Biyokimya laboratuvar eğitimi: multi-disipliner yaklaşım

Deneysel bir bilim dalı olan biyokimya dersi ve buna bağlı biyokimya laboratuvarı uygulamaları ülkemizde üniversitelerin tıp, eczacılık, diş hekimliği, veteriner hekimlik, biyoloji, kimya, gıda mühendisliği, çevre mühendisliği, orman mühendisliği, ziraat mühendisliği, sağlık bilimleri fakültelerinin farklı bölümleri ile yüksek okulların ilgili bölümlerinin lisans eğitiminde zorunlu ders olarak öğretilmektedir. Biyokimyanın disiplinler arası özelliği, fizyoloji ve kimya ile ilişkili olması ve son yıllarda moleküler biyoloji, moleküler genetik ve nanobilim ile giderek alanını genişletmesi Biyokimya ve Biyokimya Laboratuvarı Eğitiminde yeni yaklaşımları gündeme getirmiş ve güncellenmiş uygulamalara ve öğretim yöntemlerine ihtiyaç duyulmuştur. Karşılaşılan sorunlar ve çözüm önerileri, değişik programlar arasında eşgüdümün sağlanması ve alanların amacına uygun teorik ve uygulama eğitiminde standardizasyona ulaşılması, Avrupa Birliği uyum sürecinde gerekli altyapının tanımlanması gerekmektedir.

Mevcut durumda her eğitim kurumunda farklı düzeylerde, belirli konulardaki deneylerle sınırlı laboratuvar föyü ve kitapçıkları bulunmaktadır. Dünyada 20. yüzyılın son çeyreğinde hızlanan bilgiye dayalı küresel ekonomik yarış ile birlikte bilişim ve iletişim teknolojilerinde yaşanan önemli gelişmeler, ülkeleri yüksek öğretim alanında  mevcut  sistemleri  yeniden  değerlendirmeye ve gelişmeler ışığında yeniden yapılandırmaya yöneltmiştir. Bu değişim özellikle, yüksek öğretim ve araştırmada giderek rekabet gücünü kaybeden ve son yıllarda dinamik, etkin bir bilgi toplumu ve ekonomisi olmayı hedef leyen Avrupa düzeyinde Lizbon ve Bologna Süreçleri ile önemli bir hız kazanmıştır. “Lizbon Tanıma Sözleşmesi” (1997),  Türkiye’de 2007 yılında yürürlüğe girmiştir(http://bologna.yok.gov.tr/?page=yazi&i=69). Türkiye’nin Bologna Sürecine (1999) üyeliği 2001 yılındadır (http://bologna.yok.gov.tr/). Bu süreçler çerçevesinde Türkiye’de yüksek öğretim sistemleri yeniden gözden geçirilmekte, yeniden yapılandırılmakta ve yeni yeterlilikler Avrupa Yeterlik Çerçevesi ile ilişkilendirilerek tanımlanmaktadır.

T.C. Yükseköğretim Kurulu (YÖK) web sitesinde yeterlilik: “Yüksek öğretim alanında yeterlilik, herhangi bir yüksek öğretim derecesini başarı ile tamamlayan bir kişinin neleri bilebileceği, neleri yapabileceği ve nelere yetkin olacağını ifade eder” olarak tanımlanmaktadır. Türkiye Yükseköğretim Yeterlilikler Çerçevesi (TYYÇ,

Türkiye Yükseköğretim Ulusal Yeterlikler Çerçevesi (TYUYÇ) kapsamında lisans, yüksek lisans ve doktora seviyeleri için öğrenme çıktıları, EQF-LLL düzey tanımlayıcıları kullanılarak, her bir yükseköğretim düzeyinin, ilgili temel düzeyde verilen diplomaların (derecelerin) öğrenme çıktılarını (kazanımlarını) kapsayacak şekilde genel olarak tanımlanması ve ilgili düzeylerde verilen diploma (derece) türlerinin belirtilmesi benimsenmiştir. Bu yaklaşım uygulamadaki kolaylığı ve esnekliği nedeni ile birçok Avrupa ülkesinde tercih edilmektedir. Önlisans programları dâhil diğer mesleki yeterlik düzeylerinin tanımlanması çalışmalarına YÖK ve ilgili kurullar devam etmektedir.

“Avrupa Yeterlikler Çerçeveleri” ve bu çerçeveler ile ilişkilendirilmiş “Ulusal Yeterlikler Çerçeveleri (UYÇ)”dir. Bu yeterlikler çerçeveleri ile Avrupa Yükseköğretim Sistemleri arasında karşılaştırılabilirlik ve şeffaf lığın sağlanması, öğrencilerin ve öğretim elemanlarının yükseköğretim sistemleri içinde ve arasında hareketliliğinin kolaylaştırılması, öğrenme çıktıları, kredi ve iş yüküne dayalı  eğitim  programları  ve  modüllerinin  geliştirilmesi için yükseköğretim kurumlarının teşvik edilmesi, yükseköğretim yeterlikleri ile yaygın ve resmi olmayan öğrenme, tecrübe yoluyla kazanılmış yeterliklerin tanınması ve yaşam boyu öğrenimin yaygınlaştırılması öngörülmektedir [1].

“ISCED 97, EUROSTAT&CEDEFOP EĞİTİM VE ÖĞRETİM ALANLARI” (http://tyyc.yok.gov.tr/?pid=37) “YAŞAM BİLİMLERİ, kodu:42” altında biyokimyaya özel önem verilmekte ve 421 kodlu “Eğitim ve Öğretim Alanları”nda Biyoloji ile birlikte yer almaktadır. Ülkemizde Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Biyokimya Bölümü, Cumhuriyet Üniversitesi Biyokimya Bölümü ve Selçuk Üniversitesi ABD Montana Üniversitesi ile ortak çift diplomalı Biyokimya seçenekli Bölümü bulunmaktadır.

Ülkemizde 1988 yılında yapılan ve daha sonra değişik aralıklarla düzenlenen biyokimya eğitimine yönelik çalıştay, sempozyum ve toplantılar mevcuttur. Bu toplantılar ve tartışılan konu başlıkları Tablo 1’de verilmiştir. Tablo 1’de de çok net görüleceği gibi geçen süre zarfında problemler büyük ölçüde devam etmektedir [2-4]. Ankara’da 2012 yılında düzenlenen çalıştayın son gününde farklı disiplinlerin biraraya gelerek oluşturduğu bildirge, sekiz temel başlıktan oluşmaktadır. Bu bildirge eğitimdeki sorunları ve biyokimya laboratuvar eğitimi için olması istenen çekirdek programı içermektedir. Çalıştayda tartışılarak sonuç bildirisinde özetlenen kararlar/öneriler şunlardır:

 Altyapı eksiklikleri ile ilgili sorunlar ve çözüm önerileri

Mekan sorunu: Biyokimya laboratuvar dersi uygulamalarının yapıldığı laboratuvarların büyüklüğü öğrenci sayısının fazla olmasından dolayı uluslararası laboratuvarda 24-25 öğrenci/110 m2 standardına uyulamadan; ancak öğrenci sayısının azaltılma imkanı olamadığından, gruplara bölünerek yapılmaktadır. Ayrıca ekipman ve çeker ocak eksiklikleri vardır. Bunları eski üniversitelerde ek yaparak düzeltmek daha zorken, yeni üniversitelerde baştan standardlara uygun ve güvenli laboratuvarlar yapılabilir.

Atık sorunu: Laboratuvarlarda 200 L’lik atıklar için nötralizasyon ünitesi gereklidir. Bu üniteler hastanelerde bulunmasına rağmen, tıp fakültelerinde genellikle bulunmamaktadır. Bu da hastane ile protokol yapılarak atıkların bertarafını gerektirmektedir. Katı atıklar ve mikrobiyolojik olarak tehlikeli atıklar (otoklavlandıktan sonra) belediyeler tarafından tıbbi ve/veya tehlikeli özel atık olarak toplanarak bertaraf edilmelidir. Biyokimya ve moleküler biyoloji laboratuvarlarında yaygın kullanılan toksik madde etidyum bromür atıkları plastik şişelerde toplanarak bertaraf edilmelidir.  Bazı örnekler: Balıkesir Üniversitesi örneğinde fenol, toluen, dimetil sülfoksit Balıkesir Belediyesi ile Üniversite arasındaki anlaşma kapsamında belediye tarafından toplanıp gömülmektedir. Alkollü ve gümüşlü çözücüler ise dibinde toprak bulunan varillerde toplanmaktadır. Belli miktardaki organik çözücüler ayrı kaplarda toplanıp FenEdebiyat Fakültesi Kimya Bölümüne teslim edilmekte; Bölüm bu atık çözücüleri dönem sonunda ayrıştırıp saflaştırmaktadır, geri kazanılan çözücüler yeniden kullanılabilmektedir.

Öğretim elemanlarının etkin laboratuvar eğitimi sağlamalarındaki  yeterlilikleri

Üniversitelerde ülke genelinde kadrolarda yetişmiş öğretim elemanı sıkıntısı olduğu bilinmektedir. Kadro problemleri öğretim üyesinin memnun olarak işe başlamasını engellemekte; bu durum diğer derslerde olduğu gibi biyokimya alanında da problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Biyokimya laboratuvarından sorumlu öğretim üye ve yardımcılarının gerekli mesleki bilgi, beceri ve yeterlilik donanımına sahip olmaları beklenmektedir. Bologna sürecinde günün gereğine göre ders açılması öngörüldüğü halde, yer yer derslerin öğretim elemanına göre açılması; başka alanlardan görevlendirilen öğretim elemanlarının biyokimya laboratuvar uygulamalarını yürütmede yetersiz kalmaları ve bazan yeterliliklerinin uygun olmaması gibi zorluklarla karşılaşılmaktadır. Bu problemler “Eğiticilerin Eğitimi” ve “hizmet içi uyum eğitimi” ile çözülebilecektir. Bu hedefe ulaşmak için bütün bilim dallarının katılımı ile bu çalıştay benzeri etkinlikler ve ileri kurslar düzenlenebilir. Esas problem, dersin sorumlu öğretim üyesinin biyolojik ve biyokimyasal kavramları (kavram yanılgısı yaşam bilimlerinde çok fazladır) eksik kavraması ve dolayısıyla öğrenciye de yanlış aktarmasından kaynaklanabilmektedir. Ayrıca farklı alanlardan gelen öğretim üye ve yardımcılarının laboratuvar güvenliği hakkında bilgi sahibi olmaları (GLP dâhil); özel çalışma alanlarına ait sertifikasyonların  tamamlanması  beklenmektedir.  Laboratuvar uygulamalarında modern tekniklerin kullanılması; güncel yöntem ve tekniklere programda yer verilmesini sağlanmalıdır. TYYÇ kapsamında öğrencinin aktif katılımının olacağı bir öğretim yönteminin seçilmesi öngörüldüğünden öğretim elemanları söz konusu yaklaşımları tercih etmelidir.

Sorumlu öğretim üyesi ve uygulamaları yaptıran öğretim elemanları (bazı kurumlarda lisansüstü öğrenciler ve tıpta uzmanlık öğrencileri de görevlendirilmektedir) pedagojik formasyon becerilerine sahip olmalıdır. Bunun için akademik kariyerde ilerleyen öğretim kadrosunun pedagojik formasyon ile desteklenmesi, hatta gerektiğinde bu konuda eğitim almalarında fayda vardır. Çalıştayda kadrolardaki sınırlamalar ve yetişmiş öğretim kadrosundaki eksikliklerden dolayı laboratuvar öğretiminin yürütülmesinde zorluklar bulunduğu, zaman zaman Türkiye’de tartışılan “öğretim üyeleri araştırmacı ve öğretici olarak ayrı iki grup olabilir” konusunun yeniden gündeme alınması da görüşülmüştür. Bütün pratik/uygulama derslerinde olduğu gibi biyokimya laboratuvarında da dersin sorumlu öğretim üyesinin yönlendiriciliği kaçınılmazdır. Öğretme sorumluluğu kendisinde olduğundan, araştırma görevlileri eğitim sürecindeyken eksiklikleri hoca kontrol etmeli ve yürütmelidir. Deney ön hazırlıklarının çok iyi yapılması, bütün ayrıntıların gözden geçirilmesi ve başarılı deneylerin seçilmesi de sorumlu öğretim üyesinin sorumluluğundadır. Dersin öğretim üyesi uygulamayı sadece araştırma görevlilerine bırakmamalı; uygulamalara girip işin içinde olmalıdır. Oluşan problemlerin (deneylerden beklenen sonucun çıkmaması, teknik veya yöntemin çalışmaması gibi) çözümünü birlikte yapmalı ve sonuçları diğer öğretim elemanları ile tartışmalıdır. Bu bağlamda her ne kadar araştırma görevlisinin bağımsız olmayı öğrenmesi bekleniyorsa da bilimsel metodu öğrendikten sonra problem çıktığında veya yeniliklerin uygulanmasını talep ettiğinde sorumlu öğretim üyesine sorup danışabilmelidir; aynı zamanda bazı çözülebilecek problemleri kendilerini yetiştirerek çözebilmelidirler. Bazı katılımcılar örnek vererek; kendileri yeni asistan olduklarında uygulamaları hazırlamakta zorlandıklarını, önce kendilerinin deneyleri yaparak denediklerini, ancak derste sonuç beklendiği gibi çıkmadığında hocaya sormaya çekindiklerinden öğrencilere mahcup olduklarını anlattılar. Diğer taraftan öğrencilerin “Olmayan veya çıkmayacak deneyi neden bize getirdiniz?” şikayetinde bulunarak büyük çoğunlukla sadece uygulamaları yürüten öğretim elemanını suçladığını belirttiler. Bu durumda araştırma görevlisi yerine dersin asıl sorumlusu olan öğretim üyesi değerlendirmelidir. Biyokimya laboratuvar eğitiminde devamlılık için her uygulama/deney veya kullanılıyorsa modül için “föy/çalışma yaprakları” deneyin bütün detaylarını içerecek tarzda hazırlanmalıdır. Deneye başlamadan önce ise işlemleri kolaylaştırıp kontrol etmek amacıyla adım adım yazılmış bir kullanma kılavuzu (checklist) kullanılabilir.

Ekipman ve sarf malzemesi temininde zorluklar ve idarelerin sorumluluğu

Biyokimya laboratuvarında deneylerin yapılmasında cihaz, ekipman ve diğer malzemelerin temininde zorluklarla karşılaşılmaktadır. Eğitim kurumlarında idare, her birimin (fakülte/yüksek okul) sarf malzemesi ödeneği olmasına rağmen (normal ve ikinci öğretim öğrenci harçlarının kullanım alanları Rektörlük tarafından belli alanlardaki harcamalara kullanılabilmektedir), söz konusu ödenekleri ve kullanım amaçlarını bölümlere bildirmediğinden öğretim elemanları talep etmeleri gerektiğinden habersizdir ve ödenekler kullanılamamaktadır. Her ne kadar üniversitelerin BAP (Bilimsel Araştırma Projeleri) birimlerinden proje (altyapı veya eğitim projesi yazılarak) malzeme temin edilebilirse de asıl olan bütçe kaynaklarının amacına uygun kullanımıdır. Bununla ilgili olarak aşağıda Çalıştay katılımcılarına ve diğer yararlanıcılara malzeme temini ve bütçe konularında faydalanabilecekleri bazı bilgiler verilmiştir: “Bütçe Mevzuatı”, “Bütçe Çağrısı” ve “Bütçe Hazırlama Rehberi Analitik Bütçe Sınıf landırması” ile ilgili rehberler T.C. Maliye Bakanlığı,  Bütçe ve Mali Kontrol Genel Müdürlüğü’nün (http://www.bumko.gov.tr) adresinde sol menüde “Bütçe” başlığı altında mevcuttur. Ayrıca sol menüde “Mevzuat” başlığı altındaki rehberde harcamaların hangi kodlara göre yapılacağı bulunmaktadır. Laboratuvar  uygulamalarına  “malzeme  alacak  ödeneği bulunmadığını” belirten idarecilerden talep edilecek malzeme  için,  bütçe  ödeneklerine  29.12.2011  tarihli Resmî   Gazete’nin   (http://www.resmigazete.gov.tr/de-fault.aspx) 1. Mükerrer sayısından, metin bölümünün sonundan kurumların bütçelerinden ulaşılabilmektedir.

Öğrencilerin hazır bulunuşlukları ve yeterlilikleri

Biyokimyanın zor bir bilim dalı olarak algılanması ve öğrencilerin teorik ve pratik derslere önyargılı gelmeleri baştan öğrenme ile ilgili olumsuz şartlar oluşturabilmektedir. Biyokimya laboratuvar dersini alan öğrencilerin belirli bir bilgi ve olgunluk düzeyinde olmaları beklenmektedir. Ancak orta öğretimden ve test sisteminden gelen önemli problemler vardır. Sağlık hizmetleri meslek yüksek okullarına gelen öğrencilerin hazır bulunuşluk seviyelerinin düşük olması (meslek lisesinden not ortalaması ile doğrudan geçiş yapılmaktadır) uygulamalarda zorluklara ve başarının düşmesine neden olmaktadır. Bologna süreci ve dünyada yeni eğitim yaklaşımları ile öğrencilerin pratikleri bizzat yapmaları; uygulamalara aktif katılmaları beklenmektedir. Öğrencilerin yabancı dil yetersizlikleri bilimsel araştırma motivasyonlarını, pasif duruma geçerek sadece alacakları ünvanla ilgilenmeleri de başarılarını olumsuz etkilemektedir.

Öğretim materyallerinin temini

Biyokimya laboratuvar dersi için Türkçe kaynak kitap yok denecek kadar azdır. Biyokimyada işitsel ve görsel ders materyali önemli olduğundan video, slayt, animasyonlar ve sanal laboratuvar çok faydalıdır.

Biyokimya  Laboratuvar   Eğitimi   Çekirdek Programı

Bu programın amacı; önlisans ve lisans öğrencilerini biyokimya laboratuvarının önemi, uygulama alanları ve disiplinler arası özellikleri hakkında bilgi sahibi yaparak; onları çalışma hayatında ve bilim alanında ihtiyaç duyulan bireyler olarak yetiştirmektir. Aynı zamanda önlisans ve lisans öğrencilerinin güvenli, ucuz, duyarlı, çabuk ve az hatalı deneyler yapmalarını sağlamaktır. Programın bir diğer amacı da öğrencilerin alanla ilgili teorik bilgileri ve laboratuvar deneyimlerini eş zamanlı olarak kazandırmak; aynı zamanda Bologna sürecinde ülkemizin yükümlülüklerinin yerine getirilmesi ve diploma harmonizasyonunun sağlanmasıdır.

Öğrenme-Öğretme Süreci: Her laboratuvar dersi için teorik ve uygulama ayrımı yapılabilir ve dersler önce teorik bilgilerin verilmesi ve sonrasında deneyin yapılması şeklinde düzenlenebilir. Biyokimya Laboratuvar Eğitimi Çekirdek Programı için öğrencilerin temel kimya (özellikle organik ve fizikokimya alanlarında temel bilgi birikimi gerekmektedir) laboratuvarını önkoşul olarak tamamlamış olması gerekmektedir. Öğrenciler ayrıca matematik becerilerine, canlıların biyolojik özellikleri ve temel fizik laboratuvarı konularında temel bilgilere sahip olmalıdır. Biyokimyasal hesaplamalar ve cam malzemelerin temizliği konuları hatırlatma amacıyla ayrı laboratuvar uygulama ders saati harcanmadan, kaynak kitapçık (föy, modül) veya PDÖ gibi yöntemlerle öğrencilere verilmelidir.

Değerlendirme: Eğitim kurumunun ve dersin özelliğine göre farklı ölçme ve değerlendirme teknikleri kullanılarak öğrencilerin başarıları konusunda yargıya varılacaktır. Programda yer alan bilgi ve becerilerin değerlendirilerek, gelişmeler ışığında güncellenmesi ve yenilenmesi yapılacaktır.

 Çekirdek laboratuvar programı ve ilaveler dışında bilimsel araştırma projeleri: Bitirme projesi (özel çalışma) dersi, yaz stajları gibi öğrencilerde bilime karşı merak ve ilgi uyandıracak faaliyetler de sunulabilir. Programdaki zorunlu biyokimya laboratuvar dersi dışında; öğrencilerin staj ve uygulama istek ve başvuruları birçok alanda kabul edilmemektedir. Öğrencilerin çoğunluğu bu durumda laboratuvar dersi dışı faaliyetleri yapamamaktan, bazıları ise fen ve fen-edebiyat fakültesinden öğrencilerin tıp fakültelerinde staj yapma taleplerinin kabul edilmediğinden şikayet etmektedir. Marmara Üniversitesi, Tıp Fakültesinde ise biyokimyaya ilgi duyan tüm öğrencilerin staj talepleri kabul edilmektedir; hatta zaman zaman lise öğrencilerine de bu imkan tanınmaktadır. Öğrencilerin bitirme projelerini öğrenci kongresi, bilim şenliği ve benzeri projeler ve faaliyetlerde sunulması desteklenebilir (Marmara Üniversitesi, Tıp Fakültesi örneği). Öğrencilerin hepsi olmasa da başarılı ve istekliler küçük araştırma projelerine katılabilir ve bu ders olarak kabul  edilip  değerlendirilebilir.  Balıkesir  Üniversitesi, Tıp Fakültesi örneğinde ise kliniğe geçen öğrenciler öğrenci bilimsel araştırma topluluğu kurmak ve öğrenci kongresi yapmak istemişlerdir. Bazı eğitim kurumlarında (Balıkesir Üniversitesi, Biyoloji Bölümü, Hacettepe Üniversitesi, Fen Fakültesi, Biyoloji Bölümü ve Gazi Üniversitesi,  Gazi  Eğitim  Fakültesi,  Biyoloji  Eğitimi ABD örnekleri) öğrenciler bitirme projesi dersini öğretim üyesinin yürümekte olduğu bilimsel araştırma projesinde çalışarak yapmakta ve iş hayatında bunun çok faydalı olduğunu bildirmektedirler. Ayrıca TÜBİTAK “2209-Üniversite Öğrencileri Yurtiçi/yurtdışı Araştırma Projeleri Destekleme Programı” kapsamında lisans düzeyinde öğrenci projesi desteği vermektedir (http://www.tubitak.gov.tr/sid/524/pid/453/cid/25905/index.htm).

Özel Sektör ve biyokimya laboratuvar eğitimi Biyokimya tahlil ve araştırma laboratuvarlarında değişik meslek gruplarından elemanlar ve yöneticiler çalışmaktadır. IVF laboratuvarları, embriyoloji ve moleküler biyoloji  yöntemleri  için  yetiştirilmiş  elemana  ihtiyaç duymaktadır. T.C. Millî Eğitim Bakanlığı ile T.C. Yükseköğretim Kurumu arasında T.C. Sağlık Bakanlığı ile olana benzer bir sigorta anlaşması yapılması gerekmektedir. Stajın mesleğin çok önemli bir parçası olmasından dolayı öğrencilerin staj sayılarının arttırılması, bilgi ve becerilerinin gelişmesi için gerekli bir önkoşul niteliği taşımaktadır. Özel sektör stajı desteklemekte ancak uygulama hastaneleri yeterli sayıda stajyer kabul etmemektedir. Bu sorunun giderilebilmesi için Eğitim ve Mühendislik Fakültelerinde olduğu gibi tanımlanmış ve yapılandırılmış staj programlarının eğitim programlarının içine dahil edilmesi gerekmektedir.

Çalıştay sonucunda mevcut durumda farklı bilim dallarında aynı başlık altında farklı bilimsel içerik ile yürütülmekte olan biyokimya laboratuvar eğitimine kalite güvencesinin sağlanmasına yönelik olarak: Daha önce yapılan çalışma ve toplantılar da dikkate alınarak çekirdek laboratuvar eğitimi programı oluşturulmuştur. Çalıştaya genç bilim adamları ve lisansüstü öğrencilerin de katılımı ile ülkemiz bilim altyapısının güçlenmesine ve bilim adamı yetiştirilmesine katkı vermeleri, tecrübeli bilim adamları ve eğitimcilerle tartışarak biyokimya laboratuvarında çalışma kültürleri ile bilimsel düşünme yeteneğinin geliştirilmesinde olumlu adımlar atılmıştır.

Devamı...

Protein Mühendisliği Uygulamaları

Bir protein mühendisliği uygulamasında amaç;

1.     •Yüksek öneme sahip kimyasalların üretimini katalizleyecek  üstün özelliklere sahip enzimlerin üretimi;

2.     •Yüksek miktarda enzim üretimi

•Üstün özelliklere sahip biyolojik bileşiklerin( sentetik peptidler, sentetik ilaçlar  v.s) üretilmesi   şeklinde olabilmektedir.

•       
Bir proteinde ne gibi özelliklerin değiştirilmesi amaçlanabilir?

Vmax değerinin artırılması

•        Km değerinin düşürülmesi      

•        Bir inhibisyon merkezinin eliminasyonu

•        pH optimumun değiştirilmesi

•        Reaksiyon spesifikliğinin değiştirilmesi

•        Kararsızlığa neden olan artıkların eliminasyonu

•        Termal kararlılığın artırılması

•        Organik çözücülerde kararlılığın artırılması

•        Fizikokimyasal özelliklerinde değişmeler

•        Ligand bağlama spesifikliğin modifikasyonu

•        Kimerik ve çok fonksiyonlu proteinler

•        Saflaştırma için etiket eklenmesi

•        Terapötik ajanların etkinliğinin artırılması

   Protein Mühendisliği Yöntemleri

Protein mühendisliği çalışmalarında sıklıkla karşımıza çıkan iki genel yöntem ‘’rasyonel dizayn’’ ve ‘’yönlendirilmiş evrim’’ dir.

Bu iki yöntem dışında proteinlerin kimyasal ve biyolojik modifikasyonlarından da söz edilebilir.

Kimyasal modifikasyon

— Proteinlerin kimyasal modifikasyonu  yan zincirdeki fonksiyonel gruplar, N ve C terminal üzerinden kovalent bağ oluşumu ve peptid bağının parçalanmasıdır.

— Bu bağlamda genel olarak proteinlerin çapraz bağlanması, kovalent immobilizasyonu ve yan grupların spesifik olarak modifikasyonu ya da işaretlenmesi söz konusu olabilir.

-        Bifonksiyonel çapraz bağlayıcılar(formaldehid,glutarladehid gibi) ile çapraz bağlama

-Sefaroz gibi polimer karakterdeki taşıyıcılar ile kovalent immobilizasyon,

-        Arg,  Asp, Glu, His, Lys, Trp, Cys ve Met artıklarının spesifik reaktifler kullanılarak seçimli bir şekilde modifiye edilmesi,

-        Proteinlerin  izlenmesi ve araştırılması amacıyla yan grupların spesifik olarak etiketlenmesi çalışmaları;

                  1) Floresans etiketleme

                  2) Spin etiketleme

                  3) Afinite etiketleme ve

                  4) Fotoafinite etiketleme

       

      Biyolojik modifikasyonlar

insan genomunda 500 protein kinaz, 150 fosfoprotein fosfataz, 500 proteaz, >100 ubikitinleyici ligaz ve >50 deubiktinleyici enzim bulunmakatadır. Yaklaşık olarak 1000 ila 2000 civarında genin posttranslasyonel modifikasyonlarda yer alan enzimleri kodladığı düşünülmektedir.

    Protein yan zincirinin proteolizi, fosforilasyon, metilasyon, asetilasyon, glikozilasyon, prenilasyon gibi modifikasyonlar sonucu  protein çeşitliliği artırılabilmektedir.

Rasyonel Dizayn

    Rasyonel dizayn, protein dizisinde  önceden tasarlanmış bir değişikliğin bölge yönlendirilmiş mutagenez ile gerçekleştirilmesidir.

 

    Rasyonel dizayn çalışmalarında nokta mutasyonu, insertion ve deletion gibi birtakım mutasyonların gerçekleştirilebilmesi için sıklıkla kullanılan yöntem

Overlap Extension PCR.

    Enzimin yapı-fonksiyon ilişkisi ve stabilitesine etki eden faktörler henüz tam olarak aydınlatılabilmiş olmaması ve spesifik bir mutasyonun enzim 3D yapısına ve  karakterine ne şekilde etki edeceğini tahmin etmenin oldukça zor olması yöntemin en önemli dezavantajı olarak kabul edilir.

Yönlendirilmiş Evrim

    Yönlendirilmiş evrim çalışmalarında modifiye protein elde etmek amacıyla rasgele mutagenez( random mutagenesis) teknikleri kullanılır. Bir yönlendirilmiş evrim çalışması genel hatlarıyla şu dört basamaktan oluşur;

  1) Modifiye edilmek istenen proteine ait gen dizisi seçilir ve mutagenez yöntemleri ile dizi çeşitliliği oluşturulur.

  2) mutant DNA dizileri bir taşıyıcıya bağlanır(ligation) ve  konukçu hücreye transformasyonu ardından protein expresyonu induklenir.

  3) istenen kabiliyet ya da özelliklere sahip transformantların seçimi için bir tarama prosedürünün yürütülmesi.

  4) Seçilen dizinin çoğaltılması sonrası, arzu edilirse, mutagenez ve tarama işlemleri birkaç kez tekrarlanarak daha ideal bir sonuç elde edilebilir. Genellikle  altı döngülü bir çalışmada arzu edilen özelliklere sahip bir protein elde edilebilir.

     RASGELE MUTAGENEZ İLE GENETİK ÇEŞİTLİLİK OLUŞTURMA METODLARI

 1) Kimyasal  Mutagenez:   Etil MetanSulfonat(EMS), Nitröz asit(HNO2)  gibi mutajenik ajanların kullanılması ile DNA dizisinde birtakım mutasyonların gerçekleştirilmesi yöntemidir.  Spesifik bazı kimyasalların kullanılması ile spesifik mutasyonlar elde etmek mümkündür. Örneğin , EMS ile sadece G bazının yanlış kodlanması sağlanabilirken, nitröz asit ile A/T den G/C e ya da tam tersi bir mutasyon elde edilebilir. Ayrıca EMS gibi bazı kimyasallar hem in vivo ve hem de in vitro uygulamalara olanak tanımaktadır.

   Basit uygulama ve ekonomik  nedenler yöntemin avantajı olarak görülmekle birlikte , mutasyon derecesinin kontrol edilememesi ve sınırlı düzeyde a.a  sübstitisyonuna olanak sağlaması en önemli dezavantajı olarak görülebilir.

                                          

2) Mutator Strains: rasgele nokta mutasyonlarının oluşturulması amacıyla DNA tamir mekanizmasından yoksun suşların kullanıldığı yöntemdir. Örneğin bir E. Coli varyantı olan Epicurian coli XLI-Red  DNA tamir  yolaklarındaki eksiklikten ötürü normal suşlara göre  5000 kat mutasyon oranına sahiptir.

   İlgili proteini kodlayan geni taşıyan bir plazmid konukçu mutator suşa transforme edilir. Konukçu suşun üremesi ile birlikte mutant genler doğal olarak kendiliğinden oluşur ve izole edilen plazmidlere ekstra bir ligasyon basamağının uygulanmasına gerek duyulmaz. Ayrıca bu yöntem kullanılarak nokta mutasyonları, delesyonlar ve çerçeve kayması şeklinde mutasyonlar elde edilebilir.

   Yöntemin en önemli dezavantajı suşun kendi genomunda birtakım mutasyonları biriktirmesinden ötürü zayıf düşmeye başlamasıdır. Bir diğer dezavantaj ise mutasyon sıklığının kb başına 0.5 gibi düşük bir değerde seyretmesi ve 24 h inkubasyonun zorunlu olmasıdır.

    3) ‘’Error-Prone’’ PCR :  bu yöntemde Taq Polimerazın  hata yapma sıklığının yüksek olmasından ( kb başına  0,08-0,1) yararlanılır. Bazı PCR koşullarının değiştirilmesi ile bu oran daha da yukarı çekilebilir.  Bu koşullar;

       - baz eşleşme spesifikliği düşürmek amacı ile Mn 2+ iyonlarının eklenmesi;

       - dNTP stokiyometrisinin bozulması,

       - uyumsuz baz eşleşmelerini stabilize etmek için Mg2+ konsantrasyonunun artırılması ve

        - zincir sonunda eşleşmemiş baz sentezi için polimeraz konsantrasyonunun artırılması  şeklindedir.

4) Rolling Circle Error-Prone PCR : ilgili proteini kodlayan genin bir plazmide bağlanması ve dairesel DNA nın çoğaltılması ile farklı uzunluklarda lineer DNA parçalarının elde edilmesi yöntemidir.

  6)DNA Shuffling:  Bazı proteinler geniş gen aileleri tarafından kodlanırlar. Bu gen ilişkileri sayesinde farklı genlerin restriksiyon endonukeazlarla kesilip rasgele bir düzen içinde yeniden birleşmeşeri ile yeni ve üstün özelliklere sahip proteinlerin oluşturulması hedeflenir.

Protein Mühendisliği Uygulamaları
    Fersht ve ark. İndole-3-glycerol phosphate synthase(IGPS) ‘den yola çıkarak phosphoribosylanthranylate isomerase(PRAI) elde etmişlerdir. Yönlendirilmiş evrimin bu çarpıcı uygulaması aynı zamanda enzim evriminde ‘conserved scaffold’ hipotezinin de test edilmesini sağlamıştır.

    Reetz ve ark. Pseudomonas  aeruginosa’dan elde edilen bir lipazın 2-metildekanoata enantio seçiciliğini yönlendirilmiş evrim tekniğini kullanarak artırmayı başarmışlardır. Mutant kütüphanesinin taranmasında  saf(R)- ya da (S)-p-nitrofenil ester kullanmışlardır. Mutant enzimde aktif merkez dışındaki beş a.asidin yer değiştirdiği ve böylece aktif merkez dışındaki loopların flexibilitesinin enantioseçiciliğe katkıda bulunduğu anlaşılmıştır.

    Bir enzimin termal stabilitesindeki artışa aktivite kaybının eşlik edeceği yönündeki yaygın kanıya rağmen, psycrophilic subtilisin proteazının termal stabilitesi 60 C ye çıkarılmış ve 10 C deki aktivitesi de korunmuştur. Bu çalışmada psycrophilic ve mesophilic enzimler arasındaki %30-80 lik amino asit farklılığına karşın mutant enzimin sadece 7 amino asit değişimi içerdiği görülmüştür.(Miyazaki ve ark 2000)

  Maxygen(USA) ve Novo Nordisk(Danimarka) araştırmacıları eşzamanlı olarak  family-shuffled subtilisin kütüphanesinde  dört parametre taramış- 23 C de aktivite, termal stabilite, organik çözgen toleransı ve  pH profili- herbir parametre için  dikkate değer iyileşmeler gözlemlemişlerdir.

    Rasyonel protein dizaynına ilişkin örnekler ise ;

  -alfa amilazın termal stabilitesini artırmak için asparagin artıklarının uzaklaştırılması, rijid karaktere sahip prolin artığının eklenmesi ,

  - Lizozimin termal stabilitesini artrmak için disülfid köprülerinin eklenmesi,

  -3-izopropil malat dehidrogenazın termal stabilitesini artırmak için  hidrofobik çekirdeğin güçlendirilmesi,

  - Format dehidrogenazın oksidasyon stabilitesini artırmak için Met ve Cys artıklarının uzaklaştırılması ise olumlu sonuçlar vermiştir.

    SDM ile rasyonel protein dizaynına güzel bir örnek de tirozin fenol liyaz enziminin SDM ile dikarboksilik amino asit beta liyaz aktivitesi göstermesi örneğidir. Sözkonusu enzim doğada bulunmayan bir enzimdir ve rasyonel protein dizaynı ile yeni enzimlerin üretilmesi yönünde oldukça hoş bir örnek oluşturmaktadır.(Christen P. 1999)

         Rasyonel Dizayn ve Yönlendirilmiş Evrimin Kombinasyonu

  Novo Nordisk araştırmacıları Coprinus cinereus’tan elde ettikleri hem peroksidaz  enzimi üzerinde yürüttükleri bir çalışmada her iki yöntemi kullanmışlar ve epPCR ile 64000 mutant üzerinde yaptıkları tarama çalışması ve moleküler modelleme çalışmaları sonucu kritik amino asidin Glu239 olduğunu tespit etmişler ve saturation mutagenesis ile  Glu239Gly mutantı en iyi sonucu vermiş ve takip eden in vivo shuffling denemesi sonucu elde edilen mutantın termal stabiltesinde 174 katlık artış ve oksidatif stablitesinde ise 100 katlık bir artış elde edilmiştir.(Nat. Biotechnology 1999)

    Her iki yöntemin başarılı kombinasyonuna ilişkin bir diğer örnek ise, Bacillus subtilisten elde edilen 3-izopropil malat dehidrogenaz enzimin termal stabilitesini artırmaya yönelik olarak yapılan çalışmadır. Bu çalışmada SDM ile üçlü mutasyon elde edilmiş ve ardından epPCR kullanılarak termal stabilitenin daha da arttığı ve bu duruma üçlü mutasyona ilaveten epPCR’da ikili bir mutasyonun yol açtğı saptanmıştır. Sonraki iki mutasyon da daha sonra SDM ile kombine edilmiştir. (Oshima T. 1999)

KAYNAKLAR
Protein Mühendisliği,2007, Azmi Telefoncu,Figen Zihnioğlu,İrfan Küfrevioğlu,Ali Kılınç

Nikolas E. Labrou; Current Protein and Peptide Science;2010

Uwe t Bornscheuer; Martina Pohl; Current Opinion in Chemical Biology;2001

M. Hedhammor; T. Gröslund; S. Hober; Chem. Eng. Tech. ; 2005

Karla L. Ewalt; Paul Schimmel; Mc Graw Hill Comp.;2007

        Bu bilgiler Ege Üniversitesi Biyokimya Bölümü mezunu Filiz Taşcı tarafından sitemize gönderilmiştir.Sizlerde yayınlanmasını istediğiniz yazılarınızı biyokimyagentr@gmail.com adresine gönderebilirsiniz.

  

Devamı...

Sütten Kazein Eldesi Deneyi

Süt tozundan kazein eldesi

DENEYİN ADI: Süt tozundan kazein eldesi

DENEYİN AMACI: Süt tozundan kazein eldesi ve kuru süt tozundaki kazein yüzdesinin hesaplanması

TARiH:07.03.2008

TEORİK BİLGİ:

Süt tozu; ham sütteki suyun tamamına yakını buharlaştırıldıktan sonra, yoğunlaşmış kuru maddenin toz haline getirilmesi ile elde edilen dayanıklı ve besin değeri çok üstün bir süt mamulüdür. Süt tozu protein olarak bilinen kazein, şeker olarak bilinen laktoz, albümin proteini ve bazı gliseridler (tereyağı) içerir.

Kazein, genel olarak süt proteini olarak bilinir. Böyle denmesinin sebebi, sadece sütte bulunması ve sütün en büyük protein kısmını oluşturmasından ileri gelir. Sütün içerisinde yüzlerce protein olmasına rağmen, kazein yüzde 80 gibi bir paya sahiptir. Kazein, süt içerisinde fosfoprotein yapısındaki bir kalsiyum tuzu olarak karşımıza çıkar.
Yapısında, çokça etkileşime girmemiş prolin peptitleri vardır. Ayrıca kazein yapısında disülfit bağlarının olmaması sonucu, ikincil ve üçüncül protein yapısı küçüktür. Bu yüzden de denatüre olamaz.
Kazein saf bir protein olmayıp alfa, beta, gama kazein diye adlandırılan birbirine benzeyen en az üç protein bileşeninden oluştuğu elektroforezle gösterilmiştir.
Kazein, sıcaklık ile pıhtılaşmayan bir yapıya sahiptir. Kazeinin çökmesi ortam ph ‘sına bağlıdır. Asitide yükseldikçe kazeini çöktürmek için gereken sıcaklık da düşer. Isıtmakla asidite de kendiliğinden artar.
Kazein, asetik asit (sirke) gibi yaygın asitlerin eklenmesi ile ph’sının düşürülmesi yöntemiyle ve ineklerin midelerinden elde edilerek peynir yapımında kullanılan rennet enzimiyle pıhtılaştırılabilir.
İlk işlemin mekanizması şu şekilde açıklanabilir: kesilmiş süt proteini olan kazein, misel olarak adlandırılan bir demete bağlanmış birçok bileşik içerir. bir protein alt ünitesi her bir miseli stabilize ederek, süt içerisinde dağılmış halde kalmasını sağlar. Asitleşmede, koruyucu protein alt üniteleri dengesizleşir ve misellerle birlikte pıhtılaşabilir, bu da sütü kesilmiş/pıhtılaşmış yapar. Kimyasal olarak, kazein miseli stabilize değildir ve bundan dolayı, izoelektrik noktadaki izoelektrik yükteki düşüş ile kümeleşme gerçekleşir. Bu esnada, ortamın asitliği minerallerin çözünürlüğünü artırır, böylece misel yapıda bulunan organik kalsiyumun ve fosforun büyük kısmı sıvı fazda çözünür duruma gelir. Kazein miselleri parçalanır ve küme oluşumu ile kazein çöker.
Kazein sütten asit ilavesi ile izoelektrik noktası ph:4,6’da veya süt kendi kendine ekşidiği zaman da kazein yavaş yavaş çöker. Kazein sütten asitle izoelektrik noktaya ulaşınca çökerken, rennin ilavesiyle kazein izoelektrik noktaya varmadan nötral (ph = 7) noktada parakazein durumunda çöker.
Kazein, hidrofobik bir yapıya sahiptir. Bu yüzden kazein miselleri, sütte bir süspansiyon halinde bulunurlar. Hidrofobik olması, kazeinin suda ve nötral tuz çözeltilerinde çözünmemesine, sodyum oksalat  ve sodyum asetat gibi tuz çözeltilerinde ve bazik çözeltilerde ise çözünmesine sebep olur.

VERİLER:

Süt tozu: 20 gr.

Süzgeç kağıdı: 3,1 gr.

Süzgeç kağıdı + kazein: 13,3 gr.

Kazein: 10,2 gr.

YORUM:

20 gr. süt tozu kullanılarak 50ml çözelti hazırlandı. Su banyosunda 40C ‘ye kadar ısıtılmış süt çözeltisi üzerine yavaş yavaş 20ml  % 10luk asetik asit çözeltisi ilave edildi. Ve yavaş yavaş karıştırıldı. Bu işlemi yavaş yapmamızın sebebi büyük miktarda sakızımsı kazein kütlesi elde etmektir. Eğer işlemi hızlı yaparsak kazein küçük partiküller halinde oluşur. Bu da sütten zorlukla ayrılır.

Kazein, sıcaklık ile pıhtılaşmayan bir yapıya sahiptir. Kazeinin çökmesi ortam ph ‘sına bağlıdır. Asitide yükseldikçe kazeini çöktürmek için gereken sıcaklık da düşer. Isıtmakla asidite de kendiliğinden artar. Süt çözeltisi üzerine eklenen asit çözeltisi ve su banyosu bu işlemleri gerçekleştirmemizi sağladı.

Kazein, misel olarak adlandırılan bir demete bağlanmış birçok bileşik içerir. Asetik asit ilavesi bu misellerdeki negatif yükleri nötürleştirir. Serbest protein oluşmasına neden olur. Ve kazeinin çökmesine yardımcı olur.

Sütün içerisinde yüzlerce protein olmasına rağmen, kazein yüzde 80 gibi bir paya sahiptir. Bizim deneysel sonucumuza göre 20 gr süt tozundan 10,2 gr kazein elde edildi. Buda % 51 demektir. Deneyimiz başarıyla sonuçlanmıştır.


sütten kazein elde etmek proteinlerin çeşitlilikleri süt tozundan kazein elde etme yumurtadan kazein elde etme enzimler deneyi biyokimya laboratuvarı 3 deneyi ege üniversitesi dumlupınar üniversitesi sütten kazein nasıl elde edilir sonuç raporu deneyi hazırlık raporu

Devamı...

Aminoasit Titrasyonu Deneyi

AminoasitlerOrganizmada birçok fonksiyonu yerine getirirler.Bu görevler içinde en önemlisi,aminoasitlerin proteinlere ait polipeptit zincirlerinin yapıtaşları olmalarıdır.
Doğadaki sayının fazlalığına rağmen,organizmadaki proteinlerin yapısına katılan sadece 20 aminoasit bulunmaktadır.

Çeşitli insan proteinlerinin hepsinin primer yapıları genetik kod tarafından belirlenmiş lineer bir sırayla 20 aminoasitten sentezlenerek düzenlenir.Bunlar,DNA tarafından kodlanabilen aminoasitlerdir.
Proteinlerde bulunan 20 standart aminoasitin hepsi de a-amino asittir.
Bu isimlendirmenin nedeni,aminoasitlerde amino grubunun a -karbon atomuna bağlanmış olmasıdır. a -karbon atomu,karboksil grubundan sonraki ilk karbon atomuna verilen addır.

Aminoasitlerin genel yapısı 
Protein sentezinde kullanılan aminoasitlerin her biri aynı genel yapıya sahiptir.Bunlar,bir karboksilik asit grubu,amino grubu,hidrojen atomu ve R grubu olarak adlandırılan ve her amino asit için farklı olan grup.
4 farklı grupla bağ yapan bu karbon atomu asimetrik karbon atomu olarak adlandırılır. Asimetrik karbonlar kiral merkezler olarak adlandırılır.
 
Glisin dışındaki tüm aminoasitlerde a -karbon atomu 4 farklı grupla bağ yapar,glisinde R grubu bir diğer hidrojen atomudur.

Asimetrik karbon atomuna sahip aminoasitler optikçe aktiftir,yani düzlemsel polarize ışığı çevirirler.Dört farklı grubun  -karbon atomu çevresinde tetrahedral konuşlanışı amino asitlere optik etkinlik kazandırmaktadır.

Polarize ışığı sağa veya sola çevirmelerine göre aminoasitler L(levorotator) ve D(dextrorotator) olarak sınıflandırılmalarına rağmen,3 karbonlu şeker olan gliseraldehit örnek alınarak yapılan D L sisteminde,L-gliseraldehitle konfigürasyon benzerliği olanlar L-amino asit olarak adlandırılmıştır.
  
Bu nedenle,proteinlerde bulunan amino asitelerin bazıları polarize ışığı sağa veya sola çevirmelerine karşın hepsi L-gliseraldehitin mutlak konuşuna sahiptir,yani L- a -aminoaistlerdir.

D-aminoasit kalıntıları ise,bazı peptit antibiyotiklerde,bakteri hücre duvarında bulunabilir.

RS Sistemi

Birden fazla kiral merkez içeren bileşikler için RS sistemi terminolojisi daha yararlıdır.

Kiral atomu en düşük önceliğe sahip grup,en uzak noktada kalacak şekilde gözlemlenir.Eğer diğer 3 grubun önceliği saat yönü dizilişinde azalıyorsa,konfigürasyon R(rectus,sağ), saat yönünün tersine bir diziliş varsa konfigürasyon S(sinister,sol) olarak adlandırılır.

Bu sistemlerin amacı,asimetrik karbon atomunun 4 bağlantısının mutlak(bağıl) şekli için özel bir bilimsel sınıflandırma yapılmasıdır.

Bir tetrahedral karbon atomuna bağlı 4 farklı yer değiştiren grup uzayda,benzer veya aynı kimyasal özellikleri olan,ancak belirli fizyolojik ve biyolojik özellikleri farklılaşan iki stereoizomere yol açarak iki farklı şekilde düzenlenebilir.

Bir karbon atomu 4 farklı yer değiştiren gruba sahipse,ayna görüntüsü birbiri ile çakışmayan iki formda düzenlenebilir.Buna enantiyomer denir.
Birbirinin ayna görüntüsü olmayan stereoizomer çiftleri diyastomer olarak adlandırılır
  
Proteinlerde bu amino asitler,bir amino asitin karboksilik asit grubuyla sonraki aminoasitin amino grubu arasında oluşan peptit bağlarıyla,polipeptit zincirleri denen lineer polimerler oluşturmak üzere birleşir.
 
Amino asitlerin sınıflandırılması
Amino asitlerde bulunan R değişken grubunun kimyasal özellikleri bağ tiplerini ve bir polipeptit zincirindeki her bir amino asitin diğer moleküllerle olabilecek etkileşimlerini belirler.

Proteinlerdeki amino asitler,a-karbon atomlarına bağlı R gruplarının polar olup olmadığı temeline göre iki geniş gruba ayrılabilir.
 
* Polar(hidrofilik aminoasitler):
-su ile hidrojen bağları oluşturabilirler.
-bu nedenle proteinlerin su ile temas eden dış yüzünde bulunma eğilimindedirler.
* Nonpolar(hidrofobik)aminoasitler ise;
Su ile hidrojen bağı oluşturamazlar, proteinlerin iç yüzünde bulunurlar.

R gruplarının pozitif veya negatif yüklü olmasına göre,aminoasitler asidik veya bazik olarak da sınıflandırılırlar.Buna göre;

İkinci bir amino grubu taşıyan lizin,pozitif yüklü guanidin grubu taşıyan arjinin ve imidazol grubu taşıyan histidin pH:7’de pozitif yüklü R-grubu taşıyan aminoasitlerdir.
  

Buna karşılık,ikinci bir karboksil grubuna sahip aspartat ve glutamat,pH:7’de negatif net yüke sahiptir yani asidik aminoasitlerdir.
 
Alifatik amino asitler

Alifatik amino asitler,yan zincirlerinde(R) heteroatom(O,N,S) taşımayan ve halka yapısı göstermeyen aminoasitlerdir??

Bunlar:glisin,alanin,valine,lösin ve isolösindir.
Aromatik Amino Asitler
 
Aromatik halka,üç konjuge çift bağlı altı üyeli karbon-hidrojen halkasıdır.
Aromatik halkaya sahip amino asitler; 
*Fenilalanin(benzen halkası), 
*Tirozin(fenol grubu),
*Triptofan(indol halkası),
*Histidin(imidazol grubu).

Aromatik amino asitlerin ortak özelliği,

240-270nm dalga boyundaki UV ışığı absorbe etmeleridir.

Triptofan,en kuvvetli absorblama kapasitesine sahiptir.

Hidroksil grubu içeren aminoasitler
   
Serin
Treonin
Tirozin

*Her hangi bir bileşik hidroksil grubu içeriyorsa,o bileşik polardır.Bunlar su ile hidrojen bağı oluşturabildikleri için proteinlerin suyla temas eden dış yüzünde bulunma eğilimindedirler.
Sülfür içeren amino asitler
  
>Sistein:
-sülfidril grubu içerir.Disülfid bağı oluşturur
>Metionin:
-metil grubu içerir.Esansiyel a.a.’tir.

Aminoasitler,amfoterik özelliğe sahiptir, bir başka deyişle çözeltinin H iyon konsantrasyonuna göre asit ya da baz olarak fonksiyon görürler.Bu nitelikleri karbonil gruplarının proton verebilme, buna karşın amino gruplarının proton alabilme yeteneğinden kazanılır.

Her amino asit,kendilerine özgü bir pH noktasında eşit sayıda negatif ve pozitif yüke sahiptir.Amino asitlerin yüksüz formda bulundukları bu pH değerine izoelektrik nokta adı verilir.

pKa değeri,asitlerin ayrışma sabitinin negatif logaritmasıdır.pKa değeri düşük asitler,kuvvetli asitlerdir.

Histidin,sahip olduğu imidazol protonuna ait pK’nın kendisine pH:7’de baz veya asit gibi davranabilme yetisi vermektedir.

Bu nedenle fizyolojik pH’da histidin en güçlü tampon görevi gören aminoasittir.

Hemoglobinin yapısında bulunması bu açıdan önem taşımaktadır.

Asidik ve bazik niteliklerinin yaklaşık olarak eşit olması nedeniyle,nötral aminoasitler sulu çözeltilerinde nötral reaksiyon verirler.Örnek olarak glisinin değişik pH değerli çözeltilerdeki titrasyon eğrisi görülmektedir.
 
Titrasyon eğrisinin değerlendirilmesinden asidik ve bazik grupların dissosiasyon sabitleri(pK) ve izoelektrik noktaları ortaya konulabilir.

Standart dışı aminoasitler

Bilinen 20 aminoasidin dışında, protein yapısına katılan ve bilinen aminoasitlerin modifikasyonuyla oluşan aminoasitler de vardır.

Bunlardan bazıları;
*4-hidroksiprolin ve 5-hidroksilizin: kollajenin yapısında bulunurlar.
*6-N-metillizin:kasın kontraktil proteini olan miyozinin bileşenidir.

Bir diğer önemli standart dışı aminoasit,
γ-karboksiglutamat’tır.Bu aminoasit kan pıhtılaşma proteini olan protrombinin yapısında ve biyolojik fonksiyon olarak Ca bağlayan proteinlerin yapısında bulunur.

Aminoasitlerin varlığının saptanması ve ayrıştırılması

Ninhidrin reaksiyonu amino asitlerin saptanmasında duyarlılığı ve spesifitesi nedeniyle büyük pratik öneme sahiptir.

Amino asit ninhidrin ile reaksiyona girerse aminoasit 1 C atomu eksik aldehide oksitlenirken,1 mol CO2 ve NH3 serbest kalır.Daha sonra 1 mol ninhidrin,1 mol redükte ninhidrin ve NH3 tekrar reaksiyona girer,mavi menekşe renk oluşur.

Bu kompleksin renginin spektrofotometrik yöntemlerle ölçümü sonucu ortamdaki aminoasit konsantrasyonu belirlenebilir.

Aminoasitleri ayıran çeşitli yöntemler

Kağıt kromatografisi

İnce tabaka kromatografisi

Yüksek performanslı likit kromatografi(HPLC)

İyon değiştirici kromatografi

Jel filtrasyon kromatografi

Yüksek voltajlı elektroforez



aminoasitler, doğal aminoasitler sentetik amino asitler,aminoasitlerin titrasyonu deneyi sonuç raporu hazırlık raporu biyokimya 1 laboratuvarı sivas cumhuriyet üniversitesi biyokimya aminoasitler biyokimya vize soruları

Devamı...

Kök Hücre ve Kemik İliği Projesi

Kök Hücre Nedir

¢Kök hücreler hayatın temel taşları ve insan vücudunu oluşturan ana hücrelerdir. Kök hücreler sınırsız bölünme, her türlü vücut hücresine dönüşme ve yeni görevler üstlenme imkanına sahip hücrelerdir.

¢İnsan vücudundaki cilt, kaslar, kemikler, sinirler ve kan hücreleri gibi tüm organlar bu kök hücrelerinden oluşur.

¢İnsan vücudunda hastalıklar ve yaralanmalar nedeniyle oluşan hasarları onarır ve iyileştirirler.

¢Hangi tip dokuya ihtiyaç varsa ona dönüşürler.

¢Genel olarak denilebilir ki, kök hücreler ne kadar gençse o kadar fazla gelişebilir ve farklı hücrelere dönüşebilirler. İnsan yaşlandıkca kök hücrelerinin sayısı azalır.
NEDEN KÖK HÜCRELER BU KADAR ÖNEMLİ ?

Kök hücreler vücudumuzda bütün dokuları ve organları oluşturan ana hücrelerdir. Henüz farklılaşmamış olan bu hücreler sınırsız bölünebilme ve kendini yenileme, organ ve dokulara dönüşebilme yeteneğine sahiptir. Bu özellikleri bakımından kök hücreler kanser, sinir sistemi hastalıkları (Alzheimer) ve hasarları, metabolik hastalıklar (diyabet), organ yetmezlikleri, romatizmal hastalıklar, kalp hastalıkları, kemik hastalıkları ve daha birçok alanda kullanıma sahiptirler. 

Günümüzde bu hastalıkların bazılarının tedavisinde organ veya doku nakilleri yapılmaktadır. Ancak, organ veya doku nakli gerektiren hastaların çokluğu, uygun organ ve dokunun her zaman bulunamaması gibi sorunlarla sürekli karşılaşılmaktadır. Bilim ve teknolojideki son gelişmeler doğrultusunda kök hücrelerin bu alanda kullanılması gündeme gelmiştir.

KAÇ TÜR KÖK HÜCRESİ VARDIR ?

¢İnsan oluşumundaki ilk hücreler oluşmakta olan çocuktaki kök hücrelerdir. Yumurta döllendikten sonraki ilk günlerde oluşurlar. Bu tip kök hücrelerin kullanımı, oluşmakta olan çocuğu korumak için, Almanya’da kesin olarak yasaklanmıştır.

¢Yetişkin vücutta az da olsa kök hücresi bulunur – Bunlar kanda ve kemik iliğinde bulunan yetişkin, kan üreten kök hücrelerdir.

¢Hamileliğin son üç aylık döneminde kök hücreleri bebeğin karaciğerinden ve dalağından kan dolaşım sistemi üzerinden kemik iliğine geçer. Doğum esnasında da göbek kordonunda ve bebeğin eşinde çok miktarda kök hücreleri bulunur. Bu kök hücreleri yetişkin kök hücrelerinde artık bulunmayan çok sayıda özelliğe sahiptir. Bebeğin göbek kordonu kesildikten sonra kök hücreleri bebeğin eşine bağlı kalan kısımdan risksizce alınabilir. Bebeğin hiçbirşeyi eksilmez, aksine çok kıymetli kök hücreleri onun için saklanmış olur.
KÖK HÜCRE İLE İLGİLİ HANGİ HASTALIKLAR TEDAVİ EDİLEBİLİR ?

¢Lenfomalar (Lenf Bezi kanseri)

¢Lösemiler:

—- Akut Lenfositik Lösemi

—- Akut Myelositer Lösemi

—- Akut Non-lenfositik lösemi

—- Kronik Myelisiter Lösemi

—- Miyelodisplazi

¢Multipl myeloma

¢Solid tümörler

—- Göğüs Kanseri

—- Beyin tümörleri

—- Ewings sarkoma

—- Over kanseri

—- Neuroblastoma

¢Anemiler

—- Aplastik anemi

—- Fanconi anemisi

¢İmmün yetersizlikler

—- Ağır Kombine immün yetersizlik (Severe Combined Immunodeficiency Disease) (SCID)

—- Kombine değişken immün yetersizlik (Combined Variable Immune Deficiency) (CVID)

—- Wiscott-Aldrich Sendromu (WAS)

—- Hemofagositik lenfohistiyositoz

¢Kalıtsal metabolik bozukluklar

—- Hurler sendromu

—- Lökodistrofiler

—- Osteopetrosis

HEMATOPOETİK KÖK HÜCRELER

Bilim adamları 50 yıllık bir çalışmadan sonra kan elemanlarını meydana getiren hematopoetik kök hücreleri hakkında yeterli bilgiye ulaşmışlar ve tedavide kullanmaya başlamışlardır. Bugün kan, immun sistemi ve kanser hastalıklarının tedavisinde rutin olarak kullanılmaktadır. Son dönemlerde hayvanlarda yapılan çalışmalar , hematopoetik kök hücrelerin aynı zamanda kas, kemik, ve kan damarı gibi diğer hücre türlerine de dönüşebildiğini göstermektedir. Eğer insan hemotopoetik kök hücreleri için de aynı şey söz konusu olur ise bu hücreler diğer doku türlerinin tamiratı için de kullanılabilecek.
HEMATOPOETİK KÖK HÜCE KAYNAKLARI NELERDİR ?

Kemik İliği: Kök hücrelerin klasik kaynağı kemik iliğidir. 40 yıldır doktorlar kemik iliğinden, donorden anestezi altında genelde kalça kemiğinden iğne yardımı ile kemik iliği hücreleri elde etmektedirler. Bu hücrelerin her 100.000 de biri uzun vadede kan elemanlarını oluşturan kök hücrelerdir, diğerleri stromal hücreler, stromal kök hücreler, kan progenitor hücreleri, ve matür beyaz ve kırmızı hücrelerdir.

Periferik Kan: Son zamanlarda hekimler klinik transplantasyon için kök hücreleri dolaşımdaki kandan elde etmeyi tercih ediyorlar. Yıllardır dolaşımdaki kök hücre ve öncü hücre sayısı az olarak bilinirdi, fakat son 10 yılda bilim adamları kök hücrelerin kemik iliğinden dolaşıma geçmesini sağlayan granülasit stimule edici faktör gibi sitokinler yardımı ile bu sayıyı arttırdılar.Bu işlem için donöre kök hücreler elde edilmeden birkaç gün önce GCSF enjekte edilir. Hücreleri toplamak için donörün venine bir tüp takılır,kan CD34+ hücrelerini çeken bir bir filtrenin içinden geçirilir ve kırmızı hücreler tekrar hastaya verilir.

Umblikal Kord Kanı: 1980’lerin sonu ve 1990’ların başında bilim adamları insan umblikal kordon kanı ve plasentanın hemotopoetik kök hücreler açısından zengin bir kaynak olduğunu fark ettiler. Bu doku (plasenta) gebelik boyunca gelişmekte olan fetusu besler, bebekle birlikte doğar ve çöpe atılır idi. Fankoni anemili bir çocuğa yapılan başarılı bir kordon kanı transplantasyonundan sonra bu hücrelerin toplanması ve tedavide kullanımı arttı. Bugün kordon kanının çoğaltılması ve kemik iliği kök hücreleri ile arasındaki farklar ve kıyaslamalarla ilgili pek çok çalışma yürütülmektedir.Bugün kordon kanı kök hücrelerinin multiple germ tabakası hücrelerine (multipotent), hatta endoderm, ekdoderm, ve mesoderm gibi tüm germ tabakası hücrelerine (pluripotent) dönüşebileceği iddia edilmektedir.

KORDON KANINDAKİ KÖK HÜCRELERİ KIYMETLİ KILAN NEDİR ?

¢Çok canlıdırlar ve değişik hücre cinslerine, vücut dokularına dönüşebilirler.

¢Gelecekte kullanım alanları için mükemmel bir altyapı oluşturmaktadırlar. Çünkü, kendi kök hücreleriyle büyütülen doku, vücudun bağışıklık sistemi tarafından atılmaz. Bundan dolayı şimdiye kadar tedavi edilemeyen hastalıkların tedavisi için yeni imkanlar sunmaktadır.

¢Kemik iliğindeki kök hücrelere göre çok daha dayanıklı ve uzun ömürlüdürler.

¢Genel olarak tümör hücresi ve virüs barındırmazlar.

¢Anne ve çocuk için basit, ağrısız ve risksiz olarak elde edilirler.

¢Ömür boyu saklanabilirler.

¢Aile içi kullanımlarda, az doku uyuşmazlıklarında dahi kullanılabilirler.

¢Embriyonal kök hücrelere kıyasla çok yönlü, ama etik olarak sakıncasızdırlar.

Kök Hücre ve Kemik İliği Projesi ilgili bu bilgiler Ege Üniversitesi Biyokimya Bölümü mezunu Filiz Taşcı tarafından sitemize gönderilmiştir.Sizlerde yayınlanmasını istediğiniz yazılarınızı biyokimyagentr@gmail.com adresine gönderebilirsiniz.

Devamı...