Proteinler

Bir yumurtayı tavaya kırın. Saydam ve akışkan olan yumurta akı birkaç saniye içinde beyazlaşır ve katılaşır. Yumurtayı soğutup yeniden saydam hale getirmenin bir yolu yoktur. Bu değişimin kahramanı, akın büyük kısmını oluşturan proteinlerdir: ısı onların özenle katlanmış biçimini bozmuş, bir daha düzelmeyecek biçimde açmıştır. Aynı tür moleküller saçımızı ve tırnağımızı oluşturur, kanımızda oksijen taşır, kaslarımızı kasar ve bizi mikroplara karşı korur. Bir önceki derste enerji deposu olarak yağları gördük. Bu derste önce bir proteinin hangi parçalardan kurulduğuna, ardından o parçaların nasıl katlanıp iş gören bir yapıya dönüştüğüne bakıyoruz.

• Amino asidin yapısını ve amino asitleri birbirinden ayıran kısmı açıklarsın.
• Peptit bağının nasıl kurulduğunu ve bir zincirdeki bağ ve su sayısını bulursun.
• Protein çeşitliliğinin kaynağını ve yapı düzeylerini tanır, denatürasyonu açıklarsın.
• Proteinlerin görevlerini örneklerle eşleştirir, biüret testini yorumlarsın.

Proteinin elementleri

Proteinler karbon, hidrojen ve oksijenin yanında her zaman azot da içerir; bazılarında kükürt de bulunur. Bu azot, protein yıkıldığında vücutta üre gibi azotlu atıklara dönüşür ve boşaltım yoluyla atılır. Nişasta ve yağlar azot içermez; proteinleri onlardan ayıran ilk kimyasal özellik budur.

Amino asit

Proteinlerin yapı birimi amino asittir. Her amino asidin ortasında bir karbon atomu bulunur. Bu karbona dört grup bağlıdır: bir amino grubu (–NH₂), bir karboksil grubu (–COOH), bir hidrojen atomu ve R grubu denen değişken bir yan zincir. İlk üç grup bütün amino asitlerde ortaktır; amino asitleri birbirinden ayıran, R grubudur. Canlıların proteinlerinde yirmi çeşit amino asit bulunur. Bunların bir kısmını vücut kendisi yapabilir; yapamadıklarına temel amino asitler denir ve bunlar besinlerle alınmak zorundadır.

Peptit bağı ve zincir

İki amino asit, birinin karboksil grubu ile ötekinin amino grubu arasında kurulan bir bağla birleşir. Bu bağa peptit bağı denir ve bağ kurulurken bir su molekülü ayrılır. İki amino asitten dipeptit, çok sayıda amino asitten polipeptit zinciri oluşur. Zincirde her komşu amino asit çifti bir peptit bağıyla bağlıdır; bu yüzden bağ sayısı her zaman amino asit sayısından bir azdır. Elli amino asitlik bir zincirde kırk dokuz peptit bağı bulunur ve zincir kurulurken kırk dokuz su ayrılır; zincir tamamen yıkıldığında aynı sayıda su harcanır.

Protein çeşitliliği

Yirmi çeşit amino asit, alfabenin harfleri gibi farklı sayılarda ve farklı sıralarla dizilerek sayısız protein oluşturabilir. Bir proteini belirleyen üç şey vardır: kaç amino asit içerdiği, hangi amino asitlerden oluştuğu ve bu amino asitlerin hangi sırayla dizildiği. Tek bir amino asidin yer değiştirmesi bile proteinin biçimini ve işlevini değiştirebilir. Proteinlerin sırası, hücrenin kalıtım maddesindeki bilgiye göre ribozomlarda kurulur.

Yapı düzeyleri

Bir polipeptit zinciri düz bir ip olarak kalmaz; katlanarak belirli bir üç boyutlu biçim kazanır. Amino asitlerin sırası birincil yapıdır. Zincirin bazı bölgeleri sarmal ya da kırmalı tabaka biçimleri oluşturur; buna ikincil yapı denir. Zincirin bütünüyle katlanarak kendine özgü bir şekil alması üçüncül yapıdır. Bazı proteinler birden çok polipeptit zincirinin bir araya gelmesiyle işlev kazanır; buna dördüncül yapı denir. Kanda oksijen taşıyan hemoglobin dört zincirden oluşur. Bir proteinin görevini yapabilmesi, bu üç boyutlu şeklin korunmasına bağlıdır. Bir anahtarın dişleri gibi, proteinin yüzeyindeki girinti ve çıkıntılar onun hangi moleküllere bağlanabileceğini belirler.

Tek amino asit, büyük fark

Bir proteinin sırasındaki küçük bir değişiklik bile sonuç doğurabilir. Orak hücre hastalığında hemoglobin zincirlerinden birinde tek bir amino asit başka bir amino asitle yer değiştirmiştir. Bu küçük fark, düşük oksijenli ortamda hemoglobin moleküllerinin birbirine yapışmasına ve kırmızı kan hücrelerinin orak biçimini almasına yol açar. Bu hücreler damarlarda daha zor ilerler ve daha kısa yaşar.

Denatürasyon

Yüksek sıcaklık, aşırı asit ya da baz, bazı ağır metaller ve alkol gibi etkenler, proteinin katlanmış biçimini bir arada tutan zayıf bağları koparabilir. Protein açılır ve şeklini kaybeder; buna denatürasyon denir. Şeklini kaybeden protein görevini yapamaz. Yumurta akının pişince katılaşması ve sütün limonla kesilmesi denatürasyon örnekleridir. Denatürasyonda peptit bağları kopmaz; amino asitlerin sırası, yani birincil yapı korunur. Bozulan, katlanmanın kendisidir ve bu değişim çoğu zaman geri dönmez.

Proteinlerin görevleri

• Yapı: keratin saç, tırnak ve derinin dış tabakasına; kolajen deri, kıkırdak ve kemiğe sağlamlık verir.
• Taşıma: hemoglobin kanda oksijen taşır; hücre zarındaki taşıyıcı proteinler maddelerin geçişini sağlar.
• Hareket: kas hücrelerindeki aktin ve miyozin birbiri üzerinde kayarak kasın kısalmasını sağlar.
• Savunma: antikorlar vücuda giren yabancı maddeleri tanır ve etkisiz hale getirilmelerine yardım eder.
• Düzenleme: insülin gibi bazı hormonlar protein yapılıdır.
• Tepkimeleri hızlandırma: enzimlerin büyük çoğunluğu proteindir.

Proteinler gerektiğinde enerji için de kullanılabilir, ama bu en son başvurulan yoldur; yapı ve düzenleme görevleri öncelik taşır.

Proteinler depolanmaz

Karbonhidratların fazlası glikojen, yağların fazlası yağ dokusu olarak saklanır. Proteinler için böyle bir depo yoktur. Gereğinden fazla alınan amino asitlerin azotlu kısmı karaciğerde üreye çevrilerek atılır, geri kalan kısmı enerji için kullanılır ya da yağa dönüştürülür. Bu yüzden proteinlerin, özellikle temel amino asitlerin, düzenli olarak besinlerle alınması gerekir.

Proteinler ve beslenme

Et, balık, yumurta ve süt ürünleri bütün temel amino asitleri yeterli miktarda içeren protein kaynaklarıdır. Mercimek, nohut ve fasulye gibi baklagiller ile tahıllar da önemli miktarda protein içerir; bunlar tek başına bazı temel amino asitler bakımından eksik kalabilir, ama birlikte tüketildiklerinde birbirlerini tamamlarlar.

Biüret testi

Bir besinde protein bulunup bulunmadığı biüret çözeltisiyle anlaşılır. Mavi renkli çözelti, proteinlerin peptit bağlarıyla etkileşerek menekşe-mor renge döner.

Proteinlerin en etkileyici görevlerinden biri, hücredeki tepkimeleri hızlandırmaktır. Sıradaki ders, bu işi yapan protein yapılı katalizörleri, yani enzimleri ele alıyor.

Örnek 1 — Bağ sayısı

Soru: 120 amino asitten oluşan tek bir polipeptit zincirinde kaç peptit bağı bulunur?

• A) 120 bağ
• B) 121 bağ
• C) 119 bağ
• D) 60 bağ
• E) 240 bağ

Çözüm: Komşu amino asit çiftlerinin sayısı, amino asit sayısından bir azdır. Cevap: C.

Örnek 2 — Denatürasyon

Soru: Yüksek ısıda denatüre olan bir proteinde hangisi değişmeden kalır?

• A) Üç boyutlu şekli
• B) Görevini yapma yeteneği
• C) Katlanma düzeni
• D) Amino asitlerin sırası
• E) Sarmal bölgeleri

Çözüm: Denatürasyon katlanmayı bozar, peptit bağlarını koparmaz. Cevap: D.

Örnek 3 — Görev

Soru: Kanda oksijen taşıyan protein hangisidir?

• A) Hemoglobin
• B) Keratin
• C) Kolajen
• D) Miyozin
• E) İnsülin

Çözüm: Hemoglobin dört zincirli bir proteindir ve oksijeni bağlayarak taşır. Cevap: A.

Örnek 4 — Çeşitlilik

Soru: Aynı yirmi amino asitten çok sayıda farklı protein oluşabilmesinin nedeni nedir?

• A) Amino asitlerin şeker içermesi
• B) Proteinlerin hep aynı uzunlukta olması
• C) Proteinlerin suda çözünmesi
• D) Peptit bağlarının farklı türleri olması
• E) Amino asitlerin sayısının, türünün ve sırasının değişebilmesi

Çözüm: Bu üç değişken birlikte sayısız farklı dizilim olanağı yaratır. Cevap: E.

• Bağ sayısını amino asit sayısına eşit sanmak. Bağ sayısı bir eksiktir.
• Denatürasyonda peptit bağlarının koptuğunu sanmak. Bozulan yalnız katlanmadır.
• Bütün amino asitlerin vücutta yapılabildiğini düşünmek. Temel amino asitler besinle alınır.
• Proteinlerin depolandığını sanmak. Fazla amino asit depolanmaz, dönüştürülür.
• Proteinleri ilk enerji kaynağı saymak. Enerji için en son kullanılırlar.