“Amino asit” terimi yapısal bileşenlerinden türetilmiştir. Bir amino asit, hem bir amin grubunun (-NH₂) hem de bir karboksilik asit grubunun (-COOH) varlığı ile karakterize edilen organik bir moleküldür. İsim bu iki fonksiyonel grubu yansıtır: “amino” amin grubunu, “asit” ise karboksilik asit grubunu ifade eder. Bir amino asidin genel yapısı, bir amin grubunun, bir karboksil grubunun, bir hidrojen atomunun ve değişken bir yan zincirin (R grubu olarak gösterilir) bağlı olduğu merkezi bir karbon atomundan (alfa karbonu olarak bilinir) oluşur.
Amino Asitlerin Biyokimyası
Amino asitler, proteinlerin yapı taşları olarak görev yapan ve çeşitli biyokimyasal süreçlerde önemli roller oynayan organik moleküllerdir. Her ikisi de merkezi bir karbon atomuna (alfa karbonu) bağlı olan bir amino grubu (-NH₂) ve bir karboksilik asit grubunun (-COOH) varlığı ile karakterize edilirler. Alfa karbonu ayrıca bir hidrojen atomuna ve amino asidin kimliğini ve özelliklerini belirleyen değişken bir yan zincire (R grubu) bağlanır.
Amino Asitlerin Yapısı
Genel Formül: Bir amino asidin genel yapısı NH₂-CHR-COOH olarak gösterilebilir, burada “R” yan zinciri temsil eder.
Yan Zincirler (R Grupları): Amino asitlerin yan zincirleri büyük ölçüde değişiklik gösterir ve polaritesi, yükü ve reaktivitesi dahil olmak üzere her bir amino asidin kimyasal yapısını belirler. Yan zincirlerin özelliklerine dayanarak, amino asitler birkaç gruba ayrılabilir:
- Polar olmayan (hidrofobik): örneğin, alanin, valin, lösin.
- Polar yüksüz: örneğin, serin, treonin, asparajin.
- Asidik (negatif yüklü): örneğin, aspartik asit, glutamik asit.
- Bazik (pozitif yüklü): örneğin, lizin, arginin, histidin.
Amino Asitlerin Biyokimyadaki İşlevleri
- Protein Sentezi: Amino asitlerin birincil işlevi, proteinleri oluşturan monomerik birimler olarak hizmet etmektir. Proteinler, amino asitlerin polipeptit zincirleri oluşturmak üzere peptit bağları ile birbirine bağlandığı çeviri süreci ile sentezlenir. İlgili mRNA tarafından dikte edilen bir proteindeki amino asit dizisi, proteinin yapısını ve işlevini belirler.
- Enzim Katalizi: Birçok amino asit aktif bölgeler olarak hizmet eder veya enzimlerin katalitik mekanizmalarına katılır. Örneğin, serin, histidin ve aspartik asit yan zincirleri genellikle birçok proteazda bulunan katalitik üçlüde yer alır.
- Metabolik Yollar: Amino asitler çeşitli metabolik yollarda yer alır. Enerji üretmek için deamine edilebilirler veya karbon iskeletleri glikoz (glukoneogenez) veya yağ asitleri sentezlemek için kullanılabilir.
- Sinyal Molekülleri: Bazı amino asitler ve türevleri sinyal molekülleri olarak işlev görür. Örneğin, glutamat merkezi sinir sisteminde önemli bir nörotransmitter olarak işlev görürken, argininden türetilen nitrik oksit vazodilatasyonda bir sinyal molekülü olarak işlev görür.
- Diğer Biyomoleküller için Öncüdür: Amino asitler, hormonlar (örneğin tiroksin ve adrenalin için tirozin), nükleotidler (örneğin pürinler için glisin) ve pigmentler (örneğin melanin için triptofan) dahil olmak üzere çeşitli biyomoleküllerin sentezi için öncülerdir.
Kimyasal Özellikler
- Zwitteriyonik Yapı: Fizyolojik pH’da (yaklaşık 7,4), amino asitler ağırlıklı olarak zwitteriyonlar halinde bulunur; burada amino grubu protonlanır (-NH₃⁺) ve karboksil grubu deprotonlanır (-COO-), bu da moleküle hem pozitif hem de negatif bir yük verir.
- İzoelektrik Nokta (pI): Bir amino asidin izoelektrik noktası, molekülün net elektrik yükü taşımadığı pH değeridir. Özellikle protein ayrımı için kullanılan elektroforez ve izoelektrik odaklama teknikleri sırasında farklı ortamlardaki amino asit davranışını etkileyen kritik bir özelliktir.
- Peptit Bağı Oluşumu: Amino asitler proteinlerde peptit bağları ile bağlanır. Bu bağ, bir amino asidin karboksil grubu ile diğerinin amino grubu arasında bir molekül su açığa çıkararak oluşur (yoğunlaşma reaksiyonu). Ortaya çıkan bağ, proteinlerin ikincil yapısı için gerekli olan kısmi çift bağ karakterine sahip sert ve düzlemseldir.
- Stereokimya: Glisin hariç amino asitler, alfa karbonunda kiral bir merkeze sahiptir. İki olası konfigürasyon (L ve D formları) ayna görüntüleridir. Proteinlerde, proteinlerin doğru katlanması ve işlevi için çok önemli olan sadece L konfigürasyonu kullanılır.
Proteinojenik Amino Asitler
“Amino asitler” terimi genellikle genetik kod tarafından kodlanan ve proteinlerin sentezinde kullanılan standart amino asitler kümesini ifade eder. Çeviri sırasında proteinlere dahil edilen 20 standart proteinojenik amino asit vardır. Bu amino asitler şunlardır:
- Alanin (Ala, A)
- Arginin (Arg, R)
- Asparajin (Asn, N)
- Aspartik asit (Asp, D)
- Sistein (Cys, C)
- Glutamik asit (Glu, E)
- Glutamin (Gln, Q)
- Glisin (Gly, G)
- Histidin (His, H)
- İzolösin (Ile, I)
- Lösin (Leu, L)
- Lizin (Lys, K)
- Metiyonin (Met, M)
- Fenilalanin (Phe, F)
- Prolin (Pro, P)
- Serin (Ser, S)
- Treonin (Thr, T)
- Triptofan (Trp, W)
- Tirozin (Tyr, Y)
- Valin (Val, V)
Standart Olmayan ve Proteinojenik Olmayan Amino Asitler
20 standart amino asite ek olarak, proteinlerde bulunan ancak genetik kod tarafından doğrudan kodlanmayan birkaç standart olmayan amino asit vardır. Bunlar tipik olarak post-translasyonel modifikasyonların sonucudur veya standart olmayan mekanizmalar yoluyla dahil edilirler. Örnekler şunları içerir:
- Selenosistein (Sec, U): Bazen 21. amino asit olarak adlandırılan selenosistein, belirli bir tRNA ve UGA dur kodonunun yeniden tanımlanmasını içeren benzersiz bir mekanizma yoluyla proteinlere dahil edilir.
- Pirolizin (Pyl, O): Bazen 22. amino asit olarak adlandırılan pirolizin, bazı arkeal türlerde ve bazı bakterilerde bulunur, spesifik bir tRNA ve UAG durdurma kodonunun yeniden tanımlanması yoluyla dahil edilir.
Proteinojenik Olmayan Amino Asitler
Proteinlere dahil edilmeyen ancak yine de biyolojik olarak önemli olan birçok amino asit vardır. Bu proteinojenik olmayan amino asitler metabolizma, sinyalizasyon ve diğer biyolojik süreçlerde çeşitli roller oynar. Örnekler şunları içerir:
- Ornitin: Üre döngüsünde bir ara madde.
- Sitrülin: Üre döngüsünde başka bir ara madde.
- GABA (gama-Aminobütirik asit): Merkezi sinir sisteminde bir nörotransmitter.
- L-DOPA (L-3,4-dihidroksifenilalanin): Bir nörotransmitter olan dopaminin öncüsü.
Tarihçe
Keşif
Amino asitlerin keşfi 19. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Keşfedilen ilk amino asit, 1806 yılında Fransız kimyagerler Louis-Nicolas Vauquelin ve Pierre Jean Robiquet tarafından kuşkonmazdan izole edilen asparajindir. Bu keşif amino asit çalışmalarının başlangıcını oluştursa da, bu moleküllerin biyolojideki önemi ancak çok sonraları tam olarak anlaşılmıştır.
Asparajinin 1806 yılında Fransız kimyagerler Louis-Nicolas Vauquelin ve Pierre Jean Robiquet tarafından keşfedilmesi, büyük ölçüde dönemin bitki ve hayvan maddelerine yönelik daha geniş bilimsel merakından kaynaklanmıştır. 19. yüzyılın başlarında kimya hala bir disiplin olarak gelişiyordu ve özellikle bitki ve hayvanlardan elde edilen birçok doğal madde, kimyasal bileşimlerini ve potansiyel kullanımlarını anlama umuduyla inceleniyordu.
Vauquelin ve Robiquet özellikle bitkilerde bulunan ve çeşitli tıbbi ve besinsel amaçlarla kullanılan maddelerle ilgileniyordu. Özelliklerini ve potansiyel uygulamalarını daha iyi anlamak için bu maddeleri izole etmeyi ve karakterize etmeyi amaçladılar. Asparajinin ilk kez izole edildiği bitki olan kuşkonmaz, idrar söktürücü özellikleriyle iyi bilinen bir tıbbi bitki olduğu için ilgi çekiciydi. Kimyagerler, kuşkonmazın tıbbi etkilerine katkıda bulunabilecek bileşenlerini araştırmaya çalıştılar.
Metodoloji ve İzolasyon Süreci
Vauquelin ve Robiquet tarafından asparajinin izolasyonu, organik bileşiklerin ayrıştırılması için o dönemde mevcut olan tekniklerin tipik bir örneği olan birkaç ekstraksiyon ve kristalizasyon adımını içeriyordu:
- Ekstraksiyon: Vauquelin ve Robiquet, çözünebilir bileşenleri çıkarmak için kuşkonmaz filizlerini suda maserasyon (yumuşatma ve parçalama) işlemine tabi tutarak işe başladı. Bu adım, bitki materyalinde bulunan bileşiklerin karışımını elde etmek için çok önemliydi.
- Saflaştırma: Sulu ekstrakt daha sonra çözünmeyen maddeleri uzaklaştırmak için süzülmüştür. Çözünebilir maddeleri içeren süzüntü, tek tek bileşenleri izole etmek için daha ileri işlemlere tabi tutulmuştur.
- Kristalizasyon: Suyun dikkatli bir şekilde buharlaştırılmasıyla kimyagerler özütü konsantre edebilmiş ve kristal oluşumunu tetikleyebilmiştir. Bu kristallerin, o dönemde bilinen diğer bileşiklerden farklı olarak tanımladıkları yeni bir maddeden oluştuğu tespit edildi.
- Karakterizasyon: Bu yeni maddeye, elde edildiği bitkiye atfen asparajin adı verildi. Asparajinin karakterizasyonu, suda çözünürlüğünün, kristal yapısının ve bilinen diğer maddelere kıyasla kimyasal davranışının belirlenmesini içeriyordu.
Diğer Amino asitler
1820 yılında sistin, 1820 yılında glisin ve 1820-1827 yıllarında da lösin keşfedildi. Kimyagerler bu moleküllerin kimyasal yapısını ve özelliklerini, özellikle de proteinler bağlamında anlamaya başladıkça “amino asit” teriminin kendisi de ortaya çıkmıştır.
1838: Hollandalı kimyager Gerardus Johannes Mulder proteinlerin amino asitlerden oluştuğunu öne sürdü ve “protein” terimi kullanılmaya başlandı.19. yüzyılın sonları ve 20. yüzyılın başlarında, bilim insanları amino asitlerin proteinlerin yapı taşları olduğunu fark etmiş, bu da daha sistematik araştırmalara ve protein sentezinde kullanılan 20 standart amino asidin tanımlanmasına yol açmıştır.
1901: Alman kimyager Emil Fischer, peptidleri sentezledi ve amino asitlerin proteinlerde peptid bağları aracılığıyla bağlandığını göstererek protein yapısına ilişkin kritik bir kavrayış ortaya koydu. Fischer, amino asitlerin ve proteinlerin anlaşılmasına zemin hazırlayan şekerler ve pürinler üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle 1902 yılında Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldü.
İleri Okuma
- Vauquelin, L.-N., & Robiquet, P. J. (1806). Sur l’Asparagine, Nouvelle Substance Végétale Cristallisable, Existant dans le Sucre de Fève. Annales de Chimie et de Physique, 59, 88-94.
- Fischer, E. (1901). Untersuchungen über Aminosäuren, Polypeptide und Proteine. Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für physiologische Chemie, 33(5), 151-175.
- Mulder, G. J. (1838). Sur la composition de quelques substances animales. Bulletin des Sciences Physiques et Naturelles en Neerlande, 6(2), 105-119.
- Budavari, S. (1989). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (11th ed.). Rahway, NJ: Merck & Co., Inc.
