Proteinlerin Yapıtaşları: Amino Asitler

Proteinler vücudumuzda hormon olarak, nörotransmitter olarak, hücre iskeletinde, hücre membranında, transkripsiyon faktörü olarak, katalizör olarak vb. hem yapısal hem de reaksiyonlara yardımcı birçok işte görev alır. Canlılık için bu kadar önemli olan proteinler amino asitlerin peptit bağıyla birbirine bağlanmasıyla oluşur.

Amino asitler temelde alfa karbonuna bağlı amino grubu, karboksil grubu, hidrojen ve amino asitlerde değişik gösteren -R grup yani değişken gruptan oluşmaktadır. Öncelikle bünyelerinde hem baz olan amino grubunu hem de asit olan karboksil grubunu içerdiklerinden amino asitler amfoterik yani hem asit hem de baz gibi davranan molekül olarak adlandırılır.

Buna ek olarak, hem amino hem de karboksil grubu pH'a bağlı olarak iyonlaşabildiği için amino asitlerin net yükleri bulundukları solüsyonun pH'ına göre değişmektedir. Yukarıda bir örneği olan titrasyon grafikleri aracılığıyla bilinen pH'ta amino asitlerin yükleri tespit edilebilir.

Yukarıda da belirtildiği gibi -R grup amino asitten amino asite değişmektedir. Ve amino asitler içerdikleri -R grubunun özelliklerine göre hidrofobik, polar nötr, asidik ve bazik olmak üzere 4 temel kategoriye ayrılır.

Hidrofobik amino asitler glisin, alanin, valin, lösin, izolösin, metiyonin, fenilalanin ve triptofandan oluşmaktadır. Hidrofobik oldukları için sitoplazmik proteinlerin genellikle iç kısımlarında membran proteinlerinin ise genellikle dış kısımlarında bulunmaktadırlar.

Glisin amino asidi amino asitlerin en basit olanıdır. -R grup olarak hidrojen içermektedir. Bu yüzden de alfa karbonu kiral karbon [ Kiral karbona bağlı olan 4 grup birbirinden farklı olmalıdır.] değildir. Bir başka deyişle glisin optik olarak aktif bir molekül değildir.

Metiyonin diğer amino asitlerden farklı olarak değişken grubunda kükürt atomu bulundurmaktadır.

Fenilalanin ve triptofan amino asitleri aromatik zincir içerdikleri için aromatik amino asitler grubunda bulunurlar. Ve yine bu aromatik zincirlerinden dolayı 280 nm'de ışık absorbe ederler. Bu özellik laboratuvarlarda test tübünün içerisindeki proteinin konsantrasyonunu ve saflığını ölçmek için kullanılmaktadır.

Polar-nötr amino asitler serin, treonin, tirozin, asparajin, glutamin ve sisteinden oluşmaktadır.

Serin, treonin ve tirozin amino asitleri -OH grubu içerdikleri için proteinler açısından oldukça önemlidir. Çünkü bu -OH grubu sayesinde proteinlere serin, treonin ve tirozin amino asitlerinden fosfor grubu eklenebilir. Bu olay fosforilasyon olarak adlandırılır ve proteinlerin fonksiyonunu düzenlemede oldukça önemli görevi olan bir post-translasyonel modifikasyondur.

Konuyla ilgili daha ayrıntılı olarak şunlar da söylenmelidir; Proteinleri fosforlayan enzimler kinaz olarak adlandırılır. Ve kinazlar temel olarak ikiye ayrılır; serin/treonin ve tirozin kinazlar. Tirozin kinazlar genellikle hücre bölünmesi ve büyümesi ile ilgili olan proteinleri düzenlemede görev alırlar. Bunun doğal bir sonucu olarak da mutasyonları genellikle kansere yol açmaktadır.

Ayrıca fenilalanin ve triptofan gibi tirozin de aromatik amino asitler grubundan yer almakta dolayısıyla 280 nm'de ışık absorbe etmektedir.

Polar amino asitlerden sistein amino asidi de proteinler için oldukça büyük bir önem arz etmektedir. Çünkü sistein amino asitleri -SH grubuna sahiptir ve iki sistein amino asidi bir araya geldiğinde oksidasyon olursa -S S- yapıda olan disülfit bağı oluşur. Disülfit bağı kovalent bağ olduğundan proteinlerin konformasyonunu stabil tutmada oldukça önemlidir.

Asidik amino asitler aspartik asit ve glutamik asitten oluşmaktadır. Bu amino asitler alfa karbona bağlı olan karboksil grubuna ek olarak -R gruplarında da karboksil grubu içermektedir. Bu sebepten de fizyolojik pH'ta yani pH=7.4'te negatif yüklü olarak bulunmaktadırlar.

Bazik amino asitler histidin, arjinin ve lizin amino asitlerinden oluşmaktadır.

Histidin -R grup olarak imidazol grubu içermektedir. İmidazol grubu amino grubu içerdiğinden histidin amino asidi fizyolojik pH'ta pozitif olarak yüklenmektedir. Ayrıca imidazol grubu Ni ve Zn metal atomlarıyla bağ yaptığından DNA rekombinant teknolojisinde his tagler daha sonradan IMAC ( Immobilized Metal Affinity Chromatography) yani immobilize metal affinite kromatografisi kullanarak purifiye etmek için kullanılmaktadır.

Arjinin ve lizin amino asitleri de histidin amino asidi gibi ekstra amino grubu içerdiğinden fizyolojik pH'ta pozitif yüklüdür. Bu yüzden de özellikle DNA ile etkileşime girecek olan proteinler [DNA negatif yüklü olduğundan ] yüksek oranda arjinin ve lizin içermektedir.

Uluslarası platformlarda ve protein sekanslarında yukarıda bahsedilen amino asitler ya 3 harfli kısaltmalarıyla ya da tek harfli kısaltmalarıyla ifade edilmektedir.

Yukarıda bahsedilen 20 farklı amino asit kodlandıkları mRNA'ya göre değişik sıralarda peptit bağı ile bir araya gelir ve proteinleri oluştururlar. Peptit bağının yapısı yukarıdaki resimdeki gibidir, yani bir amino asitin karboksil grubunun -OH grubunu diğer amino asitin amino grubunun ise -H'ını kaybetmesi sonucu yani bir suyun çıkması sonucunda oluşmaktadır. Ayrıca peptit bağı rezonans sonucu yarı çift bağ karakterine sahip olduğundan oldukça stabildir.