Proteinler

Canlıların yapısına en fazla katılan organik moleküllerdir. Yapılarında karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O) ve azot (N) atomları bulunur. Bazı proteinlerde kükürt (S) ve fosfor (P) atomları da bulunabilir. Proteinler hücrenin yapı ve metabolik faaliyetlerinde görev aldığı gibi zorunlu durumlarda enerji verici olarak da kullanılabilir.

Canlıların yapısında en fazla bulunan molekül su; en fazla bulunan organik molekül ise proteindir.

Proteinlerin temel yapı birimi amino asitlerdir. Bir amino asitin yapısında amino grubu (NH2), karboksil grubu (COOH) ve radikal grup (R) bulunur. Radikal grubun farklı olması amino asitlerde çeşitliliğe neden olur. Canlılarda bulunan 20 çeşit amino asitin radikal grupları birbirinden farklıdır.

NOT: Tüm amino asitlerdeki amino ve karboksil grupları aynıdır. Radikal grup yerine 20 farklı molekül bağlandığından 20 çeşit amino asit oluşur.
NOT: Tüm canlılarda 20 çeşit amino asit bulunur. Az sayıdaki bakteri türünde 22 çeşit amino asit bulunur.

* Amino asitler, kuvvetli bazlar karşısında asit, kuvvetli asitler kaşısında baz gibi davranırlar. Bu yüzden amfoter özellik gösterirler. Amino asitlerin bu özellikleri sayesinde hücrelerdeki pH belirli sınırlar içinde tutulup homeostasinin devamı sağlanır.
* Amino asitler arasında peptit bağları kurularak proteinler sentezlenir. Peptit bağları bir amino asitin amino grubu ile diğer amino asitin karboksil grubu arasında su çıkışıyla oluşur (Dehidrasyon sentezi).

* İki amino asitin birleşmesi ile dipeptit, üç amino asitin birleşmesi ile tripeptit, çok sayıdaki amino asitin birleşmesi ile polipeptit molekülü sentezlenir.

* Protein sentezi DNA‘nın kontrolünde ribozom adı verilen organelde gerçekleşir. Bu yüzden her canlının protein yapısı kendine özgüdür. Yakın akrabaların genetik benzerlikleri fazla olduğundan, protein benzerlikleri de fazla olur. Bundan dolayı akrabalar arasında yapılan doku ve organ nakillerinde başarı şansı fazladır.

* Her proteinin amino asit dizilimi kendine özgüdür. Bazen bir amino asitin sıralamadaki yerinin değişmesi proteinin yapısının değişmesine neden olur. Örneğin kırmızı kan hücrelerimizde bulunan hemoglobin proteinindeki altıncı amino asit olan glutamik asit yerine kalıtsal bir bozukluk sonucu valin amino asidi gelirse kırmızı kan hücrelerinin şekli değişir ve orak hücre hastalığı oluşur.

NOT: Tüm canlılarda 20 çeşit amino asit bulunmasına rağmen canlılarda bulunan proteinler çeşitlilik gösterirler. Bunun nedeni protein yapısına katılan amino asitlerin dizilişi, sayısı ve çeşidinin farklı olmasıdır.

NOT: Amino asitlerin bağlanma biçimi ile sentezin gerçekleştiği ribozomun protein çeşitliliğine etkisi yoktur.

Bitkiler protein sentezi için gerekli olan 20 çeşit amino asiti kendileri sentezleyebilir. Ancak, insanlar ve diğer hayvanlar ihtiyaç duydukları amino asitlerden bazılarını kendileri üretirken, bazılarını besinlerle beraber hazır olarak almak zorundadırlar. İnsanlarda vücutta üretilemeyip, besin yoluyla alınması zorunlu olan amino asitlere temel (esansiyel) amino asitler denir.

NOT: İnsanlarda on iki çeşit amino asit vücutta sentezlenebilir. Geriye kalan sekiz çeşit amino asit temel amino asittir.

* Sıcaklık, pH, tuz derişimi ve basınç gibi etkenler protein yapısını bozar. Bu olaya denatürasyon denir. Denatüre olan proteinlerde lifleri bir arada tutan bağlar kopar ve lifler çözülür. Yumurtanın pişirilmesi denatürasyona örnek olarak verilebilir.

* Denatürasyon sonucu şekli bozulan protein artık biyolojik olarak aktif değildir. Eğer denatüre protein çözünmüş halde kalırsa, çevrenin fiziksel ve kimyasal koşulları normale döndüğünde genellikle renatüre olur.

* Proteinler primer, sekonder, tersiyer ve kuaterner olmak üzere dört farklı yapıda olabilir. Bunlardan ilk üçü tek bir polipeptit zincirinden oluşurken, kuaterner proteinler iki ya da daha fazla polipeptit zincirinin birleşmesiyle oluşurlar.

* Primer Yapı: Düz polipeptit zincirlerinden oluşur. Zincirdeki amino asitlerden bir tanesinin değişmesi bile proteinin görev yapamamasına neden olabilir.

* Sekonder Yapı: Polipeptit zincirinin sarmal şekilde kıvrılmasıyla oluşur. Sekonder yapıda bulunan hidrojen bağları sarmal yapının oluşmasını sağlar.

* Tersiyer Yapı: Tersiyer yapıdaki proteinlerde hidrojen bağları ile beraber disülfid köprüleri (S–S) bulunur. Bu bağlarla beraber protein kendine özgü bir şekil kazanır.

* Kuaterner Yapı: Diğer yapılardan farklı olarak iki ya da daha fazla polipeptit molekülünün birleşmesi ile oluşur. Kollojen proteini üç polipeptit zincirinden oluşurken, hemoglobinde dört polipeptit zinciri vardır.

Proteinlerin Canlılar İçin Önemi

• Enzim ve hormon gibi metabolik olayları düzenleyen moleküllerin yapısına katılırlar.
• Vücutta bağışıklığın sağlanmasında görev yaparlar. Akyuvarlarımızın ürettiği antikorlar protein yapılıdır.
• Vücudumuzda yapıya en fazla katılan organik moleküller proteinlerdir. Bu nedenle dokuların onarımında da proteinler kullanılır.
• Solunum gazlarının taşınmasında görev alırlar. Alyuvarlarımızda bulunan hemoglobin protein yapılı bir moleküldür. Bu molekül kanın gaz taşıma kapasitesini artırdığı gibi kana kırmızı rengini de verir.
• Kanın pıhtılaşmasında görev alırlar. Pıhtılaşma reaksiyonlarında görev alan protrombin ve fibrinojen molekülleri protein yapılıdır.

• Kanın plazma kısmında bulunan albümin ve globulin proteinleri kanın ozmotik basıncını oluşturarak kan ve doku hücreleri arasında madde alış verişini düzenler.
• Kas kasılmasında görev yaparlar.
• Uzun süreli açlıklarda karbonhidrat ve yağ depolarının tükenmesi durumunda enerji kaynağı olarak kullanılırlar.
• Proteinler insan vücudunda depo edilemez. Besinlerle yeterli miktarda alınmadığında ortaya çıkan protein yetersizliğinin belirtileri şunlardır:
• Enzim ve hormon üretiminin yavaşlamasına bağlı olarak bir çok metabolik olay aksar ve büyüme bozuklukları oluşur.
• Bağışıklık sistemi zayıflar. Alyuvar yapımı aksadığından kansızlık oluşur.
• Zihinsel gelişim yavaşlar. Yaralar geç iyileşir.
• Doku hücreleri arasında sıvı birikimi olur (ödem). Kas zayıflaması görülür.

• Eşit miktarlarının içeriği enerji miktarı : Yağ > Protein > Karbonhidrat
• Hücrede enerji için kullanım sırası : Karbonhidrat – Yağ – Protein
• Hayvan hücrelerinde yapıya katılım miktarı : Protein > Yağ > Karbonhidrat

NOT: Karbonhidrat, yağ ve protein moleküllerinin monomerlerinin oksijenli solunumla parçalanmaları sırasında yan ürün olarak karbondioksit ve su açığa çıkar. Protein monomerlerinin oksijenli solunumla parçalanması sırasında bunlara ek olarak amonyak (NH3) açığa çıkar.