4. PROTEİNLER

4. PROTEİNLER

 

            Proteinlerde de karbonhidratlarda olduğu gibi karbon, hidrojen ve oksijen bulunur, fakat proteinlerde karakteristik olarak azot ve bazen de kükürt vardır. Protein hücre yapısının temel organik maddesidir. Proteinsiz yaşam olamaz. Virüslerden başlayarak, en küçük canlıdan insana kadar her canlı için yapısal ve yaşamsal önem taşır. Yaşamla ilgili her metabolik tepkimede doğrudan veya dolaylı şekilde proteinlerin rolü vardır. Bir hayvanın vücut ağırlığını % 16 –18 kadarı proteindir. Vücuttaki toplam proteinin yarıya yakını kaslarda, kalanı öteki dokulardadır. Proteinler yapı taşları olan amino asitlerin bir araya gelmesi ile oluşan büyük moleküllü bileşiklerdir. 22 farklı amino asidin değişik kombinasyonu ile tabiatta milyarlarca değişik protein sentez edilmektedir. Enzimler ve hormonların bir kısmı protein yapısındadır. Protein, hücre yapımı ve çalışması için kullanılır.

 

4.1. PROTEİNLERİN GÖREVLERİ

 

Proteinlerin hayvan vücudunda ve metabolizmasında üstlendiği görevleri şu şekilde sıralayabiliriz;

1.      Proteinler hayvan vücudunda organların ve yumuşak dokuların yapı unsurudur.

2.      Büyüme ve erginlik dönemlerinde yeni dokuların yapılmasında etkindirler.

3.      Yıpranan dokuların onarılması işlevine sahiptirler.

4.      Enzimlerin ve hormonların yapımında görev alıp yapılarında bulunurlar.

5.      Sinirsel uyarıların iletiminde rol oynarlar.

6.      Canlıya destek olma ve hareket olanağı sağlamada görev alırlar.

7.      Vücudun hastalıklara karşı dayanıklılığında ve hastalık etkenlerine karşı korunmada kullanılırlar.

8.      Oksijen ve diğer maddelerin vasküler yolla taşınmasında görev alırlar.

9.      Kanın pıhtılaşmasında rol oynarlar.

10.  Su ve elektrolit dengesinin korunmasında doğrudan yada dolaylı olarak görevleri vardır.

 

 

 

 

4.2. AMİNO ASİTLER

 

            Canlı organizmaların temelini nasıl hücreler meydana getiriyor ise, hücrelerin temelini de proteinler meydana getirir. Protein molekülleri hücreyi inşaa eden birer tuğla gibidir. Amino asitler ise proteinleri meydana getiren daha küçük moleküllerdir. Yani amino asitler uzun zincirler oluşturarak proteinleri, proteinlerde kompleks bir şekilde organize olarak hücreyi meydana getirir. Doğal olarak karmaşık bir yapıya sahip olan hücre yalnızca proteinlerden oluşmaz. Bunun yanında karbonhidratlar, yağlar, glikolipidler, fosfolipidler ve DNA - RNA molekülleri gibi kimyasal maddeler de hücrenin yapısına katılırlar. Fakat proteinsiz bir hücre düşünmek mümkün değildir.

 

Tablo 2. Amino asitler.

            Amino asit molekülleri, bir ucunda "amino grubu (NH2) " diğer ucunda ise "karboksil (COOH)" grubu taşırlar.İşte amino asitlerin yan yana gelip zincirler oluşturarak proteinleri sentezlemesi, bu iki grubun aralarında kovalent veya iyonik bağ yapmasıyla gerçekleşir. İki amino asit yan yana geldiklerinde COOH ve NH2 grupları arasında bağlanma meydana gelir ve bu bağa "peptid bağı" adı verilir.Bağlanma sırasında ise bir su molekülü sebest kalır. İki amino asitin yanlızca uç kısımlarını yani karboksil ve amino gruplarının bağlanması şu şekilde olur;

            COOH   +   NH2  <-------------------->  CO -- NH   +   H2O (su)

            Denklemde COOH 1. aminoasitin bir ucu, NH2 ise 2.amino asitimizin diğer ucunu temsil etmektedir.  Bu uçlar yan yana geldiklerinde COOH grubundan bir oksijen ve NH2 grubundan bir hidrojen serbest kalır. Böylelikle serbest kalan bu atomlar aralarında bağ yaparak suyu oluşturur. İki amino asitin yan yana gelmesiyle oluşan peptid bağına "dipeptid", üç veya daha fazla (yüzlerce yada binlerce) amino asitin yan yana gelmesiyle oluşan zincirdeki peptid bağlarına ise "polipeptid" adı verilir. Proteinler düz amino asit zincirlerinden meydana gelmesine rağmen oldukça karmaşık yapılara sahiptir.Bunun nedeni ise zincirdeki bazı amino asitlerin birbirleriyle ikinci veya üçüncü bir bağ yapmasındandır.

Amino asitler üzerlerinde belirli miktarlarda elektrik yükü taşırlar.Bu elektrik yükleri (+ veya -), asit veya baz özelliği gösteren bir ortama girdiklerinde nötrleşmeye başlar ve bu nötrleşme ortamın pH'ına bağlıdır. Bir amino asit ancak belirli bir pH noktasında nötr hale gelebilir ki, bu pH seviyesine o amino asitin "izoelektrik noktası" denir. Örneğin, histidin amino asiti, ancak pH'ı 7,47 olan hafif bazik bir sıvı içerisinde nötr hale gelebilir.

            Protein molekülü, yalnız  düz peptid zinciri şeklindeyse buna proteinlerin birincil yapısı denir. Moleküller, polipeptidler  farklı kimyasal bağlarla ve değişik biçimde tutunarak proteinlerin ikincil ve üçüncül yapılarını oluştururlar. İkincil yapı helezon, üçüncü yapı ise küresel biçimdedir.

            Vücutta bazı amino asitler birbirine çevrilebilir ve böylece amino asitlerin bir kısmı diğerinden oluşabilir. Bazı amino asitler ise bu şekilde yapılamaz yada yeterli miktar hızda oluşamaz. Vücutta sentezlenemeyen ve besinsel proteinlerle alınması zorunlu amino asitlere esansiyel amino asit denir. Esansiyel amino asitlerin tümünün gereksinmeyi karşılayacak miktarda ve düzenli olarak hayvanlara verilmesi zorunludur. Bunların tümü gerektiğinde vücut tarafından dışarıdan alınmazsa vücut proteinleri yeterli sentezlenemez, protein dengesi kurulamaz, hücre çalışmasında ve büyümede yetersizlik olur. Esansiyel amino asitler şunlardır; arginin, histidin, isolosin, losin, lisin, methionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin.

 

Şekil 5. Aminoasitler.

 

4.3. BAZI AMİNO ASİTLERİN ORGANİZMADAKİ İŞLEVLERİ

 

 

4.3.1. Glisin: Glikol olarak tanımlanır. Yapısında asimetrik karbon   atomu yoktur. Karaciğerde glikojen sentezinde görev alır. Kas fizyolojisinde ve keratin yapısı içinde de işlevi vardır.

 

4.3.2. Alanin: Doğal proteinlerin yapısında bulunur. Organizmada sentezlenebildiğinden yem karışımlarına ayrıca ilave edilmesine gerek yoktur. Bakteri hücre zarlarında önemli işlevlere sahiptir.

 

 

4.3.3. Valin: Bazı yem maddelerinin yapısında yetersiz düzeylerde bulunduğundan besleme fizyolojisi açısından önemli bir amino asittir. Organizma tarafından sentezlenemeyen esansiyel bir amino asittir.

4.3.4 Lösin ve İzolösin : Her ikisi de esansiyel amino asitlerin arasındadır. Bazı yem maddelerinde yeterince bulunmalarına rağmen kan unu son derece fakirdir. Gelişmede önemli rol oynar

 

4.3.5. Trosin, Serin ve Treonin : Serin organizma tarafından sentezlenir. Tirosin, tiroid hormonunun oluşumunda görev alır. Treonin, bitkisel proteinlerde az bulunur. Bu amino asit de esansiyel bir amino asittir.

4.3.6. Histidin : Bazik bir amino asittir. Organizma tarafından sentezlenemediği için esansiyel bir amino asittir. Yetersiz alınması durumunda protein sentezi durur. Histidin, doku proteinleri, nükleoproteinler ve özellikle hemoglobinin yapısına katılır.

4.3.7. Arginin : Tüm doğal proteinlerin yapısında bulunur. Kas fizyolojisinde keratin yapımında rol alır. Yarı esansiyel bir aminoasittir.

4.3.8. Lisin : Hayvansal proteinlerde bol, bitkisel proteinlerde az bulunur. Esansiyel bir amino asittir. Beslenme fizyolojisi açısından önemli bir amino asittir.

                        4.3.9. Sistein ve Sistin : Yapısında kükürt ihtiva eden bu amino asitler olarak tanınırlar. Tüm proteinlerin yapısında bulunurlar. Kolayca birbirlerine dönüşebilirler. Yapağı, saç, tüy, boynuz gibi keratinlerin yapısında bolca bulunurlar. Ancak bu maddeler içinde sistin amino asitleri karşılıklı olarak kükürt bağları (disülfit) ile olduklarından sindirim enzimleri tarafından parçalanamazlar.

4.3.10. Methionin : Kükürt taşıyan bir diğer amino asittir. Esansiyel bir amino asit olan methioninin bir kısmı sistince karşılanabilir. Yani ortamda sistin varsa bir miktar methionin sentezlenebilir.

 

 

 

 

4.3.11. Fenilalanin : Fenilalanin esansiyel bir amino asittir. Deriye renk veren maddelerin oluşumunda görev alır.

 

 

4.4. PROTEİN ÇEŞİTLERİ

 

            Doğada çok çeşitli protein bulunur, canlıların türüne , aynı türün bireylerine, canlının doku  ve organlarına göre, bulundurduğu proteinin çeşidi farklılık gösterir. Bir hücrenin yapısında 2000 kadar değişik protein bulunduğu sanılmaktadır. Proteinler , yapılarımdaki maddelere göre basit Proteinler ve bileşik Proteinler olmak üzere iki grupta toplanabilir.

 

4.4.1. Basit Proteinler

           

            Hidroliz edildiğinde yalnız amino asitlere asit veren proteinlere basit protein denir. Yapılarında amino asit dışında madde bulunmaz. Başlıca basit proteinler şunlardır: Albüminler,  globilinler,  glütelinler,  prolaminler, skleroproteinler, protaminler,  histonlar.

            1-Albüminler ve Globülinler: Çok çeşitleri bulunur. Hayvansal ve bitkisel besinlerde yaygındır. Kanda: süt,yumurta,et,tahıl ve kuru baklagil gibi çok çeşitli besinlerde bulunur.

            2- Glütelinler ve prolaminler: Bitkisel besinlerde özellikle tahıllarda bulunurlar. Glütenin denilen protein glütelinler grubuna girer. Glüten ise ; Glütenin ile gliadin denilen proteinin birleşmesinden oluşmuştur.Buğday proteini olan glüten, hamura yapışkanlık ve esneklik kazandırır.Glüteni yetersiz olan tahıl unundan ekmek yapılmaz. Buğday unundan yapılan hamur,su içinde nişastadan arındırılırsa, esnek ve yapışkan bir kitle kalır; bu glütendir. Prolaminler de tahılda bulunan düşük kaliteli proteinlerdir. Mısır proteini olan “zein” ve buğday proteini  “gliadin” prolamindir.

            3.Skleroproteinler: Bazıları, bu proteinleri albüminoid ve fibroz proteinler diye de isimlendirir. Bu gruptaki proteinler; saç, kıl, tüy, tırnak, kemik ve kıkırdak gibi koruyucu,destek ve sert dokularda bulunur.Başlıcaları; kollojen, elastin ve keratindir.

            Kollojen: Bağdokusu, kemik kıkırdak ve benzerlerinde bulunur.Sıcak suda, sulu asit ve alkalilerle ısıtılınca kollojen jelatine çevrilir.Jelatin suda kolay erir ve yapışkan bir pelte oluşturur. Triptofan ve kükürtlü amino asitler yetersiz olduğundan, kollojen besleyici değeri düşüktür.

            Elastin: Akciğer gibi esnek dokularda; keratin ise derinin üst tabakasından, saç ve tırnak gibi kısımlarda bulunur.

 

4.4.2. Bileşik Proteinler

 

            Bileşik proteinlerin yapılarında proteinlere ek olarak nükleik asit, karbonhidrat ve fosforik asit gibi protein olmayan maddeler bulunur. En önemlileri şunlardır.

            1.Nükleoproteinler: Proteinlerin nükleik asitlerle birleşmesinde oluşmuştur.

            2.Glikoproteinler  ve  mukoproteinler: Karbonhidratlarla proteinlerin birleşmesinden oluşmuşlardır. Protein olmayan kısım çoğunlukla mukopolisakaritlerdir. Kemik, kıkırdak, bağdoku, kan grubunu oluşturan maddelerde, kanda ve çeşitli dokularda bulunur.

            3.Lipoproteinler: Proteinlerle lipitlerin  birleşmesinden oluşmuştur. Hücre zarında ve çekirdeğinde, kanın plazmasında, sütte, yumurta sarısı ve benzerlerinde bulunur.

            4.Fosfoproteinler: Yapısında fosforik asit bulunan proteinlerdir. Balık yumurtası, yumurta ve süt gibi besinlerde bulunur. Süt proteini olan kazein bir fosfoproteindir.

 

4.5. Kanatlı Hayvanlarda Protein Metabolizması

 

            Kanatlı hayvanlarda proteinlerin kimyasal sindirimi midede başlar. Burada bulunan pepsin, büyük protein moleküllerinin bir kısmını daha küçük peptid zincirlerine, hatta bir kısmını da aminoasitlere kadar parçalar. Bu enzim bir endopeptidazdır, yani protein zincirlerinin uçlarda kalan bağlarını değil içte kalan bağlarını parçalar. Özellikle içte kalan ve bir tarafında aromatik aminoasitler (fenilalanin ve tirosin) veya lisin, triptofan bulunan bağlara karşı etkindir.

Pepsin, mide duvarından mide özsuyuna inaktif pepsinojen formunda salgılanır. Nide özsuyunda bulunan HCl ve pepsin, düşük pH derecelerinde, pepsinojeni aktive ederek pepsine dönüştürürler. Pepsin pH 1-3 arasında etkinlik gösterebilmekle beraber, optimum pH 1.8-2 arasında değişir.

Proteinlerin esas sindirimi, ince bağırsaklarda, pankreastan ve ince bağırsak duvarından salgılanan enzimler tarafından gerçekleştirilir. Pankreastan salgılanan proteolitik enzimler tripsin, kimotripsin, elastaz ve karboksipeptidazlardır. Bunlardan ilk üçü endopeptidazlar, sonuncular eksopeptidazlardır. Eksopeptidazlar da protein zincirlerinin karboksil ucundaki amino asidi bağlayan peptid bağlarını parçalar.

Pankreatik proteazlar pankreastan, bu enzimlerin zimojenleri, yani proenzimleri olan tripsinojen, kimotripsinojen ve proelastaz formlarında salgılanıp, duedenuma dökülürler ve burada aktif formlarına geçerler. Karboksipeptidazlar da aynı işleme tabidirler. Pankreatik proteazlar substrat seçicidirler, belirli aminoasitler arasındaki bağları etkilerler.

İnce bağırsak çeperinde üç peptidaz saptanmıştır. Bunların üçü de hücre içi enzimlerden çok daha az, fakat daha güçlü ve etkilidir. Özellikle bunların ikisi çok güçlü ve etkili olduğu için bunlara oligopeptidazlar denilmiştir.

Amino asitlerin D ve L izomerleri vardır. Ancak, tüm proteinlerin büyük çoğunluğunu oluşturan ve “standart amino asitler” olarak adlandırılan amino asitlerin hepsi L formundadır. D formundaki amino asitler “difüzyon” yoluyla absorbe edildiği halde, L amino asitler bağırsak çeperini “aktif taşıma” yoluyla geçerler. Amino asitlerin aktif taşıma ile taşınmaları için Na⁺  iyonlarına ve ATP’ye gereksinim vardır. Ve burada da sodyum iyon pompası şeklinde çalışan bir sistem vardır.

Absorbe edilen amino asitler portal kan dolaşımı aracılığıyla karaciğere gelir. Ya burada sentez yada katabolizma işlemlerine uğratıldıktan sonra veya hiçbir değişikliğe uğratılmadan ilgili doku ve organlara, bu kez de sistemik kan dolaşımı yoluyla gönderilirler.

Organlara ulaşan amino asitler çeşitli doku proteinlerine veya yumurta, tüy gibi ürün proteinlerine çevrilir. Kan amino asitlerinin bir kısmı ise kanda bulunan hormonların ve protein olmayan nitrojenli bileşiklerin sentezi için harcanır.

Görüldüğü gibi, protein ve aminoasit metabolizmasında kan ve karaciğer çok önemli iki unsurdur. Kan, karaciğerle doku ve organlar arasında tam bir aminoasit havuzu rol oynar. Başka bir deyişle, plazmada, yani kanda aminoasit konsantrasyonu, açlık veya proteince yetersiz beslenme gibi herhangi bir nedenle, belli bir düzeyin altına düşerse karaciğer veya doku ve organlarda depolanan proteinler parçalanarak, plazma aminoasit düzeyi tekrar normale döndürülür. Aynı şekilde, plazma protein veya aminoasit düzeyinin yükseldiği buna karşın, doku ve hücre proteinlerinin azaldığı durumlarda plazma proteinleri ve amino asitleri, doku ve hücre proteinlerinin sentezinde kullanılır. Doku ve plazma proteinlerinin böyle karşılıklı olarak parçalanıp yeniden sentezlenmesine protein dönüşümü denir. Dokulardan alınacak proteinlerde öncelik kas proteinlerindedir. Bu tür değişken nitelikli proteinler vücudun toplam depo proteinleri içerisinde %6-7 kadarını kapsamaktadır.

Dokulara ulaşan amino asitlerin bir kısmı o dokuya veya organa ait proteinlerin sentezinde kullanılabilir. Protein sentezi her dokunun kendi hücrelerinde gerçekleştirilebilir ve yapılacak proteinin tipi, o hücrede bulunan genler tarafından belirlenir.

Protein sentezi için öncelikle o proteinin yapısına girecek aminoasitlerin sağlanması gerekir. Kanatlı hayvanlar, esansiyel amino asitleri sentezleyemedikleri için, bunların rasyonlarla sağlanmaları zorunludur. Başka bir deyişle, genel olarak tüm tek mideli hayvanların rasyonlarında bulunan proteinlerin biyolojik değerlerinin belirli bir düzeyde olması gerekir. Yüksek kaliteli bir proteinin esansiyel amino asitleri hayvanların gereksinim duydukları miktar ve oranlarda içermeleri yeterli değildir. Bu amino asitlerden yararlanılabilmesi için sindirilebilir bir protein olması da gerekir. Esansiyel olmayan amino asitler ise vücutta başka amino asitlerden veya diğer bazı bileşiklerden sentezlenebilir. Bu olay krebs döngüsünün içerisinde gerçekleşir.

Amino asitlerin enerji üretiminde ve diğer maddelerin sentezinde kullanımı krebs döngüsünde mümkün olmaktadır. Hemen hemen tüm amino asitler deaminasyona uğratılabilir. Deaminasyonla NH₂  gruplarını, desülfhidrasyonla kükürdünü yitiren bir amino asitin geriye kalan iskeleti, karbonhidrat ve lipitlerden farksızdır. Bunlar gerek duyulduğunda krebs döngüsüne sokularak enerji elde etmek amacıyla CO₂ ve H₂O’ya kadar parçalabilir. Aynı şekilde, yine gerek duyulduğunda krebs döngüsünün çeşitli ara ürünlerini basamak yaparak değişik karbonhidrat ve lipit ürünlerine dönüştürebilirler. Bu şekilde karbonhidratlara çevrilebilen amino asitlere glikojenik aminoasitler, yağ asitleri çeşitli keton bileşikleri, kolesterol, safra asitleri ve steroid hormonlar gibi çeşitli lipidlere çevrilmeye eğilimleri fazla olanlara da ketojenik amino asitler denir.

Amino asitler, karbonhidrat ve lipitlerden başka önemli diğer bazı bileşiklerin ön maddesi olarak, sentezlerinde rol oynar. Bunlar arasında pantetonik asit, ve niyasin gibi vitaminlerle, tiroksin, epinefrin ve indolasetik asit gibi hormonlar, pürinler, pirimidinler, antibiyotikler, alkaloidler, pigmentler, koenzimler, ve sinirsel uyarıların taşınmasında yardımcı bileşikler sayılabilir.

Kanatlı hayvanlarda protein metabolizmasının son ürünü ürik asittir. Ürik asit sentezi için önce deaminasyonla çeşitli amino asitlerden koparılan amino grupları kullanılarak pürin bazları sentezlenir. Daha sonrada bunlar ürik aside dönüştürülür. Ürik asit sentezi karaciğer, böbrek ve biraz da kaslarda gerçekleştirilir.