Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

RANUNCULACEAE SİSTEMATİĞİ

---

Bu gruptaki amino asitlerin hemen hepsi sisteinden ve S-sübstitüsyonu ile oluşur ve sistein ile benzeri öncilerden sentezlenirler.
S-metilsistein ve sülfoksidi bu grubun taksonomik dağılımı iyi incelenmiş maddelerindendir. S-metilsistein Phaseolus vulgaris’ te, g-glutamil türevi ise P.lunatus’ta bulunur, sülfoksiti de Cricifereae’de ve farklı bir taksadan olan Allium türlerinde bulunmuştur. Sentezleri sülfit öncüsü maddelerin enzimatik oksidasyonu ile ve S-metilsisteinden olmaktadır. (+)-S-metil L-sistein sülfoksit şalgam kökü ve lahana suyunda olduğu gibi yakın akraba bitkilerde bulunmuştur. Bunun nedeninin de bazı taksonların stereoseçici enzim sistemlerini içermeleridir.

Örneğin Krusiferler tioglikozit öncülerinin enzimatik parçalanması ile w-metilsülfinil-alkil izotiyosiyanatları sentezlerler.
Allium türlerinde de S-sübstitüe sisteinler bulunur. S-allil-, -propenil, -propil türevleri türevleri ile sülfoksitleri genellikle glutamil türevleri ile birlikte bulunur. Bu C3- sübstitüe türevler tümüyle Allium cinsinin karakteristiği olup, kimyasal olarak türler arasında farklılıklar gösterebilmektedirler. Önemli türlerden A. cepa, A. sativum ve A. schoenoprasum ‘ dan ilk ikisinde sistein türevleri karakteristik tad ve kokularını sağlayan enzimatik oranlamanın sübstratıdırlar.
Mimosaceae diğer bir sülfürlü amino asit kaynağıdır. Birçok cinsi dijenkolik asit ve N-monoasetil türevi, S-(2-karboksietil) L-sistein ve S-(2-karboksiizopropil) L-sistein ve dikrostakik asit gibi S-sübstitüe sisteinleri içerir.

Bu amino asitler biyojenetik olarak sistein ile bazal metabolizma ürünü olan hidroksi- veya okso- fragmanlarýndan sentezlenir. Sonuç olarak yüksek bitkilerin kükürtlü amino asitlerden ancak sisteini öncü madde olarak kullanabildiði ve bu nedenle de sisteinin bu metabolizmanýn merkez maddesi olduðu söylenebilir.

İZOTİYOSİYANATLAR VE GLUKOZİDİK ÖNCÜLERİ

İzotiyosiyanat oluşturan tiyoglikozitler kolayca enzimatik hidrolize uğrayabilirler ve yeni bir moleküler düzen kazanarak hardal yağlarını, glükoz ve sülfatı oluştururlar. Kemotaksonomik karakter olarak da önemli veriler sağlarlar.

İzotiyosiyanatların çoğu keskin tadları ile kendilerini belli ederler ve baharat olarak kullanılırlar. Yüksek derişimlerinde tahriş edici ve göz yaşartıcı özellik kazanırlar. Zengin oldukları bitkiler folklorik olarak ilaç niyetine kullanılmışlardır.
Normal olarak öncü tiyoglikozitler hidrolizlerini sağlayan mirozinaz enzimi ile birlikte özelleşmiş idyoblast hücrelerinde bulunurlar ve hücre parçalanması ile serbest kalırlar.
Mirozinaz histokimyasal olarak belirlenebildiğinden türlerin izotiyosiyanat için taranması kolaydır.

Glikozitler glükozun R- yan zincirinde farklılık gösteren ve izotiyosiyanat oluşturan elliden fazla üyesi olan bir madde grubudur. Düz veya dallanmış alkil yan zincirleri ile çeşitli şekillerde hidroksillenmiş veya düz monoketoetil, alkil, alkenil gibi türevleri vardır. Bu türevlerin büyük bir kısmı a-amino asit ve a-keto-asit metabolizmalarında rol alır.

Kemotaksonomik açıdan ele alındığında bu madde grubunun Rhodales ordosunun Crucifereae başta olmak üzere Capparidaceae, Resedaceae ve Moringaceae familyalarında bulunduğu ve Crucifereae’nin 1500 kadar olan türlerinin 300’ü kadarında önemli oranlarda bulundukları görülür. Tüm krusiferlerde en azından iz miktarda mevcutturlar. Aynı ordodan Papaveraceae’de ise bulunamamışlardır. Bu da Papaveraceae’nin orijini konusunu tartışmaya açmıştır.
Tropaeolaceae, Salvadoraceae, Limnanthaceae ve Caricaceae de tiyoglükozit içeren cinsleri bulunan familyalardır. Ayrıca değişik familyalarda bazı cins ve türlerde de tiyoglükozitler bulunmuştur. Euphorbiaceae’den Jathropha multifida, Putranjiva roxburghii, Phytolactaceae’den Codonocarpus cotinifolius, Plantaginaceae’den Plantago major L. bunlardandır. Bu durumun da açıklanabilmesi için daha geniş ve ayrıntılı çalışmalara gerek vardır.

PROTEİN AMİNO ASİTLERİ ve İLGİLİ BİLEŞİKLER

İlk olarak 18. Yüzyılda tanımlanmış olan amino asit, adını özsuyunda keşfedildiği Asparagus’tan alan asparajindir. Gene aynı yüzyılda glutamin, fenilalanin ve arjinin gene bitki ekstraktlarından elde edilerek tanımlanmıştır. Aynı yüzyılın sonlarında da a - amino asitlerle proteinlerin ilişkili olduğu anlaşılmıştır. 19. Yüzyılda protein hidrolizatları üzerindeki araştırmaların başlaması ile de modern gelişmelerin temeli atılmıştır.

Modern analiz teknikleri gelişmeden önce yararlanılan klasik organik kimya yöntemleri için yeterli miktardaki amino asitin ekstraksiyonu zor ve zaman alıcı olduğundan gelişmeler yavaş olmuş ve son keşfedilen temel protein amino asitleri olan asparajin ve glutaminin ilk olarak bitki proteinleri hidrolizatlarında tanımlanması ancak 1932 yılında gerçekleştirilmiştir. Karşılaştırmalı araştırmalar ise bulunmuş olan 20 kadar amino asidin tüm canlılarda serbest veya protein yapısında bulunduğunu ortaya koymuştur.

Amino asitlerin birbirlerlerine ve diğer maddelere dönüşüm tepkimeleri de ikincil metabolizmada önemli bir yer tutar:
Aromatik a - amino asitlerin sentezinde ve özellikle birbirlerine dönüşümlerinde hidroksillenme tepkimesi önemlidir, örneğin fenilalaninin hidroksillenmesi ile tirozin oluşur.
C -, O - ve N – metillenmeleri de önemlidir ve örneğin homosisteinden sağlanan metil grupları metiyonin, glisin veya serin metili ile de tüberin metaboliti sentezlenir.
Aromatik amino asitlerin mikroorganizmalar ve bitkilerdeki temel sentez yolu , adını ilk bulunduğu şikimi-no-ki
bitkisinden alan ve benzen halkalı şikimik asidin biri açılmış çift halkalı korizmik asitin L – fenilalanin, tirozin veya triptofana dönüştüğü şikimik asit veya şikimat yoludur. . Fosfoenol piruvat ile eritroz – 4 – P tetrozunun kondansasyonundan sentezlenen ara maddeler üzerinden şikimik asit korizmik asite ve sonra üç farklı organik asite dönüşerek aromatik amino asitleri verdiğinden sonraları korizmik asit yolu adını alan sentez yoludur.
Bakterilerde salisilik asit gibi maddeler, yüksek bitkilerde linyin ve alkaloidleri flavonoidler bu aromatik amino asitlerden ve özellikle triptofandan sentezlenir. Linyinler sinnamik asitlerin alkollerinin ürünüdür.
Tümör inhibitörü podofillotoksin ve Streptomyces metaboliti ketomisin de bu yolla sentezlenen önemli ürünlerdendir.

Tipik olarak protein yapısına girmeyen amino asitlerin tanımlanması ise daha da yavaş yürümüş ve asparajinle glutaminin keşfi ile hidrolizat analizinin tanımlandığı yıl olan 1961’de altı serbest amino asitle betainler belirlenmiştir. Doğal olarak da bu amino asitlerin kemotaksonomideki önemleri çok geç anlaşılmıştır.

KROMATOGRAFİ ve İYONOFOREZ
Kolon kromatografisinin uzun süre büyük boyutlu kolonlarla uygulanabilmesi nedeniyle ancak kağıt kromatografisi ve iki boyutlu teknik geliştikten sonra hidrolizatların tam olarak incelenebilmesi mümkün olmuştur. Daha sonra daha önce de sözü edilmiş olan İTK ve yüksek voltaj kağıt elektroforezi ile iyonoforezin devreye girmesi ile çalışmalar hızlanmıştır. Günümüzdeki yüksek ve düşük basınçlı kolon kromatografisi ile özellikle tam otomatik amino asit analizörler, kapiler elektroforez cihazları ile her türlü amino asit analizi çok kolaylaştığı giibi hızlanmıştır.

Modern tekniklerin atası sayılabilecek cihazlarla kemotaksonomik çalışmalar 1960’ların ortasında yayınlanmaya başlamışsa da bu amaçla yapılan ilk yayın 1950’lerin ortalarına doğru basılan balık kası protein hidrolizatı üzerindeki bulguların raporudur. Bu araştırmada klasik balık sistematiği ile korale sonuçlar alındığı fakat aynı cinslerin farklı coğrafi koşullarda da farklılık göstren sonuçlar verebildiği açıklanmıştır.

Birkaç yıl sonra ise bitki kemotaksonomisi üzerine ilk çalışma yayınlanmış ve 48 familyanın 166 türüne ait örneklerin çeşitli organlarında elde edilen ilginç sonuçlar verilmiştir:
Bazı amino asitlerin bazı türlerde hem serbest hem de proteinlerde yüksek oranlarda bulunduğuna dayanarak “temel amino asitler” kavramı ortaya atılmıştır. Örneğin Saxifragaceae, Hamamelidaceae ve Rosaceae’de proteinik olan arjininin, Papilionatae’de ise prolinin temel olduğu belirtilmiştir.

FARKLI AMİNO ASİTLERİN TAKSONOMİK ÖNEMLERİ

İlerleyen çalışmalar protein amino asitlerinin yüksek derişimlerde olanlarının taksonomik karakter olabileceğini desteklemişse de bu gruptaki aa.lerin tüm bitkilerde bulunması ve ekofizyolojik farklılıklara paralel değişimler gösteebilmeleri nedeniyle protein yapısına girmeyen aa.lerin daha güvenilir kemotaksonomik karakterler olduğunu göstermiştir.
Örneğin azetidin-2-karboksilik asit Liliaceae ve yakın akrabası olan Agavaceae ile Amarylladaceae’de bulunan bir amino asittir.
Latirin ise tek bir cins ile çok yakın bazı alt gruplarda bulunan bir aa.olarak ilginç olduğu gibi filojenetik ilişkinin de endikatörüdür.
Öte yandan gene proteinik olmayan bir aa.e birbirine uzak taksonlardaki bazı türlerde de rastlanabilmektedir. Örneğin d-asetilornitin Fumariaceae’nin temel aa.idir, fakat atkuyruklarından Asplenium ile otsu Brachipodium sylvaticum’da da bulunmaktadır.
Bu tür çelişkili gibi görünen bazı durumlar oldukça yakın zamanlardaki evrimleşmelerin yarattığı morfolojik veya biyosentetik açılımlar ile açıklanabilir.
Her nekadar bir amino asitin tek bir cins veya türde bulunması dağılımının sistematikteki önemini şüpheli kılarsa da bu durum tek bir gen-enzim eksikliğine bağlı biyokimyasal farklılığa bağlanabilir.

PAPILLIONATAE’de AMINO ASIT BIYOSENTEZININ DEĞİŞKENLİĞİ

52 Lathyrus ve 42 Vicia türünün kolay elde edildiği ve aa. oranlarının yüksek oluşu nedeniyle kullanılan tohumları üzerindeki bir çalışmada hiçbir Lathyrus türünde kanavanin bulunmazken bazı Vicia türlerinde bulunup, diğerlerinde olmadığı görülmüştür.
Amino asitlerin genel durumlarının değerlendirilmesi ile farklı türlerdeki serbest aa. ve ilgili bileşiklerin dağılım tabloları esas alındığında bu taksonların alt gruplara ayırılabileceği görülmüştür. Daha arılamlı bilgiler elde etmek için sonuçların aa.lerin derişimlerinin birbirine oranı, biyosentez mekanizmalarının benzerlik oranları gibi ayrıntılara girilmesi gerekmektedir.

Lathyrus Türleri
Farklı türlerde karakteristik olan latirin dışında 10 proteinik olmayan aa.in ve ilgili bileşiğin ayırt edilmesinden sonra ilerleyen çalışmalar bunların dağılımlarına dayanan bir kemotaksonomik değerlendirmeyi sağlamıştır.
Latirinin b- (2-amino-pirimidin-4-il)alanin yapısında olduğu belirlendikten sonra L-homoarjinin, a,g-diaminobutirik asit, a-amino-b-oksalilaminopropiyonik asit, g-hidroksihomoarjinin ve a-amino-g-oksalilaminobutirik asitin yapısı da ortaya çıkarılmış ve dağılım tabloları da yapılmıştır.

Bu maddelerin dağılımı tablosu Lathyrus türlerinin a,g-diaminobutirik asit içeren ve L-homoarjinin içerenler olarak iki alt gruba ayırılması gerektiğini göstermiştir.

a - amino karboksilik asitleri içeren türler dekarboksilasyon ve nitrilasyon ile yüksek bitkilerdeki nitrilleri oluþturan türlerdir.




L - homoarjinin içeren türler de iki gruba ayırılabilir: Yüksek miktarda L-homoarjinin içeren türlerle düşük oranda içeren ve yanında g-hidroksihomoarjininin bulunduğu türler. Homoarjininden latirinin sentezlenir oluşu bu iki grup arasındaki biyokimyasal farklılığın nedenidir. Homoarjinin hidroksilasyonu ve bunun sonucunda halkalanma ile latirin sentezini sağlayan enzim sisteminin varlığı veya yokluğu bu farkı açıklayan mekanizmadır. (1. Tablodaki 3. grupta yer alan 11 tür iz miktarda g-hidroksihomoarjinin içeren türlerdir.)

Vicia Türleri
Vicia türlerinin tohumlarında 13 proteinik olmayan aa.ler ve ilgili bileşikler bulunmuş olup, bunlar arasında önemli olarak kanavanin, g-hidroksiarjinin, g-hidroksiornitin, b-siyanoalanin, g-glutamil-b-siyanoalanin, g-hidroksisitrullin gibi maddeler ile benzeri yedi komponent bulunmaktadır. Dağılımlarına göre yapılabilecek taksonomik değerlendirme de gösterilmiştir.

Bu cinsin türlerinin b-siyanoalanin ve g-glutamil içerenler ve içermeyenler olarak gruplandırılabileceği görülmüştür. İkinci gruptaki eksikliğin bu türlerde yüksek olan nitrilaz aktivitesinin sonucu olduğunu, enzimin b-siyanoalanini asparajine dönüştürerek birikmesine neden olduğunu etiketleme çalışmaları göstermiştir.
Siyano bileşiklerini sentezleyerek depolayan türlerin aynı zamanda asparajin depolaması her iki enzim sisteminin beraber bulunduğunu, diğer bazı türlerde nitrilazın dominant enzim olduğunu, geriye kalan türlerin ise g-glutamil transferazca zengin olanlar olduğunu gösteren kanıtlar bulunmuştur.

g-hidroksiarjinin diğer cinslerde bulunmayan bir aa.dır ve bazı Vicia türlerinde yüksek miktarda siyano bileşikleri ile bulunurken diğerlerinde siyano bileşikleri yoktur. Yüksek miktarda siyano da içeren türlerden üçünde g-hidroksiornitin veya g-hidroksisitrullin türevleri ile beraber bulunur.

Yüksek oranlı siyano bileşikleri içermeyen türlerin bulunduğu grup ta kanavanin depolayıp depolamamalarına göre alt gruplara ayırılabilir. Kanavanin arjininden amidin grubunun transferi ile sentezlenmektedir.

Bu alt gruplandırmalar her iki cinste de ara morfolojik karakterlerin biyokimyasal evrim sonucunda ortaya çıktığı fikrini vermektedir. Fakat iki cins arasında benzeri bir korelasyon kurulamamaktadır ve her ikisinde de arjinin hakim aa.dir. V. aurentica türü istisna olmakla birlikte her iki cins için ortak bir proteinik olmayan aa. yoktur. Bu iki cinsin en önemli farklılıkları ise Vicia’ da C6 guanido, Lathyrus’da ise latirin dahil C7 guanido bileşikleri veya a,g-diaminobutirik asitin depolanmasıdır.

---