BİYOKİMYA I3. Amino Asitler

F. Zihnioğlu

• Proteinlerin Yapı taşıdırlar• Proteinlerin yapısına giren 20 amino

asit mevcuttur.• Canlılık için gereken amino asitler α-amino asitlerdir.

AMİNO ASİTLER

Amino Asit nedir?α-Amino Asit

COO -

+H3N Cα H

R

α-Karbon

Amino grubu

Karboksil Grubu

R grubu (yan zincir)

Bir amino asit 3 farklı isime sahiptir: (1) Tüm isim; örn: Glisin(2) 3 harfli kısaltma; örn: Gly(3) Tek harfli kısaltma; örn: G

H

CH2N R

CO2H

Amino grubu Karboksilik asit

Değişken grup

Amino Asit

Ayni C atomuna bağlı iki fonksiyonel grup içerirler: α-COOH ve α-NH2Aminoasitleri farklandıran yan zincirlerindeki R grubudur.

Amino asitler

“CORN”L-amino asit

AMİNOASİTLERİN STEREOKİMYASI

* C atomu 4 ayrı kovalentbağ yapabilir.

* C atomuna bağlı bu gruplar arasındaki steriketkileşimleri minimize etmek için C tetrahedralbir geometridedir.

* C atomuna bağlı 4 grup farklı olduğunda üçboyutlu yapıda dört bağın düzenlenmesinde iki yol vardır.

α-Aminoasitlerin stereoizomerleri

Glisin hariç tüm aminoasitlerin α-C atomu asimetriktir yani dört farklı grup(karboksil, amino, H ve R grubu) aynıC atomuna bağlıdır.

Bu nedenle α-C atomu kiral merkezdir. Bu merkez asimetrik olup optikçe aktiftir, polarize ışığı sağa (D; Dextrorotatory)(+) ve sola (L; Levarotatory)(-) çevirir.

Proteinlerin yapısına giren aminoasitlerin tümüL-formundadır.

Amino Asitler Kiraldir*

*Glisin hariç - R grubu; H

Tüm proteinlerdeDoğal proteinlerde değil, ancak tabiatta bulunur

Amino asitler iki farklı stereoizomerdir.

Amino Asitlerin Ayna Görüntüleri

(a) Amino asit steroizomerlerinin ayna görüntüleri çakışmaz.

The alpha carbon is chiral

R Grubu( değişken grup veya yan zincir)

1. Polarite: hidrofobik / hidrofilik / yüklü2. Yük: pozitif veya negatif3. Kimyasal özellik: farklı fonksiyonel gruplar4. Boyut: büyük veya küçük5. Şekil: düz veya dairesel

Doğal proteinlerin yapısına giren 20 amino asitin R- grupları farklıdır.

Amino Asitlerin Sınıflandırılması

1. Nonpolar alifatik - hidrofobik2. Aromatik R Grup - hidrofobik3. Polar, yüksüz - hidrofilik4. Pozitif Yüklü - hidrofilik5. Negatif Yüklü - hidrofilik

Aminoasitler yan zincirlerin bazı önemli özelliklerine (hidrofobik veya hidrofilik karakteri,

polar veya non polar yapısı, iyonize olan grup içerip içermemesine) göre sınıflandırılırlar.

(1) Nonpolar, alifatik amino asitler

Siklik Amino Asit

(2) Aromatik R- grubu içeren amino asitler

(3) Polar, Yüksüz Amino asitler

(4) Pozitif Yüklü Amino Asitler

Bazik Amino Asitler

Asidik Amino Asitler

(5) Negatif Yüklü Amino Asitler

Amino Asit Kısaltmalar3-harfli 1-harfli

Glisin Gly GAlanin Ala AValin Val VLösin Leu LIzolösin Ile IProlin Pro PMetiyonin Met MFenilalanin Phe FTriptofan Trp WTirozin Tyr YSerin Ser STreonin Thr TAsparjin Asn NGlutamin Gln QSistein Cys CAspartik Asit Asp DGlutamik Asit Glu ELizin Lys KArginin Arg RHistidin His H

Protein yapısına girmeyen aminoasitler

S-AdenozilhomosisteinSitrulin

L-HomoserinS-adenozilmetiyonin

β-SiyanoalaninL-Ornitinβ-Alanin

D-glutamikasitSarkozinD-Alanin

γ-Aminobütirikasit(GABA)L-TiroksinAzoserin

Homosistein

Standart amino asitlerin bazı türevleri ve doğal proteinlerin yapısına girmeyen amino asitler

Standart amino asitlerin bazı türevleri ve doğal proteinlerin yapısına girmeyen amino asitler

Amino asitler sentez sonrası modifiye olabilirler.

serin

fosfoserin

Özel amino asitler

Disülfitbağı

Prolin de serbest amino grubu yoktur. “imino asit” 2o amin

Sistein

İzolösin’in Stereoizomerleri

İzolösin ve Treonin 2 asimetrik merkezi bulunan amino asitlerdir.

Farklı hidropati skalaları(fizikokimyasal)

Amino asit artıklarının hidropati skalası

ESANSİYEL AMİNOASİTLER

İnsanlar ve hayvanlar tarafından organizmada sentezlenemeyen besinlerle dışarıdan alınmasıgereken aminoasitlere zorunlu yada esansiyel

aminoasitler denir.

ValinLösinİzolösinFenilalaninTriptofanMetiyoninLizinTreonin

Proteinlerde bulunan aminoasitlerin özellikleri

Bir Amino asit hem asit hem baz olarak davranabilir.

Baz: proton akseptör

Asit: proton donor

AMİNO ASİTLERİN ASİT/BAZ ÖZELLİKLERİ

Amino asitler: zayıf bir asidik α-karboksil ile zayıf bazik bir α-amino grubuna sahiptir.

Ionisation states of amino acids

H COOH

R

C

NH3+

H COO-

R

C

Predominant format pH 1

Predominant format pH 7

NH2

H C

R

C

Predominant foat pH 11

NH3+

H+ H+

Amino Asitlerin İyonizasyonları

pH 1 pH 7 pH 11

Dipolar veya Zwitteriyon

COOH grubu: pK = ~2.2pH 7 > pK, proton kaybı→ COO-

NH2 grubu: pK = ~8

pH 7 < pK, proton kazanır → NH3+ oluşur

pH 7 de, amino ve karboksil grupları yüklü

“dipolar Zwitteriyon form”

Amino asitlerin yan zircirleri düşünüldüğünde senaryo daha komplikedir.

İyonizasyon pH’ya bağımlıdır.

Zwitteriyonik form

Gruplar protonlanmış

Gruplar deprotonlanmış

Amino asitlerin Zwitter-iyon Formu

“zwitterion” = hibrid iyon

pH = 7 (fizyolojik pH)

H

CH3N R

CO2-+

İzoelektrik NoktaAmino asidin diş çevreya karşı yüksüz

göründüğü noktaya izoelektrik nokta denir ve pI ile gösterilir.

(pozitif yüklerin sayısı = negatif yüklerin sayısı)

pI = ½(pKi + pKJ)

Ki = K1 (veya KR bazik amino asitler- R, H, ve K)KJ = K2 (veya KR asidik amino asitler- D and E)

veyapI = ½(pK1 + pK2)

Amino asitlerin pKa değerleri (25°C)

Amino Asit α-Karboksilgrubu

α-Amino grubu

Glisin 2.4 9.8Alanin 2.4 9.9Valin 2.3 9.7Lösin 2.3 9.7Izolösin 2.3 9.8Metiyonin 2.1 9.3Prolin 2.0 10.6Fenil Alanin 2.2 9.3Triptofan 2.5 9.4Serin 2.2 9.2

Amino Asit α-Karboksilgrubu

α-Amino grubu

Yan Zincir

Sistein 1.9 10.7 8.4Tirozin 2.2 9.2 10.5Asparjin 2.1 8.7Glutamin 2.2 9.1Aspartik asit 2.0 9.9 3.9Glutamik asit 2.1 9.5 4.1Lizin 2.2 9.1 10.5Arginin 1.8 9.0 12.5Histidin 1.8 9.3 6.0

Amino asitlerin pKa değerleri (25°C)

Tampon olarak Glisin

Glisin için;pI = (2.34 + 9.60) / 2

= 5.97

Izoelektrik Nokta (pI):

amino asitin net bir yükünün olmadığı pH değeri

Yüksüz bir R grubu olan amino asit için:

pI=(pK1 + pK2) / 2

Alanin’in Titrasyon Eğrisi

Alanin sadece 2 ayrılabilen protona sahip, birinci pKa

değeri; 2.4; ikincisi ise 9.9.

izoelektrik noktanet yükün sıfır olduğu nokta

10

3.01.0 2.0

4

2

8

6

12

14

pH

Equivalents of OH- added

pK2

pK1

pK3

Isoelectricpoint

HC

COO-

CH2

CH2

H3N+ HC

COO-

CH2

CH2

HC

COO-

CH2

CH2

H2NHC

COOH

CH2

CH2

H3N+

Glu+ Glu0 Glu- Glu2-

COO-COO-

H3N+

COOHCOOH

Glutamik Asitin Titrasyon Eğrisi

Glutamik Asit için;pI = (2.19 + 4.25) / 2

= 3.22

Yüklü bir R grubu olan amino asit için:(Nötral iyonizasyondurumu pK ortalamaları)

pI=(pK1 + pK2) / 2

Histidin

10

4

2

8

6

12

14

pHpK2

pK1

pK3

Isoelectricpoint

H

CH2

C

COO-

CH2

CH2

CH2

NH3+

H3N+ H

CH2

C

COO-

CH2

CH2

CH2

NH3+

H2N H

CH2

C

COO-

CH2

CH2

CH2

NH2

H2NH

CH2

C

COOH

CH2

CH2

CH2

NH3+

H3N+

Lys2+ Lys+ Lys0 Lys-

Equivalents of OH- added

Lizin’in İzoelektrikNoktası Nedir?

Aromatik Amino Asitler UV Işık Absorsiyonu

Ninhidrin Reaksiyonu

Fingerprinting - Ninhidrin1910: Siegfried Ruhemann (English)Amino asitler ile reaksiyon

1954 Oden and von Hoffsten; parmak izi analiz reaktifi

Duyarlılığı iyi

Poröz yüzeylerde de kullanılabilir(kağıt, tahta vb.)

Fingerprinting - Ninhidrin

Orijinalparmak izi

Scanlanmişgörüntü

Ninhidrin• Siyanür tayininde kullanılabilir

– 0.025 μg/ml (biyolojik örnekler)– Basit, doğru, hızlı, seçimli, duyarlı

• Yeni doğanda Fenil Alanin DüzeyleriFenilketonüri

• İnsan Plazması amino asit bileşenlerinin tayini– İyon değişim kromatografisi ile ayırma

sonucu kolon sonrası ninhidrin ile türevlendirme.

Amino Asit Kompozisyon Analizi1. Protein dizi analizi kıyaslanması

2. Proteinlerin fonksiyon veya özelliklerinin belirlenmesi

3. Molekül kütlesinin tayini

4. Saf proteinin MW’sinin değerlendirilmesi

5. Protein mühendisliği

6. Endüstri(gıda, içecek vb.)

7. Nöropeptidler

Amino Asit Kompozisyon Analizi1. Amid Bağı Hidrolizi(asidik, bazik, enzimatik,

kısmi vb.)

2. 20 Amino asidin pH gradienti ile iyon değişim kromatografisinde ayrılması

3. Kromatografik olarak ayrılan amino asitlerin kolon sonrası ninhidrin veya OPA ile türevlendirilerek miktarlarının belirlenmesi

AA karışımı iyon değişim matriksine uygulanır ve fraksiyonlar ayrı deney tüplerinde toplanır, her bir tüpteki amino asit ninhidrin ile belirlenerek, sonuçlar kromatogramdadeğerlendirilir..

Amino Asitlerin İyon Değişim(Katyon) Kromatografisi ile Ayrılması

Yüksek pH daki tamponlar ile elüe edilen amino asitler genelde yan zincirlerinde artan pK değerlerine sahip olanlardır. Asidik(anyonik) amino asitler hidrofobik olanlardan daha önce elüe olurlar, en son ise bazik(katyonik) amino asitler elue olurlar.

Amino Asit Analizöründen Elde Edilen Kromatogram

Neden NH4+ kromotogramda görülür?