Amino Asit Nedir? Yapısı, Peptit Bağı ve Protein Sentezi

Alfa amino asidin dört parçalı iskeleti nasıl okunur?

Proteinlerde kullanılan çoğu standart amino asidin temelinde merkezi bir karbon atomu, yani alfa karbonu bulunur. Bu karbona amino grubu (-NH2), karboksil grubu (-COOH), bir hidrojen atomu ve R olarak gösterilen değişken yan grup bağlanır. Glisinde R grubu hidrojen olduğundan alfa karbona iki aynı hidrojen bağlanır ve dört farklı grup bulunmaz. Prolinin amino grubu ise halka yapısına katılmış sekonder amin yapısındadır.

Genel gösterim şu şekilde özetlenebilir:

$H_2N-CH(R)-COOH$

Buradaki R grubu, amino asitlerin birbirinden ayrılmasını sağlayan bölümdür. Bu nedenle bütün amino asitlerde amino ve karboksil grubu bulunmasına karşın, amino asitlerin kimyasal özellikleri ve protein içindeki davranışları R grubuna göre farklılaşabilir.

Amino grubu bazik özellik, karboksil grubu ise asidik özellik gösterebilen kısımdır. Bir soruda yapısal formül verildiğinde önce merkezi karbonu, ardından bu iki temel fonksiyonel grubu ve son olarak değişken R grubunu belirlemek gerekir. R grubunun adı veya yapısı verilmemişse, ilgili amino asidin hangi özel amino asit olduğunu yalnızca genel iskeletten kesin olarak çıkarmak mümkün olmayabilir.

Amino asidin 'organik bileşik' olarak adlandırılması, karbon temelli bir molekül olmasından kaynaklanır. Ancak amino asit ile protein aynı şey değildir: amino asit tek birim, protein ise bu birimlerin belirli bir sırayla bağlanmasıyla oluşan daha büyük moleküldür.

R grubu proteinlerin çeşitliliğini nasıl oluşturur?

Canlıların proteinlerinde genellikle 20 farklı standart amino asit kullanılır. Bu sayı, protein çeşidinin yalnızca 20 ile sınırlı olduğu anlamına gelmez. Çünkü aynı amino asit türleri farklı sayılarda, farklı sıralarda ve farklı uzunluklarda birleşebilir.

Örneğin bir protein zincirinde amino asitlerin sırası değiştirildiğinde zincirin yapısal özellikleri de değişebilir. Bu değişim, proteinin görevini etkileyebilir. Dolayısıyla protein çeşitliliğinin ana kaynaklarından biri, amino asitlerin türünden çok zincir içindeki dizilim düzenidir.

R grubunun özellikleri amino asidin protein içindeki etkileşimlerini etkileyebilir. Bu yüzden R grubu, yalnızca isimlendirme için kullanılan bir sembol değildir; amino asidin diğer amino asitlerle ve bulunduğu biyolojik ortamla nasıl ilişki kurabileceğini anlamada temel ipucudur. Bununla birlikte, yalnızca R grubuna bakarak bir proteinin bütün üç boyutlu yapısını veya görevini kesin biçimde belirlemek doğru değildir; protein işlevi amino asit dizilimi ve bu dizilimin oluşturduğu yapı ile birlikte değerlendirilir.

Proteinlerin yapı taşı olarak anılan standart amino asitler, hücrede genetik bilginin yönlendirmesiyle belirli bir sıraya yerleştirilir. Bu süreçte bilgi DNA'daki genetik bölgeden RNA aracılığıyla protein sentezinin gerçekleştiği ribozoma aktarılır.

Peptit bağı kurulurken hangi gruplar birleşir?

İki amino asidin birleşmesinde bir amino asidin karboksil grubu ile diğer amino asidin amino grubu arasında peptit bağı oluşur. Bu bağ, amino asitleri protein zinciri hâline getiren kovalent bağdır.

Bağ oluşumunu kavramak için şu eşleşmeyi izlemek gerekir:

1. Birinci amino asidin karboksil grubu belirlenir.
2. İkinci amino asidin amino grubu belirlenir.
3. Bu iki grup arasında peptit bağı kurulur.
4. Amino asitler artık tek tek birimler olarak değil, peptit zincirinin parçaları olarak değerlendirilir.

Bu süreçte su açığa çıkması, amino asitlerin birleşmesinin dehidrasyon yani su çıkarılmasıyla gerçekleşen bir tepkime olarak öğretilmesini sağlar. Ters yönde, protein veya peptit zincirindeki bağların su kullanılarak parçalanmasına hidroliz denir. Peptit bağlarının hidrolizi daha küçük peptitler oluşturabilir; tam hidroliz sonucunda protein veya polipeptit zinciri serbest amino asitlere kadar parçalanır.

Bir zincirdeki her bağın bir peptit bağı olduğunu söylemek yerine, bağın özellikle amino grubu ile karboksil grubu arasında kurulduğunu belirtmek gerekir. Ayrıca amino asitlerin birbirine bağlanması, protein zincirinin oluşması için gereklidir; fakat bir zincirin oluşması, onun mutlaka işlevsel ve tamamlanmış bir protein yapısına sahip olduğu anlamına gelmez. Protein işlevi, zincirin katlanması ve oluşan yapısal özelliklerle de ilişkilidir.

Esansiyel amino asit ile standart amino asit neden aynı kavram değildir?

Standart amino asit ifadesi, proteinlerin yapısında kullanılan amino asit türlerini anlatır. Esansiyel amino asit ise vücudun yeterli miktarda üretemediği ve besinlerle alınması gereken amino asidi ifade eder. Bu iki sınıflandırma farklı ölçütlere dayanır.

'20 standart amino asit' ifadesi tür sayısıyla ilgilidir. 'Esansiyel amino asit' ifadesi ise bir amino asidin insan vücudunda beslenme yoluyla alınmasının gerekip gerekmediğiyle ilgilidir. Bu nedenle her standart amino asidin esansiyel olduğunu söylemek doğru değildir.

Et, süt, yumurta ve baklagiller gibi protein içeren besinler amino asit kaynağı olabilir. Ancak bir besinin protein içermesi, içerdiği amino asitlerin tamamının aynı miktarda veya aynı beslenme özelliğinde olduğu anlamına gelmez. Esansiyel amino asitlerle ilgili bir soruda temel karar kuralı şudur: Vücut ilgili amino asidi yeterli miktarda sentezleyemiyorsa dışarıdan alınması gerekir.

Amino asitler yalnızca kas dokusuyla ilişkilendirilmemelidir. Proteinlerin yapısına katıldıkları için doku yapımı ve onarımı, enzimler, hormonlar ve antikorlar gibi birçok biyolojik işlevle bağlantılıdırlar. Bununla birlikte, besinlerden amino asit alınması doğrudan yeni bir proteinin hazır biçimde vücuda yerleştiği anlamına gelmez; proteinler sindirim sırasında amino asit birimlerine ayrılabilir ve bu birimler hücrelerin gereksinimine göre yeniden kullanılabilir.

DNA, RNA ve ribozom amino asit dizisini nasıl belirler?

Protein sentezinde amino asitlerin rastgele sıralanması söz konusu değildir. DNA üzerindeki genetik bilgi, RNA aracılığıyla ribozoma taşınır ve ribozom bu bilgiye göre amino asitleri belirli bir sırayla birleştirir.

Bu ilişkiyi üç basamakta düşünebiliriz:

1. Genetik bilgi DNA üzerinde bulunur.
2. RNA, bu bilginin protein sentezinde kullanılmasına aracılık eder.
3. Ribozom, uygun amino asitlerin belirlenen sıraya göre peptit bağlarıyla bağlanmasını sağlar.

Bu zincirde amino asitler bilgiyi taşıyan moleküller değil, bilginin sonucunda sıralanan yapı birimleridir. Ribozom da amino asitleri üreten bir yapı olarak değil, protein sentezinin gerçekleştiği organel olarak değerlendirilmelidir.

Bir soruda DNA, RNA, gen, ribozom ve amino asitler birlikte veriliyorsa kavramları görevlerine göre ayırmak gerekir: Gen, kalıtsal bilginin bir bölümünü; DNA bu bilginin bulunduğu molekülü; RNA aktarım ve kullanım sürecindeki aracıyı; ribozom sentez ortamını; amino asitler ise oluşan protein zincirinin birimlerini temsil eder.

Çözümlü örnekler: yapıdan bağ sayısına doğru ilerleme

Örnek 1 — Yapısal formülü yorumlama

Verilen: Bir molekülde merkezi karbon atomuna -NH2, -COOH, H ve R grubu bağlanmıştır.

Çözüm adımları:

1. Merkezi karbona bağlı -NH2 grubu amino grubudur.
2. -COOH grubu karboksil grubudur.
3. H, amino asidin temel iskeletindeki hidrojen atomudur.
4. R, amino asidi diğerlerinden ayıran değişken yan gruptur.
5. Bu grupların aynı merkezi karbona bağlanması, verilen molekülün genel amino asit yapısına uyduğunu gösterir.

Sonuç: Molekül bir amino asidin genel yapısını taşır. Ancak R grubunun yapısı verilmediği için yalnızca bu bilgilerle belirli bir amino asidin adını söylemek mümkün değildir.

Örnek 2 — Peptit bağı oluşumunu belirleme

Verilen: İki amino asit bir zincir oluşturacak şekilde birleşiyor.

Çözüm adımları:

1. İlk amino asidin karboksil grubu işaretlenir.
2. İkinci amino asidin amino grubu işaretlenir.
3. Bu iki grup arasında oluşan bağın peptit bağı olduğu belirlenir.
4. Birleşme sırasında su açığa çıkıyorsa olayın dehidrasyonla gerçekleştiği söylenir.
5. Oluşan yapı iki amino asidin bağlı bulunduğu bir dipeptittir; daha fazla amino asidin bağlanmasıyla daha uzun peptit zincirleri meydana gelebilir.

Sonuç: Amino asitleri protein zincirine bağlayan bağ peptit bağıdır. Bağın hangi gruplar arasında oluştuğunu bilmek, yalnızca adı ezberlemekten daha güvenilir bir çözüm yoludur.

Sık yapılan hatalar ve karıştırılan kavramlar

1. Amino asit ile proteini aynı sanmak: Amino asit tek bir yapı birimidir; protein, amino asitlerin belirli dizilimle oluşturduğu büyük moleküldür.

2. Peptit bağını R grupları arasında aramak: Peptit bağı, temel olarak bir amino asidin karboksil grubu ile diğerinin amino grubu arasında oluşur. R grubu, amino asitlerin farklılığını sağlayan yan zincirdir.

3. 20 standart amino asidin tamamını esansiyel kabul etmek: 20 sayısı standart amino asit türleriyle ilgilidir. Esansiyellik ise vücudun ilgili amino asidi yeterli düzeyde üretip üretememesiyle ilgilidir.

4. Ribozomun amino asit ürettiğini düşünmek: Ribozom protein sentezinin gerçekleştiği yapıdır; amino asitlerin üretildiği yer olarak tanımlanmaz.

5. DNA'nın doğrudan protein zinciri olduğunu sanmak: DNA genetik bilgiyi taşır. Amino asitlerin dizilmesi, RNA aracılığı ve ribozomun görev aldığı protein sentezi süreciyle gerçekleşir.

6. Hidroliz ile peptit bağı oluşumunu karıştırmak: Peptit bağı oluşumu su açığa çıkaran bir birleşme süreci olarak; hidroliz ise su kullanılarak bağların parçalanması olarak değerlendirilir.

7. Her amino asidin vücutta aynı görevi yaptığını düşünmek: Amino asitlerin temel iskeleti benzer olsa da R grupları farklı olduğundan özellikleri ve protein içindeki etkileri aynı değildir.