AMİNO ASİTLER

AMİNO ASİTLER
Yrd. Doç. Dr. Osman İBİŞ
• Proteinler, tüm hücrelerde ve hücrelerin tüm
bölümlerinde en çok bulunan biyolojik
makromoleküllerdir ve canlının kuru ağırlığının %
50 veya daha fazlasını kapsarlar.
• Proteinler her hücrede bulunduğu gibi çeşitli yapı
ve fonksiyonlara sahiptirler.
• Bütün proteinler doğal olarak oluşan 20 çeşit
amino asitten oluşmuşlardır.
• Ancak, 20 amino asitin hemen hepsi ortak bir
omurgaya sahipse de, yan zincirleri (R) farklılık
gösterir. Bu yan zincirler sayesinde her protein
farklı bir yapı ve fonksiyon kazanır.
• Yukarıdaki genel yapı 19 amino asit için geçerli
iken, prolinde yan zincir (R) azot atomuna
bağlıdır ve dolayısı ile prolin bir “imino asit”tir.
• Alfa-karbon atomuna asimetrik karbon atomu
denir ve glisin hariç tüm amino asitlerde
vardır. Bu nedenle alfa karbon atomuna kiral
merkez (dört farklı gruba bağlı) de denir.
• Böyle
bir
yapının
birbiri
üstüne
çakıştırılamayan iki ayna görüntüsü vardır. Bu
iki forma enantiyomer veya stereoizomer
denir:
• Stereoizomerler aynı moleküler formüle ve
aynı çeşit atomların herhangi bir moleküle
bağlı olduğu maddeler olup, sadece bu
atomların uzaydaki (üç boyutlu yapıdaki)
dizilişleri bakımından farklılık gösterirler.
• Enantiyomerler ise an az bir kiral atomun
varlığına ihtiyaç duyan stereoizomerler olup
birbirlerini ayna görüntüsü olan iki maddeyi
ifade eder.
• Kiral karbon (asimetrik karbon) dört farklı
grubun bağlandığı karbon atomudur.
• Enantiyomerler birbirlerinden D veya L formu
olarak ayrılırlar.
• Diastereomerler birbirinin ayna görüntüsüne
sahip olmayan stereoizomerler olup kiral
atomun olmasına gerek göstermezler.
• Epimerler birden fazla asimetrik atoma sahip
diastereoizomerler olup sadece bir asimetrik
karbon atomunun konfigürasyonu (karbona
bağlı grupların ayrı konumlarda olması,
örneğin sağda veya solda) ile birbirlerinden
farklıdırlar.
• Anomerler karbonhidrat epimerlerinin özel bir
formu olup özellikle anomerik karbon atomu
bakımından farklıdırlar.
• Cis-trans izomerizm çift bağ tarafından
sağlanan bir özelliktir.
• Eğer çift bağın iki ucundaki gruplar aynı yönde
ise Cis, ters yönde ise trans konfigürasyon
meydana gelir.
• Proteinlerin
hepsi
L-amino
asitlerden
meydana gelmişlerdir.
• L-amino asitlerde (L=levo yani sol) alfa-amino
grubu asimetrik karbon atomunun solunda,
• D-amino asitlerde (D= dekstro yani sağ) ise
sağında bulunur.
• Kiral merkezler ayrıca optik aktivite gösterirler
(her izomer ışığı farklı kırar).
Amino asitlerin genel yapısı
• Glisin hariç, tüm amino asitlerde alfa karbon
atomu vardır.
• Glisinin
yan
zincirinde
H
atomu
bulunduğundan asimetri bozulmuştur.
• Alfa karbonu (α-C), karboksil (COOH) grubuna
bağlı ilk karbon atomunu ifade eder.
• Karboksil grubundan itibaren 2. karbona βkarbon, 3. karbona γ-karbon, vb. adı verilir.
• Prolin hariç, diğer tüm 19 amino asitler α-C
atomuna bağlı karboksil, amino ve yan zincir
(R) taşırlar.
• Diğer bir deyimle prolin hariç diğer bütün
amino asitler serbest bir α-amino ve serbest
bir α-karboksil grubuna sahiptir.
• Fizyolojik pH’da (yaklaşık pH 7.4) karboksil grubu
(COOH) ayrışırken (COO-), amino (NH2) grubu
protone olur (NH3+).
• Tüm proteinlerde bu karboksil ve amino grubu
arasında peptid bağı oluştuğundan, bu tür
reaksiyonların (ayrışma veya proton kazanma)
olması mümkün değildir.
• Dolayısı ile bir proteinin özelliğini belirleyen,
esas olarak amino asitlerin yan zincirleri (R)’dir.
• Dolayısı ile amino asitler, yan zincirlerinin
özelliklerine göre sınıflandırılırlar.
Amino asitlerin sınıflandırılması
• 20 çeşit amino asit proteinlerin yapısına giren
standart amino asitlerdir. Ancak, bilinmektedir ki,
protein sentezinden sonra bazı standart amino
asitler modifiye olabilmektedir.
• Yine, canlıda bulunup da proteinlerin yapısına
girmeyen başka amino asitler de mevcuttur.
• Ancak, doğada her ne kadar 300 kadar farklı
amino asit çeşidi tanımlanmışsa da, bunlardan
sadece 20 tanesi genetik kodun deşifre edilmesi
ile protein sentezine girerler.
• Amino asitler yan zincirleri (R)’nin yapısına göre
sınıflandırılabilirler. Protein yapısına giren 20
amino asit sahip oldukları farklı yan zincirlerden
dolayı farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere
sahiptir. Bu standart 20 çeşit amino asit farklı
şekilde gruplandırılabilir.
• Bu özellikler arasında en önemlisi polarite yada
biyolojik pH’da (pH 7.0) suyla etkileşme eğilimi
olarak bilinir.
• R-gruplarının polaritesi, polar olmayan ve
hidrofobik özellikten yüksek derecede polar ve
hidrofilik özelliğe kadar büyük değişkenlik gösterir
• Aşağıda her amino asit kendilerine has
özellikleri ile ele alınmışlardır.
Glisin
• Glisin en küçük ve aynı zamanda en basit
amino asittir. Yan zincirinde bir hidrojen atomu
bulunur. Dolayısı ile alfa-karbon atomuna
sahip olmayan yegane amino asittir. Küçük
yapısından dolayı bazı proteinlerde helezon
(sarmal) oluşumunda rol oynar (ör. kollajen).
• Nispeten küçük yapısından dolayı bu amino
asitin girmiş olduğu bölgelerde polipetid
zincirine daha elastik bir konformasyon
kazandırır.
• Her ne kadar birçok proteinin yapısında az
miktarda bulunsa da bazı proteinlerde oldukça
yüksek oranlarda bulunur.
• Ör.
kollajendeki
toplam
amino
asit
kompozisyonunun % 30’undan fazlası bu
amino asittir.
Alanin
• Alanin glisinden sonraki en küçük amino
asittir. Yan cincirinde bir tane metil grubu
vardır. Dolayısı ile hidrofobik olan bu amino
asit lösinden sonra proteinlerin yapısında en
bol bulunan amino asitlerden biridir.
Valin, lösin, izolösin ve metionin
• Bu amino asitlerin yan zincirleri metilen (-CH2-)
ve metil (-CH3) gruplarından oluşur ve en önemli
özellikleri alifatik (hidrofobik) bir yan zincire sahip
olmalarıdır.
• Bu nedenle bu amino asitler yan zincirleri ve diğer
polar olmayan amino asitler (ör. Aromatik amino
asitler) ile bir araya toplanırlar ve suyu iterler.
• Dolayısı ile bu amino asitler proteinlerin
hidrofobik bölgelerinde daha yoğun bulunurlar.
• R grubu hidrokarbon (C ve H’den oluşan) böyle
amino asitlere alifatik amino asitler adı da verilir.
• Metionin sistein gibi kükürt içeren bir amino
asittir.
• Bir metionin türevi olan Sadenozil metionin çeşitli
karbon transfer reaksiyonlarında “metil grubu
sağlayıcısı olarak görev yapar.
• Aynı zamanda bir şelatlama ajanı olan metionin,
karnitin, lesitin, fosfatidilkolin ve diğer
fosfolipidlerin sentezinde önemli role oynar.
• Metionin yan zincirindeki kükürt (sülfür) atomu
hava ve peroksidlerle kolayca oksidasyona
uğrayabilir.
Prolin
• Prolin amino grubu yerine bir “imin” grubu
taşıyan tek amino asittir.
• Bu halkasal amino asit kompakt bir alifatik yan
zincire sahiptir.
• Kaba yan zincirinden dolayı, proteinlerdeki alfasarmal yapıyı bozan bir özelliği vardır. Yani diğer
bir deyimle, prolin sahip olduğu geniş yan grup
nedeni ile proteinlerde düz zincirde şişkinliklere
neden olur.
• Bu amino asit girmiş olduğu proteinlerde glisine
tam zıt bir etki yapar (yani protein elastikiyetini
azaltır).
• Bir proteinde (ör. kollajen) bir çok prolin veya
hidroksi-prolin araka arkaya gelirse bir prolin
sarmali oluşur.
Serin ve treonin
• Bu amino asitlerin de yan zincirleri küçük ve
alifatiktir. Ancak, yan zincirler farklı olarak polar
bir hidroksil grubu taşırlar.
• Bu
hidroksil
grupları
post-translasyonal
(translasyon sonrası) modifikasyonların (ör.
fosforilasyon ve glikozilasyonun) gerçekleştiği
yerlerdir.
Sistein
• Sistein yan zincirinde hidrofobik –CH2- ve bir
sülfidril (tiol, -SH) grubu içerir.
• Tiol grubu amino asit yan zincirleri içinde en
reaktif olanıdır ve bu özellik birçok enzim
tarafından kullanılır.
• Sisteinlerdeki bu tiol grubu birçok metal iyonu
(bakır, demir, çinko, molibden, mangan) ile
değişen karalıklarada kompleksler oluşturur.
• Bu durum bazı proteinlerin (ör. çinko-parmak
transkripsiyon faktörleri) metalleri yüksek
spesifite ile bağlamalarında rol oynar.
• Sisteinin sülfür atomu birçok oksidasyon
durumunda bulunabilir. Ancak, disülfit
oksidatif ortamda en yaygın bulunan
formudur.
• Disülfit bağları iki sistein arasında sulfidril
gruplarının karşılıklı gelerek oksidasyonu ile
oluşurlar ve daha çok hücre dışına salınan
proteinlerde görülürler.
• İki adet sisteinin bir disülfit bağı ile
bağlanmasından oluşan yapıya sistin denir.
• Bu şekilde oluşan köprüler bir çok proteinde
(örneğin, insülin) görülür ve o proteini daha
kararlı bir hale getirirler.
• Bu amino asit (sistein) en fazla yapısal özelliği
olan proteinlerde bulunur (ör. keratin).
• Kovalent yapıda olan bu disülfit bağları
sulfidril gruplarının hava ile temas etmesi ve
böylece oksitlenmesi sonucu oluşurlar ve
protein ikincil ve üçüncül yapıyı oluşturacak
katlanmaları yaparken proteine büyük bir
dayanıklılık kazandırırlar.
Aspartik asit ve Glutamik asit
• Fizyolojik pH’da (pH 7.0) bu amino asitlerin
yan zincirleri negatif yüklü olup oldukça
poladırlar.
• Dolayısı ile aspartik asit ve glutamik asit aynı
zamanda asidik amino asitler olarak
bilinirler(her biri fazladan birer karboksil
grubuna sahip olduğu için).
• Bu iki amino asit aynı zamanda oldukça etkili
birer metal şelatörlerdir (ayni metl iyonlarını
bağlarlar).
• Her ne kadar glutamik asit yan zincirinde bulunan
ekstra bir metilen (-CH2-) grubu ile asapartik
asitten farklılık gösterse de, her iki amino asit
girdikleri peptidi yapıya oldukça farklı özellikler
kazandırırlar.
• Aspartik asit (iyon formu aspartat olarak bilinir)
asaparajinin karboksilik asit analogu olup, bir
nörotransmitter olarak görev yapar.
• Aynı zamanda bir üre döngüsü metaboliti olup,
glukoneogeneziste de rol alır. Glutamik asit (iyon
formu glutamat olarak bilinir) beyindeki en
önemli nörotransmitterlerden biridir.
• Aynı zamanda diğer bir nörotransmitter olan
GABA’nın (gama amino butirik asit) da
prekürsörüdür.
Asparagin ve glutamin
• Asparagin ve glutamin, asidik amino asitler olan
aspartik asit ve glutamik asitin “amid formları”dır.
Yani bunların yan zincirleri birer amiddir.
• Glutamin, amino gruplarının transferinde
glutamatla beraber önemli rolü olan bir amino
asittir.
• Her iki amino asit (asparagin ve glutamin) asit
veya bazla kolayca asit formlarına (aspartik asit ve
glutamik asit) dönüştürülebilirler.
• Amid yan zincirleri polar olup hidrojen bağı
sağlayacısı veya hidrojen bağı alıcısı olarak
davranabilirler. Asparagin yan zincirleri bazı
yaygın
post-translasyonal
modifikasyonların
olduğu yerlerdir.
Lizin ve Arginin
• Fizyolojik pH’da (pH 7.0) bu amino asitlerin yan
zincirleri pozitif yüklü olup oldukça polardırlar.
• Dolayısı ile lizin, arginin ve aynı zamanda histidin bazik
amino asitler olarak bilinirler (her biri birden fazla
amino grubuna sahip olduğu için). Arjinin üre
döngüsünde ornitinden sentezlenebilse de esansiyel
bir amino asit olarak kabul edilir (özellikle çocuklarda).
• Bu
amino
asit
vücuttaki
amonyağın
dönüştürülmesinde görev alır ve aynı zamanda damar
gevşetici bir rolü olan nitrik oksit’in (NO) sentezinde
görev yapar.
• Bazik karakter gösteren proteinler bu 3 amino asidi
yüksek oranlarda içerirler (örneğin, histon proteinler).
Bu nedenle bir proteinde bazik amino asitlerin asidik
amino
asitlere
oranı
1.0’dan
büyükse
(lizin+arjinin/glutamik asit + aspartik asit) bu proteine
bazik protein, 1.0’den küçük ise asidik protein denir.
Histidin
• İmidazol yan zincirine sahip tek amino asittir.
Bu yan zincirinden dolayı bir çok enzimin
katalitik merkezinde ve mettalloproteinlerin
(ör. hemoglobinin) metal koordinasyon
bölgelerinde bulunur.
• Bu özelliklerinden dolayı histidin genellikle
enzim katalizi ile ilişkili bir amino asittir.
• Hisitidinin imidazol yan zinciri genellikle metal
iyonlarının şelatlanmasında kullanılırlar.
Fenilalanin, Tirozin ve Triptofan
• Nispeten polar olmayan alifatik (hidrofobik)
yan zincirlere sahip diğer amino asitler ise bu
aromatik amino asitlerdir.
• Diğer alifatik amino asitler gibi bu amino
asitlerin yan zincirleri de sudan çok kendi
aralarında ve diğer alifatik yan zincirlerle
interaksiyona girerler.
• Bu hidrofobik karakterlerinden dolayı bu
amino asitler katlanmış (yani sekonder ve
tersiyer yapıda) bir proteinde genellikle kor
kısımda (suyun olmadığı kısımda) bulunurlar.
• Fenilalaninin aromatik yan zinciri rekatif
değilken, tirozinin aromatik halkasına bir
hidroksil (OH) grubu bağı olduğundan ve
hidrojen bağı yapabildiğinden bu amino asit
nispeten reaktiftir.
• Dolayısı ile birçok enzimin aktivitesinde bu
amino asitin (tirozinin) özel önemi olup yan
ziniciri
çeşitli
post-translasyonal
modifikasyonlar (ör. tiorozin kinazlarla
fosforilasyon) için uygun
bir ortam
oluşturmaktadır.
• Triptofanın en önemli özelliği tüm amino
asitler içinde en büyük yan zinicre sahip
olmasıdır. Triptofan büyük bir “indol” yan
zincire sahip olup, girmiş olduğu proteine o
bölgede büyük bir hacim kazandırır.