Amino Asitler ve Proteinler-ppt.PDF

AMİNO ASİTLER ve PROTEİNLER  Amino Asitler ▶ Proteinlerin yapı taşı olan amino asitlerden ilk keşfedilen ve saflaştırılan 1806 yılında kuşkonmaz bitkisinden asparajin’dir. ▶ Enson keşfedilen aminoasit ise 1938 yılında treonin amino asidi dir.  Amino...

AMİNO ASİTLER ve PROTEİNLER  Amino Asitler ▶ Proteinlerin yapı taşı olan amino asitlerden ilk keşfedilen ve saflaştırılan 1806 yılında kuşkonmaz bitkisinden asparajin’dir. ▶ Enson keşfedilen aminoasit ise 1938 yılında treonin amino asidi dir.  Amino Asitler ▶ Doğada 300 kadar farklı amino asit bulunmaktadır. ▶ Amino asitler proteinlerinyapısındayer alıp almamasına göre 2 ana gruba ayrılır: ▶ A- Protein Yapısında Bulunan Amino Asitler ▶ Bu grupta standart amino asitler ve onların türevi olan modifiye amino asitler bulunur. ▶ 1- Standart Amino Asitler; Amino asitlerin standart amino asitler diye bilinen 20 tanesi, karakteristik sayı ve diziliş sırasında bir düz zincirde birbirlerine kovalent olarak bağlanarak proteinleri oluştururlar. ▶ Standart amino asitler, DNA tarafından kodlanan ve proteinleri oluşturan birimlerdir.  Amino Asitler ▶ 2- Standart Olmayan Amino Asitler; ▶ Bir standart amino asit polipeptit zinciri yapısına girdikten sonra bir modifikasyona uğrarsa standart olmayan (modifiye) amino asitler diye bilinen bazı amino asitler oluşabilir. ▶ B- Protein Yapısında Bulunmayan Amino Asitler ▶ Proteinlerin yapısında bulunmayan fakat hücrede çok değişik biyolojik fonksiyonlara sahip amino asitler de mevcuttur.  1-Standart Amino Asitler ▶ Standart aminoasitler, aynı karbon atomuna bağlanmış bir aminogrubu ve bir karboksil grubu içerirler. Fizyolojik pH’da, amino grubu (NH + ) proton 3 taşır ve pozitif yüklüdür; karboksil grubundan (COO-) ise proton ayrılmıştır ve negatif yüklüdür. Ayrıca değişken bir yan zincir (R)içerir. COO- H3N+ – C – H R  Standart Amino Asitler ▶ Standart amino asitlerde amino ve karboksil gruplarının bağlı olduğu karbon atomu α-karbon atomu diye anılır. ▶ R grubu bir zincirde ek karbonlar içeriyorsa bu karbonlar β, γ, δ, ε gibi harflerle belirtilirler.  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri ▶ Karboksil grubuna en yakın; 1. C atomuna α-C 2. C atomuna β-C 3. C atomuna γ-C 4. C atomuna δ-C 5. C atomuna ε-C denilmektedir.  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri ▶ Tüm amino asitlerde amino grubu α-C’nuna bağlı olduğundan α-amino asit adı verilir. ▶ Glisin hariç (R=-H) tüm amino asitlerin α-C’nu asimetrik C’dur. ▶ Çünkü her bir amino asit de α-C atomuna bağlı – H, - COOH, -NH2 ve R grubu olmak üzere dört farklı grup bağlıdır. ▶ Treoninve izolösin gibi amino asitleriniki asimetrik karbon atomu vardır ve 4 izomer şeklinde bulunurlar.  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri ▶ Glisin dışındaki standart aminoasitlerde α karbon atomu 4 farklı grupla bağ yapar: karboksil grubu, amino grubu, R grubu ve hidrojen atomu, ▶ α-karbon atomu bir kiral merkez ya da asimerik karbon’dur. ▶ Kiral merkeze sahip tüm moleküller optikçe aktif’ tir, yani düzlemsel polarize ışığı çevirirler.  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri Bir molekül böyle asimetrik bir karbon atomu içeriyorsa, bu molekülün birbirinden farklı iki STEREOİZOMERİ(ENANTİOMERİ) vardır:  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri ▶ Tüm kiral bileşikler için stereoizomerler, L- gliseraldehitle konfigürasyon benzerliği olanlar L ve D-gliseraldehitle benzerliği olan stereoizomerler de D olarak isimlendirilir. ▶ L-alaninin karboksil grubu, L-gliseraldehidin kiral karbonunun yanındaki aldehit grubuyla (bu grup oksitlenince karboksil grubuna dönüşecektir) aynı pozisyonda yer almaktadır. ▶ Çarpıcıdır ki, proteinlerdeki tüm amino asit kalıntıları L- stereoizomerlerdir. D- amino asitler ise, bakterilerin hücre çeperinde, bazı antibiyotiklerde ve bir kısım bitkisel peptitlerde bulunurlar. ▶ Glisin hariç tüm amino asitlerin D- ve L-formları vardır. ▶ Ribozomlardaki protein senteziyle yapıya giren hemen tüm amino asitler L- formundadır. ▶ Standart amino asitler translasyon sırasında protein sentezine katılan ve kendine özgü tRNA’sı bulunan amino asitlerdir. 20 standart amino asit vardır. tRNA’nın bir ucundaki üç nükleotit (antikodon) spesifik bir amino asidin şifresidir. Şifreye uyan amino asit tRNA’nın öbür ucuna bağlanarak protein sentezine katılır. 4 baz (AUCG) 43 = 64 farklı kombinasyon yapabilir. Bunlardan üçü sonlanım kodonudur. Genellikle her amino asidin 3 farklı tRNA’sı vardır. ▶ Sadece metiyonin ve triptofan için tek şifre bulunur.  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri ▶ Asimetrik karbon atomuna sahip aminoasitler sulu çözeltilerde monokromatik ışığı kırar ve bu özellik ▶ Amino asitlerinüç boyutlu yapısının (konfigürasyon) anlaşılmasını sağlar. ▶ Tüm amino asitler optik bakımdan aktiftir. ▶ Amino asitler polarimetre cihazında ışığı sağa ▶ (+; dekstrorotator) ya da sola (-; levoratotor) ▶ çevirebilir. ▶ Proteinlerden izoleedilen aminoasitler “+” yada“–” olabilir.  Amino Asitlerin Protonik Dengesi ▶ Amino asitler, hem bir asidik (-COOH) hem de bir bazik gruba (-NH2) sahip olduklarından, amfolit bileşiklerdir. ▶ Bunlar çözeltilerinde elektriksel yüklü moleküller halindedirler. ▶ Amino asitler, moleküllerinin net elektriksel yüklerinin sıfır olduğu pH’da yani izoelektrik nokta pH’sında Zwitterion (dipolar iyon) şeklinde veya diğer bir ifade ile iki kutuplu şekilde bulunurlar.  Standart Amino Asitlerin Bazı Özellikleri ▶ Amino Asitlernötral pH da genellikledipolar iyon (Zwitterion) şeklinde bulunurlar. Zwitterion formu Amino asidin non- iyonik formu ▶ Bir standart amino asit, kendisi için karakteristik olan izoelektrik nokta değerine eşit pH ortamında net elektrik yükü taşımaz; bu nedenle bir elektrik alanında hareketsiz kalır. ▶ Çözeltideki bir amino asit molekülü üzerinde net yükün sıfır olduğu pH değeri, izoelektrik nokta (pI) olarak adlandırılır. ▶ Bir standart amino asit, kendisi için karakteristik olan izoelektrik nokta değerine eşit pH ortamında net elektrik yükü taşımaz; izoelektrik nokta değerinden yüksek pH ortamında bazik anyon (-) şeklinde; izoelektrik nokta değerinden düşük pH ortamında asit katyon (+) şeklinde bulunur. Amino Asidin İyonizasyonu Amino asitler: zayıfasidik bir α-karboksil ile zayıf bazik bir α-amino grubuna sahiptir. Asit: proton donor Baz: proton akseptör Bir Amino asit hem asit hem baz olarak davranabilir. İyonizasyon pH’ya bağımlıdır. ▶ Bir standart amino asit, bir elektrik alanında, kendisi için karakteristik olan izoelektrik nokta değerine eşit pH ortamında net elektrik yükü taşımadığından hareketsiz kalır; ▶ izoelektrik nokta değerinden yüksek pH ortamında bazik anyon şeklinde bulunduğundan anoda göçer; (-) (+) Kato Anot t Bir amino asit, izoelektrik nokta değerinden düşük pH ortamında asit katyon şeklinde bulunduğundan katoda göçer. (-) (+) Katot Anot ▶ Bir aminoasidin ortama hidrojeniyonu verme yeteneği pK değeri ile ifade edilir. ▶ pK, iyonize olabilenbir grubun yarı yarıya ayrıştığı pH’dır. ▶ R grubu nötral bir aminoasitde - karboksil ve - amin gruplarının yarı yarıya iyonize olduğu (dissosiye olduğu) pH, pK yı ifade eder. ▶ Asidik ve bazik aminoasitlerinR grupları da iyonize olabilir. ▶ Bir amino asitde, - karboksil ve - amin ve R grubuna ait pK değerleri sırasıyla pK1, pK2 ve pKR olarak ifade edilir. ▶ -karboksiliçin pK1 2, -amin grubu için pK2 10’dur. ▶ İyonize amino asitlerin pKR değerleri 3,9-12,5 arasında değişir. ▶ Yüksüz amino asitler için izoelektrik pH, (pI), -1 ve +1 yük taşıdığı şekillerin pK değerlerinin ortalamasına eşittir. ▶ Bazik amino asitlerin, pK2 ile pKR değerlerinin, ▶ Asidik amino asitlerin pK1 ve pKR değerlerinin ortalaması alınır. ▶ Yüksüz bir amino asit olan Glisin’in pI değeri şu formülle hesaplanır. ▶ pI= pK1 + pK2 /2 = 2,34 + 9,60/2 = 5,97 Glisin’in titrasyon eğrisi, Glisin’in tamponlama gücü 2 yerde görülür. Biri pH2,34, diğeri pH9,60. pH 5,97’de glisin dipolar iyon şeklinde (zwitterion) bulunur. ▶ pK değerleri, sıcaklık, iyonik güç ve iyonize grubun yakın çevresinden etkilenir. ▶ Histidin’in R grubunun pK değeri 6,0’dır. Protein zincirinde peptit bağı oluşturmuş histidinde bu değer biraz daha yükselerek nötral pH’ya yaklaşır. ▶ Bu nedenle histidin önemli tamponlama gücüne sahiptir. ▶ Diğer amino asitlerin R gruplarının pK değerleri fizyolojik ortamda tamponlamaya uygun değildir. ▶ Histidin’in pI değeri: pI= pK2 + pKR /2 = 9,2+6,0/2= 7,6 Histidin in titrasyon eğrisi, bu aminoasidin R grubunun pK’sı nedeniyle fizyolojik pH’da tampon özelliği taşır. ▶ Tamponlar, bir çözeltideki H+ veya OH- iyonlarını bağlayarak çözeltinin pH’sını belirli bir düzeyde tutan, yani ortamdaki pH değişikliklerine direnen bileşiklerdir. ▶ Amino asitler pI noktalarından daha düşük pH’larda ortamdaki H+ larını bağlar ve artı yüklenirler, ▶ İzoelektrik pH’larınınüstündeki pH’larda ise ortama H+ vererek eksi yüklü hale geçerler. Böylece tampon görevi yaparlar. ▶ Ortamın pH’sı yükseldiğinde ilk H+ veren -karboksil grubudur. ▶ Proteinlerin yükü, yapılarındaki R grubu iyonize amino asitlerden kaynaklanır. ▶ Proteinlerin bulunduğu ortamın pH’sı, pI’dan uzaklaştıkça proteinin taşıdığı yük sayısı artar. ▶ Elektrik akımı verildiğinde proteinler yüklerine ve boyutlarına göre farklı hızda anoda veya katoda göç ederler. Bu yönteme elektroforez denir. ▶ Serum proteinlerinin pK değeri 4-5 arasındadır. ▶ pH= 8,6 olan tampon çözeltide elektroforez uygulandığında proteinler (-) yük taşır ve anoda doğru farklı hızlarda göç ederler.  Standart Amino Asitler  Fizyolojik pH’da, amino asitlerin amino grubu proton taşır ve pozitif yüklüdür; karboksil grubundan ise proton ayrılmıştır ve negatif yüklüdür.  Standart amino asitler, üç harfli kısaltmalar ve tek harfli sembollerle gösterilirler: Standart Amino Asitlerin Sınıflandırılması ▶ Amino asitler yapılarına göre, ▶ 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  1-Alifatik Yan Zincirli Amino Asitler ▶ 1- Glisin ( GLY) ( G) ▶ 2-Alanin ( ALA) (A) hidrofobiklik ▶ artar ▶ 3- Valin ( VAL) (V) ▶ 4- Lösin ( LEU) ( L) Dallanmış zincirli ▶ 5- İzolösin ( ILE) (I) ▶ 6-Prolin ( PRO) (P) Siklik  1-Alifatik Yan Zincirli Amino Asitler COO- COO- H3N+ – C – H3N+ – C – H H H CH3 GLİSİN (Gly) ( -Amino asetik asit) ALANİN (Ala) ( -Amino propiyonik asit)  Glisin R grubu H olan en küçük, basit yapılı ve çok yönlü bir amino asitidir. Asimetrik karbonu yoktur. Proteine yapısal esneklik kazandırır. Protein yapılarının oluşumunda önemlidir.  Alanin R grubu metil olan asimetrik bir amino asitdir. Diğer amino asitler bunun türevi olarak nitelendirilebilir.  1-Alifatik Yan Zincirli Amino Asitler COO - COO- COO- + H3 N – C – H H3 N+ – C – H H3 N+ – C – H CH CH3 H –C – CH3 CH 2 CH3 CH CH2 VALİN (Val) CH3 CH3 CH3 ( -Amino izovalerik asit) LÖSİN (Leu) İZOLÖSİN (Ile) ( -Amino izokaproik asit) ( -Amino, -metil valerik asit) Dallanmış zincirli amino asitler.  1-Alifatik Yan Zincirli Amino Asitler Glisin ▶ Glisin Alanin Valin Lösin İzolösin sıralamasına göre Alanin ▶ R grubu gittikçe büyüdüğünden, AAler Valin ▶ daha çok hidrofobik özellik kazanır. Hidrofobik A.A. ler protein Lösi yapısı içerisinde, su ile n temas etmeyecekleri bir ortamda bulunurlar. İzolösi  1-Alifatik Yan Zincirli Amino Asitler ▶Prolin (Pro) P alfa karbonunda imino (-NH)grubu ▶ bulunan pirol halkası oluşturan bir COO- imino asitdir. C –H Yan zincirin nitrojen atomuyla H2N+ CH2 kovalent bağ yaptığı siklik yapıda bir amino asittir. H 2C CH 2 Siklik olmasına rağmen, alifatik özelliktedir. -Glisine zıt olarak, protein yapısında bulunduğu yerde, yapısal esnekliği azaltır Protein yapısında katı bir düzenleme sağlar. Aromatik Zincirli Amino Asitler 7 Fenilalanin ( PHE) ( F) 8 Tirozin ( TYR) (Y) 9 Triptofan ( TRP) (W)  Aromatik Zincirli Amino Asitler COO- COO - COO- H3 N+ – C – + H3 N – C – H3N+ – C – H H H CH2 CH2 CH2 N H FENİLALANİN OH TRİPTOFAN (Phe) F TİROZİN (Tyr) Y (Trp) W ( -Amino -fenil ( -Amino propiyonik asit) ( -Amino -indol -hidroksifenil propiyonik asit) propiyonik asit)  Aromatik Zincirli Amino Asitler ▶ Fenilalaninve tirozin (hidroksi fenilalanin) doymamış benzen halkası, triptofan ise indol halkası içerir. ▶ Tirozin, hidroksil grubu (-OH) nedeniyle uygun pH’da iyonize hale geçebilir, (alkali pH’da asit özelliği gösterir.) enzimlerin fosforillenmesinde görevlidir. ▶ Fenilalanin ve triptofan hidrofobik amino asitlerdir. Tyr OH grubu Phe’e göre, daha polar Trp İndol-N atomu  Aromatik Zincirli Amino Asitler ▶ Aromatik amino asitlerden (benzen halkasından dolayı) tirozinin, özellikle triptofanın R grupları maksimum 280nm dalga boyundaki ultraviyole ışığı absorbe eder. Bu amino asitler tarafından ışığın absorbsiyonu, absorbans spektrofotometri tekniği kullanılarak laboratuvarda proteinlerin belirlenmesi ve kantitatif ölçülmesinde kullanılır. Yan Zincirinde –OH Grubu Taşıyan Amino Asitler 10 Serin (SER) S 11 Treonin (THR) T Yan Zincirinde –SH Grubu Taşıyan Amino Asitler 12 Sistein (CYS) C 13 Metiyonin (MET) M Yan Zincirinde –OH Grubu Taşıyan Amino Asitler COO- COO- H3 N+ – C – H H3 N+ – C – H CH2 CH - OH OH CH3 TREONİN SERİN (Ser) S (Thr) T ( -Amino - hidroksi ( -Amino - hidroksi propiyonik asit) bütirik asit) Yan Zincirinde –SH Grubu Taşıyan Amino Asitler COO- COO- H3 N+ – C – H H3 N+ – C – H CH2 CH2 CH2 SH S -CH3 SİSTEİN (Cys) C ( - Amino -tiyo METİYONİN (Met) M ( - Amino - metiltiyo propiyonik asit) bütirik asit)  YAN ZİNCİRİNDE HİDROKSİL // TİYOL GRUBU TAŞIYAN AMİNO ASİTLER ▶ Serin amino asidinde, alanin’in beta karbonu hidroksillenmiş, treonin’de beta karbonuna hidroksil ve metil grubu eklenmiştir. Hidroksilli amino asitler enzimlere fosfat bağlandığı bölgelerdir. Böylelikle enzim aktivitesinin düzenlenmesinde görev alırlar. ▶ Alifatik analoglarına göre daha hidrofilik özelliktedirler. ▶ Hidrojen bağı yaparlar. ▶ Metiyonin’in –SH grubu metil grubuyla bloke olduğundan hidrofobiktir.  ▶ Alanin’in beta karbonuna bir –SH grubunun eklenmesiyle sistein oluşur. Bu grup fizyolojik pH’da yüksüzdür. ▶ Zayıf polar özellikten dolayı zayıf hidrofiliktir. ▶ Bazik ortamda H+ kaybeder ve –S- (tiyolat anyonu) haline geçer. ▶ Sisteinin önemli özelliği protein yapısındaki disülfit bağlarına katılmasıdır. Sistein yan zincirleri oksidoredüksiyon SİSTİN Sistein 2 açıdan farklıdır: ▶ 1- Yüksek pH’da iyonize olabilir. 2- İki sistein arasındaki oksidasyonreaksiyonu sonucunda yan zincirlerarasında disülfit bağı kurulur ve bir SİSTİN amino asidi oluşur: disülfid bağı Disülfit köprüleri proteinlerin Sistein Sistin yapısını stabilize eder.  Sistin, Disülfid (kovalent) bağı içerir. Dimerik bir amino asit’dir. Doğal 20 amino asit içinde değildir. Post-translasyonal modifikasyonla oluşur: MODİFİYE AMİNO ASİT olarak nitelendirilir. Protein zincirinde oluşan disülfid bağları, yapıyı stabilize eder. Protein yapılarının oluşmasında önemli rol oynar. Asidik (Negatif Yüklü) Yan Zincirli Amino Asitler ve Amidleri 14 Aspartik Asit (ASP) (D) 15 Asparajin(ASN) (N) 16 Glutamik Asit (GLU) (E) 17-Glutamin ( GLN) (Q) Asidik (Negatif Yüklü) Yan Zincirli Amino Asitler ve Amidleri COO- COO- H3 N+ – C – H3 N+ – C – H H CH2 CH2 COO- H2N – C =O ASPARTİK ASİT ASPARAJİN(Asn) (Asp) D ( - Amino süksinik asit) N Asidik (Negatif Yüklü) Yan Zincirli Amino Asitler ve Amidleri COO- H3N+ – COO- C –H H3 N+ – C – H CH2 CH2 CH2 COO- CH2 H2N – C=O GLUTAMİK ASİT (Glu) E ( - Amino glutarik asit) GLUTAMİN (Gln) Q Aspartat ve Glutamat ▶ Sahip oldukları 2.COOH grubu nedeniyle, ▶ pH 7.0’de net negatif yüke sahiptirler. ▶ Asidik amino asitler hidrofilik özelliktedir. ▶ Protein yapısındada negatif yüklü olarak bulunurlar. Asparajin ve Glutamin ▶ Yan zincirlerinde yük taşımazlar. Fakat amid grupları nedeniyle polar özellik gösterirler. ▶ Polar R grupları olan aminoasitler genellikle protein molekülünün dış yüzeyinde yer alırlar. Bazik (Pozitif Yüklü) Yan Zincirli Amino Asitler 18 Histidin (HİS) H 19 Arginin (ARG) R 20 Lizin (LYS) K  Bazik (Pozitif Yüklü) Yan Zincirli Amino Asitler COO- COO- + H3 N+ – C – H3N – C – H H CH2 + N CH2 H N CH2 H HİSTİDİN CH2 CH2 (His) H + ( -Amino -imidazol NH3 propiyonik asit) LİZİN (Lys)  Bazik (Pozitif Yüklü) Yan Zincirli Amino Asitler  Arjinin ve Lizin, Histidin’e göre, daha baziktir.  Histidin bazik karakteri en zayıf olan amino asittir. Yan zincirdeki imidazol halkası yaklaşık pH 6’da protonunu kaybeder.  Histidin proteinin yapısına girdiğinde pKa değeri 7’ye çıkar. Histidin proton alışverişini fizyolojik pH’da yapabildiğinden, proton transferi gerektiren enzimatik reaksiyonlarda önemli rol oynar. ▶ Arjinin ve Lizinsahip oldukları 2.amino grubu nedeniyle pH 7.0’de net pozitif (+) yüke sahiptirler. ▶ Bazik amino asitler de hidrofiliktirler. ▶ 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.  Polaritelerine Göre Amino Asitlerin Sınıflandırılması Polar A.A.’ler Polar Olmayan A.A’ler Yüksüz A.A’ler Yüklü A.A’ler Alanin Fenilalanin Glisin Aspartat Valin Triptofan Tirozin Glutamat İzolösin Metiyonin Serin Histidin Lösin Treonin Arjinin Prolin Sistein Lizin Asparajin Glutamin  Nonpolar R grubu: proteinin iç kısmında Yüklü/polar R grubu: proteinin dış yüzünde ▶ Yüklü ve polar gruplar + su ile hidrojen bağı yaparlar. + + + + + + ▶ Standart Amino Asitler ▶ Besin değerlerine göre 2 gruba ayrılırlar; ▶ Esansiyel Amino Asitler: ▶ Maksimum büyümeyi sağlamak için organizmada yeterli miktarda sentezlenmeyen ve diyetle organizmaya alınması gereken amino asitlerdir. ▶ Esansiyel olmayan amino asitler: ▶ Organizmada sentezlenen amino asitlerdir.  Esansiyel Amino Asitler *Yarı esansiyel (çocuklar için)  2-Standart Olmayan (Modifiye) Amino Asitler ▶ Translasyon sonrasında peptit zincirinde yer alan standart amino asitlerdeki yapısal değişiklik sonucu oluşurlar. Amino asitdeki bu kovalent değişiklik o proteine özel fonksiyon kazandırır. Başlıcaları, ▶ 4-Hidroksiprolin ▶ 5-Hidroksilizin ▶ 6-N-metillizin ▶ -karboksi glutamat ▶ Desmozin ▶ Selenosistein ▶ Bunlar için üçlü kod bulunmaz. Muhtemelen kodlanan a.a yerleştirildikten sonra protein enzimatik olarak modifiye edilir. ▶ 4-Hidroksiprolin: Prolin türevidir. Bitki hücre duvarı proteinlerinde ve bağ dokunun fibröz proteini olan kollajenin yapısında bulunur. ▶ Kollajenin stabilitesinde önemli rol oynar. OH grupları proteinin yapısının dayanıklı olmasında etkilidir. ▶ 5- Hidroksilizin: Lizin’in türevidir. Kollajenin yapısında bulunur. Ancak bu modifikasyona daha az rastlanır. ▶ Bu amino asit, polisakkaritler için tutunma yerleri sağlar. ▶ Kollajendeki prolin ve lizin kalıntıları C vitaminin koenzim olduğu bir reaksiyonla hidroksiprolin ve hidroksilizine dönüşür. ▶ 6-N-Metillizin: Lizin türevidir. Kasların kontraktil proteini olan miyozinde bulunur. ▶ N-Metilarginin: Nükleoprotein yapısında, ▶ 3-Metilhistidin: Bir çok enzim ve kas proteininde bulunur. ▶ -karboksi glutamat:Glutamat türevidir. Pıhtılaşma faktörü protein olan protrombinde (Faktör II) ve Ca2+ bağlayan diğer belli proteinlerde bulunur. ▶ -Karboksiglutamik asit, glutamatın K vitamini tarafından uyarılan bir reaksiyonla modifiye edilmesi sonucu oluşur. Bu modifikasyon proteinin kalsiyum bağlamasını sağlar. ▶ Desmozin:Dört lizin kalıntısı içerir. Fibröz protein olan elastinde bulunur. ▶ Elastinin su geçirmeyen özelliğinin sağlanmasında görevlidir. ▶ Selenosistein: 21. standart amino asit olarak adlandırılmıştır. ▶ Sistein amino asiti’nin selenyum içeren türevidir. ▶ Glutatyon peroksidaz, glisin redüktaz, thioredoksin redüktaz gibi bazı enzimlerde ve bazı hidrojenaz enzimler ile diğer birçok proteinde bulunur. ▶ Translasyon sırasında açığa çıkan bir amino asitdir. (modifiye a.a lerden farklı olarak) ▶ Kendisine özgü tRNA’sı yoktur. (standart a.a lerden farklı olarak) ▶ modifikasyonlarkalıcı değildir.Bu geri Bazı dönüşümlü modifikasyonlar enzim aktivitesinin düzenlenmesinde görülür. Örneğin; ▶ Serin, treonin ve tirozin amino asitlerinin hidroksil gruplarına protein kinazlarla fosfat bağlandığında, fosfoserin, fosfotreonin ve fosfotirozin oluşur. ▶ Fosforilasyon fosfoprotein fosfatazlarla ortadan kalkar (Kovalent modifikasyon). ▶ N-Asetillizin: Lizin’in asetinlenmiş türevidir. Özellikle histon proteinleri için oldukça önemlidir. ▶ Histon proteininde yer alan Lizin asetillenerek DNA’nın sarıldığı histon proteininden ayrılmasını sağlayarak gen regülasyonunda görev yapar. ▶ Ayrıca Tubulin proteininde (mikrotubullerin yapısına katılır) de N-Asetillizin bulunur.  B-Protein Yapısında Bulunmayan Amino Asitler ▶ Proteinlerin yapısında bulunmayan fakat hücrede çok değişik biyolojik fonksiyonlara sahip amino asitlerdir. ▶ Triiyodotironin (T3) ▶ Tetraiyodotironin (T4) ▶ Tiroit hormonları olarak bilinirler. Tiroglobulin yapısındabulunantirozinlerin bir seri reaksiyonu sonucu oluşurlar. İlk başta proteinin yapısında olmasına rağmen, tiroglobulin proteinin parçalanması sonucu serbest hale gelirler. Bu hormonlar hücre metabolizmasını düzenleyici rol oynarlar. ▶ -aminobutirik asit (GABA) ▶ Glutamin amino asidinin amino grubuna komşu olan karboksil grubunun dekarboksilasyonu ile inhibitör nöronlar için transmitter bir madde olan -aminobutirik asit (GABA) oluşur. ▶ GABA, önemli bir inhibitör nörotransmitterdir. Santral ve periferal sinirsel fonksiyonlarda düzenleyici rol oynar. ▶ 5-hidroksitriptofan ▶ Triptofan amino asidinden sentezlenir. ▶ Seretonin’in öncül maddesidir. ▶ Serotonin, monoamin bir transmitterdir. Merkezi sinir sistemindeki nöronlar ve gastrointestinal bölgedeki enterokromafin hücreleri tarafından sentezlenir. ▶ Ruh halinin, açlığın, vücut sıcaklığının, uykunun ve metabolizmanın düzenlenmesinde görevler yapar. TPH: Triptofan Hidroksilaz AAAD: Aromatik Amino Asit Dekarboksilaz ▶ 3-4-Dihidroksifenilalanin (DOPA), ▶ Tirozin aminoasidinden sentezlenir ve dopaminin öncülüdür. ▶ Dopa vücutta ve beyinde dopamine çevrilir. Dopamin, beyin sapının üst kısımlarında nörotransmitter olarak görev yapar. ▶ Dopaminden türeyen adrenalin (epinefrin), noradrenalin (norepinefrin) ve bunların sentezinde araürün olan dopamin, katekolaminler olarak bilinirler. ▶ Adrenalin ve noradrenalin,böbreküstübezinin medülla kısmının hormonlarıdır. ▶ S-adenozilmetionin (AdoMet), ▶ Metionin amino asidinden sentezlenir. ▶ Biyolojik sistemlerde metil vericisi olarak görev yapar. ▶ Noradrenalinden adrenalin, fosfatidil etanolaminden fosfatidil kolin oluşması gibi olaylarda gerekli olan metil grubu (-CH3), metioninin ATP ile aktifleştirilmiş şekli olan S-adenozilmetioninden (SAM) sağlanır. ▶ Homosistein, ▶ Homosistein sistein ve metioninin biyosentezinde ve metioninin yıkımında bir ara üründür. ▶ Son yıllarda yapılan çalışmalar dolaşım sistemi ile ilgili hastalıklarda homosistein düzeyinin düştüğünü ortaya koymaktadır.Beslenme katkısı olarak folik asit, kobalamin ve piridoksin alınması, kandaki homosistein düzeyinin düşmesine karşıkoruyucu etki ortaya koymaktadır.Ayrıca, S-adenozil metiyonin (SAM) üzerindeki metil grubunu diğer bileşiklere transfer ederken de homosistein oluşur. ▶ Ornitin, Sitrulin ve Arjinino süksinik asit, ▶ Ornitin, Sitrulin ve Arjinino süksinik asit üre döngüsünde ortaya çıkan ara metabolitlerdir. ▶ Ayrıca sitrulin L-arginin ve oksijenden, oldukça karmaşık bir tepkime sonucu önemli bir serbest radikal olan nitrik oksit (NO ) oluşurken de sentezlenmektedir. ▶ Ayrıca ornitin spermin ve spermidin (poliaminler) biyosentezin de kullanılır. ▶ 3-aminopropanoik asit (β-alanin), ▶ β-alanin’de NH3, β pozisyonundaki karbon atomuna bağlanmıştır. ▶ Dihidrourasil ve Karnosinin yıkımı sonucu ortaya çıkar. ▶ Karnosin, anserin ve pantotonik asidin (vitamin B5) yapısında bulunur. ▶ Sistein sülfünik asit, ▶ Sistein aminoasidinden oluşur. Sistein’den taurin oluşumunda ara metabolittir. ▶ Taurin beyin ve sinir sitemindeki kalsiyum ve potasyum dengesinin düzenlenmesine yardımcı rol oynamaktadır. ▶ Ayrıca taurin vücuttaki nörolojik fonksiyonları ve nörolojik iletişim mekanizmasını kuvvetlendirir ve düzenler. ▶ Beyin hasarından sonra vücutta taurin seviyeleri artırılır bunun nedeni nörolojik olarak koruyucu olması ve nörolojik canlandırıcı etkilere sahip olmasıdır. Safra asitleri ile konjugat oluşturur. ▶ Trimetilglisin (Betain), Betain’in memelilerde bilinen üç görevi vardır. ▶ 1-Renal medulla hücrelerinde ve bazı diğer dokularda ekstrasellüler hipertonik dengeyi sağlar. ▶ 2-Şaperon proteini gibi denaturasyon koşulları altında proteinlerin stabilitesini sağlar. ▶ 3-Biyolojik reaksiyonlar için metil vericisi olarak görev yapar. ▶ N-metilglisin (Sarkozin), ▶ Glisininmetil türevidir. Kas ve vücudun diğer dokularında bulunur. ▶ Sarkozin dehidrogenaz ile glisine dönüştürülebilir. ▶ Glisin N-metil transferaz ile de glisinden sarkozin oluşturulur. ▶ Glutatyon, kreatin, purinler ve serinin birincil metabolik kaynağıdır. ▶ N-formil metiyonin (fMet), ▶ Prokaryotik proteinlerinilk aminoasidi, formil metionin’dir (fMet). ▶ Metionin tRNA’ya bağlandıktan sonra NH2 grubu formillenerek fMet oluşur. ▶ Ayrıca mitokondri ve kloroplast’ın protein sentezinde de önemli bir rol oynamaktadır.  Modifiye Amino Asitler Standart AA Modifiye AA Bulunduğu protein Prolin 4-OH Prolin Kollajen (bağ doku proteini) Lizin 5-OH Lizin Kollajen (bağ doku proteini 4 lizin molekülü Desmozin Elastin (bağ doku proteini Lizin 6-N-metil lizin Miyozin (kas proteini) Lizin N-Asetillizin Histon ve tubulin proteinleri Histidin 3-metilhistidin Birçok enzim ve kas proteini  Modifiye Amino Asitler Standart AA Modifiye AA Bulunduğu protein Glutamat -karboksiglutamat Protrombin (koağülasyon) Arjinin N-metilarjinin Nükleoprotein Sistein Selenosistein Glutatyon peroksidaz enzimi Serin O-Fosfoserin Kazein, birçok enzim  Protein Yapısına Girmeyen Amino Asitler Amino Asit Biyolojik Fonksiyonu T3, T4 Tiroid hormonu GABA İnhibitör nörotransmitter 5-OH triptofan Serotoninin öncülü DOPA Dopaminin öncülü AdoMet Metil vericisi Homosistein AA metabolizmasında ara ürün Ornitin, sitrülin Üre döngüsü ara metaboliti -Alanin Pantotenik asidin bileşeni  Protein Yapısına Girmeyen Amino Asitler Amino Asit Biyolojik Fonksiyonu Sistein Süfünik Asit Sisteinden taurin oluşumunda ara metabolit Betain Metil vericisi, şaperon protein, hipertonik denge Sarkozin Glutatyon, kreatin, pürinler ve serin kaynağı fMet Prokaryotik proteinlerin ilk amino asidi  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ Karboksil grubu ▶ - Ester ve amid oluşumu ▶ - Dekarboksilasyon ▶ Amino Grubu ▶ - Teşhis(Edman ve Sanger reaksiyonları) ▶ - Miktar tayini (Ninhidrin, Şelat oluşumu) ▶ Fonksiyonel gruplar ▶ Karboksil ve Amino grubu* ▶ - Peptid bağı oluşumu ▶ PROTEİN  Amino Asitlerin Reaksiyonları 1) Alkollerle reaksiyonları: ▶ Amino asitlerinkarboksil grupları asit varlığında alkollerle ester oluşturabilirler. R-CH(NH2)-COOH + HCl R-CH(NH2)-COO-C2H5 + H2O C2amino H5OH asit etil alkol Ester ▶ Bu esterler uçucudurlar. ▶ Buözellikleriden faydalanılarak gaz kromatografide (GC) ayrıştırılabilirler.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 2) Peptid bağı oluştururlar  Amino asit’in -COOH grubu –NH2 grubuna sahip komşu bir –NH2 vericisi ile reaksiyona girerek amid bağı oluşturabilir.  Bazı aa’lerin amidleri (glutamin, asparajin, glisinamid, valinamid) çok önemlidir.  Glisinamid nükleik asitlerdeki purin bazların sentezinde bir ara maddedir. Glutamin, amonyağın kanda taşınma şeklidir.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 3) Nitröz asitle reaksiyonları (Van Slyke reaksiyonu) ▶ Amino asitler nitröz asitle reaksiyona girdiklerinde ortama serbest azot verilir. ▶ Bunlar kararlı olmayan diazo ürünleridir. Bu reaksiyondan faydalanarak -amino gruplarının tayini yapılabilmektedir. ▶ Prolin ve hidroksiprolin bu reaksiyonu vermez.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 4) 2,4-dinitroflorobenzen reaksiyonu (Sanger tepkimesi) ▶ Amino asitler’in amino grubu 2,4 dinitroflorobenzen ile reaksiyona girerek renkli 2,4- dinitrofenil türevini oluştururlar. ▶ Bu reaksiyon yardımıyla protein veya peptidlerin terminal amino asitlerin belirlenmesi gerçekleştirilebilir.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 5) Edman Reaksiyonu N-terminal aminoasit fenilizotiyosiyanat ile işleme sokulur ve aminoasidin feniltiyohidantoin türevi oluşur. Bu yöntemde N-terminal kalıntı ayrıldıktan sonra peptit zinciri sağlam kalır.İşlem devam ettirilerek amino asit dizisi ortaya konur.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 6) Ninhidrin reaksiyonu ▶ Amino asitler sarı renkli ninhidrin ile ısıtıldığında, amino asitlerden CO2 ayrılarak amin grubu ile ninhidrin arasında mavi-mor renkli bir kompleks oluşur. ▶ Ninhidrin reaksiyonu amino asit kromatoğrafisinde ve kantitatif ölçümlerde kullanılır. ▶ Amino Asit + 2 ninhidrin Aldehit + Mavi-Mor renkli bileşik + CO2 + 3H2O  Amino Asitlerin Reaksiyonları 7) Metilleşme reaksiyonları ▶ Amino asitlerin metilleşmesiyle oluşan türev maddeler biyolojik reaksiyonlarda metil verici kaynak olarak kullanılır.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 8) Dekarboksilasyon ▶ Amino asitlerden kuvvetli bazik ortamlarda bir mol CO2 açığa çıkar ve biyojen aminler oluşur. ▶ Örneğin Histidin dekarboksilasyonlaHistamin’e dönüşür. ▶ Histaminalerjik reaksiyonlardagörev yapmakla birlikte hayvanlarda mide salgısını artırıcı bir hormon olarak da iş görür. CO2 H2N–CH – R – CH2 – COOH NH2  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ Amino asitlerin karboksil grubundan karbondioksit çıkmasıyla oluşan başlıca biyojen aminler; ▶ Histidinden histamin, ▶ Lizinden kadaverin, ▶ Ornitinden putressin, ▶ Tirozinden tiramin, ▶ Triptofandan triptamin  Amino Asitlerin Reaksiyonları 9) CO2 ile reaksiyonları ▶ Bu reaksiyon sonucu karbamino grupları oluşur. Bu olay hemoglobindeki amino grupları ile CO2 arasında da oluşmakta ve CO2 in akciğerlere taşınmasında rol oynamaktadır.  Amino Asitlerin Reaksiyonları 10) Schiff bazı oluşturma ▶ Amino asitlerinaldehitlerle reaksiyonu sonuc Schiff bazı (−N=CH−) oluşur. Schif u f vardır. bazların antibakteriyel ve antifungal aktiviteleri  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ 10) Aromatik Asitlere Amino Asitlerin Bağlanması ▶ Glisin benzoik asit ile birleşerek hippürik asit oluşur. Karaciğer fonksiyon testi olarak kullanılır. ▶ Böylece zararlı maddelerin organizmadan atılması sağlanır. ▶ Hippurik asit, ot yiyen hayvanlarda üreden sonra idrarla atılan en önemli azotlu maddedir; ▶ Benzol türevleri organizmada benzoik asite dönüşebildiklerinden ve bitkiler benzol türevleri yönünden zengin olduklarından bitkisel besinlerle beslenmede, hippurik asit atılımı yüksek düzeyde olur.  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ 11) Amino asitler, nötral veya hafif alkalik çözeltilerde formaldehit ile reaksiyona girerek mono- veya dimetilol türevleri meydana getirirler. Bu tepkime Sörensen titrasyonu olarak bilinir.  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ Patolojide doku örneklerinin ve anatomi çalışmalarında kadavraların formaldehit ile sertleşmesinin nedeni bu reaksiyondur. ▶ Amino asit miktar tayininde de formaldehit reaksiyonından yararlanılır.  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ 12) Deaminasyon, Amino asitlerin deaminasyon ile -keto asitler oluşur. Amino asit metabolizmasında enerji üretimi bu reaksiyonla başlar.  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ 13) Transaminasyon, amino asitlerde amino grubu katalitik olarak bir alfa-keto asit üzerine transfer edilebilir ve böylece yeni bir amino asit oluşur:  Amino Asitlerin Reaksiyonları ▶ 14) Amino asitlerin amino grupları, karboksil grupları ve varsa −SH grupları, Cu2+ , Co2+ , Mn2+ , Fe2+ gibi birçok ağır metal iyonlarıyla kompleks kelatlar (şelatlar) oluştururlar:  Peptitler ve Peptit Bağları ▶ Amino asitler, bir amino asidin -karboksil grubu ile diğer bir amino asidin -amino grubu arasında kurulan bir amit bağı ile, birbirlerine kovalent olarak bağlanabilirler. Bu bağ çoğunlukla peptit bağı olak adlandırılır. ▶ Amino asit sayısınagöre, dipeptid, tripeptid, hekzapeptid, oligopeptid, polipeptid ifade edilir. şeklinde  Peptit Bağı Oluşumu AA1 AA2 Peptid ▶ Proteininyapısındayer alan herbir aminoaside amino asit kalıntısı aminoasit bakiyesi (“residue”) denir. CH3 O N C C H H ▶ Birkaç (10’a kadar) amino asit kalıntısından oluşan zincirlere OLİGOPEPTİTler denir. ▶ Zincir çok uzunsa POLİPEPTİT olarak adlandırılır. ▶ Oligopeptit ve polipeptitlerin büyük bir kısmında bir uçta reaksiyona girmemiş bir amino grubu (amino ucu, N-ucu), diğer uçta ise reaksiyona girmemiş bir karboksil ucu (karboksil ucu, C-ucu) bulunur.  PEPTİTLERİN KISA YAZILIŞI VE ADLANDIRILMASI ▶ Üç harfli kısaltma ile (Glu-Gly-Ala-Lys) ▶ Tek harfli kısaltma ile (EGAK) ▶ Peptid zincirlerinin aminoasit bileşenlerinin okunmasına amino ucundan başlanır ve her amino asitin sonuna il eki getirilir ve karboksil ucundaki aynen okunur. ▶ NH2- (Ala-Gly-Tyr-Leu)-COOH tetrapeptidini isimlendirirsek ▶ “Alanil- glisil-tirozil-lösin” ▶ Bir protein zinciri üzerinde amino asitler arasında peptid ve disülfit bağlarından başka kovalent bağlanma yoktur.  Peptit Bağının Özellikleri ▶ Protein polimerinin omurgasını oluşturan kovalent bir bağdır. ▶ Peptit bağı oluşumunda enerji harcanır. ▶ Peptit bağı kısmen çift bağ karekterindedir. Tek bağdan kısa, çift bağdan uzundur. ▶ Karbon-Azot arasındaki bu bağdan dönüş (rotasyon) olmaz. ▶ Peptit zincirinde belli, bir açıyla mümkün olan dönüşler C-C ve C-N bağlarından olur.  Peptit Bağının Özellikleri ▶ -C=O ve -N-H bağları hemen hemen paralel konumdadır ve C, O, N, ve H atomları genellikle eş düzlemlidir. Bu nedenle bu bağ, rezonans hibritleri nedeniyle çift bağ karakterindedir. Rezonans hibritleri  Peptit Bağının Özellikleri ▶ Çift bağların eksen etrafında dönmeleri sınırlı olduğundan, peptit bağı oluşumun katılan a atomları) bir grupların atomları (3C, O, N ve H düzlemde bulunurlar; peptit bağı, rijit ve düzlemseldir:  Peptit Bağının Özellikleri ▶ Eş düzlemli olmalarına rağmen, bağın çift bağ karakteri nedeniylebağlı grupların serbes rotasyon olasılığı düşüktür. Dolayısıyla, t bağındaki gruplar için iki farklı yerleşimpeptit söz konusudur: ▶ Cis şeklinde -C atomlarına bağlı R grupları yerleşimsel olarak üst üste gelip çakışacağından trans şekli genellikle tercih edilir. ▶ Sadece Prolin’in yaptığı peptit bağı hariç! Bu bağda cis formu da görülür. ▶ Trans:cis oranı 4:1’dir. ▶ Peptit bağlarının hidrolizi ekstrem koşullarda veya katalizör varlığında gerçekleşir. ▶ Genel olarak 6M HCl ile kaynatma! Tüm peptit bağları parçalanır! ▶ Daha özgül bir kataliz: PROTEOLİTİK ENZİMLER (PROTEAZLAR) ile parçalama! ▶ Belli bağları kesen pek çok proteaz vardır.  Fizyolojik Etkiye Sahip Peptitler ▶ Dipeptitler: ▶ Karnozin (alanil histidin), beyin ve kas dokusunda nörotransmitter. ▶ Anserin (metil karnozin), beyin ve kas dokusunda nörotransmitter. ▶ Aspartam (N-(L-α-Aspartil)-L-fenilalaninmetil ester, tatlandırıcı) ▶ Tripeptitler: ▶ Glutatyon (GSH; GSSG, -glutamil sisteinil glisin)  Fizyolojik Etkiye Sahip Peptitler ▶ Glutatyon, bütün canlı hücrelerin temel bileşiklerinden biridir. Glutatyonun en önemli özelliği, indirgeyici özelliğidir; bu özellik, yapısındaki sistein tarafından sağlanan sülfhidril (tiyol) grubu vasıtasıyla gösterilir. Glutatyon, bir bileşiği indirgediğinde kendisi oksitlenir. ▶ Redükte (indirgenmiş) glutatyon, GSH şeklinde gösterilir; okside (yükseltgenmiş)glutatyon, GSSG şeklinde gösterilir.  Fizyolojik Etkiye Sahip Peptitler ▶ Önemli bir indirgeyici ajan ve antioksidan olan glutatyon, hücrenin oksidoredüksiyon dengesini sürdürüp hücreleri endojen ve eksojen kaynaklı oksidanların zararlı etkilerinden korumaktadır. Glutatyon, proteinlerdeki sülhfidril (tiyol, −SH) gruplarının korunması ve amino asitlerin hücre içine taşınmasında rol oynar.  Fizyolojik Etkiye Sahip Peptitler ▶ Pentapeptitler: Metiyonin enkefalin, (Tyr-Gly-Gly-Phe- Met) , Lösin enkefalin, (Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu) ▶ Nonapeptitler: Oksitosin ve vazopressin (antidiüretik hormon, ADH) ▶ Oksitosin ve vazopressin (antidiüretik hormon, ADH), hipotalamusta sentezlenirler, aksonlar boyunca hipofizin arka lobuna taşınır ve burada depolanırlar. Her ikisi de düz kasların kasılmasını uyarır; oksitosinin etkisi uterusta daha belirgindir ve doğumun başlatılması için kullanılabilir. Vazopressinin ayrıca böbreklerde suyun geri emilmesini artırıcı rolü vardır.  Proteinler ▶ Proteinler, amino asitlerin belirli türde, belirli sayıda vebelirli diziliş sırasında karakteristik düz zincird birbirlerine kovalent bağlanmasıyla e polipeptitlerdir. Amino asitlerin oluşmu polimerleridirler. ş  Proteinler ▶ Protein zinciri aminoasitlerin birleşmesiyle meydana gelir. Ancak yalnızca aminoasitlerden meydana gelen bir protein molekülü her zaman biyolojik aktivite göstermeyebilir. ▶ Biyolojik fonksiyonunu yerine getirebilmek için bazen amino asit yapısında olmayan metal iyonları, karbonhidratlar, lipidler, koenzimler, porfirin halkaları, gibi kimyasal birimlerle birleşir, bazende birden fazla polipeptid zinciri biraraya gelerek belirli bir biyolojik görevi üstlenirler.  Proteinlerin Yapılarındaki Bağlar ▶ Kovalent bağlar Peptit bağları Disülfit bağları ▶ Kovalent olmayan bağlar Hidrojen bağları İyon bağları Hidrofob bağlar (apolar bağlar)  Proteinlerin Yapılarındaki Bağlar ▶ Disülfit Bağları: İki sistein kalıntısı arasında, sülfhidril (tiyol, -SH) gruplarının H kaybetmeleri sonucu oluşan S-S bağlarıdır. Bir proteindeki alt birimler genellikle disülfit bağıyla bir arada tutulur. Disülfit bağı alt birim içinde de olabilir. ▶ Saçtaki proteinler disülfit bağı içerir. Bağı kopar, şekil ver ve bağı tekrar oluştur. Saçınıza perma yaptırdığınızda sırasıyla bu işlemler yapılır. Bir molekül H aldıkça indirgenir; oksijen aldıkça yükseltgenir. ▶ Disülfid bağlarının bir protein molekülününşeklinin oluşmasında ve korunmasında önemli etkisi vardır. ▶ Disülfid bağları, bir polipeptitzinciri içerisinde kurulabilir veya çeşitli polipeptit zincirlerinin birbirine bağlanmasını sağlayabilir. ▶ Disülfid bağları, ▶ ribonükleaz, oksitosin ve vazopressindeaynı polipeptit zincirinde bulunur; ▶ insülindeise iki ayrı polipeptitzincirini birbirine bağlar.  Proteinlerin Yapılarındaki Bağlar ▶ Hidrojen bağları:Polipeptit zinciri oluşturan peptit bağlarındaki rezonans durumundan dolayı, oksijenlerin keto gruplarından daha negatif, azotların ise pozitif özellik taşımasının sonucu olarak, bir polipeptit zincirdeki peptit düzleminde bulunan oksijen atomu ile bir başka peptit düzlemindeki azot H’ini arasında, hidrojen köprüsü şeklinde (C=O⋅⋅⋅H⋅⋅⋅N) oluşan bağlardır.  Proteinlerin Yapılarındaki Bağlar ▶ İyon bağları: Polipeptit zincirlerindeki asidik ve bazik amino asit kalıntılarının fonksiyonel gruplarının fizyolojik pH’da tamamen veya kısmen iyonlaşmış halde bulunmalarının sonucu olarak, elektrostatik çekim kuvveti ile (COO−⋅⋅⋅⋅⋅⋅H3N+) oluşan bağlardır.  Proteinlerin Yapılarındaki Bağlar ▶ Apolar bağlar (hidrofob bağlar): Polipeptit zincirindeki amino asit kalıntılarının metil grubu, alifatik grup, siklik grup gibi apolar kısımlarının birbirlerine yeter derecede yakın olmaları halinde geçici bir polarite göstermelerinin sonucu ortaya çıkan ve Van der Waals-London çekme kuvveti diye bilinen zayıf çekme kuvveti ile (CH3⋅⋅⋅⋅⋅CH3) oluşan bağlardır.  Proteinlerin Yapılarındaki Bağlar ▶ Hidrofobik etkileşimler gerçek bağ değildirler; elektron paylaşımı yoktur. Hidrofobik etkileşimler, proteinlerin iç kısımlarının kararlı olarak devamlılığının sağlanmasında rol oynar. ▶ Proteinlerin yapısında itici güçler de bulunmaktadır: 1) Aynı yükü taşıyan gruplar arasında, iyonik güçlerin tersi olan,elektrostatik itme olur. ▶ 2) Çok yakın duran atomlar arasında Van der Waals itici güçleri vardır.  Protein moleküllerinin yapısı ve konformasyonu ▶ Proteinlerde, ▶ birinci (primer), ▶ ikinci (sekonder), ▶ üçüncü (tersiyer) ve ▶ dördüncü (kuaterner) yapı diye dört yapı tanımlanır.  Bir Proteinin Primer (Birinci) Yapısı ▶ Bir protein için karakteristik ve genetik olarak tespit edilmiş olan amino asit dizilişidir; belirli türde, belirli sayıda, belirli diziliş sırasında amino asitlerin birbirlerine peptit bağlarıyla bağlanarak oluşturdukları bir polipeptit zinciri biçimindeki yapısıdır. ▶ Kısacası; Proteinlerin primer yapısı bir BİLGİ DİZİSİDİR! Bu bilgi, proteinin üç boyutlu yapısını, işlevini ve diğer moleküllerle etkileşimini de belirler.  Bir Proteinin Sekunder (İkinci) Yapısı ▶ Bir proteinin sekonder (ikinci) yapısı, yarı sertleşmiş polipeptit zincirlerinin bükülmeler ve katlanmalarla oluşturdukları özgün bir yapıdır. ▶ Düz polipeptit zincirinin kendi ekseni üzerinde kıvrılarak veya tabaka oluşturarak boyunu kısaltması, bu pozisyonun kovalent olmayan bağlarla sabitleştirilmesi sekunder yapıyı oluşturur. ▶ Sekunder yapı, ▶ Gelişigüzel kıvrılma (Sarmal) ▶ -heliks, ▶ -konformasyonu veya kırmalı tabaka ▶ şeklinde 3 değişik yapıda tanımlanır.  Bir Proteinin Sekunder (İkinci) Yapısı ▶ Gelişigüzel kıvrılma (sarmal) modelinde, polipeptit zincirin R- kalıntıları, α-karbonlar etrafında dönüşler yaparlar; fakat polipeptit zinciri boyunca tekrarlanmış bir örneğine rastlanmayacak biçimde davranışlar olur. ▶ Gelişigüzel kıvrılmada, hidrojen bağları ve diğer yan bağlar rol almaz; peptit bağları düzlemleri arasında kurucu bir ilişki yoktur.  Bir Proteinin Sekunder (İkinci) Yapısı ▶ α-heliks yapısında, polipeptit omurgası, oluşması mümkün olan bütün hidrojen bağlarının oluşması için, kıvrımları sağa dönen bir heliks biçiminde bükülmüştür. ▶ ve aminoasitlerin hepsi L-konfigürasyonunda olduğundan oluşan spiraller hep saat-ibresi yönündedir (sağ el modeli) ▶ Proteinlerin α-heliks tipi sekonder yapısında, polipeptit zincirdeki amino asit kalıntılarının R- grupları, heliks yüzeyinden dışarı sarkmışlardır. Proteinlerin -Heliks yapısı Üstten görünüş ▶ Polipeptit omurgasında yer alan bir amino asidin CO (H alıcısı) grubu, kendisinden sonra gelen 4. amino asidin NH (H vericisi) grubuna hidrojen bağı ile bağlanır. ▶ Zincirdeki herpeptit bağı hidrojenbağlarına katılır. ▶ Böylece maksimum stabilitesağlanır. Heliks polipeptitzincirin en düşük enerji konumu ve en sabit konformasyonudur. ▶ Heliksin kendi ekseni etrafında dönüş yönüne göre sağ el ve sol el heliksi olarak tanımlanır. ▶ Proteinlerin çoğunda sağ el heliks yapı oluşur. ▶ Aynı yük taşıyan iyonize amino asitler yakın olduklarında birbirlerini iteceğinden heliks oluşumu engellenir. ▶ Helikste eksi ve artı yükler taşıyan iki amino asit arasında en az 3 amino asit bulunur. Böylece iyonik çekim önlenmiş olur. ▶ Halkalı yapıdaki prolin amino asidi heliksin başında ve kırmalı tabakanın sonunda yer alır. ▶ Bir dizide çok sayıda prolin veya hidroksiprolin varsa prolin heliksi denilen özel bir heliks oluşur. Bunun örneği, kollajen de görülür. ▶ Glisin ise genellikle rastgele sarmal oluşturma eğilimine sahip olduğundan sıklıkla α-heliks yapısına katılmaz. ▶ Genel olarak bir alfa heliksin kararlılığını etkileyen faktörleri şu şekilde verebiliriz: ▶ Yüklü R gruplarına sahip amino asit kalıntıları arasındaki elektrostatik itme (veya çekme); ▶ Birbirine yakın R gruplarının boyutu; 3 veya 4 amino asit uzaklıktaki, ▶ R gruplarının etkileşimi; ▶ Pro veya Gly amino asitlerinin varlığı; ▶ Alfa heliks üzerinde oluşan elektrik dipollerin dağılımı  Bir Proteinin Sekunder (İkinci) Yapısı ▶ Proteinlerin β-konformasyonu veya kırmalı tabaka yapısında; molekülün şekli, kırmalı tabakalı görünümdedir: ▶ Proteinlerin kırmalı tabaka yapısı tipi sekonder yapısında, hidrojen bağları önemli rol almıştır. ▶ α-Yapısına göre daha gevşek bir yapıdır. ▶ Ana zincirdeki CO grupları ile NH grupları arasında meydana gelen H bağları, molekülün akordeona benzer şekilde kıvrılmasına yol açar. ▶ Buyapı aynı peptidin farklı bölgelerini biraraya getirir. ▶ Proteinlerin kırmalı tabaka yapısında, polipeptit zincirdeki amino asit ünitelerinin R- grupları, ya aynı yönde birbirlerine yaklaşabiliyorsa paralel dizilme gösterirler, ya da zıt yönlerde sıralanma ile antiparalel dizilme gösterirler. Yaklaşan R guplarının küçük olması gerekir. ▶ ▶ Bir proteinde hem α- hem de β- yapı segmentleri bulunabilir. ▶ Örnek: kollajen ▶ Kollajen hareket sisteminin yapı taşlarını, özellikle kemik, kıkırdak, lif ve eklemleri oluşturan bir proteindir. ▶ Bu protein birbiri üzerine sarılmış üç alfa zincirinden meydana gelir. Bu üç segment birbirine β- bağlantılarıyla bağlanmıştır. ▶ Zincirler arasıbağlantılar H-köprüleri yerine S-S disülfid köprüleri ile de bağlanabilir. ▶ Buna en güzel örnek kıvırcık ve düz saçlardır: Saçın yapısı ağırlıklı keratin den oluşur. ▶ Keratin içindeki ağırlıklı aminoasit de sisteindir ve bunlar disülfid köprüleri ile sistini oluştururlar. ▶ Kıvırcık saçta köprüler zincir içerisinde, düz saçlarda zincirler arasındadır. S S S S kıvırcık düz saç saç  Bir Proteinin Tersiyer (Üçüncü) Yapısı ▶ Bir proteinin tersiyer (üçüncü) yapısı, polipeptit zincirinin, sekonder yapı oluşumundan sonra, daha önce açıklanan bağlayıcı güçler ile uzayda daha ileri katlanmalar, kıvrılmalar yapması sonucu oluşan globüler veya fibriler yapısıdır. Proteinin tersiyer yapısı ▶ Bir proteinin tersiyer yapısının oluşmasına ve bu yapının sürdürülmesine, primer ve sekonder yapının oluşmasına katılan bağlardan başka Van der Waals çekimleri ve iyon bağları da katılır. ▶ Böylece, üç boyutlu, tam konformasyonlu ve yoğunlaşmış protein molekülü meydana gelir. ▶ Bir proteinin üç boyutlu yapı şekli, sulu çözeltide çeşitlilik gösterir. Globüler proteinlerde eksenleri arasındaki oran 2:1’e varan rotasyon elipsoid şekil karakteristiktir. ▶ Fibriler proteinlerde eksenleri arasındaki oran 30:1’e varan çok gerilmiş elipsoid şekil karakteristiktir. ▶ Kan serumundaki lipoproteinlerde küre şeklinde yapı gözlenir. Bir Proteinin Kuaterner (Dördüncü) Yapısı ▶ Bir proteinin kuarterner (dördüncü) yapısı, primer, sekonder ve tersiyer yapıya sahip polipeptit zincirlerinin biraraya gelmesiyle oluşan yapıdır:  Bir Proteinin Kuaterner (Dördüncü) Yapısı ▶ Her proteinin kuarterner yapısı olmayabilir, fakat molekül ağırlığı 100.000’nin üzerinde olan bir protein genellikle kuarterner yapıya sahiptir. ▶ Bir proteinin kuarterner yapısını oluşturan polipeptit zincirlerinin her birine alt birim veya monomer denir; bu monomerler, hidrojen bağları, Van der Waals çekmeleri ve iyon bağları etkisiyle polimerize olmuşlardır. ▶ Bir proteinin kuarterner yapısını oluşturan monomerlerin reverzibl ayrılmaları, konformasyon değişikliğine yol açar. ▶ Proteinlerin spesifik biyolojik fonksiyonları bunların konformasyonlarına bağlı olduğundan, konformasyonda meydana gelen değişiklik, proteinin biyolojik aktivitesinin kaybolmasına neden olabilir. Bir Proteinin Kuaterner (Dördüncü) Yapısı  Bir Proteinin Kuaterner (Dördüncü) Yapısı ▶ Hemoglobin gibi bazı proteinlerde monomerler arasındaki etkileşim işleyiş sırasında değişir, yani kuaterner yapıyı oluşturan bağlar sabit değildir. ▶ Örneğin, hemoğlobinin oksijeni bağlamış hali ile oksijensiz hali iki farklı yapıya sahiptir. ▶ Bu özelliğe sahip proteinlere allosterik (allo: başka, ster: yer) proteinler denir. ▶ Allosterik protein, fonksiyonu sırasında monomerlerinin konumu değişen proteindir. ▶ Bu değişikliği yapan proteine bağlanan düzenleyici (modülatör) moleküllerdir. ▶ Her allosterik proteinde mutlaka kuaterner yapı vardır, ancak kuaterner yapısı olan her protein allosterik değildir.  Proteinlerin Özellikleri ▶ Proteinler, çeşitli etkilerle denatüre olurlar. Bir proteinin denatürasyonu, molekülündeki yan bağların yıkılması ile polipeptit zincirin katlarının açılması, gelişigüzel sarmal yapısına dönüşmesi, sonra yeni bir biçimde yeniden katlanması olayıdır. ▶ Bir proteinin denatürasyonu, proteinin tersiyer yapısının bozulması, sekonder ve primer yapısının korunması biçiminde olursa reversibl (geri dönüşümlü)’dür. ▶ Denatüre olmuş bir proteinin tekrar eski haline dönmesine renatürasyon denir: ▶ Bir proteinin denatürasyonu, proteinin tersiyer ve sekonder yapısının bozulması, yalnızca primer yapısının korunması biçiminde olursa irreversibl (geri dönüşümsüz)’dir. ▶ Bir proteinin denatüre olmasıyla fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişmeler görülür. ▶ Proteinin çözünürlüğü çok azalır, biyolojik aktivitesi kaybolur. ▶ Bir proteinin denatürasyonu, çoğ kez u bağlarını yıkan etkilerleolur. hidrojen Bir proteinin denatürasyonuna neden olan etkiler şunlardır: ▶ Isı, ▶ X-ışını ve UV ışınlar, ▶ ultrason, ▶ uzun süreli çalkalamalar, ▶ tekrar tekrar dondurup eritmeler, ▶ asit etkisi, alkali etkisi, ▶ organik çözücülerin etkisi, ▶ derişik üre ve guanidin-HCl etkisi, ▶ salisilik asit gibi aromatik asitlerin etkisi, ▶ dodesil sülfat gibi deterjanların etkisidir.  Proteinlerin Özellikleri ▶ Proteinler, amfoter maddeler yani amfoter elektrolit veya amfolittirler; hem asit hem baz gibi davranma özellikleri vardır. ▶ Bir protein molekülü, her protein için farklı ve karakteristik olan, proteindeki elektriksel yüke sahip R- gruplarının sayıları ve elektriksel yüklerinin çeşidi tarafından belirlenen ve izoelektrik nokta diye tanımlanan bir pH değerinde iyonlaşmış fakat dış ortama karşı elektriksel yönden nötral bir yapıdadır. ▶ Bir protein molekülü, izoelektrik noktasından düşük pH ortamında pozitif yüklü katyon (H3N+-⋅⋅⋅⋅-COOH) şeklinde bulunur; izoelektrik noktasından yüksek pH ortamında ise negatif yüklü anyon (H2N-⋅⋅⋅⋅-COO−) şeklinde bulunur.  Proteinlerin Özellikleri ▶ Proteinler, amfolit olma özellikleriyle ilgili olarak çeşitli özelliklere sahiptir: ▶ Proteinlerin hem baz hem asit bağlama özellikleri vardır. ▶ Proteinlerin hem negatif iyon hem pozitif iyon bağlama özellikleri vardır. Proteinlere bağlanan birçok iyon suda çözünmez tuz oluşturur ve protein çöktürücü olarak etkilidirler. ▶ Triklor asetik asit, pikrik asit, tungstik asit gibi çok kullanılan protein çöktürücülerinde asitlerin anyonu, katyonlaşmış proteinlerle birleşir. ▶ Hg2+, Fe3+, gibi Zn ağır metal katyonları anyonlaşmış 2+ proteinlerle birleşir ve protein çöktürücü olarak etki ederler. ▶ Cu2+, Ni2+ gibi bazı ağır metal katyonları, geleneksel tuz oluşumuyerine proteinle koordinasyon kompleksleri oluştururlar.  Proteinlerin Özellikleri ▶ Proteinlerin su bağlama ve bağlı suyu verme yetenekleri vardır. 1g protein, yaklaşık 0,3-0,5 g su bağlar. ▶ Etanol, aseton, nötral tuzlar gibi çok hidrofil maddeler, bir proteinin bağladığı suyu çekerek protein çöktürücü olarak etki ederler. ▶ Proteinler, elektriksel alanda farklı hızlarda göç ederler. Bu göç, izoelektrik noktalarından düşük pH’larda katoda; izoelektrik noktalarından yüksek pH’larda anodadır. Proteinlerin elektriksel alanda göçme hızı, net elektrik yüklerine ve ortamın pH değerine bağlıdır. Bir protein, elektriksel alanda, izoelektrik noktasına eşit pH ortamında her iki kutup tarafından eşit kuvvetlerle çekilir; hiç bir kutba göç etmez; hareketsiz kalır.  Proteinlerin Özellikleri ▶ Proteinler, polipeptit zincirindeki peptit bağlarının su girişi ile yıkılması sonucu hidroliz olurlar. ▶ Proteinlerin kısmi hidrolizi ile proteozlar, peptonlar ve peptitler oluşur; tam hidrolizi ile amino asitler oluşur. ▶ Proteinlerin hidrolizi, kaynatma, asit etkisi ve enzim etkisiyle olabilir. Proteinlerin yapılarına göre sınıflandırılmaları ▶ Basit proteinler ▶ Bileşik proteinler (Konjuge proteinler) ▶ Türev proteinler  Basit Proteinler ▶ Basit proteinler, yalnızca amino asitlerden oluşmuş; hidroliz olduklarında sadece amino asitleri veren, polipeptit zincirleri yapısındaki proteinlerdir. Basit proteinler, değişik niteliklerine göre alt gruplara ayrılarak incelenirler: ▶ Globüler (Küresel) Proteinler: Molekülünün üç boyutlu şekli rotasyon elipsoid biçiminde olan proteinlerdir. Globüler proteinler de ▶ Albüminler, globülinler, globinler, glutelinler, prolaminler, protaminler, histonlar gibi alt gruplara ayrılırlar.  Fibriler (İpliksi) Proteinler ▶ Molekülünün üç boyutlu şekli çok gerilmiş elipsoid biçiminde olan proteinlerdir. ▶ Skleroproteinler (Albüminoidler): Boynuz, kıl, yün, saç ve tırnaklarda bulunan keratin, ▶ Bağ doku, kemik, kıkırdak ve tendonlarda bulunan, organizma proteinlerinin yarısından çoğunu oluşturan kollajen; ▶ Ligament ve diğer destek dokularda bulunan elastin; ipek fibroini, önemli skleroproteinlerdir. ▶ Fibrinojen ▶ Miyozin  Bileşik Proteinler (Konjuge Proteinler) ▶ Bazı proteinler iki yada daha fazla alt üniteye – protein kökenli olmayan “prostetik gruplar”a bağlıdırlar. Prostetik gruplar içeren bu tür proteinlere KONJUGE PROTEİNLER adı verilir. ▶ Apoprotein: prostetik grupsuz protein ▶ Holoprotein: Prostetik grupla birlikte tam bir protein (konjuge protein) ▶ Glikoproteinler Metalloproteinler ▶ Proteoglikanlar Kromoproteinler ▶ Lipoproteinler ▶ Fosfoproteinler ▶ Nükleoproteinler  Türev Proteinler ▶ Türev proteinler, ilk iki protein grubunda yer alan proteinlerin belirli etkilerle değişmeleri sonucu oluşan proteinlerdir; ▶ Primer türev proteinler: Peptit bağlarına dokunmadan, asit, baz ve ısı gibi etkilerle protein moleküllerinin değişmesi sonucu oluşmuş türev proteinlerdir; denatüre tip proteinler olarak da adlandırılırlar. ▶ Sekonder türev proteinler: Peptit bağlarını kısmen yıkan asit veya enzimlerin etkisiyle oluşan türev proteinlerdir. Peptit bağlarının bu şekilde parçalanmasıyla protein molekülleri, git gide daha küçük parçalara bölünürler. Böyle bir parçalanmada büyük parçalara proteoz (albüminoz) denir; küçük parçalara pepton denir; daha küçük zincirler de polipeptitler ve peptitlerdir.  Proteinlerin biyolojik rollerine göre veya fonksiyonel olarak sınıflandırılmaları ▶ Katalitik proteinler: Amilaz, pepsin, lipaz ▶ Taşıyıcı proteinler (transport proteinleri): Serum albümin, hemoglobin, lipoproteinler, transferrin ▶ Besleyici ve depo proteinler: Ovalbümin, kazein ferritin ▶ Kontraktil proteinler: Miyozin, aktin ▶ Yapısal proteinler: Kollajen, elastin ▶ Savunma (defans) proteinleri: İmmünoglobülinler,kan pıhtılaşma proteinleri ▶ Düzenleyici proteinler: İnsülin, büyüme hormonu ▶ Diğer proteinler: Fonksiyonları henüz daha fazla bilinmeyen ve kolayca sınıflandırılmayan çok sayıda protein  FİBRİLER İPLİKSİ (FİBRÖZ) PROTEİNLER ▶ Fibriler bir protein görevi gereği düşük çözünürlük göstermeli, ısıya dayanıklı olmalı ve mekanik güce sahip olmalıdır. ▶ Bu proteinlerde uzunluğun çapa oranı çok yüksektir. Primer yapısını tamamlamış birden Fazla polipeptit zinciri halat gibi Birleşerek dayanıklı suda çözünmeyen fibirler proteinleri oluştururlar. Bu grupta keratin, kollajen ve elastin proteinlerini sayabiliriz.  Keratinler ▶ İnsanda saç, tırnak, deri ▶ Hayvanda boynuz, yün, kabuk gibi yapıların proteinidir. ▶ Saç, tırnak, deri ve yünün proteini -heliks yapısı gösteren -keratindir. ▶ Sağ el heliks yapısındadır. ▶ Primer yapısındaglisin, prolin, sistein ve lizin amino asitleri çoğunluktadır. ▶ -keratinler, daha çok -tabakalı yapı gösterir. ▶ Kuş ve sürüngenlerin tüy ve kabuklarında bulunur.  -Keratin’in Yapısı Saçtaki -keratinin yapısı  -Keratin’in Yapısı ▶ Butip sağlam bir yapı bazı dokularda disülfit çapraz bağlarıyla daha da dayanıklı hale gelir. ▶ Tırnaktaki -keratin saçtaki -keratinegöre çok daha fazla sayıda bu tip çapraz bağ içerir. ▶ Saçın yapısında sistein oranı %14 dolayındadır. ▶ Kovalent disülfit bağları molekülü çözünmez yapar. ▶ Sisteinin oranı arttıkça keratinin sertliği artar. ▶ Boynuz, tırnak ve kabukta sistein oranı artar. ▶ Saç keratininde sıcağın etkisiyle hidrojen bağları açılır, fakat bir müddet sonra yeniden oluşur (saç fönü, perma)  Fibroin ▶ İpek böceği kozasında ve örümcek ağında bulunan proteindir. Çok sayıda antiparalel -tabaka içerir. ▶ Üç boyutlu yapısındasadece alanin ve glisin kalıntıları görülmektedir.  Fibroin ▶ Örümcek ağında, yumurtasının etrafında ve avını sararken çelikten daha güçlü, çok esnek bir materyal kullanılır. ▶ Bu kompleks materyal fibroinden zengin kristal yapılar ve kauçuk benzeri esnek yapılar içerir. ▶ Fibroin valin ve tirozin gibi -tabakaya ▶ uymayacak amino asitler de içerir. ▶ Bu amino asitler nedeniyle de -tabakaları arasında yer yer tıkız bir şekilde katlanmış bölgeler yer alır. Böyle bir yapı fibroine oldukça esnek bir yapı kazandırır.  Kollajen ▶ İnsan da dahil omurgalıların büyük bir kısmında bağ dokusunun en bol bulunan başlıca lifsel proteinidir. Bazı hayvanlarda total protein kitlesinin ~1/3’ini oluşturur. ▶ Kemiklerde minerallerin üzerinde çöktüğü matriks materyalini oluşturur. ▶ Tendonların, kıkırdağın ana bileşenidir. ▶ Derinin ve gözün korneasının önemli bir elemanıdır. ▶ Kısacası, pek çok hayvanın bütünlüğünden bu molekül sorumludur, diyebiliriz. ▶ Vücuttaki kollajenin %90’ı tip I kollajendir. Bulunduğu dokuya göre kollajen lif, fibril veya ağ oluşturabilir.  Kollajenin Yapısı ▶ Temel yapısal birim, her biri ~ 1000 ▶ amino asit kalıntısı uzunluğundaki ▶ üç polipeptit zincirininin ▶ birbirine sarılmasıyla oluşan ▶ üçlü sarmal yapıdaki ▶ TROPOKOLLAJEN molekülüdür. ▶ Tropokollajendeki her bir zincir ▶ sola dönümlü olup, her bir dönümde ▶ yaklaşık 3.3 amino asit yer alır. Kollajenin Yapısı  Terminoloji ▶ Fibril: Küçük ip, iplikçik, lifçik. ▶ Fibriler: Fibrillerden oluşan. ▶ Fiber: İplik, lif ▶ Fibröz (fibrous): Liflerden oluşmuş (şey). ▶ Fibrozis (fibrosis):Onarım amacıyla ya da patolojik olarak oluşan bağ dokusu, fibroz. ▶ Kollajen moleküllerinin ikinci çarpıcı özelliği, amino asit dizisinin tekrarlayan tripeptit olmasıdır. Bu tekrarlayan tripeptit, ▶ (Glisin X Prolin) veya ▶ (Glisin X Hidroksiprolin) ▶ şeklinde gösterilebilir ki burada X, ▶ herhangi bir amino asit olabilir. ▶ Kollajenin yapısındaki amino asitlerin ▶ yaklaşık %35’i glisin, %21’i prolin ve ▶ hidroksiprolin, %11’i alanindir. ▶ Kollajen, triptofan içermez. ▶ Prolin kalıntılarının sıradışı bir şekilde hidroksile olmasının avantajı: ▶ Üçlü sarmalı oluşturan ana bağ tipi omurgadaki amit protonları ile karbonil oksijenleri arasındaki H bağlarıdır. ▶ Ancak hidroksiprolindeki OH grupları ek bağların kurulmasına katkıda bulunarak bu yapıyı daha da sağlamlaştırır. ▶ Kollajendeki lizin kalıntılarının hidroksile olmasının avantajı: ▶ Lizindeki OH gruplarının polisakkaritlerin tutunma noktalarını oluşturmasıdır. ▶ Kollajen, soğuk suda çözünmez, sıcak suda ve sulu asit ve alkalilerle kaynatmakla jelatin oluşturur. ▶ Jelatin de suda kolaylıkla çözünerek kolloidal jel çözeltileri oluşturur. ▶ Kollajen, bulunduğu dokulara dayanıklılık verir, doku şeklini korur ve dokuya gerilme direnci sağlar. ▶ Kollajen, kanın pıhtılaşmasında etkilidir; kan pıhtısı ile etkileşerek yara deliğini kapatır, kan pıhtısı zamanla büzüldüğü halde kollajen lifleri ağı zedelenme yeri üzerinde yeni bir hücre tabakası gelişinceye kadar yarayı örter.  Kollajenin Sentezi Kollajen sentezi hücrede başlar ve ekstrasellüler matrikste devam eder. Sentez sırası şöyledir: 1 Ribozomlarda 1464 amino asit uzunluğundaki 3 polipeptit zincirin sentezi 2 Prolil hidroksilaz ve lizil hidroksilaz ile hidroksilasyon: hidroksiprolin ve hidroksi lizin oluşumu (preprokollajen) 3 Ribozomdan salınım 4 ER’da hidroksilizin kalıntılarının –OH grubuna UDP- galaktozil ve UDP-glikozil transferaz enzimleriyle disakkaritlerin bağlanması (O-glikozit bağı): Glikozilasyon  Kollajenin Sentezi 5 Sol el heliks şeklinde kıvrılmış 3 zincirin süperheliks (sağ el heliksi) oluşturmak üzere bir araya gelmesi: prokollajen oluşumu 6 Prokollajenin Golgi de silindir şeklinde kümeler oluşturması ve ekzositoz ile hücre dışına çıkması 7 N ve C terminal peptitlerin prokollajen peptidazlarla ayrılması: 1000 amino asit uzunluğunda 3 zincirden oluşan tropokollajen oluşur. 8- Tropokollajenlerin yanyana ve alt alta dizilmesi lizil oksidaz ve kataliziyle Cu +2 lizil ve hidroksilizil -amin gruplarının oksitlenmesi ve bu gruplar arasında enzimatik olmayan kovalent bağlar oluşumuyla: çapraz bağlar ve olgun kollajen lifleri oluşur.  Kollajen Metabolizmasında Değişiklikler ▶ Kollajende çapraz bağların oluşumu için ekstrasellüler bir enzim olan ve bakır içeren lizil oksidaz enziminin etkisiyle, lizin ve hidroksilizin artıkları deamine edilerek, zincir-içi ve zincirler- arası kovalent çapraz bağlar oluşturulur. ▶ Çapraz bağlar, kollajen fibrillerini daha stabil hale getirir. ▶ Bu reaksiyon yaşam boyunca sürer. Çapraz bağların artışı kollajen molekülünün elastikiyetini kaybetmesine ve daha kırılgan hale gelmesine yol açar. ▶ Yaşlanma ile ilgili kırışıklıklar ve kemik kırıklarının büyük bir kısmı bu çapraz bağların çoğalmasıyla ilişkilidir.  Kollajen Metabolizmasında Değişiklikler ▶ Yaralanmalarda kollajen sentezi uyarılır, tip I ve tip III kollajenden zengin nedbe dokusu oluşur. ▶ Karaciğer ve dalak hasarında ölüparankim hücrelerinin yerini bağ dokusu alır. ▶ Bakteri enfeksiyonlarındalokal kollajenaz sentezi uyarılır ve enfeksiyon hapsedilir (Apse oluşumu) ▶ Bazı bakterilerde bulunankollajenaz enzimi sayesinde enfeksiyon çevre dokulara yayılır. (anaerobik bakteri enfeksiyonlarında görülen gazlı gangren)  Kollajen Metabolizmasında Değişiklikler ▶ Prolin Hidroksiprolin dönüşümü ENZİMATİK bir olaydır ve C vitamini (askorbik asit) gerektirir. ▶ C vitamini eksikliğinde kollajende süperheliks yapı sağlamlaşmaz ve protein vücut ısısında denatüre olur. ▶ C vitamininin eksikliği SKORBÜT denilen bir hastalığa yol açar. Deride ve dişetlerinde yaralar oluşur, damarlar incelir, yara iyileşmesi gecikir. ▶ Dışarıdan vitamin takviyesiyle bu rahatsızlıklar ortadan kalkar. ▶ Klinikte kollajen yıkım göstergesi olarak idrarda çapraz bağlar (deoksipiridinolin gibi) ölçülür.  Kollajen Yapım Bozuklukları ▶ Osteogenesis İmperfecta: Kemiklerin aşırı kırılgan olması, cam kemik hastalığı. ▶ Tip I kollajen zincirindeki genetik kusurdur. ▶ Otozomal resesif kalıtımla geçer. ▶ Ehles-Danlos Sendromu: Lizil hidroksilaz ya da prokollajen peptidaz enzim aktivitesinde eksiklik görülür. Eklemlerde aşırı oynaklık, deride aşırı esneklik, arterlerde yırtılmalar görülür. ▶ Menkes Sendromu (Dolaşık Saç): Çapraz bağların oluşumunda gerekli lizil oksidazın koenzimi olan bakır eksikliğinde görülür. Lizil oksidaz ayrıca melanin sentezinde de önemli olduğundan, pigmentasyon azlığı ve kolay kırılan saç ile sinirsel bozukluklar görülür.  Elastin ▶ Damar, liğament ve akciğer gibi ileri derecede esneme özelliğine sahip dokularda bulunan ekstrasellüler matriks proteinidir. ▶ Elastik liflerin yapısını %31 glisin, %1 alanin, lizin, prolin ve hidroksiprolin oluşturur. ▶ Hidroksilizin bulunmaz. ▶ Sentezi kollajen gibi hücre içinde başlayıp ekstrasellüler matrikste sonlanır. ▶ Elastindeki lizin kalıntılarının oksitlenmesiyle kovalent çapraz bağlar oluşur. Bu bağlara ek olarak elastinde 4 lizil arasında desmozin çapraz bağları vardır. ▶ Elastin lifleri bu bağlar sayesinde her yöne esneyebilir. Elastinin Yapısı  Kollajen ve Elastinin Yapısal Farkları Kollajen Elastin Çok sayıda gen Tek gen Düzenli heliks yapı Düzensiz sekonder yapı Üçlü heliks Gelişigüzel kıvrımlar (Gly-X-Y)n dizilişi Tekrarlanan dizi yok Hidroksilizin var Hidroksilizin yok Karbonhidrat var Karbonhidrat yok Desmozin çapraz bağı yok Desmozin çapraz bağları Biyosentez sırasında uzantı Uzantı peptitleri yok peptitleri  Globüler (Küresel) Proteinler ▶ Globüler proteinler, dinamik yapılı ve çözünür proteinlerdir. ▶ Enzimler, transport proteinleri, bazı peptit hormonlar ve immunuglobulinler bu grupta yer alır. ▶ Küresel proteinlerin de çoğu kendisine kovalent veya kovalent olmayan bağlarla bağlı PROSTETİK GRUP adı verilen ve proteinin tam kapasiteyle çalışmasını sağlayan, organik veya inorganik yapıda küçük bir molekül taşır.  Globüler (Küresel) Proteinler ▶ Amino asitlerin dışında kalan bu gruba en iyi örneklerden biri miyoglobin ve hemoglobinde yer alan oksijen bağlayan hem (Fe-protoporfirin IX) grubu verilebilir.  Globüler (Küresel) Proteinler ▶ Her küresel proteinin belli bir tersiyer yapısı vardır:  Küresel proteinlere özgü kurallar ▶ 1) Tüm küresel proteinlerde iç ve dış kısımlar belli özellikler taşır. İç kısımlar hidrofobik, dış kısımlar hidrofilik karakterdeki amino asitlerden oluşur. ▶ 2) -tabakaları dönümleryaparak varil (fıçı) şeklinde yapılar oluşturur. ▶ 3) Polipeptit zinciri köşelerde türlü biçimlerde keskin dönüşler yaparak - ve -zincirlerini birbirlerinden ayıracak bir yapılanma gösterir. Bu tip dönüşlerde en çok dönüşlerine rastlanır: Bu tip dönüşlerle zincirin yönü değişir.  Küresel proteinlere özgü kurallar ▶ 4) - ve -katlanmalar zincirin tamamında oluşmaz. Gelişigüzel yapılanmış kısımlar (gelişigüzel sarmallar da denir) da vardır. ▶ Protein kendisi için elverişli katlanma biçimini önceden “bilmektedir”. Yani katlanma sentezi takiben kendiliğinden başlar. ▶ Ancak in vivo koşullarda bazen proteinin “yardıma” ihtiyacı olabilir. Kendisini yanlış katlanmadan ya da başka moleküllerle birlik oluşturmaktan koruyacak moleküllere gereksinim duyabilir.   İşte bu yardımcı moleküllere ŞAPERONİNLER (MOLEKÜLER ŞAPERONLAR) denir. ▶ Bu moleküllerin işi proteinleri kötülüklerden korumak! [chaperon: bir genç kıza veya gençler grubuna himaye gayesiyle refakat eden (hamisi gibi) kimse] ▶ KÖTÜLÜK: Yanlış katlanma ve agregasyon (birlik oluşturma) ▶ Agregasyon daha büyük bir tehlike! Çünkü ribozomlarda yeni sentezlenen bir protein katlanmadan önce hidrofobik bölgelerinin başka proteinlerle etkileşime girmesi sonucunda kolaylıkla birlik oluşturabilir. ▶ Örneğin, PRİON (birkaç şeker kalıntısı içeren bir glikoprotein) ▶ Prionlar, sağlıklı bireyde nöronlardan sperm hücrelerine dek çok sayıda hücre tipinde bulunur. İşlevleri bilinmemektedir; beyinde hücreler arası aktarımda iş gördüğü sanılmaktadır. ▶ Yanlış katlanma sonucu anormal prionlar oluşur. - Sarmal yapı yerine -tabakası şeklinde katlanmaya başlar. ▶ Lenf-sinir yoluyla beyne ulaşır. ▶ Beyinde plakalar halinde birikir ve beyin süngerimsi hal alır. ▶ Nörolojik rahatsızlıklar görülür. SONUÇ: ÖLÜM !!!! ▶ Prionların yol açtığı hastalıklar arasında en çok bilineni: Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) = Deli Dana Hastalığı. ve Koyunlarda Scrapie hastalığı  Globüler ve Fibriler Proteinlerin Başlıca Farkları Globüler Proteinler Fibriler Proteinler Elips biçiminde Lif şeklinde Çözünürlüğü fazla Çözünmez Dinamik fonksiyon Yapısal fonksiyon Düzensiz sekonder yapı Düzenli sekonder yapı  Hemoglobin ve Miyoglobin ▶ İnsan ve diğer omurgalılarda oksijen transportuna özel protein hemoglobindir. ▶ Bir proteinin oksijen bağlama yeteneği varsa, demir, bakır gibi bir metal bulunması gerekir. Çünkü proteini oluşturan amino asitlerden hiç biri oksijeni bağlayamaz. ▶ Hemoglobin oksijen bağlama yeteneğini yapısındaki hem denilen demirli porfirin halkası sayesinde kazanır. ▶ Kısaca hemoglobin, prostetik grup olarak hem içeren, türe özel bileşik ve globüler bir proteindir. ▶ Hemoglobin iki farklı polipeptit zincirinden 2’şer adet bulunan tetramerik bir proteindir. ▶ Her zincire prostetik grup olarak bir molekül hem bağlıdır. ▶ Hem molekülü, dairesel dizilmiş ve birbirlerine meten (=CH-) köprüleriyle bağlanmış dört pirol halkasından oluşur. Bu yapı porfirin halka sistemidir. ▶ Porfirin halka sistemindeki konjuge çift bağlar görünür ışığı absorbe eder ve bu yüzden hemoglobin ve kan kırmızı görünür. ▶ Hemoglobindeki demir atomlarının görevi oksijen molekülünü bağlamaktır. ▶ İki değerlikli demir (Fe+2) 6 elektronla eşleşir. ▶ Porfirin halkasındaki 4 azotla eşleşen demirin 2 bağı eksiktir. ▶ Beşinci bağını polipeptit zincirinde histidin (imidazol azotu) ile yapar. ▶ Demirin 6. bağına ise O2 bağlanır. ▶ Hemoglobin eritrositlerde bulunur ve hücrenin 1/3’ünü kaplar. ▶ Eritrositler oksijeni tüm dokulara ilettiği halde kendisi kullanamaz. ▶ Erişkinlerdebulunan başlıca hemoglobin HbA1’dir. Bu hemoglobinin yapısı alfa ve beta zincirleri oluşturur ( 2 2). ▶ Erişkinlerde çok düşük düzeyde alfa ve delta zincir yapısında HbA2 ( 2 2) bulunur. ▶ Fetal hemoglobin (HbF) erişkinlerde çok az bulunur; yapısında verine zinciri( 2 2) vardır. ▶ Bu hemoglobinin oksijene ilgisi HbA1’den daha fazladır. ▶ Hemoglobinin oksijene ilgisi kuaterner yapıdaki değişimlerle düzenlenir. ▶ OksiHb ve dezoksiHb’nin kuaterner yapıları farklıdır. ▶ İki ayrı konformasyon T ve R harfleriyle gösterilir. ▶ T (tense=gergin) oksijensiz ▶ R (relaks= gevşek) oksijenli ▶ R formundaki molekülün oksijene ilgisi, T formuna göre 150-300 kat daha fazladır. ▶ Hemoglobinin görevleri, O2, CO2, transportu + ve pH’nın H düzenlenmesidir. ▶ Hemoglobinin taşıyıcılık görevi hem ve globin arasında paylaşılır. Globin oksijen taşınımını kolaylaştırır, H+ ve CO2’i akciğerlere taşır. ▶ Dokularda oluşan CO2, önce karbonik aside dönüşür, daha sonra bikarbonat (HCO- 3) ve H+’e ayrışır. ▶ HCO- plazmayla taşınır. 3 ▶ H+ iyonları hemoglobinde histidinin imidazol azotuna bağlanır, böylece ortamın pH’sı da dengelenmiş olur (Bohr etkisi).  BOHR ETKİSİ.  Hemoglobinin Oksijenasyonu ▶ Bir molekül Hb teorik olarak 4 molekül O2 bağlayabilir. ▶ Ancak pratikte %100 doygunluk görülmez. ▶ Hem halkasındaki oksijen +2 ile reversiblolarak Fe bağlanır (oksijenasyon). ▶ Demir oksitlenirse dokulara oksijen veremez. ▶ Oksijenin bağlanmasıyla; ▶ Demir atomunun çapı küçülür, ▶ Demir porfirin düzlemine yerleşir, ▶ Oksijen bağlanan ilk monomerin konformasyonu değişir, ▶ Kuaterner yapıdaki iyonik bağların bir kısmı açılır. ▶ Buolaylar her yeni oksijen molekülünde tekrarlanır ve monomerler giderek serbest konuma geçer. ▶ Dördüncü monomere oksijen bağlanması ilk monomere kıyasla daha kolaydır. ▶ Oksijenmolekülü hem hemoglobinin ligantı hem de pozitif modülatörüdür. ▶ Hemoglobin ile oksijen arasındaki bu etkileşim kooperatif olarak isimlendirilir. ▶ Kısacası, bağlanan her oksijen molekülünün bir sonrakinin bağlanmasını kolaylaştırmasıdır.  Oksijen Saturasyon (Doygunluk) Eğrisi ▶ Saturasyon hemoglobin moleküllerinde oksijen bağlamış fraksiyon yüzdesini gösterir. ▶ Hemoglobinin oksijenle doygun hale gelmesi ortamın oksijen konsantrasyonuyla (pO2 basıncı) ilişkilidir. ▶ Hemoglobinin saturasyon eğrisi sigmoidaldir. ▶ Akciğerlerde maksimum doygunluğa ulaşan hemoglobin, periferik dokulara oksijenin bir kısmını bırakır. ▶ Periferal dokularda oksijen basıncı düştükçe bırakılan oksijen yüzdesi de artar. ▶ Oksijenin kısmi basıncı yükseldikçe, Hb doygunluğu artar. ▶ PaO2-erimiş O2 arasında doğrusal ilişki oluşurken; ▶ PaO2- OksiHb arasında sigmoid ilişki (EğriS (sigmoid) şeklindedir) bulunmaktadır.  Sola kayma Sağa kayma Hb’in O2’ye ilgisi azalırsa eğri sağa, artarsa sola kayar. Vücut sıcaklığının artması, asit ortam ve egzersiz sağa kayma nedenleridir.  Hemoglobine CO2 bağlanması ▶ Metabolizma sırasında oluşan CO2’nin çoğu suyla birleşerek bikarbonat iyonu oluşturur. Ancak bir kısmı hemoglobinin yüksüz -amino gruplarına bağlanarak taşınır: ▶ Hb-NH2 + CO2 HbNHCOO- + H+  Hemoglobine CO bağlanması ▶ Hemoglobindeki Fe atomuna karbon monoksit (CO) bağlanırsa: ▶ Karbonmonooksihemoglobin (HbCO) oluşur. ▶ Dokulara O2 taşıma yeteneği azalır. ▶ (CO zehirlenmesinin temeli !) ▶ Hemoglobinin CO’ne olan ilgisi O2’ne olan ilgisinden 220 kat fazla! Onun için ortamdaki çok küçük miktardaki CO bile kanda toksik konsantrasyonda HbCO oluşmasına neden olur. ▶ %60’ın üzerinde HbCO ÖLDÜRÜCÜDÜR !!! ▶ CO zehirlenmelerinde O2 tedavisi uygulanır.  Miyoglobin ▶ Kas dokusunda bulunur. Oksijen bağlayarak depo eder. ▶ Yoğun kas aktivitesi sırasında gerekli olan oksijeni mitokondrilere aktarır. ▶ En çok iskelet ve kalp kasında bulunur. Suda çok derinlere dalan fok ve balinaların total kas proteininin %8’i miyoglobindir. ▶ -Sarmal bölgelerince zengin tek zincirli bir polipeptittir. ▶ Hemoglobine göre daha basit bir proteindir. Tek bir zincirden meydana gelmiş ve tek bir “hem grubu” taşır. ▶ Bunun sonucu olarak, bir molekül hemoglobinin bir kerede 4 molekül oksijen taşıma kapasitesine karşın, miyoglobin 1 molekül oksijen taşır. ▶ Oksijenin miyoglobine bağlanma eğrisi de hemoglobinden farklıdır. Hemoglobin ve Miyoglobin Oksijen Saturasyon Eğrileri ▶ Miyoglobin doygunluk eğrisi hiperbolikdir. Bunun nedeni, her bir miyoglobin molekülünün diğerlerinden bağımsız olarak oksijen bağlamasıdır. ▶ Miyoglobin düşük oksijen basıncında oksijeni bağlamakta ve oksijen deposu görevi yapmaktadır. ▶ Kas hücresinde oksijen çok kullanıldığından pO2 düşüktür. Bu düşük basınçta bile miyoglobin %80 doygundur. ▶ Miyoglobin daha çok kırmızı kas hücrelerinde bulunur.Fazla kas faaliyetinin olduğu durumlarda, miyoglobinhemoglobine göre daha hızlı oksijen kullanımına imkan verir. Bunun nedeni, hemoglobine göre oksijenin kısmi basıncının düştüğü dokularda miyoglobinin oksijeni daha kolay salıvermesidir.