Besin Kimyasında Proteinler ve Reaksiyonları ( Doç.Dr.Levent ÇAVAŞ )

Giriş  Proteinler gıda maddelerinin çok önemli bir bileşenidir. Bir yandan protein biyosentezi için yapı taşı olan amino asitlerin kaynağı iken, diğer yandan besinlere lezzet, aroma ve rengini veren maddelerin oluşumuna katılırlar. Proteinler ayrıca jel, köpük, hamur, emülsiyon ve fibriler yapıların stabilizasyonunda ve oluşumunda da görev alırlar. Besin Kimyasında Proteinler ve vProteinler 20 farklı amino asidin peptid bağları İle birbirine Reaksiyonları bağlanmasıyla oluşan makromoleküllerdir. Doç.Dr.Levent ÇAVAŞ Doç.Dr.Levent ÇAVAŞ Dokuz Eylül Üniversitesi Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Fakültesi Fen Fakültesi Kimya Bölümü, Biyokimya Anabilim Dalı Kimya Bölümü, Biyokimya Anabilim Dalı Kaynaklar Kampüsü, İZMİR Kaynaklar Kampüsü, İZMİR 2011-2012 2011-2012 Doğal proteinlerin yapısında bulunan amino asitlerin kimyasal formülleri Şekil 2.1 de verilmiştir.

Proteinler hem hayvansal hem de bitkisel kaynaklı vAmino asitler yaln ız yan zincir bak ımından farklılık gösterdiklerinden gıdalarda yaygındır. Gelişmiş ülkelerin halkları proteini protein zincirinde diziliş sıralarına göre makromoleküle farklı kimyasal özellikler ve sekonder ve tersiyer yapılar kazandırırlar. daha çok hayvansal kaynaklı gıdalardan alırken, az  Asidik veya bazik amino asitlerin egemen olduğu proteinler suda veya tuzlu gelişmiş veya geri kalmış ülke halkları bitkisel kökenli suda çözünürken (albumin ve globulinler), apolar amino asitlerce zengin gıdalardan alırlar. proteinler suda çözünmezler(gliadin, glutenin). Doğal proteinlerin yapısında bulunan 20 amino asitten vAsidik amino asitlerin amid formunda(asparagin, glutamin) bulunması sekizi insan organizması için esansiyeldir yani vücutta proteinin azot içeriğini artırır. Yan zincirdeki hidroksil gruplan (tirozin, serin,treonin) fosfat esterlerinin sentezlenemez, besinler ile dışarıdan alınmaları oluşumuna olanak sağlar. zorunludur, insan da hayvanlar aleminin bir üyesi Siklik yapılı prolin ve hidroksiprolin peptid zincirinin geometrik yapısına olduğundan ortalama protein bileşimi açısıdan hayvansal sınırlandırma getirir. kaynaklı proteinlerin gıda olarak alınması daha uygundur. Kükürtlü amino asitlerden sistein ise peptid zincirinin intra- veya v Nitekim bitkisel gıdaların protein oranı genelde düşüktür intermoleküler disülfid köprü bağları oluşturmas ına olanak sağlar ki bu ve bu proteinler esansiyel amino asitleri hem dengesiz köprü bağları proteinin üç boyutlu yapıs ının şekillenmesinde önemli bir rol oynar. hem de bazılarını yetersiz oranda içerirler.

Gıda maddesi Protein (g/100 g) Piliç eti 23.4 S ığır eti 16.5 Balık 18 Kaynak Birinci derecede limite edici İkinci derecede limite edici Yumurta 13 amino asit amino asit Buğday 13.3 Buğday Lizin Treonin Ekmek 8,7 Soya fasulyesi 34,1 (11) Mısır Lizin Triptofan Fasulye 22,3 (7,8) Beyaz mısır Lizin Treonin Pirinç 6,7 (2) Pirinç Lizin Treonin Mısır 10 Patates 2 Süpürge otu Lizin Treonin Süt 3.6 Bezelye 6.3 Bazı besinlerin protein içerikleri Bazı bitkisel proteinlerde limite edici esansiyel amino asitler Not: Parantez içindeki değerler pişirmeden sonraki değerlerdir. Proteinlerin Bileşimi ve Sınıflandırılması Yumurta akı proteini en iyi kalite bir proteindir ve biyolojik değeri 100 kabul Daha önce belirtildiği gibi doğal proteinler 20 farklı amino asidin peptid bağı edilerek diğer proteinlerin kalite ile birbirine bağlanması ile oluşan makromoleküllerdlr. belirlemesinde standart olarak alınır. Proteinlerin amino asit bileşimleri ve içerdikleri esansiyel amino asit oranları proteinin besin kalitesini belirler. Yukarıda da belirtildiği gibi hayvansal proteinler bitkisellerden daha yüksek kalitelidir. Amino Asit Et(sıgır) Süt Yumurta Buğday Mısır Amino Asit Et(sıgır) Süt Yumurta Buğday Mısır Tablolardan açıkça görüldüğü gibi bitkisel proteinlerin çoğu esansiyel amino asitlerden özellikle lizin, treonin ve triptofan açıs ından fakirdir. Valin 313 463 428 276 303 Valin 313 463 428 276 303 v Soya fasulyesi lizince zengindir fakat metionince fakirdir. Patatesin protein Lösin 507 782 551 417 783 Lösin 507 782 551 417 783 içeriği düşük olmasına rağmen kalitesi yumurta proteini düzeyindedir. İzolösin 301 399 393 204 230 İzolösin 301 399 393 204 230 v Proteinlerin sınıflandırılmasında değişik kriterler gözönüne alınır Lizin 556 450 436 179 167 (çözgenlerde çözünürlük, ultrasantrifüj ve elektroforetik özellikler) Lizin 556 450 436 179 167 Metiyonin 169 156 210 94 120 Gıdalarda bulunan proteinleri yapılarına göre üç ana grupta toplayabiliriz. Metiyonin 169 156 210 94 120 Fenilalanin 275 434 358 282 305 ü basit proteinler, Fenilalanin 275 434 358 282 305 Treonln 287 278 320 183 225 ü kompleks proteinler Treonln 287 278 320 183 225 Triptofan 103 98 113 47 20 ü modifiye proteinler. Triptofan 103 98 113 47 20 Tablo 2.3 Bazı bitkisel ve hayvansal proteinlerin esanslyel amino asit bileşimleri (mg/g top.N)

A- Basit proteinler B- Kompleks Proteinler Hidrolizlendiklerinde yalnız amino asitleri veren proteinlerdir. Polipeptid zinciri Polipeptid zinciri yan ında nükleik asitler, lipidler, karbohidratlar vb. proteinik veya zincirlerinden ibarettirler. Değişik çözgen ortamlarındaki davranışlarına olmayan komponentlerden biri veya birkaçını içeren proteinlerdir. göre farklı alt gruplarda İncelenebilirler. 1. Lipoproteinler: Lipidler ile proteinlerin birleşmesiyle türerler. Polar ve 1. Globüler proteinler: Küresel yapıda olup, bileşimlerine bağımlı olarak su, asit, apolar karakteri bir arada taşıyan bu moleküllerin emülsiyon yapma baz, alkol gibi çözgenlerde çözünebilen proteinlerdir. Çözgenlerine göre (emülgatör, surfaktan) yeteneği çok iyidir. Lipid içeriği genelde %40 albuminler, globulinler, histonlar, prolaminler, protaminler, glutelinler gibi dan düşüktür(süt ve yumurta sarıs ındaki bazı proteinler). gruplara ayrılırlar. 2. Glikoproteinler: Karbohidratlar ile proteinlerin birleşmesiyle türerler. 2. Skleroproteinler: Suda veya nötral çözgenlerde çözünmeyen lifimsi yapıda Karbohidrat içeriği genelde çok düşüktür fakat % 10-20 karbohidrat destek ve iskelet materyali olarak görev yaparlar (kollajen, elastin, keratin vb.). içeren glikoprotelnler de vardır (yumurta akı proteinlerinin bazıları). 3. Fosfoproteinler: Protein zincirindeki serin ve treonin art ıklarının serbest hidroksil gruplarının fosfatlanmasıyla oluşurlar(süt ve yumurta sarıs ındaki bazı proteinler). 4. Nükleoproteinler: Nükleik asitler ile proteinlerin birleşmesiyle türerler ve hücre çekirdeğinde bulunurlar. 5. Kromoproteinler; Kromofor grupların proteinlere bağlanmasıyla türerler(klorofil, hemoglobin, myoglobin ve diğer flavoproteinler). Proteinlerin Yapısı C- Modifiye Proteinler Proteinlerin yapısı denince; polipeptid zincirinde yer alan amino vDoğal proteinlerin kimyasal veya enzimatik prosesler ile asitlerin dizilmiş sırası (primer yapı), amino asit R grupları dikkate dönüşüme uğratılmasıyla elde edilirler, örneğin protein suda alınmaksızın polipeptid zincirinin uzaydaki konumu (sekonder çözünmez forma dönüştürûlebilir (rennin enzimi ile koagüle edilmiş yap ı) ve protein molekülündeki tüm atomların (R grubundakiler kazein). dahil) uzaydaki konumu (tersiyer yapı) anlaşılmalıdır. Biyolojik fonksiyon gösteren protein birden fazla polipeptid zincirinden(alt Daha ileri düzeyde modifikasyonlar sonucu proteozlar, peptonlar birimler) oluşuyorsa bunların birbirine karşı konumları (kuarter ve peptidler oluşur. yapı) da bilinmelidir. vTüm bu ürünler proteinlerin hidroliz ürünleridir, molekül kütleleri sırası ile düşer ve gıdaların işlenmesi sırasında oluşurlar.

Primer Yapı Proteinlerin amino asit dizilerinin aydınlatılmasında kimyasal ve enzimatik yöntemler kullanılır. v Sırası aydınlatılan ilk polipeptid zinciri 51 amino asitten oluşan 10 12 v Canlı organizmaların yaklaşık 10 -10 farklı protein içerdiği insulindir (Sanger, 1953). Bu çalışması ile F.Sanger 1956 Nobel kabul edilmektedir. Amino asitlerin sırası genetik olarak Kimya ödülünü almışt ır. Bugün proteinlerin primer yap ılan gelişen belirlenmiştir. Baz ı proteinlerin zincirlerinde önemli çakışmalar yeni teknikler sayesinde çok kısa bir sürede aydınlatılabilmektedir. olabilir ki bu proteinlere homolog proteinler denir ve fonksiyon v Eskiden amino asitlerin zincirdeki dizilişlerinde belirli tekrarlamalar bakımından da benzerlik gösterirler (Tripsin ve kimotripsin de olduğu sanılırdı. Ancak bu kesinlikle doğru değildir. Şimdiye olduğu gibi). Peptid zincirlerinin benzerliği, bu proteinlerin kadarki verilerden çıkarılabilecek tek sonuç aynı karakterdeki evrim süresince birbirinden türemiş olmaları ile amino asitlerin bir arada bulunma eğilimi göstermeleridir, ki aynı açıklanmaktadır. amino asidin zincirde ard arda birçok kez tekrarlanması da ender değildir. v Amino asit dizisinin tamamen gelişigüzel düzenlenebileceği de söylenemez. Basit bir hesapla bunu kan ıtlamak mümkündür: 100 amino asitten oluşan bir zincir için 20100 = 10130 değişik olasılık vard ır. Her polipeptid zincirinden bir adet alınsa bile tüm evrenin yüzeyi bu molekülleri alamaz! Sekonder Yapı Peptid Zincirlerinin Stereokimyası vProtein molekülleri belirli bir üç boyutlu şekle sahiptirler ve zincir Daha önce belirtildiği gibi bütün proteinler L-amino asitlerden sentezlendiğinde α-C belirli biçimde kıvrılmışt ır. Bu katlanmanın biçimi, zaten amino asit atomunun sterik düzeni belirlidir. Peptid zincirinin boyutları da tam olarak sırası taraf ından belirlenir. bilinmektedir vBelirli katlanmalar gelişigüzel değil peptid zincirinin değişik bölgeleri arasındaki bağlayıcı kuvvetlerin bir sonucu olarak oluşur. Sadece zincir, yani peptid bağı atomları söz konusu olduğu sürece sekonder yap ıdan da bahsedilir. vHidrojen köprü bağları, sekonder yap ının oluşumunda söz sahibi olan yan valens kuvvetleridirler. vC=0 grubu ile NH-grubunun hidrojeni aras ında, eğer bu gruplar birbirlerine 0,28 nm kadar yaklaşırlarsa bir etkileşim olmaktadır. Bu yan valens noktalı çizgi C=O…H-N şeklinde sembolize edilir. Hidrojen bağının bağ enerjisi asıl valensin sadece onda biri dolayında olmakla beraber bir protein molekülünde çok sayıda hidrojen köprüsü oluştuğundan bunların toplamı büyük bir yekûn tutmaktadır.

Şekil ‘de gösterilen zincir daha detaylı düşünülürse böylece uzamış bir polipeptid zinciri, bir ipliksi molekül meydana gelir. Bu durumda hidrojen bağlarının oluşması yanda ikinci bir zincir bulunduğunda mümkün olacaktı. vBöyle bir model yan zincirlere kuşkusuz çok az bir yer bırakmaktadır. Bu nedenle Pauling küçük bir düzeltme yaptı. vPauling’in modeli, çekilmiş akordeon gibi katlanmış düzlemsel peptid ızgarası İdi. Böylece yan zincirler modelde gösterilebileceği gibi yukarıya ve aşağıya doğru yaklaşık dikey konum alırlar. Birkaç lif proteininde bulunan bu modeli katlanmış yaprak yapısı olarak adlandıracağız Şekil 2.3 Yukarıda peptid ızgarası gösterilmiştir. Gri yüzeyler peptid bağlan düzlemlerini oluştururlar. Bunlara dik düşürülmüş beyaz yüzeyler ise yan zincir düzlemlerini göstermektedir. Peptid zincirleri zıt yönde düzenlenmişlerdir. Zıt yönde zincirli katlanmış yaprak yap ısı(ortada); peptid ızgarasından, düzlemin α-C atomlarında kırılmasıyla ortaya çıkmaktadır. Yan zincirler, uygun bir açıda aşağıya ve yukarıya doğru dikey durumda-dırlar. Sağ alttaki katlanmış yaprak yap ısı aynı yönlü peptid zincirlerinden oluşmuş bir yapıy ı gösterir. vHer amino asit artığı vida ekseni yönünde 0,15 nm’lik bir vβ-keratin grubu skleroproteinler, Pauling ve Corey taraf ından ilerlemeye neden olur, her dönüşte 3,6 amino asit vard ır ve önce teorik olarak inşa edilmiş olan katlanmış yaprak yap ıları tekrarlanma periyodu 0,54 nm’dir. için ilk örneklerdi. Bu nedenle katlanmış yaprak yap ısı, β – vŞekilde görüldüğü gibi hidrojen köprüleri sarımlar arasında oluşur yap ısı olarak da adlandırılır. İpek fibroininde zincirler ve bu α-helikse özel bir kararlık sağlar. antiparaleldir. Aynı şekilde bir β-keratinin röntgen vSağa ve sola dönüşlü vida olarak inşa edilen bu modelde yan diyagramını veren gerilmiş saçta katlanm ış yaprak yap ısı zincirler asıl vida gövdesinden d ışarı doğru bir durumda paralel giden zincirlerden oluşmuştur. bulunurlar ve birbirleriyle veya çözgen ile reaksiyon verebilirler. vKatlanmış yaprak yap ısı veya peptid ızgarasında hidrojen vSekonder amino asit olan prolin heliks yap ısına giremez ve bağlan zincirler arasında oluşur. Ama aslında molekül zincirde prolinin bulunduğu yerde düzgün yapıdan sapmalar dahilinde doyurulmuş bir yapının daha uygun olması gerekir. vard ır. Bu ancak, peptid zincirinin bir silindir çevresinde, dönüşten vα -tipindeki tüm proteinler için temel yapı α -helikstir. Miyosin dönüşe CO ve NH gruplarının karşılıklı olarak uygun bir molekülünde uzun, gerilmiş kısım urgan şeklinde birbirine uzaklığa gelecek şekilde döndürülmesiyle mümkün olacaktır. sarılmış iki α -heliksten ibarettir. Saçlar, ıslak durumda iki misli Bu türün birçok modeli olasıdır. uzunluğa gerilirler ve bu sırada α -keratin yap ısı(α – heliks) β – vDoğada bir dönüşte 3,6 amino asit içeren ve Şekil 2.4’de keratinin katlanmış yaprak yap ısına dönüşür. gösterilen α-heliks çok yaygındır (Pauling ve Corey).

Kollajen, bağ ve destek dokunun ana bileşenidir. v Diğer proteinlerde bulunmayan bir sekonder yap ıya sahiptir. v Protein zincirlerinden herbiri, üç amino aside karşılık gelen 0,86 nm. geçiş Globüler Proteinlerin Tersiyer Yapısı yüksekliğinde dik bir vida oluşturur. Protein kristallerinin röntgen yapı analizlerinin modern v Böyle vidalardan üçü. urgan gibi sarılarak üçlü heliks yaparlar ve bunlar urgana metodları protein molekülünün ayrıntılarını oldukça iyi bir büyük bir sağlamlık veren hidrojen bağlan ile bir arada tutulurlar. Bu urganın şekilde görmeyi mümkün kılmışt ır ve ideal durumda her atomun sıkıl ığı, her üç amino asitten birinin glisin artığı olmasıyla mümkün olmaktadır. durumu belirlenir. vBu arada, daha önce belirtildiği gibi peptid zincirlerinin çok belirli bir biçimde katlandığı saptanmışt ır. vDüzen prensipleri olarak sekonder yap ı elemanları yani α- heliks ve β-katlanmış yaprak ve ayrıca geri giden heliks veya katlanmış yaprak k ısmı için düzgün olarak tekrarlanan dönüş düğümleri önemli bir rol oynarlar. vBelirlenmiş düzen, buna ilave olarak amino asit yan zincirlerinin etkileşimi tarafından da tayin edilir. Burada etkili olan önemli bağ tipleri aşağıdaki şekilde verilmiştir. Hidrojen köprü bağları, hem peptid bağları, hem de yan zincirler arasında veya peptid zincirleri ve yan zincirlerin polar grupları (OH, CONH2 v.b) aras ında oluşurlar. Disülfid bağları, amino asit yan zincirleri arasındaki önemli ana valens bağı sisteinin iki SH grubu arasında dehidrojenlenme ile oluşan köprü bağlarıd ır. Tüm tanınmış proteinlerde sistein artıkları birbirleri ile çok belirli bir şekilde bağlanmışlardır. İyon ilişkileri, pozitif yüklenmiş gruplar (lizin ve arginin kısmen de histidinin yan zincirleri) ve negatif gruplar(Glu ve Asp yan zincirlerinin karboksil grubu) arasında mümkündür. Bir peptid zincirinin değişik kesimleri arasındaki bağlar, 1.Peptid grupları arasında hidrojen köprü bağlan; 2.İki Cys-artığı arasında disülfid bağları; Hidrofob bağlar, aynı şekilde çok önemli olan bir yan valens bağı türü 3. Asp ve Lys yan zincirleri arasındaki iyonik çekimler. 4.Bir valin ve bir hidrokarbon tipindeki grupların(özellikle valin, lösin izolösin ve fenilalanlnin izolösin artığı arasındaki hidrofob bağ. Kesikli çizgi, suyun içeri yan zincirleri) birbirlerine çok yaklaşmasıyla oluşmaktadır. Molekülün kristal alınmadığı bir küreyi göstermektedir. En solda ise tersiyer yapının bir yapısının korunmasında etkin olan kuvvetler bu durumda da etkili olacaktır; elemanı olan dönüş düğümü gösterilmiştir. ve aynı zamanda su molekülü bu bölgeden uzaklaşt ırılacaktır. Bu, kaba bir yaklaşımla iki küçük yağ damlacığının birleşerek büyük bir yağ damlacığı oluşturmas ına benzetilebilir. Hidrofob bağlar özellikle molekülün iç kısmında etkindirler.

Tersiyer Yapının Oluşum Şekli Üç Boyutlu Yapının Genel Prensipleri vBugün peptid zincirinin katlanmasının daha ribozomda vŞimdiye kadar bilinen tüm yapılardan çoğu proteinlerde amino biyosentez yürürken oluştuğu varsayılmaktadır. Yeni asitlerden yarısının sekonder yap ı bölgesinin oluşumuna zincirin bir kısmı henüz sentez edilmekte iken bir kısmı katıldıkları sonucuna varılmışt ır. katlanmış durumdadır. vProtein molekülündeki diğer amino asit artıkları da spesifik vKatlanmanın türü zincirin amino asit dizisi tarafından şekilde düzenlenmiştir. Proteinin yüksek yoğunluğundan belirlenir. Belirli amino asitler(glutamik asit, lösin, 3 ( 1,4 g/cm ) görüldüğü gibi amino asitler oldukça sık bir alanin) α-heliks yap ısını oluşturmaya yatk ındırlar. Böyle durumdadırlar. amino asitlerin dört beşi birbirini izlerse α-heliks oluşur vİç kısımda hidrofob, az hidratize olan bir bölge oluşur. Yüklü ve dizide heliks kıran amino asit (örneğin, prolin veya gruplar hemen hemen yaln ız yüzeyde bulunurlar ve sulu glisin) ortaya çıkıncaya kadar bu durum devam eder. çözeltide bir hidrat zarfı ile çevrildiğinden molekül biraz daha vBenzer şekilde, katlanmış yaprak yap ısında büyük görünür. Bu durum, ultrasantrifüjde ,sedimentasyonda düzenlenmeyi tercih eden metiyonin, valin ve izolösin ve jel kromatografisinde rol oynamaktadır. katlanmış yaprak yap ısının çekirdeğini oluştururlar. vZincirin amino asit dizisi genetik olarak belirlendiğinden dolaylı olarak proteinlerin üç boyutlu yapıları da genetik olarak saptanmış olur. Yap ıları röntgen spektral analizi ile aydınlatılmış çok sayıda globüler vYukar ıda bahsedilen proteinlerin aksine biyolojik membranların proteinin kıyaslanmas ıyla proteinlerin tersiyer yap ıya göre dört grupta sentezine katılan proteinler dış kısımlarında hidrofob gruplar düzenlenebilecekleri görüldü. taşırlar. vBöylece membran lipidlerinde hidrofob bağlar oluşur ve bu sayede 1.α-Heliks yapıs ı egemen proteinler proteinler membranda sabitleştirilirler. 2.β-Katlanmış yaprak yapıs ı egemen proteinler 3.Birbirinden ayrılmış heliks ve katlanm ış yaprak bölgeli proteinler(α + β – vMembran içinde yer almış olmaları birçok protein için fonksiyonel yapıs ı) bakımdan çok önemlidir. Bu özellikle solunum zinciri enzimleri için 4.Heliks ve katlanm ış yaprak yap ısı düzgün olarak değişen proteinler(αβαβ geçerlidir. -yapıs ı) vHidrofob yüzey nedenleriyle böyle proteinler su veya tuz Bir globüler proteinde tüm amino asit artıklarının heliks veya katlanm ış yaprak çözeltilerinde çözünmezler. Ancak deterjanlarla çözeltide yapıs ına katılamayacakları anlaşılır. Özellikle miyoglobin gibi büyük oranda tutulabilirler. sekunder yap ıda olan bir proteinde amino asit artıklarından %25’i heliks içine v Proteinlerin üç boyutlu yapıları hareketsiz düşünülemez. sokulmamışt ır. Özellikle enzimlerde, küçük moleküllü maddeler(substrat Diğer birçok proteinde bu oran nisbeten daha yüksektir. 180’den fazla amino asit veya allosterik efektörler) moleküle bağlandığında enzimin içeren uzun peptid zincirlerinde, s ık sık içlerinde zincirin katlandığı konumsal olarak bazı gruplarının nanometrenin onda bir kaçı kadar birbirinden ayrılmış iki, üç veya dört bölge bulunur. Bu bölgeler, peptid zincirleri ve kayabildikleri bilinmektedir. yan valensler ile birbirlerine bağlıd ırlar.

KuarterYapı İki veya daha fazla polipeptid zincirli proteinlere oligomerlk proteinler ve her polipeptid zincirine de altbirim(subunit) ad ı da verilir. vOligomerik proteinler genelde çift sayıda altbirim içerirler ki bu altbirimler ayn ı olabileceği gibi farklı polipeptid zincirleri de olabilirler (Tablo 2.4). vOligomerdeki altbirimler birbirine kovalent bağlanmış olmamasına rağmen oligomerik protein sulu çözeltide tek bir molekül gibi davranırlar. Proteinin biyolojik fonksiyon gösterebilmesi için tüm altbirimlerin bir arada bulunması zorunludur. vBazı durumlarda değişik fonksiyonlara sahip proteinler birarada bulunurlar ki bunlara protein kompleksi denir. vBu tür komplekslerde bulunan proteinler genellikle enzimatik aktiviteye sahiptir ve bir metabolik yolun belirli reaksiyonlar ını katalizlerler (örneğin;piruvat dehidrojenaz, yağ asidi sentetaz kompleksi). En büyük protein kompleksi FIG. 1. virüslerdir. Virüsler büyük ölçüde protein ve nükleikasitlerden ibaret kompleksler The c-Kit receptor protein-tyrosine kinase signal transduction cascade. In the normal off state c-Kit receptor exists as a monomer in the cell membrane (middle panel). Binding of SCF induces the c-Kit receptor to dimerize and activate itself olmakla birlikte bazıları metal iyonları ve lipid de içerirler, örneğin yapıs ı kesin in trans through autophosphorylation of tyrosine residues. The phosphotyrosine residues activate intracellular serine/threonine aydınlatılmış küçük bir virüs olan tütün mozaik virüsünün bağıl kütleri 40 000 000 protein kinase signaling cascades that determine specific cellular responses in normal growth and development. These intracellular responses are transiently activated due to the negative regulatory effects of the SHP-1 tyrosine phosphatase (left panel). olup 280 nm uzunluğunda 15 nm kalınlığında bir çubuktur ve 2130 altbirimden Transforming oncogenic c-Kit mutations (X) cause SCF-independent activation, leading to constitutive c-Kit kinase activity and resulting in cell transformation in human cancers . ibarettir. Toplam kütlesinin %95’i protein %5’i ise nükleik asittir. Mol CD, Lim KB, Sridhar V, Zou H, Chien EYT, Sang BC, Nowakowski J, Kassel DB, Cronin CN, McRee DE, 2003. Structure of a c-Kit Product Complex Reveals the Basis for Kinase Transactivation. Journal of Biological Chemistry 278, 31461– 31464. Denatürasyon: Protein M r Altbirim Say ısı v Disülfid bağları dışındaki kovalent bağlarda bir parçalanma olmadan Insulin 5 734 2 proteinin doğal konformasyonunda dönüşümlü veya dönüşümsüz ß-Laktoglobulin 25 000 2 değişimlere denatürasyon denir. Tersiyer yapıy ı oluşturan hidrojen köprü Hemoglobin 64 500 4 Hexokinaz 96 000 4 bağları, iyonik bağlar, hidrofobik bağlar ve disülfid bağlan pH, sıcaklık, iyon Laktat dehidrogenaz 150 000 4 şiddeti ve çözgen bileşiminin değiştirilmesi veya deterjan ilavesiyle Aspartat transkarbamilaz 310 000 12 parçalanabilir, özellikle enzimler durumunda denaturaşyon sonucu aktivite Glutamin Sentetaz 370 000 12 tamamen kaybolabilir. Ayrıca denaturaşyon besinlerdeki proteinlerin sindirim Apoferritin 480 000 20 Üreaz 483 000 6 enzimleri tarafından daha kolay parçalanmasına olanak sağlar. Miyosin 620 000 3 v Gıdalarda hem ısıtma hem de dondurma s ırasında protein denaturasyonu söz konusudur. Dondurulduktan sonra balığın elastikiyetini yitirmesinin sebebi denaturasyondur. v Süt kazeini miselleri ısıtmaya dayanıklı iken dondurma sonucu denature olur ve çökelirler. Isıtma genellikle proteinin tersiyer yapısını etkiler ve çoğu proteinler 55-75°C aralığında denature olurlar(süt kazeini ve jelatin bir Tablo 2.4 Bazı oligomerik proteinlerin molekül istisnadır). Bazı proteinlerin koagulasyon sıcaklıkları Tablo 2.5 de verilmiştir. kütlesi altbirim sayısı Süt kazeininin termal kararlığının sebebi sistein ve sistin içeriğinin çok düşük(sırasıyla %0,0 ve %0,3) ve prolin içeriğinin yüksek (%13,5) olmasıdır.

Nitekim yumurta kaynar suda bekletildiğinde protein Protein Koagıılasyon Sıcak]ığı(°C) denatürasyonu sonucu tamamen katı hale gelirken taze süt Yumurta albumini 56 proteinleri 100° C nin üzerinde uzun süre kaynamakla bile Laktalbumin 72 denatüre olmazlar ve bir çökelme gözlenmez. Sığır serum albumini 67 Myosin 47-56 P-Laktoglobulin 70-75 Kazein 160-200 Tablo 2.5 Bazı proteinlerin termal denaturasyon sıcaklıkları Protein Sisteln(%) Sistin(%) Yumurta albumini 1,4 0,5 Laktalbumin 6,4 — ß-Laktoglobulin 1.1 2.3 Kazein — 0,3 Tablo 2.6 Bazı proteinlerin sistein ve sistin içerikleri Fiziksel özellikleri Dissosiyasyon vProteinler hem asidik hem de bazik grup taşıdıklarından amfoter karakterlidir. vPeptid zincirinde amino asitlerin α-COOH ve α -NH2 grupları peptid bağına katıldıklarından (N-terminal ve C-terminal hariç) amino asit yan zincirlerindeki v Sistein ve sistin oran ı düşük proteinlerin disülfit bağları üzerinden iyonize gruplar bu karakteri doğurur. agglomerasyon olasılığı çok olduğundan ve prolince zengin proteinlerde ise intra ve intermoleküler hidrojen köprü bağlarının oluşumu engellendiğinden her iki durumda da proteinin termal kararlılığıyüksektir(Kazein örneği). v Serbest amino asitlerde bu grupların pK değerleri her amino asit sabitken peptit zincirde çok değişebilir. v Örneğin; lizozim zincirinde farkl ıyerlerde bulunan aspartik asidin beta- COOH grubuna ilişkin pK değerleri: Asp-52 için 3-4,6, Asp-66 için 1,5-2 ve Asp-101 için 4,2-4,7 bulunmuştur.

Bir protein molekülü üzerindeki net yük pH ya bağımlı olarak pozitif, nötral (o) veya negatif olabilir. v Net yükün sıf ır olduğu pH değeri her protein için karakteristik olup izoelektrik pH dır v Proteinler protondan başka iyonlar ile de etkileşebildiklerinden izoelektrik ve izoiyonik noktalar farklı anlaml ıd ır. v Bir protein çözeltisinin sonsuz seyrelme durumunda su iyonlarından başka İyon içermediği pH değerine izoiyonik nokta denir. Böyle bir çözelti suya karşı elektrodiyaliz veya diyaliz ile elde edilir. v İzoiyonik nokta sabit iken izoelektrik nokta iyonların tür ve konsantrasyonlarına bağımlı olarak değişir. v Protein çözeltisi tuz içeriyor ve anyonlar katyonlardan daha fazla bağlanmışsa izoelektrik nokta izoiyonik noktadan küçüktür (aksi halde tersi durum söz konusudur). v İzoelektrik noktada proteinin çözünürlüğü minimum, çökelmesi ve kristal oluşturma eğilimi ise maksimumdur. Optikçe Aktiflik vProteinlerin optikçe aktifliği yalnız zincirdeki amino asitlerin asimetrik karbon içermelerinden değil aynı zamanda peptit Aminoasitlerin spesifik zincirinin kiral düzeninden kaynaklanır. rotasyonları sıcaklık ve pH tan etkilenir. vPeptit bağları 190-200 nm de absorpsiyon verir ve bu dalga boyu bölgesinde gözlenen Cotton etkisi proteinin sekonder yap ısı hakkında bilgi verir. vDüzenli yapılar α -heliks ve β-yap ısı 199 ve 205 nm de maksimum Cotton etkisi gösterirken, düzensiz yapılar maksimumun daha kısa dalga boylarına kaymasına sebep olurlar.

Çözünürlük ve Şişme vProteinlerin çözünürlüğü taşıd ıkları polar ve apolar grupların sayısı ve Aminoasitlerin sudaki bunların moleküldeki düzenlerine bağımlı olarak değişir. çözünürlükleri (g/100 g su) Aminoasitlerin protein vPolar çözgenlerde (su, formamid, dimetilformamid, gliserin ,formik asit hidrolizatındaki aminoasitlerin, vb.) genelde iyi çözünürler. Sudaki çözünürlük pH ve iyon şiddetine aminoasitlerin serbest formundaki bağlıd ır. Düşük iyon şiddetlerinde çözünürlük iyon şiddeti ile orantılı olarak çözünürlüklerinden farklıdır. artar. Amino asitlerin polar karakterlerinden ötürü organik vKatyon ve anyonların çöktürme etkinliği sırası aşağıda verilmiştir. solventlerde çözünürlükleri iyi değildir. K+ > Na+ > Li > NH4+ Amino asitlerin tümü eterde 2 2- – – çözünmez. SO > Tartarat > Asetat > Cl > Br -4 Sadece sistein ve prolin etanolde vKatyonlarda bir değerlikliler anyonlarda ise çok değerlikliler daha göreceli olarak çözünür. etkilidir. Çözünen proteinlerdeki hidratasyon olayı suda çözünmeyen proteinlerdeki şişme olayına benzer. Suyun yapıya girmesiyle hacimsel büyüme ve diğer fiziksel özelliklerde değişme ortaya çıkar. Amino asitlerin UV-Absorpsiyonu Gıdaların Hazırlanması Sırasındaki Kimyasal ve Enzimatik Reaksiyonlar vGıdaların işlenmesi sıras ında gıda maddesinin bileşimi ve proses koşullarına(pH, s ıcakl ık, O2 varl ığıvb.) bağımlı olarak kimyasal değişimler gerçekleşebilir. vBu reaksiyonlar sonucu; • esansiyel amino asitlerin parçalanması, • esansiyel amino asitlerin metabolize olamayan türevlere dönüştürülmesi, veya • sindirilebilirliğin azalması, gerçekleşir ve proteinin biyolojik değeri düşer. Fenilalanin, tirozin ve triptofan gibi aromatik amino asitler 200-230 nm ve 250-290 nm arasındaki ışığı absorbe ederler. Tirozinin fenolik –OH grubu pikleri 20 nm öteler. 280 nm protein konsantrasyonunun ölçülmesi için kullanılır.

1) Mailard Reaksiyonu (Enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonu) Maillard Reaksiyonun Başlangıç adımları: Amadori ve Heyns Bileşikleri v Gıdaların işlenmesi sıras ında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar içerisinde en önemlisi Mailard reaksiyonudur. v Reaksiyon sonucu besin maddesinin rengi koyulaşır. v Bu durum ekmek gibi bazı g ıdalarda istenirken sütte istenmez. v İndirgen şeker varl ığında proteinler serbest -NH2 gruplar ı üzerinden aşağıdaki reaksiyon uyarınca glikozil aminleri verirler. Fruktoz Renkli Bileşiklerin Oluşumu Renkli Bileşiklerin Oluşumu II, III; 3-deoksiosonun, furfural ve asetilformoin ile reaksiyonu Melanoidin oluşum sonucu verdigi renkli bileşikler mekanizması IV; furfural ve alanin reaksiyonu sonucu oluşan kırmızı renkli pirroline boyası

Protein molekülünde N-terminal d ışında serbest -NH2 grubu lizin artıklarında ( yan Mailard Reaksiyonuna Etkiyen Parametreler zincirde) bulunur. Dolayısıyla Mailard reaksiyonunun kurbanı esansiyel bir amino asit olan lizindir. 1) Sıcaklık: Tüm kimyasal reaksiyonlar gibi Mailard reaksiyonu da sıcaklığın her 10 derece v İndirgen şeker ile lizin artığından önce glikozilamin türevi daha sonra gerçekleşen yükselmesiyle 2-3 kat hızlanır. Fakat fruktoz içeren gıdalarda bu hız 5-10 kat artar. Yüksek Amadori çevrilmesiyle laktoz durumunda ise ε-N-Deoksilaktulozil-1-lizin, glukoz sıcaklıklarda oluşan pigmentler daha koyu renklidir. durumunda ise ε-N-Deoksifruktozil-1 -lizin türevi oluşur. Böylece lizin bloke olduğundan metabolizmada değerlendirilemez ve proteinin biyolojik değeri düşer. 0 v Proses sırasında şeker hidrolizi söz konusu ise sakkaroz gibi Mailard reaksiyonuna 150 C ‘de ıs ıtma süresine (dakika) karşı sebep olur. lizin kaybı v Mailard reaksiyonunun son ürünü bir pigment olan melanoidinlerdir ve bu v Mailard reaksiyonunun son ürünü bir pigment olan melanoidinlerdir ve bu reaksiyonun mekanizması 1953 yılında Hodge tarafından aydınlatılmıştır. reaksiyonun mekanizması 1953 yılında Hodge tarafından aydınlatılmıştır. v Mailard reaksiyonu lizin kaybı yanında gıdalarda istenmeyen renklenmelere ve v Mailard reaksiyonu lizin kaybı yanında gıdalarda istenmeyen renklenmelere ve kuru depolama veya termik işlemler (pastörizasyon, sterlizasyon veya kavurma) kuru depolama veya termik işlemler (pastörizasyon, sterlizasyon veya kavurma) sonucu aromada bozulur. sonucu aromada bozulur. 2) pH: pH alkali bölgeye kaydıkça Mailard reaksiyonu etkinleşir ve pH<6 ise reaksiyon durur. Bunun sebebi düşük pH larda amino grubunun protonlanmış olması yani serbest Mailard Reaksiyonunun Önlenmesi olmayışıdır. R-NH + H+ ———–R-NH vS ıcakl ık ve pH nın olabildiğince düşürülmesi ve su aktivitesinin kritik bölge 2 3 dışında tutulması ile ve indirgen şekerler yerine indirgen olmayan şekerlerin kullanılmasıyla önemli ölçüde önlenir. 3) Nem: Yüksek nem ortamında esmerleşme vAncak kesin önlem inhibitör kullanımıd ır. karamelizasyondan ileri gelir. Çok yüksek nem durumlarında Maillard reaksiyonu egemen değildir. vEn etkin inhibitör ise SO2 dir. Bilindiği gibi aldehidler bisülfid ile katılma reaksiyonu verir ve bloke olurlar. vKükürt dioksitin Mailard reaksiyonu inhibitörü oluşu indirgen şekerlerle 4) Şekerin Yapısı: Çözeltide açık zincir yapısında bulunan verdiği katılma ürününden çok amino şekerler ile reaksiyonu sonucu bunların şekerler daha reaktiftir. Reaktivite sırası; pentozlar, hegsozlar melanoidinlere dönüşümünün engellenmesi esasına dayanır ve indirgen disakkaridler şeklindedir.

Amino asitlerin OPA ile Ninhidrin türevlendirilmesi Ninhidrin aminoasitlerin kantitatif analizinde kullanılan önemli bir renk reaktifidir. Ölçüm limitleri 1-0.5 nmol/L dir. Oluşan kompleksin absorbansı 570 nm’dir. Prolin ise 440 nm absorbans verir (sarı renk). •HPLC ile her bir amino asit türevlendirildikten sonra analizlenir. •Prolin ve hidroksi prolin ölçülemez •Bu yöntem özellikle meyve sularında yaygınca uygulanır. D-amino asitlerin varlığı kontaminasyon göstergesidir! •Öte yandan, sirke, şarap ve peynir gibi fermentasyona dayalı üretimde çok düşük D-amino asit fermentasyonun sınırlı olduğunun göstergesidir. Fenilizotiyosiyanat Fenilizotiyosiyanat Edman reaktifi olarak bilinir ve peptid zincirlerinin N-terminal amino asitlerinin tayininde kullan ılan önemli bir reaktiftir.

Sistein ve Sistin Reaksiyonları Sistein oldukça kolay bir şekilde iyot veya potasyumhekzasiyanoferrat (III) 1-floro-2,4-dinitrobenzen (FDNB) içeren koşullarda sistine yükseltgenir. İndirgenme sodyumborhidrit yada tiol içeren ajanlar (beta- FDNB yine N-terminal amino asit tayininde kullanılan önemli bir merkaptoetanol yada ditiyotreitol) yardımıyla reaktif olup, N-terminaldeki aminoasitleri koparmaya ve tayin etmeye sağlanır. dayalı bir reaksiyondur dithiotreitol Sistein ve Sistin Reaksiyonları Tirozin Reaksiyonları Tirozin Pauly reaktifi olarak bilinen diazotize olmuş sülfanilik asit ile diazotize olmuş sülfanilik asit kırmız ı renkli bir azo-bileşik verir. (Histidin’de benzer reaksiyonu verir) disulfür bağlarının indirgeyicisi olarak beta-merkaptoetanol reaksiyonu, disulfür bağlarının indirgeyicisi olarak beta-merkaptoetanol reaksiyonu,

Yüksek Sıcaklıklarda Amino Yüksek Sıcaklıklarda Amino Asitlerin Reaksiyonları Asitlerin Reaksiyonları Yüksek Sıcaklıklarda Amino Asitlerin Reaksiyonları J Yüksek Sıcaklıklarda Amino Asitlerin Reaksiyonları J Akrilamid •Bayanlarda yumurtalık kanserine neden olduğuna yönelik ciddi kanıtlar mevcut! •Stage 3 → %18 (survival!) •100 C üzerinde uzun süreli ısıl işlem •Sistein, metionin ve arginin oranı yüksek gıdalar •Glukoz varlığı!!!!!! Yüksek Sıcaklıklarda Amino Asitlerin Reaksiyonları J Yüksek Sıcaklıklarda Amino Asitlerin Reaksiyonları J

Detay Mutajenik Heterosiklik Bileşikler • 1970’lerin sonunda barbekü edilen et ve balıkların kızartılması sonucu oluşan koyu renkli çözelti içerisindeki kimyasalların Salmonella typhimurium tester strain TA 98 suşu üzerinde mutajenik etkiye sahip oldukları gösterilmiştir! • Daha ileri bir çalışmada da protein ve amino asitlerden kaynaklanan mutajenik kimyasalların düşük ısılarda da oluşabileceği rapor edilmiştir.

Bira ve Şarap!

Gıda Fortifikasyonu (Gıdaların Besin Değerinin Arttırılması) Peptidler Tripeptid : Glutatyon • Peptidler amino asitlerin bir amid bağıyla bağlanmaları sonucu oluşur. γ-glutamil-sisteinil-glisin (Redükte (GSH) ve Okside formu(GSSG)) Ayn ı zamanda peptid hidrolizi de serbest amino asitlerin oluşumu ile sonuçlanır Peptidler; di, tri, tetra gibi öneklerle isimlendirilirler, 10 ve daha fazla amino asitten meydana gelen peptidlere oligopeptidler denir. Bir oligopeptidin protein olarak isimlendirilebilmesi için en az 100 amino asit veya 10kDal’luk bir MA gerekir.

Peptidlerin Fiziksel Özellikleri: Carnosin, Arsenin ve Balerin Çözünme – Duyumsal Carnosin, Arsenin ve Balerin Lizin peptidleri Lizin-Maillard reaksiyonu!!!

Sistein örneğinde bu reaksiyonu inceleyelim. Diğer Kimyasal Reaksiyonlar vBazik ortamda gerçekleştirilen prosesler sonucu besinlerde lizin, arginin, treonin, serin, sistin gibi amino asitlerde kay ıp olur ve protein hidrolizatında ornitin, ornitinoalanin, lizinoalanin gibi doğal proteinlerin yap ıs ında bulunmayan amino asitlere raslanır. v Hidroksil ve -SH grubu içeren amino asitler bazik ortamda beta-eliminasyon sonucu 2-aminoakrilik asit veya 2-aminokrotonik asit verirler. v Amino akrilik asit çok reaktiftir ve lizin ile lizinalanin,amonyak ile β–aminoalanin verir. v Alkali ortam argininin ornitine dönüşmesine sebep olur. R=H ,CH ; X =OH,SH,SR ,SSR 3 1 1 v Bazik ortamda ıs ıtma sonucu D-amino asitler oluşur. Özellikle L-lösinden D-allo- Protein Isıtma D-Ala D-Asp D-Glu D-Leu D-Phe D-Val izolösin oluşumu ilginçtir. Süresi v Proteinlerin nötral ortamda ısıt ılması sonucu, polipeptid zincirindeki amino (Lys) (Saat) ve amid (Asn.Gln) grupları aras ında izopeptid bağları oluşur. v Asidik hidroliz yapıldığında bu izopeptid bağları hidrolizlenir ve hidrolizatta Asn ve Gln yerine Asp ve Glu bulunur. Kazein 0 2,3 2.2 1.8 2,3 2,8 2,1 1 4,2 21,8 10,0 5,8 16,0 2,7 3 13,3 30,2 17.4 7.0 22.2 6.1 8 19,4 32,8 25,9 13,6 30,5 7,3 Laktal- 0 2,2 3.1 2.9 2.7 2,3 2,9 bumin 3 9,2 22,7 12,2 5,8 16,5 4.8 Alkali ortamda ısıtma sonucu L-amino asitlerin D-izomere dönüşüm oranları

Isıtma işlemleri sırasında serin ve treonin bozunabilir, sistein Enzimatik Reaksiyonlar kükürt kaybedebilir, sistein ve metiyonin oksitlenebilir, glutamik Proteinler enzim katalizli pekçok reaksiyona katılırlar. Bunlar; hidroliz, transfer veya redoks asit ve aspartik asit halka oluşturabilir. reaksiyonu olabilir. Tabloda proteinleri ilgilendiren önemli enzimatik reaksiyonlar verilmiştir. v Bu reaksiyon neticede doğal amino asit kaybına sebep olur ve Reaksiyon Tipi Katalizleyen Enzim Grubu protein kaynağının besin değeri düşer. v Bazı amino asitler lipid oksidasyonunda oluşan serbest radikaller ile reaksiyona girer ve oksitlenirler. Hidroliz Endo- ve ekzo- peptidazlar v Metiyonin metiyoninsülfoksit verirken sistein bozunur. Proteolitik aggregasyon -Kollajen biyosentezi – Bu reaksiyonları katalizleyen enzimler Kan pıhtılaşması -Plastein reaksiyon Çapraz bağlama -Disülfit bağları Protein-disülfit izomeraz veredüktazlar(Glutatiyon) sulfhidriloksidazlar, Lipoksigenazlar, Peroksidazlar -Aldol- ve aidimin kondenzasyonu Lizil oksidazlar v Llpidlerin oksidasyonu sırasında açığa çıkan reaktif karbonil bileşikleri Mailard reaksiyonundaki indirgen şekerlerin görevini üstlenip şekersiz ortamda bile Fosforllasyon ve defosforilasyon Protein klnazlar Fosfoprotein fosfatazlar enzimatik olmayan esmerleşme reaksiyonunu gerçekleştirirler ve lizin kaybına Hidroksilasyon Prolin hidroksilaz Lizin hidroksilaz sebep olurlar. Gllkozilasyon P-Galaktozil-transferaz Gıda Teknolojisi Açısından önemli Kimyasal ve Enzimatik Beslenme fizyolojisi açısından Teknolojik açıdan Reaksiyonlar v Fizyolojik, toksikolojik ve teknolojik açıdan besin maddelerinde aranan özellikler gittikçe artmaktad ır. Amino asit bileşimi Çözünürlük. v Bir proteinin besin değerini kimyasal bileşimi yanında yapıs ıve fiziksel Tüketim sırasındaki durum Kuagule olabilirlik. özellikleri de belirlemektedir. Bugün uygulanmasa bile gelecekte proteinlerin (kalitatif ve kantitatif) Suspanse olabilirlik. besin değerini art ıracak modifikasyonlara gidilmesi özellikle iki nedenle Jel oluşturma. kaçınılmazdır. Viskozite, 1. Proteinler besin maddesinde çok değişik fonksiyonlara sahiptir, Elastiklik, Su bağlama. modifikasyon sonucu bu fonksiyonlar daha iyi yapılabilir. Köpük yapma veya stabilleştirme 2. Dünyadaki beslenme problemi yeni hammadde kaynaklarını zorunlu Emülsiyon yapma ve stabilleştirme kılmaktadır. vb. v Bugün gıda olarak kullan ılmayan bitkisel veya mikrobiyal proteinlerin insan beslenmesinde devreye sokulması zorunludur. vAmino asit bileşimi ve molekül büyüklüğünü değiştirerek, parçalayarak veya Tablo 2.9 Besinlerdeki proteinlerin özellikleri yapıs ına hetero elemanları sokarak bir proteinin özelliklerini değiştirmek mümkündür. v Besinlerdeki proteinlerin özellikleri tabloda verilmiştir.

Kimyasal Modifikasyon Gıda teknolojisi için önemli olan protein kimyasal modifikasyon reaksiyonlarıTabloda vGıda proteinlerinin modifikasyonu aşağıdaki amaçlara verilmiştir. yönelik olabilir : Reaksiyon Tipi Reaktif grup Ürün üİstenmeyen reaksiyonların engellenmesi (ömeğin; Mailard reaksi-yonu) Açilleme -NH -NH-CO- R (Amid ) 2 Metilleme -NH2 -N(CH3)2 (Tersiyer amin) üBesin değerinin artırılması(sindirimin kolaylaşt ırılması, Hidroliz CO-NH esansiyel amino asitlerin katılması, toksik ve zararlı 2 -COOH(Karboksilik asit) -CO-NH- -COOH+H N- (Asit+ amin) maddelerin inaktivasyonu vb. 2 üFiziksel özelliklerin iyileştirilmesi(çözünürlük, tekstür, ve Esterleşme -COOH -COOR (Ester) köpük stabilitesi vb.). Esterleşme -OH -O-CO- R (Ester) Yükseltgeme -SH -S-S- İndirgeme -S-S- -SH Enzimatik Modifikasyon v Amaç esansiyel amino asitlerce zengin modifiye polipeptidler hazırlamak olabileceği gibi, çözünürlüğü artırmak, tadı değiştirmek de olabilir. Son iki Teorik olarak mümkün pek çok enzimatik reaksiyondan yalnız birkaçı g ıda sanayiinde amaca ulaşmak için glutamik asit içeriğini artırmak uygundur (bak. Şekil ve uygulama olanağı bulabilmiştir. tablo) Plastein reaksiyonu: Peptid bağı oluşumunu katalizleyen enzimler yardımı İle peptid bileşiminin İstenen yönde değiştirilmesini hedefler ve düşük molekül ağırlıklı (3 kDa) polipeptidler elde edilir. 2 R NH2 peptidi istenen amino asit veya asitlerce zengin seçilerek amaca uygun bir Doğal ve modifiye soya proteinlerinin çözünürlükleri (100°C de) modifikasyon gerçekleştirilir. Bu şekilde hazırlanan polipeptidlere Plastein denir. (l):Doğal protein, (2):Plastein, (3):Glu-Plastein.

Protein hidrolizatların acılığının giderilmesinde diğer bir Enzim Substrat pH Tad ı acı et suyu benzeri modifikasyon hidrofobik amino asitlerin oranını düşürecek önlemlerin alınmasıdır. Pepsin Glu-Plastein 1.5 1.0 1.3 vBazı metabolik bozukluklarda belirli amino asitlerce çok fakir Plastein 1.5 4.5 1.0 protein hidrolizatları ve plasteinler hazırlamak gerekir, örneğin; Pronaz Glu-Plastein 8.0 1.0 4,3 fenilketonüri (PKU) durumunda Phe hidroksillenemediğinden Plastein 8.0 1.3 1.2 organizma bu amino asidi metabolize edemez. vFenilalaninsiz bir plastein hazırlayabilmek için protein önce pepsin a-Kimotripsin Glu-Plastein 8.0 1.0 1.0 ile kısmi hidrolizlenir, ard ından pronaz ile muamele edilir. Plastein 8.0 4.5 1,0 vPronaz seçimli olarak uzun hidrofobik yan zincirli amino asitleri serbest hale geçirir. Peptidler ayrılır ve bir plastein reaksiyonunda Rakamlar tat-lezzet şiddetini gösterir (1 :lezzetsiz 5:çok lezzetli) tirozin ve triptofan eşliğinde çıkış maddesi olarak kullanılır Tablo 2.11 Glutamatça zengin plasteinlerin tad ı Defosforilasyon: Özellikle fosfoproteinlerin çözünürlüğünü art ırmak için fosfoproteinfosfataz enzimlerinden yararlan ılır ve kalsiyum iyonu varlığında %60 defosforilasyon sonucu çoğu fosfoproteinler suda tamamen çözünür hale gelirler. Çapraz Bağlama: Proteinlerin enzimatik çapraz bağlanması peroksidaz enzimi ile gerçekleştirilir. Kosubstrat olarak H O e ihtiyaç vard ır ve çapraz bağlar tirozin art ıkları arasında 2 2 olur.

Hayvansal Proteinler Proteindeki ort. Toplam pro- Molekül İzoelektrik önemli özellik-leri Yumurta Proteinleri payı(%) kütlesl (kDa) nokta (pH) Daha önce de belirtildiği gibi biyolojik değeri yüksek proteinler olup kendi arasında iki Ovalabumin 58 45 4.6 Kolay denature olur. grupta incelenirler: ü Yumurta ak ı proteinleri Konalbumin 13 80 6.6 Antimikrobiyal demiri ü Yumurta sarısı proteinleri. bağlar. Ovomukoid 11 28 3,9 Tripsin inhibitörü Yumurta ak ı proteince daha zengindir ve yumurtanın akı doğal halde %10-11 protein Lizozim (Gj globulin) 3.5 14,6 10,7 Muko polisakkaridleri içerir. parçalar, antimikrobiyal G2 globulin 4 30-45 5,5 Köpük oluştururlar G3 globulin 4 30-45 5,8 Köpük oluştururlar. Ovomusin 1.5 210 2 Antiviral etki Flavoproteln 0,8 35 4,1 Riboflavini bağlar. Ovolnhibitör 0,1 49 5,2 Proteinaz inhibitörü (bakteriye Avidin 0.05 67 9,5 Biyotini bağlar. Proteinik ol- mayan N-Bileşikleri 3 — — — Yumurta ak ı proteinleri Protein Toplam kuru mad-dedeki payı önemli özellikleri (%) vTablodan görüldüğü gibi yumurta akı proteinlerinden çoğu önemli biyolojik Lipovitellin Emülgatör Lipovitellenin 21 aktiviteye sahiptir ve bu aktivite sayesinde yumurta mikrobiyal hücuma karşı dirençlidir. Live tin 5 Enzimleri içerir. Fosvitin 7 %10 fosfor içerir. vYumurta akı proteinlerinin hemen tamamı glikoprotein formundadır ve karbohidrat içerikleri %3-30 arasında değişir. Tablo 2.13 Yumurta sarıs ının protein içeriği vYumurta sarısı esas itibarı ile o/w tipi bir emülsiyondur ve kuru madde oranı (Kuru madde bazında) %50 dir. Kuru maddenin 1/3 ü protein 2/3 ü ise lipiddir. v Sonuç olarak yumurta sarıs ı proteinlerinin çoğu lipoproteinler olduğundan çok iyi emülgatör özellikleri vard ır. Pastacılıkta ve hamur işlerinde besin değeri yan ında daha çok emülgatör özellikleri sebebiyle kullanılmaktadır. vYumurta sarısı proteinleri sarının suda seyreltilmesi sonucu çökelirler.

Yumurta sarısı Şekilde verilen şemaya göre fraksiyonlanarak protein ve lipidler ayrılabilir. Süt Proteinleri Lipoproteinlerden lipovitellin %18 lipovitellenin ise %36-41 lipid içermektedir. Kaynağına bağımlı olarak sütün bileşimi çok değişir. Tür Protein Şeker Yağ KüI İnsan 1.6 7.0 3.7 0.2 İnek 3.6 5.0 3.7 0,7 Kısrak 2.7 6.1 1.6 0.5 Keçi 3,7 4.3 4.3 0,9 Koyun 5.3 4.9 6.3 0,9 Anne sütü ve değişik hayvan sütlerinin bileşimi (%) Gıda olarak en yaygın kullanılan süt inek sütü olduğundan bütün veriler bu süte aittir. v Sütten kazeinin çöktürülmesinde asit yanında rennin enzimi veya sodyum klorür ile doyurma da söz v Süt proteinleri üç ana grupta toplan ırlar: konusudur. ü kazein, Rennin ile ü laktalbumin, çöktürülmüş ü laktoglobulin, kazeine vAncak bu gruplar da kendi aras ında alt gruplara ayrılır parakazein adı v Süt proteinlerinin fraksiyonlanmas ı şekilde verilmiştir. Bu fraksiyonlama ancak verilir. ıs ıt ılmamış süt İçin geçerlidir. v Kaynatılmış ve soğutulmuş sütün pH sı4,6 ya ayarlanırsa kazein yanında plazma proteinleri de büyük ölçüde çökelirler. v Bu prensipten yararlanarak sütün kaynatılıp kaynatılmadığı belirlenebilir.

Fraksiyon Oran (%) İzoiyonik pH Mol.Kütlesi(kDa) P(%) Kazein 75-85 – – 0,9 Et Proteinleri aS1 -Kazein 39-46 4,9-5.35 23.6 ı.ı aS2- Kazein 8-11 25,2 1.4 kappa-Kazein 8-15 5,37 * 19 0,2 vEt hayvanın türüne ve yaşına bağımlı olarak değişen oranlarda su, protein, yağ ß -Kazein 25-35 5,2-5,85 24 0,6 ve şeker içermekle birlikte ortalama değerler sırası ile %76, %21,5, %1,5 ve %1 dir. γ- Kazein 3-7 5,8-6,0 12-21 0.1 vKas proteinleri hayvan türüne bağımlı olarak biraz değişmekle birlikte yaklaşık Peynir altı suvu %30 oranında suda çözünen %70 ise yapısal veya fibriler tiptedir. proteinleri 15-22 — — — v Kas proteinlerini üç grupta inceleyebiliriz: b-Laktalbumin 7-12 5,35-5,41 18,3 a-Laktalbumin 2-5 4,2-4.5 14,2 Serumalbumin 0.7-1.3 5.13 66,3 • Derişik HCl ile ekstrakte edilebilen proteinler Immunoglobulin 1,9-3.3 — — (Myosin, aktin, tropomyosin, troponin) IgGl 1,2-3.3 5,5-6,8 162 IgG2 0,2-0,7 7.5-8,3 152 IgA 0,2-0,7 — 400(dimer) • Su veya sey. asit ile ekstrakte edilebilen proteinler IgM 0.1-0,7 — 950(pentamer) (Myoglobin, enzimler) Proteoz-pepton 2-6 3,3-3,7 4-41 • Çözünmeyen proteinler * Yağsız sütteki toplam proteindeki pay ı (bağ dokusu ve membran proteinleri). Tablo : İnek sütü proteinleri Hayvan Kısım Su Protein Yağ Kül v Suda çözünmeyen kas proteinler kollagen ve elastindir. v Kollagen memeli hayvanlarda toplam proteinin %20-25 ini oluşturur. v Glisin, prolin, hidroksiprolin oranı çok yüksektir ve bu sebeple özel bir yap ısı S ığır But 76,4 21,8 0,7 1.2 vard ır(üçlü heliks!). v Asidik ve bazik amino asitleri de bol içerir fakat triptofan ve sistin içermez. Pirzola 74,6 22,0 2,2 1.2 0 v Kollagen suda 60-70 C ye ısıt ıldığında orijinal lif uzunluğunda 1/3-1/4 oranında Piliç But 73,3 20,0 5,5 1,2 kısalma olur. Göğüs 74,4 23,3 1,2 1.1 v Bu sıcaklık her kollagen için karakteristik olup büzülme sıcaklığı (Ts) adı verilir. Sıcaklık 80°C ye yükseltildiğinde kollagen jelatine d önüşür. Etin ortalama kimyasal bileşimi (%) v Jelatin jel oluşturmada önemli rol oynar. Fibriler proteinler %32-38 myosin, %13-17 aktin, %7 tropomyosin ve %7 v Teknikte kemik ve deriden asidik ve bazik ortamda çekilir ve daha sonra su tropomiyosin içerirler. ekstraksiyonu ile kazanılır. •Myosin çok asimetrik yapıda olup molekül kütlesi yaklaşık 500 kDa dur ve yapıs ı v Üretimde uygulanan prosese göre gıdalarda veya endüstride (film endüstrisi) da %60-70 oranında α-helikstir. kullanılır. •Molekülde asidik ve bazik amino asitlerin oranıyüksektir. v Elastin kollagen ile birlikte bağ dokularda bulunur fakat miktarı çok azdır. Bileşim •Aktin myosinin 1/3 oranındadır. bakımından da kollagenden farkl ı olup daha yüksek oranda hidrofobik amino asit •Prolin oran ı oldukça yüksektir dolayıs ıyla α-heliks yapı düşüktür(%30). içerir.

Balık Proteinleri Balık kasının protein oramı oldukça yüksektir ve bu proteinler amino asit bileşimi ve Bitkisel Proteinler sindirilebilirlik bakımından yüksek biyolojik değerdedir. Balık proteinleri çözünürlüklerine göre üç gruba ayrılır: vBitkisel proteinlerin biyolojik değeri hayvansal proteinler kadar yüksek değildir. Myojen: Kolay çözünür ve kas hücre s ıv ısında bulunur. Büyük çoğunluğu kaslarda bulunan vTah ıl ve baklagil proteinleri genellikle esansiyel bir amino asit olan lizin enzimlerdir ve toplam balık proteininin %22 sini oluşturur. bakımından fakirdir. Yapı Proteinleri: Az çözünür, lifimsi yapıdadır ve kontraktil elemanlarda bulunur. Toplam vBitkisel proteinler yapraklar, tahıllar, yağlıtohumlar ve kabuklu yemişlerden balık proteininin %75 ini oluşturur. Memeli hayvanlarda olduğu gibi myosin, aktin, elde edilir. aktomyosinden (aktin + myosin kompleksi) ibarettir. Balık aktomyosini çok kararsız olup v Farklı bitkisel proteinlerin karışt ırılmasıyla yüksek besleme değerli protein işleme ve depoloma sırasında kolayca değişime uğrar. Dondurulmuş balıkta aktomyosinin kaynakları hazırlanabilir. çözünürlüğü iyice azalır. Balık kasının kararsızlığın ın sebebi myosinin kolay denatüre vProtein oranı çok yüksek olmasa bile hububat tohumu proteinleri çok olmasıdır. önemlidir. Çünkü az gelişmiş veya geri kalm ış ülkelerin pek çoğunda halk protein ihtiyacının önemli bir kısmım hububatlardan karşılamaktadır. İskelet Proteinleri: Hiç çözünmezler, kas dokularda ve hücre zarında bulunurlar. vProtein düzeyi tohumun cinsi toprak, gübreleme ve iklime bağımlı olarak değişir. Buğday %8-14, çavdar %12, arpa %10 ve pirinç %9 protein içerir. Pişirme sonucu bu oranlarda önemli düşüş görülür. Buğday Proteinleri v Hububatların endüstride kullan ımında gluten proteinlerinin kimyasal Lizin ve metiyonin bakımından fakirdirler fakat hibridizasyon sayesinde bugün lizince zengin buğday tohumları geliştirilmiştir. Çözünürlüklerine göre buğday modifikasyonu önemli bir rol oynar. proteinlerini dört grupta inceleyebiliriz: •albumin, v Özellikle disülfit bağlarının oluşumu veya parçalanması proteinin çözünürlük ve elastikiyetini çok etkiler. •globulin, •gliadin •glutelin. v Disülfit bağları moleküliçi ve moleküllerarası olabilir. •ilk ikisi glutenik olmayan, hamur yapmayan proteinlerdir ve toplam protein v Bu bağların indirgenmesi -SH grubu içeren reaktifler ile gerçekleştirilir içindeki payları %15 tir. Son ikisi ise glutenik proteinlerdir, hamur yaparlar ve toplam proteindeki paylan %85 tir. •Gluten proteinleri glutamince zengin,buna karşılık Lys, Met. Trp gibi esansiyel amino asitlerce fakirdir. Ayrıca apolar amino asitler yapıya egemen olduğunda çözünürlükleri düşüktür.

Soya Proteinleri Gliadinde moleküliçi, glüteninde İse hem moleküliçi hem de moleküllerarası disülfit köprü bağlan vardır ki bunlara çapraz bağlar da denir. Disülfid bağların vSoya fasulyesi proteince zengin bir kaynaktır ve tek dezavantajı kükürtlü amino asitleri indirgenmesi sonucu protein zinciri oldukça düz bir konum kazan ır. (özellikle metiyonin) az içermesidir. vSoya fasulyesindeki proteinlerin %80 i pH 6.8 de ekstrakte edilebilir ve bunların çoğu ortamın asitlendirilmesiyle pH 4.5 da yeniden çökelir. vTeknikte soya proteini üretiminde proteinlerin pH ya bağımlı çözünürlüklerinden yararlan ılır. Amino asit Soya proteini İdeal besleme (%) proteini (%) İzolösin 3,6 3.5 Lösin 5.1 4,2 Lizin 4,4 3,5 Metiyonin 0,9 2,0 Fenilalanin 3,3 2,4 Treonin 2.7 2,2 Triptofan* 1.0 1.0 Valin 3,3 4,2 Metiyonin+Sistin 12.11 4,2 Soya proteinlerinin esansiyel protein dağılımının insan beslenmesi için ideal dağılım ile kıyaslanması * Triptofan oranı birim alınarak diğer amino asitlerin oram buna göre hesaplanmışt ır. Aslında soya proteinlerinin triptofan içeriği de ideal proteine göre düşüktür. Yağı al ınmış soya unundan protein konsentratı hazırlamak için soya v Soya proteinleri lizin bakımından zengin olduğundan hububatların açığını kapatmak için unu su veya seyreltik alkali (pH 8-9) ile muamele edilip proteinler buğday ununa uygun oranda soya unu katılıp ekmek yapılması ekmeğin besin değerini artıracaktır. ekstrakte edilir ard ından pH 4-5 arasına düşürülerek proteinler v Ancak soya proteinleri globüler proteinler olduğundan hamur yapma yetenekleri yoktur, çökeltilir. bu durumun gözönüne alınması gerekir. Mikrobiyal Proteinler (Tek Hücre Proteini) v Yağı alınmış soya unu ısıt ıldığında hidrofobik bağların oluşumu sonucu proteinlerin çözünürlükleri azalmaktadır. vBugün için insan beslenmesinde mikrobiyal kökenli proteinler kullanılmasa da v Soya proteinlerinin ultrasantrifüj ile fraksiyonlaması mümkün olup suda çözünen dört insanlığın en önemli sorunu olarak hep gündemde kalacak olan yetersiz ayrı fraksiyon kazan ılır. Protein Bileşenler Mol Kütlesi (kDa) Oran (%) beslenme açlık sorununun çözümünde protein açığının kapatılmasında ileride fraksiyonu çok önemli bir rol oynayacakları kesindir. 2S Tripsin 8 22 vAltm ışlıy ılların başlarında Tayland’a batılı ülkelerce yapılan gıda yard ımı inhibitörleri 21.5 çerçevesinde gönderilen süt tozlarına büyük bir olasılıkla test amacı ile Sltokrom C 12 mikrobiyal kaynaklı protein katılmış olduğu artık literatüre geçmiştir. 2.3S Globulln 18,2 vMikrobiyal protein “Tek Hücre Proteini« (Single Celi Protein “SCP”) olarak 2.8S Globulln 32 Allantolnaz 50 adlandırılmaktadır. 7S ^Amilaz 61.7 37 vGünümüzde hayvan yemlerine büyük ölçüde kat ılan tek hücre proteini ileride Lipokslgenaz 108 insanların sofrasında önemli bir yer tutacaktır. Lektinler 110 vTek hücre proteininin insan beslenmesinde kullanılabilmesi için çok sıkı bir 7S Globulln 186-210 denetimden geçirilmesi ve özellikle pirojen maddelerden kesinlikle nükleik 11S 11S Globulln 350 31 asitlerden olabildiğince arıt ılması zorunludur. 15S 600 10 Soya proteinlerin ultrasantrifûj fraksiyonları

Kaynaklar • A. Telefoncu, Besin Kimyası, Ege Üniversitesi, Fen Fakültesi Yayınları, No:149, İzmir • H.D.Belitz, W.Grosch, P.Schieberle, Food Chemistry, Springer, 2009, Heidelberg,

Bir cevap yazın