Proteinlerin yapısında bulunmayan aminoasidler
advertisement
AMİNO ASİDLER ve PROTEİNLERİN YAPILARI Prof.Dr. Ayşe CAN Prof. Dr. Nuriye AKEV Proteinler •Prot(o): Ben bir numarayım •%50-55 C, •%20-25 O, •%15-17 N, (N oranı hemen hemen daima sabit, ortalama %16) •% 5-7 H, •%0.4-2.5 S içerirler. •Proteinler büyük moleküllü, •Dayanıksız maddeler •Isı, ışık, asid ve bazla bozunurlar •DENATÜRASYON •Amino asidler peptid bağları PROTEİN •Doğada 22 farklı amino asid var NH2 R CH COOH 2( 1 Amino asid genel formülü (R: alkil kökü) Amino asidlerde numaralandırma 1. Karboksil grubunun karbon atomuna “1”, ona karşı karbon atomuna “2” numara verilerek numaralandırma yapılabilir. 2. Karboksil grubuna komşu olan karbon atomuna “”, ondan sonrakine “” denilerek numaralandırma yapılır. • Doğada bulunan amino asidler, -amino asidlerdir, yani amino grubu -karbon atomunda bulunur. Prolin ve hidroksiprolin ise imino grubu içerirler. • -Ornitin, GABA, -alanin, sırasıyla , veya amino grupları içerirler. • -Bütün canlıların proteinlerinin yapısında bulunan amino asidler “L” konfigurasyonu gösterir. • -Glisin dışındaki bütün amino asidler asimetrik C atomu içerirler, bu nedenle de optikçe aktiftirler. İzoelektrik nokta (İ.P.) •Amino asidlerin iç tuz halinde bulundukları yani elektrikçe nötral oldukları pH’a izoelektrik nokta denir. •Her amino asidin kendine özgü bir İ.P.’sı vardır. Proteinlerin yapısında bulunmayan aminoasidler • β-alanin: CoA biosentezi • Homoserin: Aspartik asid , serin ve • sistein biosentezi • Homosistein: Metionin biosentezi • Ornitin Üre biosentezi • Sitrulin • Kreatin: Kas kasılması Hormon yapısı olan amino asidler •Monoiodotirozin (MIT) •Diiodotirozin (DIT) •Triiodotironin (T3) •Tetraiodotironin (T4) Glisin Endojen •Asimetrik karbon atomu yok. •Kollajen ve elastinin yapısında bulunur. •Safra asidleri ile glikokolik asid oluşturur. •Glutation’un yapısında yer alır. •Zehirsizleştirme reaksiyonlarında rolü var (benzoil glisin:hipurik asid) •Glisinüri: glisinin geri emiliminde bozukluk Alanin (2-amino propiyonik asid) (3-amino propiyonik asid) H2C NH2 CH3 HC NH2 CH2 COOH - Alanin COOH - Alanin Endojen • Anserin: β- alanin + 3 metil histidin • Karnosin: β- alanin + histidin • Pantotenik asid: Yapısında β- alanin var CH3 CH3 CHNH2 COOH Alanin Transaminasyon C=O COOH Piruvik asid Eksojen Eksojen Transaminasyon Valin 2-Okso-3-metilbutirik asid Metilmalonil-CoA Suksinil-CoA TCA Transaminasyon Lösin 2-Okso-4-metilvalerik asid 3-Hidroksi-3-metilglutaril-CoA Asetil-CoA Asetoasetik asid CoA Asetoasetil-CoA 2 mol Asetil-CoA Hidroksi amino asidler Serin (2-amino-3-hidroksipropiyonik asid) CH2OH CH-NH2 COOH Endojen CH2OPO3H2 CH2OPO3H2 CH2OPO3H2 Dehidrojenasyon CHOH C=O Transaminasyon CHNH2 COOH COOH COOH 3-Fosfogliserik asid CH2OH Serin CHNH2 COOH Pi 3-Fosfohidroksi piruvik asid -H2O CH-NH2 COOH fosfataz CH2OH O3- Fosfoserin Serin CH3 C=O serin dehidrataz PLP COOH Piruvik asid CH2 OH CH-NH2 COOH Serin - CO2 CH2 OH CH2 NH2 Etanolamin (Kolamin) + CH3 CH2 OH + CH2 N(CH3)3 Kolin Treonin (2-amino-3-hidroksibutirik asid) CH3 CHOH CH-NH2 COOH Eksojen Monoamino dikarboksilli asidler Aspartik asid (Amino süksinik asid) COOH CH2 CH-NH2 COOH Endojen Asparagin CO-NH2 CH2 CH-NH2 COOH Bitkilerde azot yedeği İnsanda bulunmaz Glutamik asid (2-aminoglutarik asid) COOH CH2 CH2 CH-NH2 COOH Endojen Transaminasyon COOH Alanin Piruvik asid CH2 CH2 C=O COOH CH2 alanin aminotransferaz COOH 2-Oksoglutarik asid -Ketoglutarik asid) CH2 CH2-NH2 COOH Glutamik asid Transaminasyon COOH COOH CH2 + Piridoksal fosfat Piridoksamin fosfat COOH CH2 COOH CH2 CH2 CH-NH2 C=O COOH COOH glutamat okzalasetat transaminaz (GOT) = aspartat transaminaz (AST) Aspartik asid 2-Oksoglutarik asid CH2 + CH2 C=O CH-NH2 COOH COOH Okzalasetik asid Glutamik asid Oksidatif dezaminasyon COOH H2 N CH COOH NAD + veya NADP+ NADH+H+ veya NADPH+H+ CH2 CH2 C O CH2 L-glutamat dehidrojenaz COOH L-Glutamik asid CH2 COOH 2-Oksoglutarik asid Glutamin: Zehirsizleştirme reaksiyonlarında rol oynar. • Fenilasetik asidin zehirsizleştirilmesi Amino grupları (KC dışı dokularda) Glutamik asid + NH3 NH3 (zehirli) Glutamin Karaciğer Diamino monokarboksilli asidler Eksojen Endojen Kükürtlü amino asidler Endojen Eksojen CH2SH H2O H2S, SO32- veya SCN CH3 CH-NH2 C=O COOH COOH Sistein Piruvik asid sülfit oksidaz SO32- + O2 + H2O SO42- + H2O2 İdrarda SO42- iyonu halinde atılır Zehirsizleştirmede rol oynar + NH3 Sistinüri • Sistin yanında, lizin, arginin, ornitin’in böbrek tubuluslarından geri emilmesinde doğuştan bozukluk • İdrarda artmış sistin miktarı • Sistin taşları İdrarda sistin kristalleri Sistin taşı Metionin CH2 S CH3 CH2 CH-NH2 COOH NH2 N N CH3 + S CH2 CH2 CH2 H C-NH2 N N O H H H OH H OH COOH S-Adenozilmetionin (SAM) • Kolamin • Guanido asetik asid • Glisin metil glisin) • Norepinefrin • Nikotinik asid Kolin Sarkosin, Kreatin Betain (N- trimetil glisin) Epinefrin Trigonellin (N-metil nikotinik asid) (N- Guanido gruplu amino asidler Arginin (2-amino-5-guanidovalerik asid) H2N-C-NH-CH2-CH2-CH2-CH-COOH NH2 NH Erişkinler için endojen Bebek ve çocuklar için eksojen Siklik (halkalı) amino asidler Karbosiklik amino asidler Fenilalanin (2-amino-3-fenilpropiyonik asid) CH2CH-COOH NH2 Eksojen Fenilketonüri (PKU) Hastalığı • Kalıtsal fenilalanin-4-monooksijenaz yokluğu. • Fenilpiruvik ve fenil laktik asid kanda birikir. • Fenilpiruvik asid % 15 mg’ın üstünde (normali % 2 mg) • Fenilalanin dokularda ve beyinde birikir. (Zeka geriliği) • Yenidoğanda PKU testleri yapılıyor. • Hastalığın insidansı 1/20.000 • (Türkiye’de 1/4.500) • Tirozin oluşmadığı için, tirozinden oluşan melanin de oluşamaz (sarı saç, açık ten) • Kusma (bebeklerde en erken belirti) • Spastisite (istemsiz kol ve bacak hareketleri) • Hiperaktivite • İdrar, nefes ve terde karakteristik “fare sidiği” (küf) kokusu • Çevreye karşı ilgisizlik • Hastalık ilk defa Norveçli Doktor Ivar Asbjørn Følling (1888-1973) tarafından 1934 yılında tanımlanmıştır. • Yeni doğan bebeklerden topuktan alınan birkaç damla kan ile yapılan Guthrie testi ile tanı koyulur Følling’s disease=Phenylketonuria • In 1934 at Rikshospitalet, Dr. Følling saw a young woman named Borgny Egeland. She had two children, Liv and Dag, who had been normal at birth but subsequently developed mental retardation. When Dag was about a year old, the mother noticed a strong smell to his urine. Dr. Følling obtained urine samples from the children and, after many tests, he found that the substance causing the odor in the urine was phenylpyruvic acid. The children, he concluded, had excess phenylpyruvic acid in the urine, the condition which came to be called phenylketonuria (PKU). Dr. Ivar Asbjørn Følling 1934 2009 yılında ödül verilmiş Dr. Robert Guthrie 1963 PKU için mama çeşitleri • Comida • PKU-1,2,3, • POENSGEN • Ketonil • Lofenalac • Fenilalaninsiz özel diyet yıllarca (en az ergenliğe kadar) • Aspartam yasak (ömür boyu) • Doğum sonrası tarama • Prenatal tanı (Aile hikayesi olanlarda bilhassa) DNA analizi ile COOH H2C O CH2 O H3N--C--C--NH--CH--C--OCH3 L-Aspartil-L-fenilalanin metil esteri ASPARTAM • Hürriyet Cumartesi 14.6.2009 • 12 yaşındaki Sevde Kılınç, kısa adı PKU olan fenilketonüri hastası. Ancak bu sorunla dünyaya gelen pek çok çocuktan daha şanslı. Çünkü doğduğu hastanede topuğundan alınan bir damla kandan hastalığı erken yakalanmış, ailesi önlem alabilmişti. Sevde’de bu hastalığa bağlı zihinsel ve bedensel herhangi bir sorun gelişmedi. • Sevde, sadece meyve sebze yiyor etin, sütün çikletin dahi tadını bilmiyor Tirozin (-amino--(4-hidroksifenilalanin) HO CH2CH-COOH NH2 Endojen Tirozin metabolizması bozuklukları •Alkaptonüri: Homojentizat dioksijenaz eksikliği, Slovakya ve Dominik Cumhuriyetinde yaygındır. •Homojentizik asid: Alkapton adı da verilir. •Albinizm: Tirozinaz eksikliği Alkaptonüri Alkaptonüri hastalığı 1990’lü yılların başlarında Archibald Garrod tarafından bulunan ve enzim eksikliğine bağlı olduğu saptanan ilk kalıtsal hastalıktır. Enzim eksikliği sonucu homojentizik asid vücutta birikir, idrarla fazla miktarda atılmaya başlar. Doku ve idrardaki homojentizik asid oksijenle karşılaşınca benzokinona dönüşür. Benzokinonlar ise melanin benzeri polimerler oluşturur ve bağ dokusuna yerleşerek okronozis denilen, dokuda kahverengisiyah renkte koyulaşmaya yol açar. • Homojentizik asid ve ürünlerinin birikmesi, doku renginde siyahlaşma dışında kemik, eklem, omurga ve kalp kapaklarında bozulma yapar . • İdrarda siyahlık, İç çamaşırında ve çarşaflarda siyah beneklenme • Sklerada ilerleyici beneklenme • Okronotik eklem bozukluğu karakteristik bulgular • Son zamanlarda kullanılmaya başlanan nitisinon başlıca ilacı gibi görünmektedir . Albinizm Albinizm, insanda bilinen en eski metabolik hastalıktır. İncil'de bile tanımlanmıştır. Bütün ırklarda görülebilen bir hastalıktır. Kalıtsaldır ve tedavisi bulunmamaktadır. Bir albinonun derisi ve saçları süt beyazı, göz irisleri pembedir; gözbebekleri ise, ışığın pigmentsiz damar tabakadaki kanda yansıması nedeniyle kırmızı gözükür. Tirozinaz enzimi kromozom 11 üzerindeki tirozinaz geni tarafından üretilir ve bu genin mutasyonu bir çeşit albinizme neden olur; çünkü değişmiş gen tarafından üretilen enzim doğru olarak çalışmaz. • Deri çok ince ve beyazımsı (ya da hafifçe pembe), kıllar (ya da tüyler) beyazdır. • Gözlerin gözbebekleri pembe, ağ tabakadan yansıyan ışık kırmızıdır. • Gözler ışığa duyarlıdır ve genellikle astigmattır. • Derilerinde renk pigmentleri bulunmadığı ya da az bulunduğu için güneşten gelen zararlı ışınlar vücuda girer ve fazla güneş altında bulunmaları ölümlerine bile yol açabilir. Albinizmi olan insanlarda bazı sorunlar vardır Albino kişilerde göz bozuklukları vardır. Miyop, hipermetrop veya astigmat olabilirler. Albino kişilerde fotofobi denilen ışığa duyarlılık vardır. İriste melanin bulunmaması nedeniyle iris gözü gelen ışıktan koruyamaz ve kişi ışığa karşı gözünü kısarak bakar. Albino kişiler güneş ışığından kaçmaz, evlerinden dışarı çıkarak normal hayatlarını devam ettirirler. Albinizmli çocuklar genelde başlarını eğerek ya da kağıdı göze yaklaştırarak okurlar. Albino kişilerde gözün istem dışı ileri geri hareketi (Nystagmus) vardır. Albino insanlar, normal insan ömrü süresine sahiptir ve normal insanlarla aynı zekaya sahiptirler. Bu nedenle toplumdan dışlanmamaları gerekir. Triptofan (-3-indolil alanin) CH2-CH-COOH NH2 N H Eksojen Serotonin • Serotonin önemli bir nörotransmiterdir. Merkezi sinir sisteminde, enterokromaffin hücrelerde (potasyum bikromat ile boyanan karsinoid tümör hücreleri), trombositlerde ve birçok dokuda bulunur. • Arteryal ve bronşlardaki düz kasların kasılmasını, gastrointestinal kanalda peptid hormonların salgılanmasını uyarır. • Bağırsak tümörleri ve Hartnup hastalığında idrarla 5HIAA atımı artar. • Serotonin, asetiltransferaz enzimi ile melatonin’e dönüşür. • Melatonin, pineal bez (epifiz) ve retinada bulunur ve sentezi sirkadiyen ritm gösterir. • Melatonin sentezi karanlıkta arttığından uykuyla uyarılan molekül olarak tanımlanır. • Melatonin, dopamin ve GABA gibi nörotransmiterlerin salgılanmasını ve sentezini baskılar. İndigo blucinlerin mavi boyar maddesi Histidin (β-4-imidazolilalanin) CH2CH-COOH N N H NH2 Çocuklar ve gençler için esansiyel amino asiddir. En çok hemoglobinde (%10) bulunur. Histamin • Histamin mide salgısını arttırır. H2 reseptör blokerleri olan antihistaminikler mide asidi salgısını azaltarak antiasid etki gösterirler. • Histaminin aşırı miktarda salıverilmesi allerjik olaylar üzerinde uyarıcı etki yapmaktadır. Bu durumda da antihistaminik ilaçlar verilir. • Prolamin grubu proteinlerde bulunurlar. • 4-hidroksiprolin kollajende bulunur. Amino asidlerin metabolizması Transaminasyon Piruvik asid CH3 Alanin CH3 C=O CH-NH2 COOH COOH NH2 CH2CH Fenilalanin O CH2C COOH transaminaz (kofaktör B6 vit= piridoksal fosfat) COOH Fenilpiruvik asid Transaminasyon COOH COOH CH2 + Piridoksal fosfat Piridoksamin fosfat COOH CH2 COOH CH2 CH2 CH-NH2 C=O COOH COOH glutamat okzalasetat transaminaz (GOT) = aspartat transaminaz (AST) Aspartik asid 2-Oksoglutarik asid CH2 + CH2 C=O CH-NH2 COOH COOH Okzalasetik asid Glutamik asid sülfit oksidaz SO32- + O2 + H2O SO42- + H2O2 İdrarda SO42- iyonu halinde atılır Zehirsizleştirmede rol oynar Bazı bileşiklerin suda, kanda çözünen bileşikler haline gelmesini sağlar. C- terminal (uç) N-terminal (uç) Glutationun organizmadaki işlevleri 1- Doğal bir hücre içi antioksidanıdır. Hücre içi oksido-redüksiyon reaksiyonlarına katılır. 2-Ksenobiyotikleri vücuttan atılacak hale getirir (sistein sağlayarak). 3-Bazı enzimlerin aktivasyonunda rol oynar. 4-Amino asidlerin hücre içine taşınmasında rol oynar (-glutamil siklusu). • G-SH + Kse G-S-Kse Glutation-S-transferaz • Glutation katepsinler ve Fibrini stabilize eden faktör gibi –SH içeren enzimler için aktivatördür. • -glutamil siklusu ile amino asidlerin hücrelerin içine taşınmasında rolü vardır. •Karnosin N-(-alanil) histidin •Anserin N-(-alanil) 3-metilhistidin Peptid yapısındaki hormonlar •Oksitosin ve vazopressin, 9 amino asid (hipofiz arka lob) •Adrenokortikortikotropik hormon (ACTH), 39 amino asid (hipofiz ön lob) •İnsulin, 51 amino asid (pankreas) •Glukagon, 29 amino asid (pankreas) •Tirokalsitonin, 32 amino asid (tiroid) Proteinlerin yapısı • Birincil yapı • İkincil yapı • Üçüncül yapı • Dördüncül yapı Linus Pauling 1901-1994 1954 Nobel Kimya; 1962 Nobel Barış • 1930 ve 1940’lı yıllarda Linus Pauling ve Robert Corey polipeptid zincirinin yapısını X ışınları ile tayin etmişlerdir. İkincil Yapı • α – Helezon konformasyonu (molekül içi hidrojen bağları), 3.6 kalıntıda bir α– heliks oluşur. β – Konformasyon (kırmalı tabaka yapısı, moleküllerarası hidrojen bağları) Bu bağlarda oluşan üçüncül yapı sonucunda • Globuler (yumak şeklinde) protein • Fibriler (lifsel) protein meydana gelir. Fibriler (lifsel) proteinler • a) İkincil yapıları -helezon tarzında olan polipeptid zinciri aynı şekilde ikincil yapısı oluşmuş bir başka polipeptid zinciriyle yeni bağlar oluşması sonucunda birleşir, bu suretle fibriler (lifsel) proteinler meydana gelir. (Miyozin, fibrinojen, α-keratin) • b) İkincil yapısı -konformasyon tarzında olan bir çift polipeptid zinciri, ikincil yapısı konformasyon tarzında olan başka bir çift polipeptid zinciri arasında meydana gelen bağlar sonucunda birleşir ve fibriler proteinler oluşur. (βkeratin, ipek fibroini) • Fibriler proteinler, üçüncül yapılarındaki güçlü disfülür (-S-S) bağları nedeniyle dış etkenlere ve proteinleri hidroliz eden enzimlere karşı çok dayanıklıdırlar ve suda çözünmezler. Fibriler proteinler, dokuların yapısını oluşturur. Dördüncül yapı • Üçüncül yapıları bulunan proteinlerin, protomer denilen alt birimlerinin hidrojen bağları, van der Waals çekmeleri, iyon bağları ile polimerize olmalarıyla dördüncül yapı oluşur. Skleroproteinler Skorbüt Sıcak su ile jelatin oluşur Ehlers-Danlos Sendromu Kollajen moleküllerinde amino asid dizisinin tekrarlayan tripeptid şeklindedir. Bu tekrarlayan tripeptid, (GlisinXProlin) veya (GlisinXHidroksiprolin) şeklinde gösterilebilir ki burada X, herhangi bir amino asid olabilir. Kollajen, bulunduğu dokulara dayanıklılık verir, doku şeklini korur ve dokuya gerilme direnci sağlar. Kollajen, kanın pıhtılaşmasında etkilidir; kan pıhtısı ile etkileşerek yara deliğini kapatır, Elastin bulunduğu dokulara (damar, deri, akciğerler) esneklik sağlar. Elastinin esnekliği çapraz dezmosin bağları ve amorf yapısından kaynaklanır. Dört lizin molekülü bir araya gelince ortaya dezmosin çapraz bağı gelir. Yün keratininde disülfür bağı az, kolayca eğilebilir, bükülebilir. Boynuz, saç, tırnakta disülfür bağı çok bu nedenle çok serttirler. Saç lifi sıcakta gerildiğinde -heliks hidrojen bağı kopar ve -kırmalı tabaka yapısına döner ve saçın boyu uzar. Bazı Önemli Proteinler • Kan serumu ve kan plazması proteinleri: • Kan Kan serumu • Kan + antikoagülan Kan plazması • Kanda total protein %6-8 g’dır. • Serumda %3-4 g serum albumin, %2-3 g serum globulinler, plazmada ise bunlara ilaveten fibrinojen vardır. Fibrinojen • Glikoprotein yapısındadır. • Mol.ağ. 341.000. • Kan plazmasında %0.4 g. • Karaciğerde sentezlenir. • Ağır karaciğer hastalıklarında kanda azalır, bazı infeksiyonlarda artar. Fibrini stabilize eden faktör (Faktör XIII) Kan pıhtılaşması tromboplastin 1. Protrombin F III Trombin Diğer faktörler F IIa F II trombin 2. Fibrinojen Fibrin (monomer) Fibrin (agregat) FI FSF trombin Ca2+ Aktif FSF Ca2+ F XIII F IV Fibrin (polimer, gerçek pıhtı) İntrensek yol XII Ekstrensek yol XIIa XI XIa doku faktörü IXa IX X VII VIIa Xa antitrombin Va V II IIa I Ia fibrinojen çözünür fibrin XIII XIIIa çözünmez fibrin PIHTI K vitamininin pıhtılaşmadaki rolü • Preprotrombin (Glutamik asid) Protrombin (4-karboksi glutamik asid) • Faktör VII, IX ve X’un biosentezi için K vitamini gerekli. • K vitamini antagonisti heparin ve dikumarol (çürümüş tatlı yoncada bulunmuştur) tromboza engel olmak için tedavide kullanılırlar. • K vitamini eksikliğinde kanın pıhtılaşma zamanı uzar, organizmanın kanamalara eğilimi artar. Buna sebep kandaki protrombin eksikliğidir. HEMOFİLİ •Hemofili A. Kral sülalesi hastalığı. Faktör VIII (% 85) •Hemofili B: Faktör IX (%15) Hemofiliyle ilgili yazılı ilk kaynaklar, MS II yy Yahudilerin Talmud adlı kitabında yer alan el yazmalarına dayanır. 12. yüzyılda yaşamış olan Endülüs’lü bilim adamı Ebu-l Kasım el Zehravi’nin eserlerinde hemofiliden bahsedilmektedir. Hemofilinin toplum tarafından tanınması, 1800’lerde hastalığın İngiltere kraliçesi Victoria’dan kendisinden sonra gelen nesillere ve onun neslinden olan diğer kraliyet ailelerine (İspanya, İtalya, Rusya) geçmesine dayanmaktadır Serum albumin • Serum albumin: Kan serumunda %3-4 g serum albumin bulunur. • Mol. ağ. 69.000. • Özellikle karaciğerde sentezlenir. • Elektroforezde (kan serumu) albuminden daha ileride göç eden bir fraksiyon vardır, buna prealbumin denir. Globulin Kan serumunda %2-3 g serum globulin bulunur. Globulinlerin -, -, olmak üzere alt sınıfları vardır Molekül ağırlıkları 160.000 ile 1.000.000 arasında değişir. Globulinler RES hücrelerinde ve özellikle karaciğerde sentezlenir. • Molekül ağırlıkları: Çok farklı • Denatürasyonları: Isı, UV ve X-ışınları, asid, alkali, organik çözücüler ile denatüre olurlar. 2., 3., ve varsa 4. yapıları bozulur. • Amfolit özellikleri • Elektroforezi Protein elektroforezi Çöktürülmeleri • Proteinler; ısı, çeşitli tuzlar (amonyum sülfat, magnezyum sülfat, sodyum sülfat), organik çözücüler, ısı, asid ve bazlarla çöktürülebilir, • Tuzlar dışındakilerle yapılan çöktürme proteinleri denatüre eder ve proteinler bir daha doğal şekillerine dönemez. • Tuzlarla yapılan çöktürme proteinleri denatüre etmez, yani koruyucu çöktürmedir. Dializ
