grubun yarı yarıya ayrıştığı pH'dır.
• R grubu nötr ise karboksilli ve aminli grupların yarı yarıya dissosiye olduğu pH'dır.
• Glişin'in farklı pH'lar altında baskın formları ayrıntılı olarak gösteriliyor.
• İzoelektrik nokta (pI), bir amino asit molekülünün üzerinde net yükün sıfır olduğu pH değeridir.
• pI = (pK1 + pK2)/2
• Bir amino asit, izoelektrik nokta değerinden yüksek pH ortamında anyon şeklinde, düşük pH ortamında ise katyon şeklinde bulunur.
• İyonize olabilen R gruplu amino asitlerin titrasyon eğrileri üç basamaklıdır.
• İzoelektrik noktanın hesaplanması için zwitterion formlarının, bir önceki ve sonraki pK değerlerinin ortalamaları kullanılır.
• Amino asitlerin farklı fiziksel özellikleri (çözünürlük, erime noktası) anlatılıyor.
• Amino asitlerin suda renksizdir ve görünür bölgede (400-700 nm) ışığı absorbe etmez.
• Aromatik amino asitler (fenilalanin, tirozin ve triptofan), konjuge çift bağları sayesinde UV (260-280 nm) bölgede absorpsiyon gösterir.
• Amino asitlerin girdiği reaksiyonlardan biri peptid bağı oluşumudur.
• Bir amino asidin amin grubu ile bir başka amino asidin karboksil grubu arasında su açığa çıkarılarak peptid bağı oluşturulur, dolayısıyla peptitler meydana gelir.
• Peptid bağı oluşumunda enerji harcanır ve kovalent bir bağdır.
• Aa'ler N-terminal uçtan başlanarak numaralandırılır.
• Bağa katılan aa'lerin isimleri -il eki alarak değiştirilir (örn. Lizin, aspartil).
• Biüret reaksiyonu, üç veya daha fazla peptid bağı içeren bileşiklerde bakır iyonlarıyla şelatlaşma sonucu alkali ortamlarda mavi-mor renkte renk değişimi ile gözlemlenir.
• Kovalent disülfit bağlarının oluşumu, iki sistein amino asidinin bağlanmasıyla sistin oluşur. Tek polipeptid zincirinde veya komşu zincirlerde bulunabilir ve proteinlerin konformasyonlarını sabitlemek için önemlidir.
• Monosakkaritlerin proteinlerdeki serbest NH2 gruplarıyla reaksiyona girmesi glikasyondur ve non enzimatiktir.
• Glikasyona uğramış protein oranı, ortamın glikoz konsantrasyonu ve süreyi ilgilendirir.
• DM'de artan glikozla glike hemoglobin ve albümin oranı da artar.
• Glukozun beta zincirlerinin N-terminal grupları ile reaksiyona girmesiyle HgbA1c oluşur.
• Glukozun albümin amin gruplarına bağlanmasıyla fruktozamin oluşur.
• Fruktozamin, glikozun proteinlere bağlanmasının ölçülür ve HbA1c'ye kıyasla daha kısa bir yarı ömre sahiptir.
• Proteinlerin yapıları: Primer, sekonder, tersiyer, kuaterner yapıları ayrıntılı olarak tanımlanmıştır.
• Peptid bağının oluşumu, birincil yapının oluşumu ile açıklanmıştır.
• Proteinlerin hatalı dizilimleri yüzünden çeşitli hastalıkların oluştuğu belirtilmiştir.
• Amiloid hastalığında, proteinlerin hatalı katlanmasıyla ilgili detaylar üzerinde durulmuştur.
• Proteinlerin hatalı katlanmasıyla veya yanlış katlanma sonrası oluşabilecek diğer hastalıkların olası sebepleri örneklerle vurgulanmıştır.
• CFTR proteininin yapısı ve mutasyonları gösterilmiştir ve bunun sonuçları üzerinde durulmuştur.
• CFTR mutasyonlarının akciğer hastalığı olan kistik fibroz ile ilişkili olduğu açıklanmıştır.
• Proteinlerin denatürasyonu: Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapılarının çözündüğü, biyolojik aktivitesini kaybettiği ve primer yapısının değişmediği bir süreçtir. Bu süreci tetikleyen faktörler sunulmuş ve açıklanmıştır (sıcaklık, pH, çözücüler, deterjanlar, vb.).
• Proteinlerin renaturasyonu, kaybedilen fonksiyonların yeniden kazanılması durumudur.
• Proteinlerde hatalı katlanmaların sebep olabileceği hastalıklar açıklanmıştır.
• Proteinlerin 3 boyutlu yapılarına ilişkin bağlar ve bu bağların yapıyı nasıl etkilediği tartışılmıştır.

İsimlendirme

• Amino asitlerin sıralaması, DNA'nın nükleotid dizilimine göre belirlenir.
• Amino asit dizilimi, N-terminal uçtan C-terminal uca doğru okunur.

y-Glutamil-sisteinil-glisin

• Glutatyonun yapısı ve adı verilir.

Polipeptidin Sekonder Yapısı

• Polipeptid omurgası gelişigüzel bir üç boyutlu yapı oluşturmaz; primer yapıda gizli bir bilgi ile yakın amino asitlerin kurallarına göre düzenlenir.
• Bu düzenlenmelere polipeptidin sekonder yapısı denir.

2-Sekonder Yapı (2°)

• Birlikte bulunan amino asitlerin molekül içindeki düzenli veya düzensiz etkileşimleri sonucu oluşur.
• Düzenli ilişkiler (örn. a-heliks, ß-kıvrımlı tabaka); periyodik olarak tekrarlanan yapılar.
• Düzensiz (random) ilişkiler: rastgele kıvrılmalar.

a-heliks

• Çeşitli polipeptid heliksleri içinde en sık karşılaşılanı a-heliks'dir.
• Karatinlerin yapılarının büyük bölümü a-heliks gösterir.
• Hemoglobin, keratinin aksine oldukça esnek ve globuler bir yapıya sahiptir.
• Peptid bağı karbonil oksijenleri ve amid hidrojenleri arasında oluşan yaygın hidrojen bağları ile stabilize olur.
• Helikste bir peptid bağı karbonil oksijeninden 4 peptid yukarıda oluşan NH grubu arasında bir hidrojen bağı vardır.
• Hidrojen bağları, zincir içinde oluşur ve heliks zincirindeki tüm peptid bağları bu bağ oluşumuna katılır.
• Hidrojen bağları tek tek zayıf bağlardır ancak sayılarının çokluğu nedeniyle heliksi stabilize eden güçlü bir etki oluşturur.
• a-heliksi bozan amino asitlerden prolin (imino grubu), çok yüklü amino asitler (glutamat, aspartat, histidin, lizin, arginin) ve geniş yan zincirleri (triptofan, valin, lösin) bunlardan bazılarıdır.

Beta-kıvrımlı tabaka

• ẞ-kırmalı tabaka farklı polipeptid zincirlerindeki NH ve CO grupları arasındaki hidrojen bağları ile stabilize edilir.
• ẞ-kıvrımlı tabakada hidrojen bağları polipeptid omurgaya diktir.
• Komşu amino asitler (aa) aralarındaki mesafeler daha uzundur.
• Kırılan tabakalarda β-dönüşleri hidrojen ve iyonik bağlarla stabilize olur.

Beta-bendler (kıvrım, dirsek)

• ẞ-bendler (ters dönüşler), polipeptidlerin globüler kütleler oluşturmasını sağlar.
• Genellikle bir tane prolin (zincirde dirseğe neden olan bir aa) olmak üzere toplam 4 amino asitten oluşur.
• En küçük amino asit glisin, sıklıkla ẞ-dönüşlerinde yer alır.
• ẞ-bendlerden, ardışık olarak yer alan 1-4 amino asit kalıntıları arasında H bağları oluşur.

Tesadüfi kıvrılmalar (Random coil)

• Proteinlerin, heliks, kıvrımlı tabaka veya ẞ-bend yapmayan kısmıdır ve gelişi güzel şekillerdir.
• Aslında gelişigüzel değildir, ama α ve β yapılara göre daha az düzenlidir.
• Düzlemler arasında belirli bir ilişki ve H bağları yoktur, fakat diğer sekonder yapılarla aynı öneme sahiptir.

Süper-sekonder Yapılar

• Birbirine yakın komşu sekonder yapıların yan zincirlerinin paketlenmesi ile oluşurlar ve stabildirler.
• Örnek olarak, sarılmış sarmal (coiled coil) yapı verilebilir.

Globüler proteinlerin tersiyer yapıları

• "Tersiyer" hem bölgelerin katlanmasını hem de polipeptid içindeki son düzenini ifade eder.
• Hidrofobik yan zincirler iç kısımda gömülü, hidrofilik yan zincirler dış kısımda bulunur.

Tersiyer Yapı

• Primer yapıda ayrı olan amino asitler, tersiyer yapıda komşu olabilirler.
• Tersiyer yapı, proteinin fonksiyonel karakterini belirler.
• Mevcut proteinlerin büyük bir kısmı tersiyer yapıya sahiptir.

Tersiyer yapıyı oluşturan bağlar

• Hidrojen bağları (12-30 kJ/mol)
• Disülfit bağları (~460 kJ/mol)
• İyonik bağlar (20 kJ/mol)
• Non-polar etkileşimler (<40 kJ/mol), van der Waals bağları (0.4-4 kJ/mol)

Protein katlanması

• Proteinlerdeki amino asitlerin sıralaması, proteinin 3 boyutlu yapısını (primer, sekonder, tersiyer) doğrudan etkiler.
• Çeşitli bağlar, proteinlerin tersiyer yapılarını bir arada tutar.
• Proteinlerin katlanması, proteinlerin fonksiyonel aktivitesini sağlar.
• Hücre içindeki protein katlanması hızlı bir süreçtir.

4 - Kuaterner Yapılar

• Primer, sekonder ve tersiyer yapıları bulunan polipeptid zincirleri, non-kovalent bağlarla bir arada tutularak polimerizasyona uğrar.
• Proteinler, bu şekilde oligomer formları (protein-protein kompleksi) oluşturur.
• Örneğin, hemoglobin, globin zincirlerinin (a ve β) birleşmesiyle oluşur.

Proteinlerin denatürasyonu

• Proteinlerin sekonder ve tersiyer yapılarının kaybıdır
• Proteinlerin primer yapısı değişmez.
• Denatürasyonu önlemek için uygun sıcaklık ve pH seviyelerinin korunması gerekmektedir.
• Denatürasyon faktörleri (sıcaklık, pH, kimyasal maddeler, fiziksel etkenler) ve denatürasyonun reversibilliği / irreversibilliği açıklanmıştır.
• Proteinlerin yanlış katlanması bazı hastalıklara neden olabilir.

Amiloid hastalıkları

• Proteinlerin yanlış katlanmalarından kaynaklanan hastalıklardandır.
• Örnek hastalık olarak Alzheimer hastalığı verilmiştir.

CFTR geni

• CFTR genindeki mutasyon, kistik fibroz gibi hastalıklara yol açabilir.
• CFTR geninin normal dizilimi ve Delta F508 mutasyonu hakkında bilgi verilmiştir.
• Mutasyonun neden olduğu sonuçlar sunulmuştur.

Bu quiz, amino asitlerin özelliklerini ve tampon çözeltilerin temel özelliklerini test etmektedir. Ayrıca, α-heliks yapısını etkileyen faktörler ve amino asitlerin davranışları hakkında sorular içermektedir. İşleyişi ve kimyasal yapıları ile ilgili önemli bilgiler sunmaktadır.