Amino Asitler- Sınıflandırılması ve Özellikleri PDF

Amino Asitler: Sınıflandırılması ve Özellikleri Dr. Öğr. Üyesi Sercan KAPANCIK  Proteinlerdeki Amino Asitler ❑Proteinlerin vücuttaki fonksiyonları: ❑Kandaki hidrofobik bileşiklerin taşıyıcıları. ✓ Hemoglobin kandaki oksijeni taşır. ❑Hücreleri birbirine ve hücre dışı matrikse bağlayan hücre...

Amino Asitler: Sınıflandırılması ve Özellikleri Dr. Öğr. Üyesi Sercan KAPANCIK  Proteinlerdeki Amino Asitler ❑Proteinlerin vücuttaki fonksiyonları: ❑Kandaki hidrofobik bileşiklerin taşıyıcıları. ✓ Hemoglobin kandaki oksijeni taşır. ❑Hücreleri birbirine ve hücre dışı matrikse bağlayan hücre adezyon molekülleri ✓ İntegrinler, hücrelerin hücre dışı matrise yapışmasına yardımcı olur. ❑Hücreler arasında sinyalleri ileten hormonlar ✓ İnsülin, hücrelere glikozu emmeleri için sinyal göndererek kan şekeri seviyelerini düzenler. ❑Lipid zarları boyunca taşımayı kolaylaştıran iyon kanalları ✓ Sodyum-potasyum pompaları nöronlardaki iyon gradyanlarını düzenler. ❑Biyokimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler ✓ Amilaz, nişastanın sindirim sisteminde şekerlere parçalanmasını katalize eder.  Proteinlerdeki Amino Asitler ❑Birincil (Primer) Yapının Önemi: Bir proteinin birincil yapısı, doğrusal amino asit dizisini ifade eder. Bu dizi, proteinin katlanmasını ve diğer moleküllerle etkileşimlerini belirler. Genetik kod, amino asit dizisini belirler ve çeşitli insan proteinlerini mümkün kılar. Örnek: Hemoglobinin birincil yapısındaki tek bir mutasyon (orak hücreli anemi), protein fonksiyonunda dramatik bir değişikliğe yol açarak hastalığa neden olabilir. Amino Asitlerin Genel Yapısı Amino asit yapısına genel bakış. Merkezi bir karbon atomu (α-karbon) aşağıdakilere bağlıdır: An amino group (-NH2) A carboxyl group (-COOH) A hydrogen atom (-H) A unique side chain (R group) R Group'un Rolü (Yan Zincir) R grubu, amino asitlerdeki değişken bileşendir. ✓ Polarite (polar ve polar olmayan) ✓ Yük (pozitif, negatif veya nötr) ✓ Boyut ve şekil ✓ Kimyasal reaktivite  Amino Asitlerdeki R Grubu Türleri ❑R gruplarının sınıflandırılması: Polar olmayan (hidrofobik) amino asitler: glisin, alanin, valin Polar (hidrofilik) amino asitler: serin, treonin, asparagin Asidik (negatif yüklü) amino asitler: aspartat, glutamat Temel (pozitif yüklü) amino asitler: lisin, arginin, histidin  Amino Asitlerin Kiralliği Çoğu amino asit (glisin hariç) kiraldir ve iki stereoizomere sahiptir: L ve D formları. Proteinlere sadece L-amino asitler dahil edilir. Kiralite, protein yapısı ve işlevi için önemlidir. Amino Asitlerin Sınıflandırılması ❑Esansiyel ve Esansiyel Olmayan ❑Polar ve Polar Olmayan Amino Asitler ❑Asidik ve Bazik Amino Asitler ❑Glikojenik ve Ketojenik Amino Asitler ❑Aromatik Amino Asitler ❑Kükürt İçeren Amino Asitler Amino Asitlerin Sınıflandırılması: Esansiyel ve Esansiyel Olmayan Esansiyel Amino Asitler: Diyet yoluyla alınmalıdır. Örnekler: İzolösin, lösin, lizin, metiyonin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin, histidin. Esansiyel Olmayan Amino Asitler: Vücut tarafından sentezlenir. Örnekler: Alanin, asparagin, aspartat, glutamat, serin, prolin vb. Esansiyel Amino Asitler: Diyet kaynaklarından (örneğin et, süt ürünleri, yumurta, baklagiller ve tahıllar) elde edilmelidir. Protein sentezi, doku onarımı ve besin emilimi için çok önemlidir. Örnekler: ✓Lösin, İzolösin, Valin: Egzersiz sırasında kas onarımı ve enerjisi için önemli olan dallı zincirli amino asitler (BCAA'lar). ✓Lizin: Kollajen oluşumu ve bağışıklık fonksiyonu için hayati önem taşır. ✓Metiyonin: Metilasyon işlemleri için önemlidir ve sisteinin öncüsü olarak kullanılır. ✓Triptofan: Serotonin öncüsü, ruh halini ve uykuyu düzenler. Esansiyel Olmayan Amino Asitler: Vücut tarafından sentezlenir, ancak yine de sağlık için kritik öneme sahiptir. Metabolizma, nörotransmiter ve bağışıklık fonksiyonunda kilit roller oynar ✓Örnekler: ✓Alanin, Asparagin, Glutamat: Glikoz metabolizması, nörotransmiter olarak rol oynar. ✓Glutamin: Hastalık veya stres sırasında gerekli hale gelir. ✓Sistein ve Tirozin: Bebeklik veya metabolik hastalıklar gibi belirli durumlarda şartlı olarak gereklidir. ✓Prolin, Serin: Cilt ve bağ dokusu sağlığı için önemlidir. Amino Asitlerin Sınıflandırılması: Polar ve Polar Olmayan Amino Asitler Polar Amino Asitler: Hidrojen bağları oluşturabilen yan zincirler içerir, bu da onları hidrofilik (suyu seven) yapar. Örnekler: Serin, treonin, asparagin, glutamin, tirozin. Polar Olmayan Amino Asitler: Su ile etkileşimden kaçınan hidrofobik yan zincirlere sahiptir. Örnekler: Glisin, alanin, valin, lösin, izolösin, metiyonin, fenilalanin. Polar Amino Asitler - Hidrofilik Yapı Polar amino asitler su ile hidrojen bağları oluşturur. Yan zincirler, hidroksil (-OH), amid (- CONH2) veya sülfhidril (-SH) gibi gruplar içerir. Örnekler: Serin (Ser) ve Treonin (Thr): Hidroksil grupları içerir. Asparagin (Asn) ve Glutamin (Gln): Amit grupları içerir. Tirozin (Tyr): Hem polar bir hidroksil grubuna hem de polar olmayan bir aromatik halkaya sahiptir Polar Amino Asitler ve Protein Yüzey Etkileşimleri Polar amino asitler genellikle proteinlerin dışında bulunur. Su veya diğer polar moleküllerle hidrojen bağı yapar. Örnekler: Serin ve Treonin: Reaktiviteleri nedeniyle sıklıkla enzimlerin aktif bölgelerinde yer alır. Tirozin: Fosforilasyon yoluyla sinyal iletim yollarında yer alır. Polar Olmayan Amino Asitler - Hidrofobik Doğa Polar olmayan amino asitler su ile hidrojen bağları oluşturmazlar. Yan zincirler hidrokarbonlardan (alkil veya aromatik gruplar) oluşur. Örnekler: Glisin (Gly): En küçük amino asit; polar olmayan ve esnektir. Alanin (Ala), Valin (Val), Lösin (Leu), İzolösin (Ile): Hidrokarbon zincirlerine sahiptir. Fenilalanin (Phe): Büyük bir aromatik halka içerir. Metiyonin (Met): Polar olmayan yan zincirinde bir kükürt atomu içerir. Polar Olmayan Amino Asitler ve Protein Çekirdek Stabilitesi Polar olmayan amino asitler, proteinlerin çekirdeğine gömülme eğilimindedir. Hidrofobik etkileşimler yoluyla protein yapılarını stabilize eder. Örnekler: Valin, Lösin, İzolösin: Hidrofobik etkileşimler protein katlanmasına katkıda bulunur. Fenilalanin ve Prolin: Yapısal sertlik ve hidrofobik istifleme. Membran Proteinlerinde Hidrofiliklik ve Hidrofobiklik Polar olmayan amino asitler genellikle membranın içbölgelerde bulunur. Hücre dışı veya sitoplazmik taraflarda bulunan polar amino asitlerdir. Örnekler: Transmembran proteinler: Polar olmayan amino asitler, lipid çift tabakası ile etkileşime girer. Polar amino asitler: Moleküllerin membran boyunca taşınmasında rol oynar. Polar ve Polar Olmayan Amino Asitlerin Özeti Polar amino asitler: Hidrofilik, yüzeye bakan, hidrojen bağları yapar. Polar olmayan amino asitler: Hidrofobik, çekirdek oluşturan, protein yapısını stabilize eder. Her ikisi de protein katlanmasını, yapısını ve işlevini belirlemede kilit rol oynar. Amino Asitlerin Sınıflandırılması: Asidik ve Bazik Amino Asitler Asidik Amino Asitler: Fizyolojik pH'ta negatif yüklü yan zincirlere sahiptir (7.4). Örnekler: Aspartat (aspartik asit), glutamat (glutamik asit). Temel Amino Asitler: Fizyolojik pH'ta (7.4) pozitif yüklü yan zincirlere sahiptir. Örnekler: Lizin, arginin, histidin. Asidik Amino Asitler Aspartat (Asp) ve Glutamat (Glu): Her ikisinin de yan zincirlerinde karboksil grupları (-COOH) vardır. Fizyolojik pH'ta, karboksil grupları negatif bir yük (-COO-) taşıyan protonları kaybeder. Fonksiyon: Protein etkileşimlerinde ve enzim katalizinde önemli roller oynar. Sitrik asit (TCA) döngüsünde ve nörotransmisyonda rol oynar. Temel Amino Asitler Lizin (Lys), Arginin (Arg), Histidin (His): Lizin ve Arginin: Protonları kabul eden ve onlara pozitif bir yük veren amino grupları içerir. Histidin: pH'a bağlı olarak proton vermesi ve kabul etmesine izin veren bir imidazol halkasına sahiptir. Işlev: Protein-protein etkileşimlerinde ve DNA bağlanmasında anahtar roller oynar. Arginin, kritik bir sinyal molekülü olan nitrik oksidin sentezinde rol oynar. Histidin, yüklü ve yüksüz durumlar arasında geçiş yapma kabiliyeti nedeniyle enzim aktif bölgelerinde rol oynar. Protein Yapısı ve İşlevindeki Roller Asidik Amino Asitler: Bazik amino asitlerle tuz köprüleri oluşturur. Protein stabilitesini ve katlanmasını korumaya yardımcı olur. Temel Amino Asitler: Asidik amino asitler veya diğer negatif yüklü moleküller (örneğin, DNA) ile iyonik etkileşimlere katılır Enzimlerde protein stabilitesi ve substrat bağlanmasında rol oynar. Asidik ve Bazik Amino Asitlerin Klinik Önemi Aspartat ve Glutamat Eksikliği: Metabolik sorunlarla bağlantılı (TCA döngüsünün bozulması). Glutamat düzensizliği, epilepsi ve eksitotoksisite gibi nörolojik bozukluklara katkıda bulunabilir. Lizin ve Arjinin Eksikliği: Protein sentezini, yara iyileşmesini ve bağışıklık tepkisini bozabilir. Arginin eksikliği nitrik oksit üretimini etkiler ve bu da kardiyovasküler sorunlara yol açabilir. Histidin Eksikliği: Hemoglobin fonksiyonunu ve histamin üretimini (bağışıklık tepkisi) etkileyebilir. Asidik ve Bazik Amino Asitlerin Özeti Asidik Amino Asitler: Aspartat ve Glutamat: Negatif yüklüdür, protein stabilitesi ve metabolik yollarda önemlidir. Temel Amino Asitler: Lizin, Arginin, Histidin: Pozitif yüklü, protein-DNA etkileşimleri, enzim katalizi ve bağışıklık fonksiyonu için kritiktir. Önem: Her iki tip de protein yapısını, işlevini ve hücresel homeostazı korumak için gereklidir. Amino Asitlerin Sınıflandırılması: Glikojenik ve Ketojenik Amino Asitler Glikojenik Amino Asitler: Glukoneogenez yoluyla glikoza dönüştürülebilir. Örnekler: Alanin, arginin, serin, sistein, metiyonin, valin. Ketojenik Amino Asitler: Metabolizma sırasında keton cisimciklerine dönüştürülebilir. Örnekler: Lösin, lizin. Hem Glikojenik hem de Ketojenik: Bazı amino asitler her iki role de hizmet edebilir. Örnekler: İzolösin, fenilalanin, treonin, triptofan, tirozin. Amino Asitlerin Sınıflandırılması: Aromatik Amino Asitler Aromatik Amino Asitler: ✓ Fenilalanin (Phe) ✓ Tirozin (Tyr) ✓ Triptofan (Trp) Yan zincirlerinde aromatik halkalar içerir. Protein yapısında, sinyal iletiminde ve nörotransmiterlerin biyosentezinde önemli roller oynar. Protein konsantrasyonunu ölçmek için kullanılabilen ultraviyole (UV) ışığı absorbe eder. Fenilalanin Yapısı: Polar olmayan, aromatik halka. Işlev: Tirozinin öncüsü. Protein sentezi ve metabolik süreçler için önemlidir. Dopamin gibi nörotransmiterlerin sentezinde rol oynar. Klinik Uygunluk: Fenilketonüri (PKU), fenilalaninin uygun şekilde metabolize edilemediği genetik bir hastalıktır. Tirozin Yapı: Hidroksil grubu (-OH) ile polar, aromatik halka. Işlev: Katekolaminler (dopamin, epinefrin) ve melanin gibi önemli moleküllerin öncüsüdür. Fosforilasyon yoluyla sinyal iletiminde rol oynar. Klinik Uygunluk: Tirozin, tiroid hormonlarının (T3 ve T4) sentezinde rol oynar. Triptofan Yapısı: En büyük aromatik amino asit, bir indol halkası içerir. Işlev: Serotonin ve melatoninin öncüsü. Ruh hali düzenlemesi ve uyku döngüleri için önemlidir. Klinik Uygunluk: Triptofan eksikliği, serotonin üretimini etkilediği için duygudurum bozukluklarıyla bağlantılı olabilir. Aromatik Amino Asitler ve UV Absorpsiyonu UV Absorpsiyonu: Aromatik amino asitler UV ışığını 280 nm’de absorbe eder. Bu özellik, çözeltilerdeki protein konsantrasyonunu ölçmek için kullanılır (örneğin, spektrofotometri). Araştırma Uygulamaları: Protein miktar tayini deneylerinde kullanılır (Bradford, Lowry yöntemleri). Absorpsiyon, bu amino asitlerin protein yapılarındaki varlığını gösterebilir. Aromatik Amino Asitlerin Özeti Fenilalanin: Polar olmayan, tirozinin öncüsü, nörotransmitter sentezinde rol oynar. Tirozin: Polar, sinyal iletimi, melanin ve hormon üretiminde rol oynar. Triptofan: En büyük, serotonin ve melatoninin öncüsü, ruh hali ve uyku düzenlemesi için önemlidir. Amino Asitlerin Sınıflandırılması: Kükürt İçeren Amino Asitler ❑Kükürt İçeren Amino Asitler: ✓Sistein (Cys) ✓Metiyonin (Met) ❑Anahtar özellikler: ✓Yan zincirlerinde kükürt atomları içerir. ✓Protein stabilitesinde ve hücresel metabolizmada çok önemli roller oynar. ✓Disülfid bağlarının oluşumu (sistein) ve metilasyon (metiyonin) gibi önemli reaksiyonlarda yer alır. Sistein Yapı: Bir sülfhidril grubu (-SH) içerir. Fonksiyon: Protein yapısını stabilize eden disülfür bağları (iki sistein kalıntısı arasındaki kovalent bağlar) oluşturabilir. Önemli bir hücresel antioksidan olan glutatyonun bir parçası olarak antioksidan savunmada rol oynar. Klinik Uygunluk: Sistein, özellikle insülin ve antikorlar gibi hücre dışı proteinlerde protein yapısını korumak için önemlidir. Metiyonin Yapı: Bir tiyoeter grubu (-S-) içinde bir kükürt atomu içerir. Fonksiyon: DNA metilasyonu ve protein regülasyonu için çok önemli olan S-adenosilmetiyonin (SAM) formunda bir metil grubu donörü görevi görür. Translasyon sürecinde ilk amino asit olarak protein sentezini başlatır. Klinik Uygunluk: Metiyonin, epigenetik düzenleme ve hücre fonksiyonunda kritik olan metilasyon döngüsü için gereklidir. Sülfürün Protein Yapısı ve İşlevindeki Rolü Disülfid Bağ Oluşumu: Sistein kalıntıları, protein stabilitesine katkıda bulunan disülfid bağları oluşturabilir. Örnek: İnsülindeki disülfid bağları, fonksiyonel konformasyonunun korunmasına yardımcı olur. Metiyoninin Metilasyondaki Rolü: Epigenetik düzenleme de dahil olmak üzere biyolojik süreçlerde metil gruplarını verir. SAM, nörotransmiterlerin ve fosfolipidlerin sentezinde rol oynar. Kükürt İçeren Amino Asitlerin Klinik Önemi Sistein Eksikliği: Protein stabilitesini ve antioksidan savunmayı bozar. Oksidatif stres ve protein yanlış katlanma hastalıkları gibi durumlara katkıda bulunabilir. Metiyonin Eksikliği: Metilasyon süreçlerini etkiler, DNA düzenlemesinde sorunlara yol açar ve potansiyel olarak gelişimsel bozukluklara ve hastalıklara katkıda bulunur. Metiyonin Fazlalığı: Kardiyovasküler hastalıklar için bir risk faktörü olan yüksek homosistein seviyelerine yol açabilir. Amino Asitlerin Asidik ve Bazik Davranışları Bir asit olarak: Karboksil grubu (-COOH), -COO⁻ olmak için bir proton (H⁺) verir. Bu, pH, karboksil grubunun (~ 2) pKa'sının üzerinde olduğunda meydana gelir. Temel olarak: Amino grubu (-NH2) bir protonu (H⁺) -NH3⁺ olacak şekilde kabul edebilir. Bu, pH, amino grubunun (~ 9) pKa'sının altında olduğunda meydana gelir. Amino Asit Yapısı Üzerine pH Etkileri Düşük pH'da (asidik koşullar): Hem amino hem de karboksil grupları protonlanır (-NH3⁺ ve -COOH), net bir pozitif yük verir. Yüksek pH'da (Temel Koşullar): Her iki grup da protondan arındırılır (-NH2 ve -COO⁻), net bir negatif yük verir. Nötr pH'da (~ 7.4): Amino asitler, hem pozitif hem de negatif yüklü, ancak genel olarak nötr olan zwitterions olarak bulunur. Amino Asitlerin Zwitterion Formu Fizyolojik pH'da çözelti içinde bulunan amino asitler zwitteriyonlar olarak bulunur. Amino grubu (-NH2) protonlanır (-NH3+). Karboksil grubu (-COOH) protondan arındırılır (-COO-). Net yük, ortamın pH'ına bağlıdır. İzoelektrik pH (İzoelektrik Nokta) Tanım: İzoelektrik pH (pI), bir amino asit veya proteinin net yük taşımadığı pH'dır. Bu noktada, pozitif ve negatif yükler dengelenir. Özellikler: pH = pI'de: Amino asit veya protein bir elektrik alanında göç etmez. İzoelektrik nokta, amino asidin yan zincirlerine bağlı olarak değişir: Asidik amino asitler: Daha düşük pI değerleri. Bazik amino asitler: Daha yüksek pI değerleri İzoelektrik Noktanın Hesaplanması Nötr Yan Zincirli Amino Asitler için: pI = (pKa1 + pKa2) / 2 Burada pKa1 karboksil grubu içindir ve pKa2 amino grubu içindir. Yüklü Yan Zincirli Amino Asitler için: Yüklü grupların protonasyonuna ve protondan arındırılmasına karşılık gelen pKa değerlerinin ortalamasıdır. İzoelektrik Nokta Örnekleri Örnekler: Glisin (Nötr yan zincir): pI ~ 6.0 Glutamat (Asidik yan zincir): pI ~ 3.2 Lizin (Temel yan zincir): pI ~ 9.7 Amino Asitlerde pKa'nın Önemi pKa'nın Önemi: Farklı pH seviyelerinde protonasyon durumunu belirler. Amino asit davranışını şu şekilde etkiler: Protein katlanması Enzim aktivitesi İyonik etkileşimler  Tampon Olarak Amino Asitler Tamponlama Kapasitesi: Amino asitler, tampon görevi görerek pH'daki değişikliklere direnebilir. En çok pKa değerlerine yakın bir pH aralığında etkilidirler. Örnek: Histidin, pKa'lı (~ 6) bir yan zincire sahiptir, bu da onu fizyolojik pH'a yakın etkili bir tampon yapar. Histidin'in tampon olarak rolüne örnek Histidin: İmidazol yan zinciri sayesinde hem asit hem de baz görevi görebilir. İmidazol grubunun pKa'sı ~6'dır, bu da onu fizyolojik pH'ta çok yönlü bir tampon haline getirir. Biyolojik Önemi: Kataliz sırasında proton transferine yardımcı olduğu proteazlar gibi enzim aktif bölgelerinde aktiftir.  Amino Asitlerin Titrasyon Eğrisi Amino Asit Titrasyon Eğrisi: Asit veya baz eklendikçe pH'daki değişiklikleri gösterir. Amino asidin iyonlaşma durumları pH ile değişir. Eğri üzerindeki kilit noktalar: pKa1: Karboksil grubunun (-COOH) protondan arındırılması. pKa2: Amino grubunun protondan arındırılması (-NH3+). İyonlaşabilir yan zincirlere sahip amino asitler için (örneğin, Glutamat, Lizin), ek bir pKa3 yan zincir iyonizasyonunu temsil eder. İzoelektrik Nokta (pI): Amino asidin net yük taşımadığı pH. pKa değerlerinin ortalaması olarak hesaplanır.  Histidinin Titrasyon Eğrisi Histidin'in Titrasyon Eğrisi: pKa değerleri: α-Karboksil Grubu: ~2 α-amino grubu: ~9 İmidazol yan zinciri: ~6 Histidin, hidroksit iyonları eklenerek pH