Proteinlerde doğal olarak bulunan 20 standart aminoasitten başka ek olarak bazı özel aminoasitler taşımaktadırlar. Bu aminoasitlerin bir kısmı serbest halde bulunurlar ve bunlar önemli metabolik rol oynarlar (üreogenezdeki ornitin ve sitrulin gibi). Bir kısmıda küçük boy peptidlerde yer alırlar. Mikroorganizmalar veya bitkiler tarafından sentezlenirler (sayıları yirmiden az). Bunlarla ilgili olarak bazı mantarların zehirli polipeptidlerindeki hidroksilösin ve allotreonin, antibiyotik aktiviteli çeşitli siklik peptidlerden tirosidinler, gramisidinler, basitrasinler ve ornitin sayılabilir. Yine bir prolin türevi olan hidroksiprolin ve lizin türevi olan 5-hidroksilizin bağ dokusu fibröz proteinlerinden olan kollojen yapısında yer almaktadır. Bir kas proetini olan myozin yapısında ise N-metillizin bulunmaktadır. Yine özel aminoasit olan γ-karboksiglutaimk asit, pıhtılaşma proteinlerinden olan prothrombin yapısında ve biyolojik fonksiyon için kalsiyum gerektiren diğer proteinlerde görülmektedir. Elastin isimli bağ dokusu proteinin yapısında bulunan desmozin ise bir lizin türevidir.
Glisin dışında kalan bütün α aminoasitler asimetrik karbon atomu (dört valansına dört farklı atom veya farklı grup bağlanmış karbon) taşıdıkları için optik aktivite göstermektedirler.
Aminoasitlerin kendilerine özgü kimyasal tepkimeleri bulunmaktadır. Fazla miktarda ninhidrin ile ısıtılan aminoasitler çözeltileri mor renkli bir pigment oluşturmaktadırlar. İşte bu renk bir otomatik analizördeki katyon esanjör kolon kromotografisiyle aminoasitlerin ölçümü için kullanılmaktadır. Sadece prolin sarı pigment vererek tepkimeye girmektedir.
Proteinler biyolojik fonksiyonlarına, kimyasal ve polimerik yapılarına, moleküler büyüklüklerine göre sınıflandırılmaktadır. Fonksiyonlarına göre enzimler, taşıyıcı proteinler, kasılma olayında görevli proteinler, yapısal proteinler, korunma proteinleri, denetleyici proteinler, besin ve depo proteinleri olmak üzere sınıflara ayrılabilmektedir.
Proteinler kendi üzerlerine katlanarak değişik yapılar oluşturarak primer yapıyı meydana getirirler. Yalnız atomların birbirlerine van der waals yarıçaplarından daha fazla yaklaşamamaları, peptid bağının düzlemsel yapısının bozulmaması, bağ açılarının ve bağ uzunluklarının fazla değişikliğe uğramaması ve katlanmayı dayanıklı hale getiren hidroje bağlarının maksimum sayıda oluşabilmesi gibi etkenler proteinlerin katlanmalarını kısıtlamaktadır. Üç boyutlu konformasyon (primer, sekonder, tersiyer ve gerektiğinde kuarterner yapı) natif bir proteine özgüdür. Bu konformasyon hasar görebilir, kimyasal organizasyonu bozulabilir. Bütün bunlar hiçbir peptid bağının kesilmeye uğramadan sadece uzayda konformasyonu koruyan mimarinin bağlarının kesilmesiyle olur. İşte buna DENATÜRASYON denir. Denatürasyonda proteinler değil protein yapılarını tümüyle kaybederek düz zincir haline geldiklerinde biyolojik fonksiyonları böylece sekonder ve tersiyer yapıları bozunur. Burada peptid bağının kopması denatürasyonu hidrolizden farklılaştırır.
Denatürasyonu oluşturan fiziksel ve kimyasal ajanlar;
1- Sıcaklık: sıcaklığın arttırılması ve çözünürlüklerin azalmasını pişirilen yumurta akı ovalbuminin beyazlaşması gösterilebilir.
2- Ultraviyole ve iyonlaşan radyasyonlar
3- pH değişimleri: Bazı asitler (nitrik, triklorasetik asit, perklorik asit gibi) ve ağır metallerin bazı asit çözeltileri, ortamda proteinleri uzaklaştırmak amacıyla kullanılır. Bunlara deproteinizantlar denir.
4- Deterjanlar
5- Organik çözücüler (0◦C nin altındaki sıcaklık istisna)
6- Üre ve guanidin yüksek derişimlerde hidrojen bağlarını üzerlerine çekerek proteinleri denatüre ederler.
7- Basit seyreltme veya basit çalkalama
Denatüre olan bazı proteinler renatüre olarak yeniden doğal yapılarına dönebilmektedir. Yani sekonder ve tersiyer yapıları ile disülfit köprüleri yeniden oluşmaktadır. Katlanmış polipeptid zincirlerinin kuarterner yapıyı oluşutrmka üzere bir araya gelmelerinde tersiyer yapıyı br arada tutan tuz köprüleri, hidrojen bağları, van der waals kuvvetleri rol oynamaktadır.
AZOTLU YAPILARIN METABOLİZMALARI
Aminoasitleri ilgilendiren birçok reaksiyon vardırki bunların hepsinde de bir tek ortak koenzim pridoksal fosfat kullanılır. Dekarboksilasyon, aldolizasyon, transaminasyon, ve rasemizasyon reaksiyonlarında kullanılan bu pridoksal fosfat organizmamızda sentezlenemez.
TRANSAMİNASYON
Bir aminoasidin amino grubunun bir α ketoasidin keto grubu ile yer değiştirmesi sonucunda aminoasit α ketoasidine , α ketoasid ise aminoasidine dönmüş olur, reaksiyonda NH3 serbestleşmesi yoktur. Transaminazlara bakterilerde, bitkilerde ve hayvanlarda rastlanır.
Bir aminosait ile bir α ketoasid transaminasyon tepkimesine girdiğine göre enzim için iki substrat çifti bulunmaktadır. Enzim bir substrat çifti için spesifiktir. Genellikle diğer substrat çifti enzim spesifikliği gerektirmeyen GLUTAMAT/ α-KETOGLUTARAT ciftidir. Transaminasyon primer amin (NH2) verici bir α aminoasit üzerinden alıcı bir α ketoasid üzerine transferidir. Genel amino verici ve alıcısını oluşturan bu substrat çifti bütün transaminasyon tepkimelerine katılabilir. Tarnsaminasyon ile çeşitli aminoasitlerin amino grupları kullanılarak L-GLUTAMAT sentez edilmektedir.
Aminotransferazlar karaciğer ve kas dokusu başta olamak üzere bütün dokularda yaygındır. Hücrenin sitozol ve mitokondrilerinde bulunmaktadır.Aminotransferazlardan ALANİN-PİRUVAT çiftine spesifik olan ALANİN AMİNOTRANSFERAZ (ALT-SGPT) ve ASPARTAT-OKSALOASETAT çiftine spesifik olan ASPARTAT AMİNOTRANSFERAZ (AST-SGOT) enzimleri karaciğer, kas, beyin, böbrek, testis dokusunda bulunmaktadır.
AST ALT TEPKİMELERİ
Transaminasyon, α amino grubuna özgü bir tepkime türü değildir. δ amino grubu taşıyan ornitinde transaminasyona katılır. Buna karşılık lizin, treonin, prolin ve hidroksiprolin aminoasitlerin NH2 grupları α ketoglutarat kullanılarak uzaklaştırılmakta veye yer değiştirmektedir. Bu nedenle transaminasyon tepkimeleri amino azotunun dağılımı için bir yol oluşturmaktadır.
RASEMİZASYON
Rasemazin aktif yerine ait proton çekici bir aminoasitin etkisi altında, H+ protonunun α karbondan koparılması anlamında, rasemizasyonun mekanizması transaminasyona benzer. Proton verici bir aminoasitin aracılığı ile başka bir proton bu durumda eklenebilir.
DEAMİNASYON:
Bir aminoasitin amino grubunun amonyak olarak ayrılması sonucunda α ketoaside dönüşmesi deaminasyon olarak tanımlanmaktadır. Deaminasyon tepkimelerinde başlıca karaciğer ve böbrekte bulunan çeşitli enzim ve koenzimler görev almaktadır. Koenzim olarak FMN veya FAD taşıyan L- aminoasit oksidazları, O2 bulunan koşullarda oksidasyonunu gerçekleştirmektedirler. Transaminasyon tepkimeleri sonucu α ketoglutarattan oluşan glutamat, bu spesifik dehidrojenaz enzimi ile deaminasyona uğramaktadır. Glutamat üzerine çeşitli aminoasitlerden taşınan amino grupları amonyak olarak serbest hale geçmektedir. Mitokondri matriksinde bulunan glutamat dehidrogenaz enziminin aktivitesi hücrenin enerji durumuna göre düzenlenmektedir.
AMİNOASİT AZOTUNUN METABOLİK YOLLARI
Bazı aminoasitler hayvansal organizma tarafından detoksifikasyon ajanları olarak kullanılmaktadır. İdrarda glisin benzoik asitle birleşerek hippurik asit, fenil-asetik asit-glutamin gibi ürünler, dışkıda ise ürobilin ve sterkobilin bulunabilir.
Dolaşımdaki amonyağın büyük bölümü NH4, %1i ise NH3 halindedir. Hücre ve mitokondri membranını geçebilen amonyak, sitrik asit döngüsü ara ürünlerinden α ketoglutarata bağlanarak glutamat oluşturmakta ve döngünün yavaşlamasına yol açmaktadır. Normal koşullarda beyin dokusunun tek enerji kaynağı sitrik asit döngüsü olduğu için amonyağın toksik etkisi özellikle beyinde etkisini göstermektedir. Organizma toksik bir madde olan amonyaktan glutamin ve üre sentez eder.
Azot üç biçimde elimine olmaktadır:
1- Amonyak ve amonyak tuzları
2- Ürik asit
3- Üre biçimidir.
İnsan, azotu başlıca %80 üre biçiminde eksrekte eder. Ayrıca idrarda amonyak tuzları ve ürik asit bulunur. Amonyak çok toksik bir üründür, organizma ondan hızla kurtulmalıdır.
Aminoasitlerin metabolizması;
Organizmada karbonhidrat ve lipid metabolizmasında son ürün olarak karbondioksit (CO2) ve su (H2O) oluşmaktadır. Proteinlerin C ve H atomlarından da son ürün olarak karbondioksit (CO2) ve su (H2O) oluşmakla beraber, protenilerde %16 oranında bulunan azot sadece proteinlere özgü olan atılım ürünlerinden amonyak ve üre oluşumuna yol açar.
Protein yapısındaki C ve H den CO2 ve H2O oluşurken azot atomundan canlı organizma için toksik olan amonyak meydana gelmektedir. Amonyak ileri bir reaksiyona girerek toksik olmayan üreye dönüştürülerek vücuttan atılır. Amonyaktan üre sentez edilmesi enerji gerektiren bir dizi tepkime ile gerçekleşmektedir. Bilindiği gibi karbonhidrat ve lipidlerin yıkımı ekzorgonik tepkimeler dizisi ile olurken, protein yıkımı zorunlu olarak endorgonik bir tepkime ile sonlanmaktadır. Bu nedenle proteinler organizma için pahalı bir yakıt maddesi olarak nitelendirilir. Birçok metabolik reaksiyon endorgonik çalışır. Anabolizmadaki biyokimyasal reaksiyonların çoğu ve substratların aktifleşmesini gerektiren katabolizmanın ilk basamağında olduğu gibi karbonhidratlarda, fosfor esterleriyle birleşme bir aktifleşmedir. Bu reaksiyonların gerçekleşmesi için katabolizmanın ekzorgonik reaksiyonları tarafından sağlanan kullanılabilir bir enerji girdisine ihtiyaç vardır.
Glukozun, Glukoz-6-fosfata fosforilasyonu termodinamik olarak himaye edilmeyen endorgonik bir reaksiyondur.
Glukoz + ATP → Glukoz-6-fosfat + ADP ∆G◦ = 16,4 kj/mol
Aksine fosfoenol piruvatın, piruvat ve fosfor yapılarına hidrolizi kuvvetli ekzorgoniktir.
Proteinlerin enerji kaynağı makromoleküllerden düşük olup aminoasitlerin fazlasıda depo edilemez. İnsana en uygun proteinler memeli proteini, balık, kümes hayvanları proteini ile bitki proteinidir. Bitki proteinlerinde lizin, metiyonin ve triptofan aminoasitleri çok az bulunduğu için vejeteryan beslenmede diyetin çok değişik kaynaklardan protein içermesine önem verilmesi gerekmektedir.
AMONYAĞIN TAŞINMASI
Toksik bir madde olan amonyak iki şekilde taşınmaktadır:
1- Amonyaktan glutamin sentez edilerek zararsız bir bileşik halinde vücutta dolaşması sağlanmaktadır. Karaciğer ve böbrekte bulunan glutamin sentetaz enzimi tarafından katalizlenen tepkimenin enerjisi ATP hidrolizi ile elde edilmektedir.
Glutamin gerektiğinde sadece karaciğer ve böbrekte bulunan glutaminaz enzimi tarafından yeniden glutamik asit ve amonyağa parçalanmaktadır. Böylece amonyağın diğer dokularda serbest hale gelmesi önlenmektedir.
2- Diğer taşınma yolu glikoz- alanin döngüsüdür. Kas dokusunda transaminasyonla piruvattan oluşan alanin, kan yoluyla karaciğere taşınarak yeniden piruvata çevrilir. Karaciğerde transaminasyonla alaninden piruvat oluşurken α ketoglutarata aktarılmış olan amonyak, daha sonra glutamat dehidrogenaz ile serbest bırakılmaktadır. Böylece kas dokusundaki aminoasit azotu, üre sentezinde kullanılmak üzere karaciğere taşınmış olmaktadır. Aynı zamanda kas dokusunda glikoliz sonucu oluşan piruvat aynı yol ile alanin şeklinde karaciğere ulaşmaktadır.
AMONYAĞIN ATILIMI
Yüksek organizmaların bir çoğunda toksik olan ve pasif difüzyon ile uzaklaştırılamayan
amonyaktan sentez edilen üre, azotlu son ürün olarak atılmaktadır. İnsanda amonyağın başlıca atılım şekli üredir. Bunun yanı sıra böbreklerde glutaminden serbest hale geçen amonyak, NH4+ şeklinde klorür veya fosfat gibi anyonlarla eşleştirilerek atılmaktadır.
ÜREOJENEZ
Ürenin kurulması karaciğerde gerçekleşir (H.A.KREBS ve HENSELEİT). Üre sentezine ilk giren amino grubu, karaciğer hücrelerinin mitokondrilerinde bulunan GLUTAMAT DEHİDROGENAZ enziminin etkisiyle glutamatın oksidatif deaminasyonu ile ortaya çıkan serbest AMONYAKTAN gelmektedir. Reaksiyon NAD+ gerektirmektedir.
Bu reaksiyon sonucu ortaya çıkan amonyum iyonu (NH4+), mitokondride solunum sonucu meydana gelen CO2 ve matrikste ATP bağımlı KARBAMOİL FOSFAT SENTETAZ 1 enziminin etkisiyle karbamoil fosfat meydana gelmektedir.
1- Karbamoil fosfat sentezi ve ornitin sitrülline dönüşümü (mitokondri)
Bir glutamat türevi olan N-asetil glutamat, bu Karbamoil fosfat sentetazın allosterik bir aktivatörüdür.
Karbamoil fosfat, ornitin karbamoil transferazın etkisi altında sitrüllini vermek üzere ornitinin α aminli grubu ile etkileşir. Karbamoil fosfat karbon atomunu ve oluşacak üre molekülünün azot atomlarından birisini taşır.
2- Sitrüllinden arginine dönüşüm (sitozolde)
Bu dönüşüm iki reaksiyon gerektirir. Birincide sitrüllin ATP varlığında ARJİNOSÜKSİNİK ASİDİ oluşturmak üzere aspartik asit ile yoğunlaşır. Arjinosüksinik asit, ikincide ARJİNİNE ve FUMARİK ASİTE ayrılır. Aspartik asit oluşacak üre molekülünün ikinic atomunu taşır ve aspartik asit, fumarik asite dönüşmüştür. NH2 vericisi zorunlu aspartik asittir. Aspartik asitin aminli grubu glutamik asitten gelebildiği gibi (oksaloasetik asit üzerine transaminasyonla) ve glutamik asitin aminli grubunun kendiside, glutamik asitin çok aktif biçimde transaminasyon proseslerine katılmasından dolayı bir çok aminoasitten gelebilir.
3- Arjininin ornitine ve üreye dönüşümü
Bu reaksiyon bir hidroliz reaksiyonudur ve ARJİNAZ tarafından katalizlenir. Karaciğer enzimi olan arjinaz, arjinini koparır ve üre ile ornitin meydana gelir. Burada meydana gelen ornitinin tekrar mitokondriye girmesi ile üre döngüsünün birinci turu tamamlanmış olur. Ornitin iknic bir tur başlatır.
Her şeyi özetlemiş. Tebrikler
YanıtlaSil