Protein, aminoasitlerin zincirler şeklinde birbirine bağlanmasıyla oluşan organik moleküllerdir. Protein kelimesi ilk kez 1838 yılında Alman kimyager Mulder tarafından besinlerin yapısını oluşturan, besin öğelerinde azot içeren yapıları belirtmek için verilmiştir. Kelime Eski Yunancada, ilk sırayı alan veya birinci derecede önemli anlamına gelen bir fiil olan “proleos” dan türetilmiştir.
Canlıların yapısı bir çok farklı proteinlerden oluşur. Bu proteinler canlının cinsine ve aynı cinsler arasında organlara göre farklı özellik gösterir. Yaşayan sistemler içinde en çok bulunan ve en fazla göreve sahip olan, genlerle aktarılan kalıtsal bilginin taşındığı moleküllerdir. İnsan vücudunun %22’si proteinden oluşur. Dışarıdan alınan proteinlerin sindirimi midede başlar ve sudan sonra vücudumuzda en çok bulunan maddedir.
Yapısı
Proteinler aminoasitlerin farklı kombinasyonlarla birleşmesiyle meydana gelir. Doğada 22 temel aminoasidin farklı kombinasyonlarla birbirine bağlanmasıyla milyarlarca değişik protein sentezlenmektedir. İnorganik maddeleri sentezleyerek protein oluşturmak yalnızca bitkilere ait bir özellik olduğundan doğal protein kaynağı bitkilerdir. Bitkiler, yaptıkları fotosentez ile karbonhidrat üretirler ve bu sürece topraktan aldıkları azotlu bileşikleri de katarak aminoasitleri ve proteinleri üretirler. Azot elementi de bu sayede besin zincirine dahil olur.
Protein sentezlenirken aminoasidin karboksil grubu (-COOH ) başka bir aminoasidin amino grubuyla (-NH2) 1 mol su açığa çıkararak birleşir ve peptit zinciri oluşturur.
Oluşan peptit zincirleri, zincirde yer alan aminoasit sayısına göre; mono(bir), di(iki), tri(üç) gibi ön ekler verilerek isimlendirilir.
Proteinlerin çoğu tek bir polipeptit zincirinden (miyoglobin) oluşur. Bazıları ise birbirlerinin aynı yada farklı olan iki veya daha fazla polipeptidlerden meydana gelir.
Daha sonraki aşamalarda zincir halinde üretilen proteinin doğru zaman, yer ve şekilde kıvrılıp katlanması gerekir. Bu katlanma sonucunda proteinlerin karakteristik yapısı oluşur. Eğer bir protein yanlış şekilde katlanır ya da hiç katlanmazsa bu durumda görevini yerine getiremez. Proteinlerin karakteristik üç boyutlu yapıları; primer (birincil), sekonder (ikincil), tersiyer (üçüncül) ve kuarterner (dördüncül) olarak adlandırılır. Bu yapılardan primer her proteinde yer alırken bazıları sekonder, tersiyer ya da kuartener yapıda kendilerine özgü üç boyutlu yapılarına kavuşur.
Primer Yapı (Birincil Yapı)
Belirli türde, sayıda ve diziliş sırasında aminoasitlerin birbirlerine peptit bağlarıyla bağlanarak oluşturdukları polipeptit zinciri biçimindeki yapıdır. Primer yapı, bir protein için karakteristik ve genetik olarak tespit edilmiş olan aminoasit dizilişidir. Primer yapının oluşmasını ve sürdürülmesini peptit bağları sağlar.
Proteinin primer yapısında, peptit bağları ve birbirine tek bağlarla bağlı bir atomlar zinciri oluşur. Primer yapı diğer yapıların oluşumunun ilk basamağıdır ve dolayısıyla fonksiyonel değildir. Primer yapı daha sonra zayıf hidrojen bağları ve disülfit bağları ile proteinlerin kıvrılıp katlanmasını sağlayarak proteine boyut kazandırır. Böylece daha işlevsel olan sekonder, tersiyer ya da kuartener yapıların oluşmasını sağlar.
Sekonder Yapı (İkincil Yapı)
Sekonder yapı sarmal(α-heliks) ve pileli tabaka(β-) olmak üzere iki şekilde görülür.
Sarmal yapıda aminoasit, yanındaki ile oluşturduğu hidrojen bağından dolayı sarmal şeklinde kıvrılır. Pileli tabaka, bir çok polipeptit zincirinin birbirine hidrojen bağı ile çaprak bir şekilde bağlanmasıyla oluşur. Çapraz bağlanma, pileli-katlı bir görünüm meydana getirirken bu proteinlere çok sağlam ve esnek bir yağı kazandırır.
Aktin, miyozin, fibrinojen, keratin ve b-karoten gibi proteinler sekonder yapılı proteinlere örnektir.
Tersiyer Yapı (Üçüncül Yapı)
Tersiyer yapı, polipeptit zincirinin sekonder yapı oluştuktan sonra, bağlayıcı güçlerin hepsinin toplamı ile uzayda daha ileri katlanmalar veya lifler halinde düzenlenmesi sonucunda oluşan protein yapısıdır.
Helezon yapısı ve düz tabaka yapısı dışında kalan zincirlere ait olan grupların ya da atomların meydana getirdikleri çeşitli bağlar ve güçler, protein molekülünün içerisinde çok az boşluk bırakan sıkı ve belirli bir şekil almasını sağlar. Tersiyer yapıda olan proteinler, ikincil (sekonder) yapının oluşumundan sonra tekrar daha ileri katmanlar, bükülmeler ve çeşitli bağlarla bağlanmış olduğundan yün yumağını andıran bir şekil alır.
Kuarterner Yapı (Dördüncül Yapı)
Kuartener yapı; primer, sekonder ve tersiyer yapıya sahip eşit veya farklı boylardaki iki veya daha fazla aminoasit zincirinin bir araya gelmesiyle daha büyük yapılı tek bir protein meydana getirmesiyle oluşur.
Proteinlerin Sınıflandırılması
Yapılarına göre proteinler
Proteinler yapılarına göre basit ve bileşik proteinler olmak üzere iki sınıfta incelenir.
Basit proteinler
Yapısında aminoasit dışında madde bulunmayan proteinlerdir.
Globüler proteinler; bileşimlerine bağlı olarak su, asit, baz ve alkol gibi çözücülerde çözünebilen proteinlerdir. Bitkisel ve hayvansal besinlerde yaygındır; et, süt, yumurta, tahıl ve kuru baklagiller gibi çeşitli besinlerde ve kanda bulunur.
Skleroproteinler; Suda çözünmeyen lifimsi yapıda olup iskelet materyali olarak görev yapan proteinlerdir. Kollajen, elastin ve keratin bu proteinlere örnektir. Bu proteinlerden kollajen; bağ dokusu, kemik ve kıkırdaklarda, elastin; akciğerler gibi esnek dokularda; keratin ise derinin üst tabakasında, saç ve tırnaklarda bulunur.
Bileşik proteinler
Aminoasitlerin yanında nükleik asit, lipitler(yağ) ve karbonhidratlardan biri veya birkaçını içeren proteinlerdir.
- Lipoproteinler; lipitler ile proteinlerin birleşmesiyle oluşan proteinlerdir. Süt ve yumurta sarısında bulunur.
- Glikoproteinler; glikoz(karbonhidrat) ile proteinlerin birleşmesiyle oluşur. Karbonhidrat içeriği genelge çok düşüktür; yumurta akında bulunur.
- Fosfoproteinler; fosfat içeren proteinlerdir; sütte bulunan kazein, yumurta sarısındaki vitellinde bulunur.
- Nükleoproteinler; nükleik asiler ile proteinlerin birleşmesiyle türeyen, hücre çekirdeğinde bulunan proteinlerdir. Hücrenin nukleus, mikrozom ve mitokondrisinde bulunur.
- Kromoproteinler; kromofor gruplarının proteinlere bağlanmasıyla türeyen proteinlerdir. Klorofil, hemoglobin ve miyoglobin bu proteinlere örnektir.
- Metalloproteinler; Demir, magnezyum, mangan, kobalt, çinko ve bakır gibi metal iyonlarını içeren proteinlerdir. Hemoglobin ve miyoglobin bu proteinlere örnektir.
Şekillerine Göre Proteinler
Proteinler şekillerine göre ikiye ayılır;
- Fibröz proteinler: Suda çözünmeyen, bir eksen boyunca uzanmış bir polipeptid ya ya da birbirine paralel olarak yerleşmiş polipeptid zincirlernden oluşan çubuk şekilli proteinlerdir.
- Globüler proteinler: Büyük bir kısmı sıvı içinde çözünebilen proteinlerdir. Enzimler ve hormonlar globüler karakterdedir.
Biyolojik Rollerine Göre Proteinler
- Katalitik proteinler: Organizma içindeki bir çok reaksiyonun gerçekleşmesinde rol alan proteinlerdir; enzimler.
- Taşıyıcı proteinler: Önemli metabolizma maddelerinin organizma içinde taşınmasını sağlayan proteinlerdir; kanda bulunan hemoglobin, serum proteinleri ve lipoproteinler.
- Fizyolojik düzenleyiciler: Organizmada gerçekleşen bir çok olayın düzenlenmesinde yer alırlar; insülin, parathormon, somatotrop hormon gibi.
- Yapısal proteinler: Canlı yapısını oluşturan veya yapısına katılan proteinlerdir; Kollajen (tendon ve kıkırdak), elastin (ligamentler), keratin (saç, tırnak, tüy), fibroin (ipek, örümcek ağı) gibi.
- Savunma proteinleri: İmmünoglobülinler, fibrinojen ve trombin (pıhtılaşma) ve risin (zehirlerde) bu grupta yer alır.
- Kontraktil sistemde yer alan proteinler: Kaslarda yer alan, kasılmayı-hareketi sağlayan proteinlerdir; aktin, miyozin (iskelet kası proteini), tübülin (mikrotübüllerde), dinein(kirpik ve kamçılarda).
Diğer: Farklı organizmalarda özelleşmiş bir çok protein bulunur. Ağaçta bulunan monellin, antarktik balıkların kanında bulunan ve kanı donmaya karşı koruyan antifriz protein, böceklerin kanat hareketini sağlayan rezilin gibi.
Proteinlerin Kalitesi ve Protein Kaynakları
Proteinleri oluşturan aminoasitlerin bileşimleri ve içerdikleri esansiyel aminoasit oranları proteinin besin kalitesini belirler. Proteinin sindirebilirliği, protein içeren gıdanın sindirim sistemine girdikten sonra absorbe edilen azot miktarıyla tanımlanır. Tüm bitkisel ve hayvansal kaynaklı besinlerde protein bulur. Hayvansal kaynaklı besinlerde bulunan proteinler hem vücut içinde kullanılabilirlik hem de miktar olarak bitkisel kaynaklara oranla daha fazladır. Örneğin; kuru fasulye, ete göre çok daha yüksek oranda protein taşır ancak buradaki proteinler etteki kadar değerli değildir. Bunun sebebi kuru fasulyede yeterli miktarda esansiyel aminoasit bulunmaz.
İnsan beslenmesinde önemli bir yeri olan hububat ve baklagiller çoğu zaman esansiyel aminoasitlerden herhangi birinin eksikliğine neden olur. Örneğin; pirinç, buğday, arpa ve mısırda lizin miktarı düşükken metiyonin miktarı yüksektir. Bu sebeple bazı aminoasitler açısından eksiklik gösteren gıdan yüksek içerikli aminoasit kaynakları ile birlikte tüketilmelidir. Hayvansal proteinler, bitkisel proteinlerine göre daha yüksek kalitededir. En iyi kalite protein yumurta akındadır.
Et proteini, biyolojik açıdan değeri yüksek olan bir proteindir. Ette bulunan proteinlerin bu denli kaliteli olmasının nedeni, insan beslenmesi için gerekli olan ekzojen (dışarıdan alınması gereken) amino asitlerin hepsini yapısında bulundurmasıdır. Bu sebeple et tüketimi ve süt, yumurta gibi hayvansal kaynaklı besin maddelerinin tüketimi önemlidir. Dışarıdan alınan proteinlerden organizmanın yararlanabilmesi için bu proteinlerin sindirilerek aminoasitlere kadar yıkılmaları gerekir.
Proteinlerin sindirimi midede başlayarak bağırsaklarda devam eder. Mide hücreleri tarafından salgılanan ve mide özsuyunda bulunan pepsin adı verilen enzim yine mide özsuyunda bulunan HCl yardımıyla proteinleri meydana getiren peptit bağlarını yıkar.
Vücuttaki Görevleri
Proteinler, hem canlı yapısının oluşmasında hem de yaşamsal faaliyetlerin devam ettirilmesinde doğrudan etkilidir. Hücrelerin kendine özgü özellikleri, yapılarını oluşturan protein çeşitlerine bağlıdır.
- Vücudun esansiyel aminoasitlere olan gereksinimini karşılar.
- Özellikle büyüme ve ergenlik dönemlerinde yeni dokuların oluşumunda/onarılmasında etkilidir.
- Enzim ve hormonların yapısında bulunurlar.
- Sinirsel uyarıların iletiminde rol oynar.
- Vücudun hastalıklara karşı dayanıklılığında ve hastalık etkenlerine karşı korunmada kullanılır.
- Kanın pıhtılaşmasında rol oynar.
- Hemoglobin alyuvarlarda, miyoglonib ise kasta oksijeni taşırken, demir kan metabolizmasında taşınır.
- Hücrelerle hücreler arası sıvılar arasında besin unsurlarının değişimine yardım ederek ödemlere sebebiyet veren sıvıların anormal bir şekilde toplanmasına engel olur.
- Sıvı ve elektrolit dengesinin korunmasında doğrudan ya da dolaylı olarak görevleri vardır.
Ayrıca bakın;
- Aminoasit
- Karbonhidrat
- Yağ
- Canlıların Yapısında Bulunan Bileşikler Nelerdir? (Organik ve İnorganik Bileşiklerin Özellikleri)
Kaynak ve ileri okuma için;