PROTEİNLER 

Proteinler canlı hücrede en çok bulunan makromoleküllerdir. Hücrenin tüm kısımlarında bulunurlar. Bir hücrede binlerce farklı protein bulunabilir (örneğin E. coli’de 3000, insan hücresinde 100,000 kadar farklı protein bulunur). Proteinlerin hepsi hücrede doğal olarak bulunan 20 çeşit amino asitten oluşurlar (bütün proteinler L-amino asitlerden oluşurlar. Ancak, bazı özel hücre ve hücre yapılarında D-amino asitler de bulunur, örneğin, bazı antibiyotikler). Bu amino asitlerin farklı şayi ve dizilimde protein yapısında bulunması ile bir proteinin sayısız kombinasyonda zincirini yapımı pratikte mümkündür. Her protein özel bir göreve ve dolayısı ile yapıya sahiptir. Bir bakıma, proteinler genetik bilgiyi anlamlı hale getiren yapılardır.

A.     PROTEİNLERİN GÖREVLERİ

1.       Hormonal görev: Hormonların yapısına katılarak düzenleyici görev yaparlar.

2.    Enzim görevi: Bütün enzimlerin yapısına katılırlar. Hücrelerdeki biyolojik reaksiyonlar enzimler tarafından gerçekleştirilir.

3.       Yapısal görevi: Hücre zarı, organel, kas hücrelerinde aktin, miyozin filamentleri gibi yapıları oluşturur.

4.    Savunma görevi: Vücuda zararlılara karşı (bakteriler gibi) savunma hücreleri tarafından üretilen antikorların yapısına katılırlar. Aynı şekilde virüslere karşı üretilen interferonlar da proteinlerden oluşmuştur.

5.     Osmotik basıncın korunmasında: Kanda bulunan proteinler kan ile doku sıvısı arasında osmotik basıncın ayarlanmasını sağlayarak madde alış verişinde rol oynar.

6.       Taşıma görevi: Hemoglobin vücutta O₂ ve CO₂ taşır.

7.     Tanıma görevi: Hücre zarındaki özel proteinler moleküllerin tanınıp hücreye alınmasında rol oynar. Proteinler Karbohidratlar ile birleşerek glikoproteinleri meydana getirirler. Hücre zarının yapısına glikoproteinler şeklinde bulunurlar. Glikoproteinler, hücrelerin birbirini tanımasını ve içeri alınacak maddelerin tanınmasını sağlarlar.

8.       Enerji kaynağı: Uzun süren açlıklarda, Karbohidrat ve yağlardan sonra enerji vermek için kullanılırlar.

9.    Büyüme, gelişme ve onarımı sağlama: Eğer hücre ye yeterli protein alınmaz ise; Canlıdaki zedelenmeler geç iyileşir. Kanın yapısı bozulur. Savunma sistemi zarar görür Protein yetersizliğinde; yaralar geç iyileşir, tırnak geç uzar çabuk kırılır, saç dökülür.

10.   Pıhtılaşma: Fibrinojen, protrombin gibi moleküllerin yapısına katılarak kanın pıhtılaşmasını sağlar.

11.   Canlı vücudundaki deri, kıl, tırnak gibi yapıları oluşturur.

12.   Birçok dokunun ara maddesi ve lifleri proteinlerden yapılmıştır.

13.   Dokularda fonksiyonel yapı oluşturma: Proteinler; hücrelerin iskeletini oluştururlar. (Örneğin, aktin ve miyozin proteinleri kas hücrelerinin yapısını oluşturarak hareketimizi kolaylaştırır ve şekil verir.) Kaslarda aktin ve miyozin, bağ dokusunda fibroblastların oluşturduğu lifler, sinir dokusunda nöronlar.

14.   Akseptör olarak: Klorofil ve ışık akseptörleri

15.   Koruma: Yılan zehiri gibi

 B.      AMİNO ASİTLERİN YAPISI

1.       Proteinlerin monomerleridir. Yapısında C,O,H,N bulunur. Ayrıca S ve P elementleri bulunabilir

2.       Amino asidin merkezinde alfa (α) karbon olarak adlandırılan asimetrik karbon atomu bulunur. Her amino asitte alfa (α) C atomuna bağlı bir karboksil grubu (–COOH), bir amino grubu (–NH₂) ortak olarak bulunur. Bir de değişken olan radikal grup (–R) bulunur.

3.       Amino asidin yapısındaki –COOH asit, –NH₂ ise baz özelliği gösterir. Aminoasidin çeşidini belireyen radikal gruptur. 

Şekil: Amino asidin yapısı

Tablo: 20 amino asit çeşidi sembolleri

4.       Amino asitlerin birbirinden farklı olması; radikal grubun (–R) farklı olmasından kaynaklanır.

5.       Radikal gruba farklı moleküllerin bağlanmasıyla doğada 20 çeşit amino asit oluşur. (Son araştırmalarda 2 aa. daha bulunmuştur. Bu aa.ler daha çok bakterilerde rastlanmaktadır).

6.       İnsan vücudu bu 20 a.a. çeşidinden 12 tanesini üretebilir. 8 tanesini ise üretemez. İnsan vücudunun üretemediği için dışarıdan alması mecburi olan bu 8 a.a.’e ESANSİYEL (TEMEL) AMİNO ASİT denir. Bitkiler ise bütün amino asitleri sentezleyebilir. Bu nedenle bitkiler için temel aa. Yoktur.

7.       Proteinlerin  bir ucunda bulunan –COOH nedeniyle bazlara karşı asit özelliği, diğer ucunde bulunan –NH₂ nedeniyle asitlere karşı baz özelliği gösterir. Bu şekilde asitlere karşı baz, bazlara karşı asit gibi davranan maddelere Amfoter madde denir. Amino asitlerin bu özellikleri sayesinde hücrelerdeki pH belirli sınırlar içinde tutularak homeostasinin devamlılığı sağlanır.

C.     PROTEİNLERİN YAPISI SENTEZLENMESİ

1.       Yapıtaşları (monomerleri) amino asitlerdir. Yani amino asitlerden (aa) meydana gelmiş polimerlerdir.

2.       Proteinlerin sentezlenmesinde su açığa çıkar, bu nedenle sentezlenmesi dehidrasyon reaksiyonudur.

3. Proteinler sentezlenirken amino asitler arasında PEPTİT BAĞI oluşur. Bu nedenle protein sentezlenmesine peptitleşme denir. Peptit bağları; birinci amino asidin karboksil grubu ile ikinci amino asidin amino grubu arasında meydana gelir. Bu sırada su çıkışı meydana gelir, bu bir dehidrasyon sentezidir.

a)      İki aminoasidin peptit bağı ile bağlanması sonucu oluşan moleküle DİPEPTİT,

b)      Üç aminoasidin oluşturduğu yapıya TRİPEPTİT,

c)       Üç ile 10 arasında amino asitten meydana gelen moleküle PEPTON (oligopeptit),

d)      10 ile 100 arasında aminoasitten oluşan moleküle POLİPEPTİT denir.

Oluşan bu polimer yapı farklı katlanmalar yaparak işlevsel proteini meydana getirir.

4.       Bütün amino asitler birbirine aynı şekilde bağlanırlar.

Şekil: Amino asitlerin bağlanması

5.       Proteinlerin birbirinden farklı olmasının nedenleri:

a)      Aminoasit ÇEŞİDİ

b)      Aminoasit SAYISI

c)       Aminoasit SIRASI

d)      Aminoasitlerin TEKRARLANMA SAYISI dır.

6.     Amino asitlerin peptit bağları ile oluşturduğu düz yapıya primer yapı denir (şekil a). Primer yapılı bir amino asit zinciri bazı bölümlerinden yeni hidrojen bağları yaparak yeni katlanmalar meydana getirir. Bu şekilde meydana gelen yapıya sekonder yapı denir (şekil b). Polipeptit molekülünde iyonik bağlar, wan der waals bağları ve disülfüt bağları gibi bağlar ile kendi üzerinde katlanmalar meydana gelir. Oluşan bu yapıya tersiyer yapı denir. Farklı tersiyer yapıların birleşmesi ile oluşan yapıya kuaterner yapı denir.

7.       DNA tarafından verilen şifreye göre sentezlenen polipeptit zincirinin işlevsel olması için kuaterner yapıda olması gerekir. Ancak kuaterner yapının işlevsel olması tersiyer yapıya bağlıdır. Yüksek sıcaklık,  yüksek basınç ve pH değişikleri proteinlerin tersiyer yapısını bozar. Bu olaya denatürasyon denir. Örnek: yumurtanın yağda pişirilmesi gibi

8.       Proteinlerin denatürasyonunda, proteinlerin primer yapısı bozulmaz. Yani aminoasitler arasındaki peptit bağları parçalanmaz. Ama üç boyutlu yapısında (tersiyer yapı) bozulur. Tersiyer yapı bozulduğunda proteinler, daha kolay sindirilirler ve inaktif duruma geçerler yani çalışamazlar. 

9.       Denatüre olmuş proteinler eski haline geri dönmezler. Etin pişirilmesi ile denatüre olan protein tekrar eski haline geri dönmez. Ama bazı istisnalarda vardır. Örneğin protein yapısında olan hemoglobin asit çözeltisinde denatüre olur. Uygun şartlarda ortam nötrleştirildiğinde tekrar eski haline dönüştürülebilirler. Saç teli ıslatılınca boyca uzar, kuruyunca eski haline geri döner. Bu olaya renaturasyon denir.

D.     PROTEİNLERİN ÖZELLİKLERİ

1.       Canlıların yapısında sudan sonra en çok bulunan ve kullanılan moleküldür.

2.       Protein sentezi sırasında ATP harcanır.

3.       İki amino asitin birleştiği yerden bir molekül H₂O açığa çıkar. Açığa çıkan su sayısı kadar peptit bağı kurulur. Amino asitlerin dehidrasyon sonucu birleşmesiyle proteinler meydana gelir.

4.       Biyokimyasal reaksiyonların gerçekleşmesini sağlayan enzimler proteinlerden yapılmıştır.

5.       DNA tarafından verilen şifreye göre ribozomlarda sentezlenen tek moleküldür. Protein sentezi, Karbohidrat ve yağların sentezinden farklı olarak genlerin kontrolünde gerçekleşir. DNA molekülü üzerinde şifre veren en küçük parçasına gen denir. Her gen bir protein sentezi için şifre verir. Farklı genlerden farklı proteinler sentezlenir. Protein sentezinde; DNA, rRNA, mRNA ve tRNA görev yapar. Her canlının DNA’sı diğer canlılardan farklı olduğu için her canlı ve her hücre kendi proteinini kendisi sentezlemek zorundadır. Protein sentezinden sorumlu genlerde bozulma meydana gelirse protein sentezlenemez.

6.       DNA üzerinde her üç nükleotit bir amino asidi belirler. Her canlının DNA’sı diğerinden farklı olduğu için her canlının yapısındaki proteinlerde farklıdır. Canlılar arasındaki protein benzerli ne kadar fazla ise o kadar yakın akrabadır. Canlıların benzerlikleri, protein benzerliklerine bakılarak tespit edilebilir. Çünkü DNA benzerliği fazla olan canlıların gen benzerliği, buna bağlı olarak da protein benzerliği fazladır. Protein benzerliği fazla olan canlılar yakın akrabadır. Örneğin; bir X canlısına ait bir çeşit protein bir Y canlısının vücuduna ulaşırsa ve canlı vücudu bu proteine sahip değilse, Y canlısı için bu protein antijendir (yabancı protein). Canlı metabolizması vücuda ulaşan bu yabancı maddelere karşı önlem alır ve bağışıklık sistemi bu antijene karşı, onu yok etmek için antikor (protein) üretir. Antijen ve antikor arasında yüzey uyumu (anahtar – kilit uyumu) vardır.

Bir A canlısının kanı B canlısına verilirse B canlısı A canlısının proteinlerine ne kadar yabancı ise o kadar çok antikor üretir. Bu antikorlar kan serumunda bulunur. Örneğin; kan sıvısının serum kısmı B canlısından alınarak 1, 2 ve 3 numaralı canlıların kanına damlatılsın.

Çökelme aynı çeşit antijen ve aynı çeşit antikor arasında olur. Yukarıda verilen örnekte B canlısının serumu 1,2 ve 3 numaralı canlılara damlatılarak çökelme oranları tespit edilmiştir. 1 numaralı canlı kanında çökelmenin çok olması A canlısı ile 1 numaralı canlının proteinlerin çok benzediğini gösterir. Çünkü B canlısı A’nın proteinlerine karşı antikor üretmiştir ve B’nin serumu bu antikorları bulundurmaktadır. Bu durumlar dikkate alınarak A canlısı ile 1,2 ve 3 numaralı canlıların akrabalık derecesi çoktan aza doğru 1 – 2 – 3 şeklinde sıralanabilir.

E.      PROTEİNLERİN YIKIMI VE BOŞALTIMI

1.       Vücutta Karbohidrat ve yağlar azalmışsa veya besinlerle az alınmışsa, solunumda aminoasitler kullanılabilir. Solunumda proteinlerin kullanılması sonucu CO₂, H₂O, ATP, NH₃ (Amonyak=baz) ve ısı açığa çıkar. NH₃ metabolizma için zehir etkisi yapar. Bu yüzden amonyağın vücuttan uzaklaştırılması gerekir.

2.       Canlılarda oluşan amonyak ancak boşaltım sistemi ile atılır.

a)      Balık, amip, öglena ve paramesyum gibi canlılar yaşadıkları ortamda bol su bulunduğu için amonyağı seyrelterek vücutlarından uzaklaştırabilirler.

b)      Denizde yasayan balıklar su kaybını önlemek için amonyağı bol suyla atmazlar. Solungaçlarından tuzla birlikte atarlar. 

c)       Kurbağa ve memeliler sınıfındaki canlılar amonyağı üre şeklinde dışarı atarlar. Bunun nedeni bu canlıların daha az su ile boşaltım yapmalarıdır.

d)      Kuşlar, böcekler ve sürüngenlerde su kaybını önlemek için amonyağı ürik asit kristaline dönüştürerek dışkı ile dışarı atarlar. (adaptasyon) Bu nedenle bu canlıların dışkıları iki renklidir.

Buna göre;

a.       En zehirli boşaltım ürününden en az zehirli boşaltım ürününe doğru;

Amonyak > üre > ürik asit olarak sıralanır,

b.       En çok su ile atılan boşaltım ürününden en az su ile atılan boşaltım ürününe doğru

Amonyak > üre > ürik asit olarak sıralanır.

c.        En çok ATP kullanılarak dönüştürülenden en az ATP kullanılana göre sıralama ise;

Ürik asit > üre > amonyak olarak yapılır.

F.      PROTEIN EKSIKLIGI

Protein eksikliğinde aşağıda verilen durumlar görülebilir:

*        Proteinler enzim ve hormonların yapısına katıldığı için eksikliğinde metabolik aksaklıklar ve büyüme bozuklukları gözlenir.

*        Vücutta ödem oluşur. Yaralar geç iyileşir.

*        Karaciğer hücreleri yenilenemediği için siroz hastalığı görülür.

*        Bireyde kilo kaybı görülür.

*        Antikor üretiminde azalma olur. Bağışıklık sistemi zayıflar.

*        Hastalıklara karşı dirençsizlik olur.

*        Büyümede yavaşlama görülür.

*        Hormon üretiminde azalma olur.

*        Alyuvar yapımında bozukluk görülür.

G.     BESİNLERİN YIKIM SIRASI VE NEDENLERİ

İnsan vücudunda en fazla oranda bulunan organik molekül protein, en az bulunan organik molekül ise karbohidrattır. Aşağıdaki grafikte protein, yağ ve Karbohidrat moleküllerinin insan vücudundaki bağıl miktarları verilmiştir.

Aynı miktarda Karbohidrat, yağ ve protein oksijenli solunumla yıkıldığında en fazla enerjiyi yağlar en az enerjiyi ise Karbohidratlar verir. Buna rağmen açlık durumunda enerji elde etmede bu moleküllerin kullanım sırası Karbohidrat–yağ–protein şeklindedir.

Karbohidratların en az enerji vermelerine rağmen birinci sırada kullanılma sebebi yıkımlarının kolay olması ve yıkımları sonucunda zehirli artık (amonyak gibi) oluşmamasıdır.

Yağlardan daha fazla enerji elde edilmesinin nedeni yapılarındaki karbon (C) ve hidrojen (H) miktarının fazla olmasından kaynaklanır. Buna rağmen yağların yıkımı sonucunda zehirli maddeler açığa çıkar; yıkımları uzun sürer ve yapılarında karbon fazla olduğu için yıkımları için fazla miktarda oksijene ihtiyaç duyarlar. Bu nedenle ikinci sırada kullanılırlar.

Proteinlerin enerji eldesinde son sırada kullanılma nedeni ise yapıya en fazla katılan organik molekül olmasıdır.

H.     PROTEİNLERİN ENERJİ AMAÇLI KULLANILMASI

Vücudumuzda bulunan proteinler Karbohidrat ve yağlardan sonra enerji üretiminde kullanılabilirler. Ancak proteinlerin enerji amacıyla parçalanması canlıda kalıcı hasarlar meydana getirir. Ancak besinlerden alınan henüz yapıya katılamış proteinler diğer besinler gibi enerji eldesi için kullanılırlar.

a)      Proteinlerin enerji verici olarak kullanıldığı durumlar

1.       Uzun süren açlık (açlık grevleri)

2.       Tiroksin hormonu fazlalığı

3.       İnsülin hormonu azlığı

4.       Kortizol hormonu fazlalığı

Proteinlerin enerji elde etmede en son sırada kullanılmasının nedeni proteinlerin yapıya en fazla katılan molekül olmasından kaynaklanır.

b)     Açlık durumunda besinlerin kullanım sırası;

1.       Depo glikojenler

2.       Depo yağlar

3.       Eşeysel organ proteinleri

4.       Kas proteinleri

5.       Sinir sistemi proteinleri