Amino Asitlerin Özellikleri
advertisement
AMİNO ASİTLERİN ÖZELLİKLERİ Prof. Dr. Kader KÖSE KİRAL - AKİRAL El, ayak vb objeler, eşit yapıda olmalarına rağmen, AYNI değildir! Üst üste çakışmazlar Birbirinin ayna hayali görünümündedirler Kiral:Kendisinin ayna hayali ile üst üste ÇAKIŞMAYAN bileşikler Akiral:Kendisinin ayna hayali ile üst üste ÇAKIŞAN bileşikler KİRAL - KARBON Kiral Karbon Atomu (kiralite merkezi) Birbirinden farklı 4 atom, atom grubu veya fonksiyonel grup bağlı karbon atomu Asimetrik karbon atomu (C) Kiral karbon içeren organik bileşiğin ayna hayali kendisi ile üst üste ÇAKIŞMAZ STEREOİZOMER Asimetrik karbon atomu (C)’nun varlığı, o organik bileşiğin stereoizomerlerinin oluşmasını sağlar bağlar Kimyasal formül Aynı Atomların boşluktaki Farklı düzenlenişi Stereoizomer ENANTİOMER Birbirinin ayna hayali görünümünde olan izomer çifti (Stereoizomerlerin alt grubu) ENANTİOMER = ANTİMER OPTİK İZOMER STEOİZOMERLER İzomer sayısı = n 2 (n: C sayısı) n =1 2 izomer (Cetrafındaki 4 farklı grup, boşlukta iki farklı şekilde düzenlenebilir) -Amino Asitlerin Stereokimyası COOH C -KARBON ( C) •Asimetrik karbon atomu(C) • Kiral R • Kiralite merkezi H H3N+ • Stereomerkez Tetrahedral düzenleme (3 boyutlu yapı) Kiral karbon atom -Karbon atomu taşıyan tüm AA lerde (Glisin dışında), en az bir tane C* vardır •Protein yapısındaki 19 standart AAKİRAL Glisin Kiral değil Yan zincir: H atomu ENANTİOMER ÇİFTİ C = 1 İzomer sayısı = 2 Örnek: ALANİN COOH3N+– C – H COO- H– C –+NH3 CH3 CH3 AYNA Stereoizomerlerin Adlandırılması : GLİSERALDEHİT( Referans birleşik ) (C içeren en küçük yapılı monosakkarid) C etrafındaki absolu konformasyon, gliseraldehit ile ilişkilendirilir D ve L L-Gliseraldehit D-Gliseraldehit Asimetrik karbon etrafındaki 4 Grubun konformasyonunu gösterir Stereoizomerlerin Adlandırılması CHO OH - C- H CH2OH L - Gliseraldehit COOH3N+- C- H CH3 L - Alanin COO- H - C - OH CH2OH D - Gliseraldehit COOH– C–+NH3 CH3 D -Alanin STEREOİZOMERLER n =2 4 stereoizomer (C etrafındaki 4 farklı grup, boşlukta 4 farklı şekilde düzenlenebilir) 2 izomer enantiomer 2 izomer diastereomer enantiomer diastereomer (birbirinin ayna hayali görünümünde olmayıp, farklı kimyasal özelliklere sahip izomerler) n=2 C içeren AAler • Treonin • İzolösin • Sistin • 4 - OH - Prolin • 5 - OH - Lizin 4 stereoizomer Örnek: TREONİN 1 COO- 2 COO- H – C- OH H– C -+NH3 OH – C– H CH3 CH3 H3N+– C- H L -Treonin AYNA COOH3N+– C- H 3 OH – C- H CH3 L – allo - Treonin 4 D -Treonin COOH– C– +NH3 H – C– OH CH3 D - allo -Treonin D ve L - İZOMERLER Kiral karbon içeren tüm biyomoleküller, doğal olarak sadece bir stereomerik formda bulunurlar: D veya L Doğal amino asitlerin büyük bir kısmı, -karbon atomu etrafında aynı düzenlemeye sahiptir Standart AAler (protein yapısı) } L - konfigürasyon D – konfigürasyon Doğal D-amino asitler: • Protein yapısında bulunmazlar • Bazı peptid yapılarında bulunurlar - antibiyotikler - bakteri hücre duvarı Sentetik AAler } D – konfigürasyon Enantiomer Çiftinin Fiziksel Özellikleri Erime noktası Kaynama noktası Dansite , vb AYNI Optik aktivite FARKLI Optik Aktivite: Polarize ışık düzleminin sağa veya sola yönlendirilmesi (+) Dekstrorotatuvar - Sağ – saat yönü (-) Levorotatuvar-Sol-saat yönünün tersi Optik Aktivite Enantiomerler: Optikçe aktif Antimer çiftini oluşturan D ve L izomerler polarize ışık düzlemini, birbirine eşit fakat zıt yönde çevirirler D ve L: Optik aktivitenin yönünü göstermez Optik Aktivite RASEMİK KARIŞIMLAR: optikçe aktif değil Kimyasal sentezle oluşan kiral bileşikler (eşit miktarda D ve L izomer karışımı) (Örnek: DL – Alanin) Ciçermeyen bileşikler:Optikçe aktif değil Amino Asitlerin İyonizasyonu Amino Asitler, sulu çözeltilerinde iyonize olurlar İyonize AAler, ortam pH’sına göre • Asidik • Bazik • Nötral özellik kazanırlar Amino Asitlerin İyonizasyon davranışlarına göre sınıflandırılması •Nötral: monoamino-monokarboksilik AAler - Noniyonize yan zincir - Polar yan zincir •Asidik: monoamino-dikarboksilik AAler •Bazik: diamino-monokarboksilik AAler Monoamino-monokarboksilik AAler • Nötral sulu ortamlarda COO COOH H2N – C – H + N H3 – C– H intramoleküler asit-baz reak.u R Non- iyonik form (önemsiz) Net yük: 0 R Zwitteriyon form (dipolar iyon) Net yük: 0 Dipolar Amino asit (zwitteriyon) • Asidik ortamda COO- H3N+ – C– H R COOH + dipolar iyon net yük: 0 + H H3N+ – C – H R diprotik iyon net yük: +1 Dipolar AA, asidik ortamda BAZ gibi davranır (proton alır: akseptör) Dipolar Amino asit (zwitteriyon) • Bazik ortamda COO- H3 N+– + OH C– H R dipolar iyon net yük: 0 COO- H2N – C – H R + H2O anyonik iyon net yük: -1 Dipolar AA, bazik ortamda ASİT gibi davranır (proton verir: donör) } } Hem asit hem baz gibi davranabilen bileşikler Amfoterik Amfoterik elektrolit Amfolit Asit ortamda Dipolar AA Bazik ortamda Dipolar AA Amfolit } } Amfolit Hem pozitif hem negatif yük taşıyan amino asitler } } Zwitteriyon Amfolit BAZ ASİT Protonlanmış Amfoterik Diprotik asit amino asitler (Hem amin hem karboksil grubu protonlu) Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu COOH H3N+ OH - – C– H R diprotik iyon net yük: + 1 COO- H2O H3N+ – C – H H+ R dipolar iyon net yük: 0 Diprotik AAler COO amin ve karboksil HO grubu protonlu H2N – C – H R amino asitler anyonik iyon net yük: -1 H+ 2 OH - Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu Diprotik/katyonik Tamamen protonlu Dipolar/Zwitteriyon yarı yarıya protonlu Anyonik Tamamen protonsuz Amin ve karboksil grubu protonlanmış diprotik AAler ortama 2 proton verirler Diprotik Amino Asitlerin İyonizasyonu Ortam pH’sına bağımlı k o n s a n t r a s y o n Zwitteriyon form (Dipolar iyon) Diprotik form Anyonik form Amino Asitlerin İyonizasyonu Amino Asitler • Zayıf poliprotik asitlerdir • Her biri dissosiye olabilen protonlar içerir • Protonların dissosiyasyon derecesi ortamın pH’sına bağlıdır İyonizasyonun pH ve pK ile İlişkisi pH = -log[H+] = log(1/[H+]) Zayıf bir asit : HA H+ + AK = [H+][A-]/[HA] K: dissosiyasyon sabiti (Asitin iyonize olma eğilimi) pK = - logK pK: İyonizasyon için denge sabiti (Proton verme eğiliminin ölçüsü) İyonizasyonun pH ve pK ile İlişkisi Zayıf bir asit : HA H+ + ApK = pH + log ([HA]/[A-]) Asit % 50 iyonize olduğunda, [HA] = [A -] pK = pH Bir asit grubunun pK’sı: Protonlu ve protonsuz türlerin eşit konsantrasyonda olduğu pH değeri K = [H+][A-]/[HA] pK = - logK pH = pK + log ([A-] / [HA]) pK: Asitin iyonize olma eğilimi pK: Asitin iyonize olma eğilimi • K: 10 kat arttığında • K: 10 kat azaldığında pK - 1 pK + 1 Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titrasyon: Protonların dereceli olarak ortama ilave edilmesi veya ortamdan uzaklaştırılması Eşdeğer gram asit = Eşdeğer gram baz Nötral (monoamino-monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen 2 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 2 dissosiyasyon sabitine karşılık gelen 2 yatay bölge vardır pH OH-ekivalant pK1: - COOH grubu pK2: - +NH3 grubu Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı Nötral (monoamino-monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen gruplar • - Amino ( +NH3 ) • - Karboksil (COOH) Örnek: Glisin (Gly) Glisin -Titrasyon Eğrisi A C B COOH OH- H3N+ – C – H H H2O pK1:2.34 diprotik form pH: 1.0 net yük: + 1 COO- H3N+ – C – H H E D OH- H2O pK2:9.6 dipolar iyon pH: 5.97 net yük: 0 COOH2N – C – H H anyonik iyon pH: 12.0 net yük: -1 0.1 M Glisinin 0.1 M NaOH ile Titrasyon Eğrisi E [H3N+–CH2–COO-] = [H2N–CH2–COO-] pH D C B [H3N+–CH2 – COOH] = [H3N+–CH2 – COO-] A OH-ekivalant Titrasyon eğrisinden elde edilen bilgiler • İyonize grupların pK değerleri kantitatif olarak elde edilir Glisin için: pK1 (- COOH) 2.34 pK2 (- NH3) 9.60 Monoamino-monokarboksilik (noniyonize R grubu içeren) tüm - amino asitler için Sınır pK1 (- COOH) : 1.8 - 2.4 pK2 (- NH3) : 8.8 - 11.0 Ortalama 2.0 10.0 AAlerin tampon özelliğine sahip olduğu pH değerlerini (pH aralığı) gösterir • Tamponlama Ortamdaki [ + H ]’nın sabit tutulması Tamponlama kapasitesi pH= (pK1 ) Glisin için tamponlama pK değerlerinin civarı pH = (2.341 ) pH = (9.601 ) 1.34 –3.34 8.6 – 10.6 Glisin vb nötral AAler İntraselüler sıvı/kan gibi fizyolojik ortamlar ( pH7.0)’ da TAMPONLAMA YAPAMAZLAR !!! •AAlerin izoelektrik nokta(pI)’sını gösterir İzoelektrik nokta (pI): Amino asitin üzerindeki pozitif yükün negatif yüke eşit olduğu ( net yük: 0) pH değeri Monoamino-monokarboksilik (noniyonize R grubu içeren) tüm amino asitlerde: pI=(pK1 + pK2) / 2 Glisin için pI = (2.34 + 9.60) / 2 = 5.97 pH 5.97’de Glisin (dipolar form): yüksüz • AAlerin elektrik yükleri ile ortam pH’sı arasındaki ilişkiyi gösterir pH Net Yük 1.0 pK1 pI pK2 12.0 +1 +0.5 0 -0.5 -1 pH pI Net yük daima pozitif ( katyonik form) pH pI Net yük daima negatif ( anyonik form) Elektroforez Elektrik alanı içinde bulunan çözünmüş AA ler net yüklerine göre hareket ederler Net Yük Elektroforetik hareket + Katod (- elektrot)’a doğru pH pI 0 Orijinde kalır (sürüklenmez) pI Anot (+ elektrot)’a doğru pH pI pH pH = pI Amino asitler olan ortamda en az çözünür İyonize Yan Zincir Taşıyan AAlerin Titrasyon Eğrileri • Daha komplekstir • 3 Farklı iyonizasyon basamağına karşılık gelen 3 bölge vardır • 3 farklı pK değerleri vardır • pH’a bağımlı 4 farklı iyonize formları vardır Asidik (monoamino - dikarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen 3 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 3 dissosiyasyon sabitine karşılık gelen 3 yatay bölge vardır pK1: - COOH grubu pK2: - +NH3 grubu pKR: R - COOH grubu Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı Asidik ( monoamino - dikarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen gruplar • - Amino (+NH3 ) • - Karboksil (COOH) • Yan zincir (COOH) Örnek: Glutamat (Glu) Glutamat -Titrasyon Eğrisi A H3 N+ COOH –C – H R-COOH katyonik form pH: 1.0 net yük: + 1 G COO- H2N –C – H R-COOanyonik iyon pH: 12.0 net yük: -2 B OH - H2O pK1:2.19 COOH3N+ –C – H H2O pK2:9.67 F dipolar iyon pH: 3.22 R-COOH net yük: 0 D OH- C pKR: 4.25 COO- H3N+ –C – H E R-COOanyonik iyon pH: 6 - 8 net yük: -1 0.1 M NaOH ile 0.1 M Glutamatın Titrasyonu G [H3N+–CH – COO-] = [H2N–CH – COO-] R-COO R-COO pK2 = 9.67 F [H3N+–CH – COO-] = [H3N+–CH – COO-] R-COOH R-COO pH E pKR: 4.25 D pI:3.22 pK1:2.19 B C [H3N+–CH – COOH] = [H3N+–CH – COO-] R-COOH R-COOH A OH- ekivalent Asidik (monoamino - dikarboksilik) Amino Asitlerin pI değeri pI: Net yükün “O” olduğu pH’nın, bir önceki (pK1)ve bir sonraki pK(pKR ) değerlerinin aritmetik ortalaması ) Glutamat için pI = (pK1 + pKR ) / 2 pI = (2.19 + 4.25) / 2 = 3.22 pH 3.22’de: Glutamat (dipolar form):yüksüz Glutamat için tamponlama pK değerlerinin civarı pH = (2.19 1 ) pH = (4.25 1 ) pH = (9.67 1 ) 1.19 – 3.19 3.25 – 5.25 8.67 –10.67 Glutamat vb asidik AAler İntraselüler sıvı/kan gibi fizyolojik ortamlar ( pH7.0)’ da TAMPONLAMA YAPAMAZLAR !!! Bazik (diamino - monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen 3 grup olduğundan titrasyon eğrisinde 3 dissosiyasyon sabitine karşılık gelen 3 yatay bölge vardır pH OH- ekivalent pK1: - COOH grubu pK2: - +NH3 grubu pKR: R - +NH3 grubu Yatay bölgeler: Amino asitten protonların yarı yarıya uzaklaştırıldığı pH aralığı Bazik (diamino - monokarboksilik) Amino Asitlerin Titrasyon Eğrileri Titre edilebilen gruplar • - Amino( +NH3 ) • - Karboksil (COOH) • Yan zincir ( +NH3 ) Örnek: Histidin (His) Histidin -Titrasyon Eğrisi A N+ H3 C B COOH –C – H OH - H2O pK1:1.82 H3N+ –C – H R-+NH3 katyonik form pH: 1.0 net yük: + 2 G COO- COO- katyonik form R-+NH3 OH D pKR: 6.0 H2O H2O OH- H2N –C – H pK2:9.17 R-NH2 anyonik iyon F pH: 12.0 net yük: -1 pH: 3 - 5 net yük: + 1 COO- H3N+–C–H E R-NH2 dipolar iyon pH: 7.59 net yük: 0 0.1 M Histidinin 0.1 M NaOH ile Titrasyon Eğrisi [H3N+–CH2 – COO-] = [H2N–CH2 – COO] R-NH2 R-NH2 pK2:9.17 G F pI: 7.59 pKR: 6.0 pH E D [H3N+–CH2 – COO-] = [H3N+–CH2 – COO-] R-NH2 R-+NH3 C pK1:1.82 – COOH] = [H3N+–CH – COO-] B [H3N+–CH R-+NH R-+NH A 3 OH- ekivalent 3 Bazik (diamino - monokarboksilik) Amino Asitlerin pI değeri pI: Net yükün “O” olduğu pH’nın, bir önceki(pKR) ve bir sonraki pK(pK2) değerlerinin aritmetik ortalaması ) Histidin için pI = ( pKR + pK2 ) / 2 pI = (6.0 + 9.17) / 2 = 7.59 pH 7.59’da Histidin (dipolar form): yüksüz Histidin için tamponlama pK değerlerinin civarı pH = (1.821 ) 0. 82 –2.82 pH = (6.0 1 ) pH = (9.171 ) 5.0 – 7.0 8.17 –10.17 AAler içerisinde sadece Histidin (pKR nedeniyle), intraselüler sıvı/kan gibi fizyolojik ortamlar (pH7.0)’da tamponlama gücüne sahiptir!!! Amino Asitlerin Titre edilebilen Grupları grup - COOH R - COOH - +NH3 R - +NH3 İmidazol Guanido Tiyol Fenol pK pH 7’de yük 1.8 - 2.4 3.9 - 4 .3 8.8 -11 + + 10.5 6.0 + 12.5 + 8.3 0 10.1 0 Aynı Karboksil Grubunun Farklı pK değerlerine Sahip Olması? pK Asitlik gücü Amino asit(-COOH) Asetik asit(CH3COOH) 1.8 - 2.4 4.76 100 1 - Karbon atomu üzerinde bulunan +NH grubu, - COOH’ in 3 iyonizasyonunu kolaylaştırır Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri • Çözünürlük AAler içerdikleri iyonize gruplar nedeniyle: Çözücü • Su • Polar (etanol vb) • Dilüe asit ve baz • Nonpolar (benzen, hekzan, eter , vb) Çözünürlük Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri • Erime Noktası Amino asitler • Ortalama molekül ağırlığı: 110 • Oda sıcaklığında: Katı-kristal • Erime ve bozunma: 200 º C form • İyonize-zıt yüklü gruplar arasındaki elektrostatik bağların oluşturduğu kafes yapı, dayanıklılığı artırır • Aynı büyüklükteki diğer organik bileşiklere göre, erime noktaları daha yüksektir Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri • Absorbsiyon AAlerin sulu çözeltileri Renksiz •Visible(görünür)(400-700nm) – ışığı absorplamazlar Molar absorptivite •Aromatik (Phe, Tyr, Trp*) AAler (Aromatik halkada konjuge çift bağ) uv (260-280 nm)-absorbsiyon 280 nm Proteinlerin miktar tayininde kullanılır Amino Asitlerin Kimyasal Reaksiyonları • Karboksil grubu - Ester ve amid oluşumu - Dekarboksilasyon • Amino Grubu - Teşhis(Edman ve Sanger reaksiyonları) - Miktar tayini (Ninhidrin, Şelat oluşumu) • Fonksiyonel gruplar • Karboksil ve Amino grubu* - Peptid bağı oluşumu PROTEİN Karboksil grubunun Reaksiyonları • Ester ve amid oluşumu H2O H3N+–CH – COOH + C2H5OH O ‖ H3N+–CH – C- O-C2H5 R R O ‖ H3N+–CH – C-O- C2H5 R Ester O ‖ H3N+–CH – C- NH2 R NH3 C2H5OH amid Karboksil grubunun Reaksiyonları •Dekarboksilasyon(L-AA dekarboksilaz ) H2N–CH – COOH CO2 R R – CH2 – NH2 Biyojen Amin Amino asit Biyojen Amin Histidin Glutamat 5-OHTriptofan HİSTAMİN GABA 5-oH-Triptamin (SEROTONİN) Fonksiyon Vazodilatör Nörotransmitter Nörotransmitter ve regülatör HİSTAMİN • Akc’in plevra zarı, damar cidarı ve mide mukozasında bulunan MAST hücrelerinde sentezlenir H1 Reseptörü ile, • Damarları genişletir kan basıncı • Kapiller damarların permeabilitesini artırır (damardan çevre dokulara antibody geçişi) • Bağırsak / bronş düz kaslarını kastırır H2 Reseptörü ile, • Mide salgısını artırır Aşırı salınımı, allerjik reaksiyonlarla sonuçlanır Amino Grubunun Teşhis Reaksiyonları • Sanger Reaksiyonu F NO2 + NO2 N-terminal AA NHCH2 CONH NO2 H2NCH2CONH HF NO2 Fluoro-dinitrobenzen Dinitrofenil AA kompleksi (FDNB) (Sarı renkli) • Edman Reaksiyonu O N=C=S + H2N-CH-C-NH- Peptid R Fenil izotiyosiyanat Hafif alkali ortam S O N-terminal AA Fenil-NH-C-HN-CH-C-NH-Peptid R H3N+ - Peptid O Fenil N S CF3 COOH CH-R NH O zayıf asidik ortam Fenil-NH H N R Tiyazolinon türevi Feniltiyohidantoin türevi S Amino Grubunun Kantitatif Reakları • Şelat H3N+ oluşumu - COO- COO 2+ + + Cu H3N+ – C – H – C – H H H Glisin H2C O=C H2 N Cu2+ O- -O Glisin H2 N CH2 C=O Bakır diglisinat (mavi renkli kompleks) Cu2+, AAlerin -+NH3, -COOH ve –SH grupları ile kompleks yapar Cu2+/Protein-peptid bağı kompleksi BİÜRET Metodu BİÜRET METODU Amino Grubunun Kantitatif Reak.ları • Ninhidrin Reaksiyonu -AA + ninhidrinhidrat ninhidrin • Serbest amino içeren tüm AAler, NH3, peptid ve proteinler bu reaksiyonu verirler • µg düzeyde ölçüm yapılabilir + ninhidrin oksidatif dekarboksilasyon Rhumens-Purple Kompleksi (mavi-mor renk, 570 nm’de abs) Ninhidrin Reaksiyonu Fonksiyonel Grupların Reaksiyonları Genel Asit/Baz Nükleofilik Kovalent Araürün Aspartat Sistein Serin Glutamat Serin Lizin Histidin Lizin Sistein (?) Sistin Radikal kimya Tirozin Sistein Glisin Disülfid Bağı Sistein Peptid Bağı Oluşumu AA1 Peptid Bağı AA2
