Mali Özdemir
Üye
Canlıların Temel Bileşenleri ( Konu Anlatımı )
Tüm diğer maddeler gibi canlılarda temelde kimyasal sistemlerdir. Bu kimyasal sistemler diğerlerin farklı olarak özel bir organizasyona sahiptir.
Canlılar kimyasal kompozisyonları farklı da olsa, tüm canlılarda ortak olarak bulunan kimyasal maddeler mevcuttur.
İnorganik Besinler
1. Su:
Su dünyada bilinen tüm yaşamın sürekliliğinde büyük rol oynayan renksiz, tatsız ve kokusuz bir maddedir. Suyun kimyasal özellikleri dünya üzerindeki canlı yaşamının sürekliliğinde büyük rol oynar.
• Su iyi bilinen bir çözücü olmasından dolayı özel bir maddedir. Aslında birçok madde su içinde, diğer sıvılar içinde çözündüğünden daha iyi çözünür. Bu suyun polar bir molekül olmasından kaynaklanır. Yüklü gruplar içeren hemen tüm maddeler bu nedenle su içinde çözünme eğilimindedir. Bu da hücre içi metabolik reaksiyonların devam edebilmesinin en önemli sebeplerinden birisidir.
• Pek çok maddenin organizmaya alınabilmesi suda çözünebilmesine bağlıdır. Örneğin, solunum için gerekli olan O2’nin vücuda alınabilmesi için suda çözünmesi gerekir. Bu nedenle tüm solunum yüzeyleri nemlidir.
• Bilinen tüm sıvılar ısıları düştükçe hacim kaybeder. Hacim azalınca yoğunluk artar ve böylece soğuk olan kısımlar daha ağır hale gelir. Bu yüzden maddelerin katı halleri, sıvı hallerine göre daha ağırdır.
Ama suyun hacmi, bilinen tüm sıvıların aksine, belirli bir sıcaklığa (+ 4°C'ye) düşene kadar azalır, daha sonra tekrar artmaya başlar. Donduğunda ise hacmi sıvı hale göre daha fazladır. (Bu durumu basit bir deneyle gözlemlemek mümkündür. Plastik yada cam bir şişeyi ağzına kadar su ile doldurup ağzı açık şekilde dondurunuz. Son durum sizi gerçekten şaşırtacak.) Bu nedenle suyun katı hali, sıvı halinden daha hafiftir. Bu yüzden buz, suyun dibine batmayıp su üstünde yüzer.
Suyun bu özelliği yaşamın kış aylarında yada her zaman soğuk olan bölgelerde sudaki yaşamın devam etmesine olanak tanır. Deniz, nehir ve göllerin üst kısmı donar, buz üst kısımda kaldığı için su içindeki canlılar yaşamlarını sürdürmeye devam edebilirler.
• Suyun ısıyı iletebilme yeteneği bilinen diğer herhangi bir sıvıdan en az dört kat daha yüksektir. Buzun ve karın ise ısı iletkenlikleri düşüktür. Buz, havadaki soğuğu, altındaki su tabakasına çok az iletir. Böylece dışarıdaki hava -50°C'yi bulsa bile, denizin üstündeki buz tabakası 1-2 metreyi geçmez. Foklar, penguenler ve diğer kutup hayvanları, bu sayede denizin üstündeki buzu delip alttaki suya ulaşabilirler.
• Suyun ısı tutma kapasitesinin diğer sıvılara göre çok yüksektir. Bu durum denizlerin karalara göre daha geç ısınıp daha geç soğumalarını sağlar. Bu nedenle gece-gündüz arasındaki sıcaklık kurak ortamlarda 40 - 50 °C'ye kadar çıkarken, denizlerde en fazla birkaç derecelik bir sıcaklık farkı olur.
• Su, hücre metabolizmasının temelinde yer alan biyolojik katalizörlerin, yani enzimlerin çalışması içinde olmazsa olmaz bileşenlerdendir. Hücre içinde su konsantrasyonunun % 15'in altına düştüğü durumlarda enzimlerin çalışmadığı kabul edilir.
•Bu özelliklerinin yanı sıra, suyun kimyasal yapısı gereği su moleküllerin diğer moleküllerle ve kendi aralarındaki etkileşimleri de suya canlı yaşamı açısından önem katar. Kimyasal olarak bir maddenin kendi molekülleri arasında ilişki kurması kohezyon, yabancı moleküllerle ilişki kurması adhezyon olarak adlandırılır. Suyun kohezyon ve adhezyon yetenekleri, suyun belirli kılcal yapılar içinde kopmadan yükselmesine ve taşınmasına yardımcı olur. Bu da bitkilerin karada yaşamlarını sürdürmeleri açısından önem arz eder.
Vücudunuzun günlük kaybettiği su ihtiyacını karşılamak için günde 6-8 bardak su içmeniz gerekir. Vücut ağırlığının yüzdesi olarak su kaybının sonuçları şöyle sıralanabilir:
Asitler, bazlar ve tuzlar su içinde iyonlaşır. Saf su içinde iyon barındırmadığından elektriği iletmez. Ancak içinde iyonlaşabilen bir madde çözündüğünde elektrik açısından iletken özellik kazanır. Böyle maddelere elektrolit adı verilir.
Asitler:
Suda çözündüklerinde hidrojen iyonu (H+) konsantrasyonunu artıran maddelerdir. Vücutta görevli inorganik asitlerin (HCl gibi) yanı sıra organik asitler de bulunur. Asitli bileşikler turnusol kağıdını maviden kırmızıya dönüştürürler.
Bazlar:
Suda çözündüklerinde hidroksil iyonu (OH–
konsantrasyonunu artıran maddelerdir. Vücutta görevli inorganik bazların yanı sıra organik bazlar da bulunabilir. Turnusol kağıdını kırmızıdan maviye çevirirler.
Asit – Baz Dengesi:
Herhangi bir çözeltinin H iyonu derişimi o ortamının asitliğinin veya bazlığının bir ölçüsüdür. H iyonu derişiminin negatif logaritması pH olarak adlandırılır, ortamların asitlik ve bazlık değerlerini göstermekte kullanılır.
pH, 0 ile 14 arasında bir değer alır. Orta nokta olan 7 nötr, 0-7 aralığı asidik, 7-14 aralığı ise baziktir.
Biyokimyasal tepkimeleri gerçekleştiren enzimlerin çalışmasını asit ve bazlar etkilediği için, hücre içi ve hücre dışı sıvıların asit – baz dengesi son derece önemlidir.
Tuzlar:
Asit ve bazların kimyasal tepkimeye girmesiyle oluşan bileşiklerdir. Minerallerin pek çoğu vücuda tuzlar halinde alınır (yemeklerde kullandığımız sofra tuzu gibi).
3. Mineraller:
Doğada ve canlı vücudunda genellikle tuz halinde bulundukları için bu maddelere madensel tuzlar da denir. Tuz formunda bulunabilecekleri gibi organik bileşiklere bağlı olarak da bulunabilirler. Kaynakwh:
Minerallerin vücutta, kemik ve dişlerin yapısına katılma, vücut sıvılarının ozmotik basıncını ayarlama, vitamin, hormon ve enzimlerin yapısına katılma, kas kasılması ve sinir impulslarının iletimi gibi görevleri vardır.
Organik Besinler
Kimyada organik madde kavramı, içlerinde karbon - hidrojen bağları bulunduran maddeleri tanımlamaktadır. Canlıların yapısında yer alan temel organik bileşikler karbon ve hidrojene ek olarak oksijen de bulundururlar. Organik bileşenlerden karbonhidratlar, yağlar ve proteinler hem yapı maddesi hem de enerji verici olarak kullanılırlar. Vitaminler düzenleyici ve nükleik asitler ise (DNA ve RNA) yönetici moleküllerdir.
İnorganik maddeler bir araya gelerek daha kompleks maddeler oluşturma eğiliminde değildir. Ancak canlılar organik moleküllerden, istediklerinde parçalayabi-lecekleri, daha büyük ve karmaşık moleküller oluşturur. Organik moleküllerin oluşturduğu bu büyük moleküllere polimer, polimeri meydana getiren yapıtaşlarına ise monomer adı verilir.
Polimer oluşumu sırasında monomerler arasında kurulan bağ başına bir molekül su çıktığından bu sentez şekli dehidrasyon sentezi adını alır. Bu olayın tersi yani polimerin monomerlerine yıkımı ise bu bağların enzimler tarafından su katılarak yıkılmasıdır ki bu olaya “su ile parçalama” anlamında hidroliz denir. Bir canlının kendisi tarafından oluşturulan her tür polimer yine o canlı tarafından yıkılabilir.
Canlılar tarafından üretilen her tür polimerin yeniden kullanılabilmesi için sindirilmesi yani hidroliz ile monomerlerine ayrılması gereklidir.
Monomeri: Monosakkaritler
Monomerler arası bağ: Glikozit
Karbonhidratlar içerdikleri şeker sayısına göre monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olmak üzere üç grupta toplanır.
a. Monosakkaritler (Tek Şekerler):
Temel karbonhidratlardır. Yapılarında bulunan karbon atomlarının sayısına göre isimlendirilirler.
3C’lu Monosakkaritler – Triozlar
PGAL (fosfogliseraldehit) ve PGA (fosfogliserik asit) en iyi bilinen ileride işlevleri açıklanacak triozlardandır.
5C’lu Monosakkaritler – Pentozlar
• Riboz: ATP ve RNA moleküllerinin oluşumunda görev alan monosakkarit çeşididir.
• Deoksiriboz: Riboz molekülü ile karşılaştırıldığında bir oksijen atomu ek******. Adı da buradan gelir. DNA molekülünün oluşumunda görev alır.
6C’lu Monosakkaritler – Heksozlar
Glikoz, fruktoz ve galaktoz olmak üzere üç tipi bulunur. Her üç molekülün de kapalı formülü aynıdır (C6H12O6). Ancak molekülü oluşturan atomların farklı bağlanması bu molekülleri farklı kılar.
• Glikoz: Evrensel şeker molekülüdür. Yani tüm canlılar tarafından kullanılabilir. Ototrof canlılar tarafından inorganik maddelerden sentezlenir ve heterotrof canlılar beslenme sırasında bu molekülü ototroflardan alırlar. İnsan kanında bulunan şeker de glikozdur. Bu nedenle çoğu zaman kan şekeri olarak da adlandırılır. Beslenme sırasında besinlerle alınan diğer şeker molekülleri fruktoz ve galaktoz karaciğer tarafından glikoza dönüştürülerek vücudun kullanımına sunulur.
• Fruktoz: Bitkiler tarafından üretilen 6C’lu monosakkarittir. Meyve şekeri olarak da bilinir.
• Galaktoz: Memeli hayvanların süt salgısında bulunan laktozun temel şekerlerinden birisidir.
b. Disakkaritler (Çift Şekerler):
İki monosakkaritin enzimler aracılığıyla oluşturduğu daha büyük şekerlerdir. Bu birleşmede oluşan bağ glikozit olup tüm dehidrasyon sentezlerinde olduğu gibi burada da bağ başına bir su molekülü açığa çıkar.
Biyolojik olarak yalnız 6C’lu monosakkaritlerin disakkarit formu bulunur. Yine disakkaritlerin oluşumunda iki şekerden birisi mutlaka glikoz olmalıdır.
Hayvanlar tarafından besinlerle alınan maltoz ve sakkaroz hidroliz edilerek yani sindirilerek monomerlerine ayrıştırılır, oluşan monomerler de glikoza çevrilerek kullanılır.
c. Polisakkaritler (Büyük Şekerler):
Çok sayıda glikoz molekülünün dehidrasyon sentezi ile bir araya getirilmesi ile oluşan kompleks şekerlerdir. Diğer bir deyişle polisakkaritler glikoz polimerleridir. Tüm polisakkaritler glikozdan üretilir ancak glikoz moleküllerinin farklı şekillerde bağlanmasıyla farklı polisakkaritler oluşur.
Polisakkarit molekülleri sentezlenirken çok yüksek sayılarda glikoz tüketildiği için, polisakkarit sentez sırasında ortamın ozmotik basıncı dolayısıyla su tutma kapasitesi düşer. Hidroliz sırasında ise tersi olur. Çok sayıda glikoz açığa çıktığı için ortam ozmotik basıncı dolayısıyla su çekme gücü artar.
Canlılar glikoz polimerlerini yani polisakkaritleri iki farklı amaç için oluştururlar:
1. Depo İçin
• Nişasta
• Glikojen
2. Yapı İçin
• Selüloz
• Kitin
Nişasta: Bitkiler tarafından glikozun depo edilmesi amacıyla üretilen polisakkarittir. Fotosentezin gerçekleştiği yerlerde üretilen glikozun fazlası, depo edileceği doku ve organlara taşınır. Bitkisel hücrelerde bulunan lökoplast organeli tarafından glikozlar nişastaya çevrilerek depolanır.
Herhangi bir besinde nişasta bulunup bulunmadığı besine iyot çözeltisi damlatılarak anlaşılabilir. Nişasta iyot ile mavi-mor renk verir.
Glikojen: Bakteriler, mantarlar ve hayvanlar tarafından glikozun depo edilmesi için üretilen polisakkarit şeklidir. Hayvan nişastası olarak da adlandırılan bu molekül suda çözünebilir.
Glikojen insanlarda kan yoluyla vücuda dağıtılır. Glikozun fazlası karaciğer ve kasta glikojene çevrilir. Vücudun glikoza ihtiyaç duyması durumunda karaciğerde glikojen sindirilerek glikozlar kan yoluyla hücrelere gönderilir. Kas tarafında depolanmış olan glikojen artık diğer vücut hücreleri için kullanılamaz.
Selüloz: Bitkilerde hücre çeperi selüloz adı verilen polisakkaritten sentezlenir. Hücrelerin temel yapı maddelerinden birisi olan selüloz elbetteki suda çözünmez.
Hayvanlar tarafından bitkilerden veya hayvanlardan elde edilen polimerlerin kullanılabilmesi sindirim sistemi tarafından bunların hidroliz edilmesi ile sağlanır. Omurgalı canlılarda depo polisakkaritler olan nişasta ve glikojen için sindirim enzimleri bulunurken selülozun sindirimi için gerekli enzim bulunmaz. Otçul beslenen canlılar selülozu bağırsaklarında yaşayan bakteriler yardımıyla kullanabilir. Bu bakteriler selülozu sindirerek glikozlara ayırırlar ve hayvan bu glikozları kullanır.
İnsanlarda ise bu bakteriler de bulunmaz. Besinlerle elde edilen selüloz sindirilmeden dışkı ile dışarı atılır. Selüloz bağırsakların çalışmasını teşvik edici niteliktedir.
Yağlar (Lipidler)
Monomer: Yağ asitleri ve Gliserol
Monomerler arası bağ: Ester
Yağlar C, H ve O elementlerine ek olarak bileşimlerinde P ve N da taşıyabilir.
Gliserol + 3 Yağ Asidi -----> Nötr Yağ + 3H2O
Kimyasal olarak bir alkol (burada gliserol) ile bir asit arasında kurulan bağa ester bağı adı verilir. Bu nedenle nötr yağ oluşumunu sağlayan dehidrasyon sentezi esterleşme olarak da adlandırılır.
Nötr yağlar canlıların temel depo maddeleridir. Öyle ki karbonhidratların fazlası da yağ şeklinde depo edilir.
Doğada bir çok farklı yağ bulunur. Yağları birbirinden farklı kılan şey yağ sentezinde kullanılan asitlerin farklı oluşudur. Yağ asitleri bir karboksil ( - COOH) grubu ile sonlanan uzun hidrokarbon zincirleridir. Zinciri oluşturan karbon sayısı değiştikçe yağ asidinin özellikleri de değişir.
Karbon atomu kimyasal olarak dört bağ yapar. Yağ asitlerini oluşturan karbonlar birbirleri ile bağlanırken karbonun eksik kalan bağları H ile tamamlanır. Tüm karbonları H ile doyurulmuş olan yağ asitleri doymuş yağ asitleri, bunlardan sentezlenen yağlar ise doymuş yağlar olarak adlandırılır. Doymuş yağlar hayvansal kaynaklı olup oda sıcaklığında katıdır.
Karbonları eksik sayıda H taşıyan yağ asitleri (ki eksik bağlar karbonların kendi aralarında yaptıkları ikinci bir bağ ile tamamlanır.) hidrojene doymadıkları için doymamış yağ asitleri, bunlardan elde edilen yağlar ise doymamış yağlar olarak adlandırılır. Doymamış yağlar bitkisel kaynaklı olup oda sıcaklığında sıvıdır.
Nötr yağlarda bulunan üç yağ asidinden birisinin yerine bir fosfat grubu bağlanarak fosfolipitler, karbonhidrat bağlanarak glikolipitler elde edilir. Fosfolipitler özellikle (hücre zarı gibi) biyolojik zarların temel yapıtaşları olmaları açısından önemlidir.
Gliserol ve yağ asidi monomerlerinden oluşmayan ancak kimyasal olarak lipitler sınıfında yer alan diğer bir grup steroitlerdir. Bunlardan kolesterol hücre zarının yapısına katılırken diğer bazı hormonlar steroit yapıdadır.
Yağların Özellikleri
• Suda çözünmezler. Aseton, eter ve kloroform gibi organik çözücülerde çözünebilirler.
• Yapıcı ve onarıcı ve (steroitlerden dolayı) düzenleyicidirler.
• Organların çevresinde ve deri altında depolanabilirler. Böylece organlar korunur ve deri altı yağ tabakası ısı yalıtımı sağlar.
• Karbonhidratlardan sonra enerji verici olarak kullanılırlar. O2’li solunumda yıkımları hem çok enerji verir, hem de çok metabolik su oluşturur. Bu nedenle göçmen kuşlar göçten önce, kış uykusuna yatan canlılar yatmadan önce yağ depolarlar. Bir çöl hayvanı olan devede bolca bulunan depo yağ, gerektiğinde yıkılarak metabolik su oluşturulur.
• Bazı vitaminleri çözerek depolanabilmesini sağlar.
Proteinler
Monomer: Aminoasitler (20 çeşit)
Monomerler arası bağ adı: peptit
Canlılarda en çok bulunan organik moleküllerdir. Yapısal ve işlevsel fonksiyonlarının yanı sıra zorunlu durumlarda enerji hammaddesi olarak da kullanılabilirler. Yapıları aminoasit adı verilen monomerlerden oluşur. Doğada proteinlerin yapısına katılan 20 çeşit aminoasit bulunur. Tüm aminoasitlerde merkezi bir karbon atomuna bağlı bir amin (-NH2) grubu, bir karboksil (-COOH) grubu ve üçüncü bir grup (R ile gösterilir) bulunur. Aminoasitlerin birbirlerinden farklı olması aminoasitten aminoasite farklı olan bu R grupları sayesinde sağlanır. Bu monomerlerin isimleri de taşıdıkları amin ve asidik özellikteki karboksil grubundan kaynaklanır.
Amin grubunun bazik özelliği, karboksil grubunun asidik özelliği nedeniyle aslında aminoasitler amfoter maddeler olarak düşünülebilir. Ancak R grubunun varlığı aminoasitleri kimyasal olarak üç gruba ayırmamıza sebep olur:
1. Asidik aminoasitler
2. Bazik aminoasitler
3. Nötr aminoasitler
Aminoasitler dehidrasyon sentezi sırasında bağlanırken birinin amin grubu ile diğerinin karboksil grubu arasında bağ kurulur ve bu bağa peptit bağı adı verilir. Bu nedenle protein sentezlenmesi olayına bazen peptitleşme de denilir.
Üç aminoasitin birleşmesiyle tripeptit, daha fazla sayıda aminoasitin birleşmesiyle de pepton (küçük proteinler) ve polipeptit (protein) molekülleri oluşur.
Proteinlerin yapısını oluşturan aminoasitlerin tüm çeşitleri üretici (bitkiler) canlılarca sentezlenebilir. Ancak bazı tüketici canlılar, 20 çeşit aminoasitin bir kısmını üretebilirken bir kısmını üretemezler. Bu canlılar üretemedikleri aminoasitleri besinler yoluyla dışarıdan hazır olarak almak zorundadır. Tüketici bazı canlıların üretemediği ve dışarıdan hazır olarak almak zorunda olduğu bu aminoasitlere, zorunlu (esansiyel = temel) aminoasitler denir.
Diğer organik moleküllerden farklı olarak protein molekülleri sadece monomerlerin bir araya getirilmesi ile üretilmezler. Proteini oluşturan her bir aminoasitin
1. sayı
2. sıra ve
3. çeşiti
DNA adı verilen özel bir molekül tarafından belirlenir. Her canlının DNA’sı kendisine özgüdür. Bu anlamda DNA’ları benzer canlıların proteinleri de benzer olur. Bunun tersi de doğrudur.
Yakın akraba olan bireylerde DNA benzerliğinin fazla olması, bu bireylerde protein benzerliğinin de fazla olduğunu gösterir. Bu nedenle doku ve organ nakillerinde yakın akrabalar tercih edilir.
Proteinlerin organizmadaki fonksiyonları şöyle sıralanabilir:
• Proteinler yapıya katılarak hücrenin kuru ağırlığının büyük bir kısmını oluştururlar.
• Hücrede metabolik tepkimelerin gerçekleşmesini sağlayan enzimler protein yapıdadır.
•Hücre zarı üzerindeki reseptör ve taşıyıcı yapılar proteinlerden oluşur.
• Hormonların bir bölümü basit peptit ve protein yapıdadır.
• Vücuda giren yabancı maddelere karşı, savunma hücrelerince (örneğin akyuvar) üretilip salgılanan antikorlar proteindir.
• Zorunlu durumlarda enerji eldesinde kullanılırlar.
• Kanın osmotik basıncı bazı proteinler tarafından sağlanır.
Protein eksikliği canlılarda:
• Yaralanan kısımların onarılamaması
• Büyümede yavaşlama
• Savunma sisteminin zayıflaması
• Zihinsel gelişmenin yavaşlaması
• Vücutta ödem oluşumu
• Vücut metabolizmasının yavaşlaması
• Kansızlık gibi sorunlara neden olur.
Enzimler
Kimyasal reaksiyonlar ister enerji verici (endergonik), ister enerji alıcı (egzergonik) karakterde olsunlar, reaksiyona girecek olan maddelerin belirli bir enerji düzeyine kadar aktifleştirilmeleri gerekir. Yine buna ek olarak kimyasal reaksiyonların yüksek basınç yada yüksek sıcaklık gibi özel şartlara gereksinim duyabilir.
Kimyasal reaksiyonların daha ılımlı koşullarda ve daha hızlı gerçekleşmesini sağlayan maddelere katalizör adı verilir.
Katalizörler;
- Reaksiyonlar için gerekli aktivasyon enerjisini düşürür.
- Reaksiyonları hızlandırır.
- Reaksiyonları başlatmaz.
- Reaksiyonlara enerji vermez.
- Reaksiyondan çıkacak ürünlerin çeşidini değiştirmez.
- Reaksiyondan etkilenmez, dolayısıyla tekrar tekrar kullanılabilirler.
Biyolojik dünyada canlıların hücre içi organik katalizörleri enzimlerdir. Enzimler hücrede katalizleme işi yürüten işlevsek proteinlerdir. Dolayısıyla katalizörlerin yukarıda sayılan özellikleri enzimler için de geçerlidir.
Canlı sistemin katalizörü olan enzimler, tepkimelerin aktivasyon enerjisini düşürürler ve böylece tepkimeleri hızlandırırlar
Sadece proteinden oluşan (üreaz ve pepsin gibi) enzimlere basit enzim denir. Pek çok enzim aktifleşmek için bir yardımcı kısma ihtiyaç duyar. Bu tip enzimlere de bileşik enzim (holoenzim) denir. Bileşik enzimlerin protein kısmına apoenzim, yardımcı kısmına ko–kısım (koenzim veya kofaktör) denir.
Apoenzim (protein kısım), enzimin hangi maddeye (substrat) etki edeceğini belirler. Ko–kısım ise tepkimeyi bizzat gerçekleştirir. Ko–kısım apoenzimle birleşip ayrılabilir.
Ko–kısım bir vitamin ise koenzim, mineral bir madde (Fe, Mg vs) ise kofaktör ismini alır.
Enzimin etki ettiği maddeye substrat denir. Enzimlerin substrat ile tepkimeye girdiği bölümüne aktif bölge denir.
Enzimlerin Görev ve Özellikleri:
•Enzimler substratlarına özgündür. Enzim ile substrat arasında yüzey uygunluğu vardır (Anahtar – kilit uyumu).
•Enzimler tepkimeleri başlatmazlar. Substratları aktive etmezler. Bu nedenle tepkimelere girdikleri gibi çıkarlar.
•Bazı enzimler tepkimeleri çift yönlü gerçekleştirebilir. Bu tür tepkimelere tersinir tepkime denir.
•Enzimler substratlarına dış yüzeyinden başlayarak etki ederler. Substratın yüzey genişliği arttıkça enzimsel tepkimenin hızı da artar. Besin maddelerini dişler yardımıyla mekanik olarak sindirmemizin nedeni enzimlerin etki yüzeylerini arttırmaktır.
•Uygun ortamlarda hücre dışında da çalışabilirler.
•Tekrar tekrar kullanılabilirler.
•Takım halinde çalışabilirler. Yani bir enzimin gerçekleştirdiği tepkimenin son ürünü diğer bir enzimin substratı olabilir. Enzimatik tepkimelerde oluşan son ürün yeterli seviyeye ulaştığında tepkimeye giren enzim üzerine inhibitör etki yaparak tepkimenin durmasına neden olur. Böylece tepkime ile oluşan son ürünün ortamda birikmesi engellenir. Bu durum geri bildirim (feed – back) olarak tanımlanır.
•Genelde enzimler etki ettikleri substratlarının arkasına – az eki getirilerek isimlendirilir (Maltaz, Sükraz, Üreaz gibi).
•Bir enzimin sentezi için DNA’da bulunan belli bir nükleotid bölümü (Gen) şifre vererek enzim sentezini gerçekleştirir. Buna bir gen – bir enzim hipotezi denir. Gende meydana gelebilecek bir mutasyon istenilen enzimin sentezini engeller veya hatalı enzim sentezlenir. Bu durumda tepkime gerçekleşmez, substrat da ürüne dönüşemez.
Enzimatik Tepkimeleri Etkileyen Faktörler:
Enzimatik tepkimelerin hızını etkileyen (olumlu ya da olumsuz) faktörler vardır. Bu faktörler sıcaklık, su, pH, kimyasal maddeler ve enzim – substrat derişimi olabilir.
1. Sıcaklık:
Enzimler protein yapıda olduklarından belli bir sıcaklık aralığında çalışırlar. Bir enzimin maksimum hızda çalıştığı sıcaklık optimum (ideal) sıcaklıktır. Bu ideal sıcaklıktan uzaklaştıkça, (sıcaklık artsa da azalsa da) reaksiyon yavaşlar.
Optimum sıcaklık aralığı canlıdan canlıya farklılık gösterebilir. Örneğin, insan vücudundaki enzimler için optimum sıcaklık aralığı 36,5 °C ile 37°C arasıdır. Optimum sıcaklığın üzerinde genellikle 58 – 60 0C’de yapıları bozulur. Ortam eski haline döndürülse bile enzimler yapıları bozulduğu için çalışmaz. Düşük sıcaklıkta enzimlerin yapısı bozulmaz. Ancak istenilen ölçüde işlev de yapamazlar.
2. Su:
Enzimlerin işlerliği, suda çözünmelerine bağlı olarak gerçekleşir. Genellikle % 15 su oranının altında enzimler işlev yapamaz. Tohumun su olmadan çimlenememesi bu duruma en güzel örnektir.
3. pH:
Her enzimin maksimum düzeyde etkinlik gösterdiği optimum bir pH aralığı vardır. Optimum değerin üstünde ya da altındaki pH’larda enzimler yavaş çalışır. Yanda verilen grafikte, mide enzimleri için optimum pH = 2, hücre içi enzimleri için 7,4 ve ince bağırsaktaki bir enzim için optimum pH = 8,5 tir.
4. Kimyasal Maddelerin Etkisi:
Bazı kimyasal maddeler enzimlerin çalışmalarını ızlandırıken bazıları yavaşlatır. Enzimleri hızlandıran maddelere aktivatör yavaşlatıcı maddelere inhibitör denir.
5. Enzim / Substrat Derişimi:
a. Enzim Yoğunluğu:
Yeterli miktarda substratın bulunduğu ortama enzim ilavesi tepkimenin hızını arttırır. Ancak bazı durumlarda oluşan son ürün miktarının artışı enzim üzerine inhibitör etki yapabilir. Bu durumda tepkimenin hızı da düşer.
b. Substrat Yoğunluğu:
Enzim miktarının sabit olduğu bir ortama substrat ilavesi tepkime hızını arttırır. Enzimin substrata doymasıyla tepkime hızı sabitlenir.
6. Substrat Yüzeyi:
Enzim miktarının yeterli olduğu durumda, substrat yüzeyinin arttırılması tepkimenin hızını arttırır.
Nükleik Asitler (Yönetici Moleküller)
İlk olarak çekirdekte bulundukları ve asidik özellikte oldukları için çekirdek asitleri anlamında nükleik asitler olarak adlandırılmışlardır. Tüm canlı hücrelerde bulunması zorunlu bu maddeler nükleotid adı verilen monomerlerden oluşur.
Bir nükleotidin yapısal olarak azotlu bir baz, 5 karbonlu bir şeker ve fosfattan oluşur.
Canlılarda nükleotidler iki farklı 5 karbonlu şeker taşır;
• Eğer nükleotid 5’lu şeker olarak riboz taşıyorsa ribonükleotid,
• Eğer nükleotid 5C’lu şeker olarak deoksiriboz taşıyorsa deoksiribonükleotid olarak adlandırılır.
Çok sayıda ribonükleotidin dehidrasyon sentezinde bir araya getirilmesi ile RiboNükleik Asit (RNA),
Çok sayıda deoksiribonükleotidin dehidrasyon sentezinde bir araya getirilmesi ile DeoksiriboNükleik Asit (DNA) oluşur.
Bu iki nükleik asitin temel farkları monomerlerinin içerdiği şeker türü olsa da aralarında başka farklar da bulunur.
RNA azotlu baz olarak Adenin, Guanin, Sitozin ve Urasil içerirken DNA Adenin, Guanin, Sitozin ve Timine sahiptir.
Adenin ve Guanin bazları kimyasal olarak iki halkalı moleküller olup pürin bazları şeklinde adlandırılırlar. Sitozin, Urasil ve Timin ise tek halkalı bazlar olup pirimidin bazları olarak adlandırılır.
Nükleik asitlerin monomerleri nükleotidler birbirlerine bağlanırken birinin şekeri ile diğerinin fosfatı arasında bağ kurulur. Arada oluşan bağ fosfodiester bağı olarak adlandırılır. RNA molekülü tek zincirli bir moleküldür.
Ancak DNA’da her zaman adeninin timinle, guaninin sitozinle eşleştiği iki uzun zincir bulunur. DNA molekülünde ipliklerden birisi baz eşleşmesi kuralına göre diğerinden sentezlenir. Bu iki iplik bazlar arasında kurulan hidrojen bağları ile bir arada tutulur. Adenin ile timin bazları arasında iki hidrojen bağı, guanin ile sitozin arasında da üç hidrojen bağı bulunur.
Buna göre bir DNA molekülünde bir adeninin karşısına her zaman bir timin, bir guaninin karşısına her zaman bir sitozin gelmektedir. Böylece DNA’daki adenin sayısı timin sayısına, guanin sayısı da sitozin sayısına eşit olur.
RNA tek iplikli olduğu için bu molekülde böyle bir eşitlikten bahsedilemez.
Vitaminler
Büyüme, gelişme ve metabolizmanın devamı için gerekli basit organik moleküllerdir. Diğer organik moleküllerden iki temel farkları vardır:
1. Asla enerji verici olarak kullanılmazlar. Düzenleyicidirler.
2. Polimer formları yoktur, hepsi monomerdir. Dolayısıyla hidroliz edilmezler yani sindirilmezler.
Vitaminler enzimlerin yapısına katılır ve dolayısıyla metabolizmanın düzenlenmesinde görev alırlar.
Kimyasal özelliklerine göre iki gruba ayrılırlar:
1. Suda Çözünenler
Suda çözündüklerinden depolanamazlar. Günlük alınmaları gerekir. Fazlası su ile vücuttan atılır.
B vitamini: Beriberi hastalığı
C vitamini: Skorbit A vitamini: Gece körlüğü
2. Yağda Çözünenler
Yağda çözündükleri için yağ dokuda depolanırlar. Depolandıklarından eksiklikleri hemen hissedilmez.
A vitamini: Gece körlüğü
D vitamini: Raşitizm
E vitamini: Kısırlık
K vitamini: Kan Pıhtılaşmama
Vitaminlerin görev ve özellikleri:
•Yüksek sıcaklık ve ışıkta çok çabuk bozulurlar. Bu nedenle taze tüketilmeleri gerekir.
•B ve C vitaminleri depolanamadıkları için günlük olarak alınmalıdır.
•Bir vitaminin eksikliği başka bir vitamin tarafında giderilemez.
•Eksiklikleri gibi fazla olmaları da zararlıdır
Canlılar kimyasal kompozisyonları farklı da olsa, tüm canlılarda ortak olarak bulunan kimyasal maddeler mevcuttur.
İnorganik Besinler
1. Su:
Su dünyada bilinen tüm yaşamın sürekliliğinde büyük rol oynayan renksiz, tatsız ve kokusuz bir maddedir. Suyun kimyasal özellikleri dünya üzerindeki canlı yaşamının sürekliliğinde büyük rol oynar.
• Su iyi bilinen bir çözücü olmasından dolayı özel bir maddedir. Aslında birçok madde su içinde, diğer sıvılar içinde çözündüğünden daha iyi çözünür. Bu suyun polar bir molekül olmasından kaynaklanır. Yüklü gruplar içeren hemen tüm maddeler bu nedenle su içinde çözünme eğilimindedir. Bu da hücre içi metabolik reaksiyonların devam edebilmesinin en önemli sebeplerinden birisidir.
• Pek çok maddenin organizmaya alınabilmesi suda çözünebilmesine bağlıdır. Örneğin, solunum için gerekli olan O2’nin vücuda alınabilmesi için suda çözünmesi gerekir. Bu nedenle tüm solunum yüzeyleri nemlidir.
• Bilinen tüm sıvılar ısıları düştükçe hacim kaybeder. Hacim azalınca yoğunluk artar ve böylece soğuk olan kısımlar daha ağır hale gelir. Bu yüzden maddelerin katı halleri, sıvı hallerine göre daha ağırdır.
Ama suyun hacmi, bilinen tüm sıvıların aksine, belirli bir sıcaklığa (+ 4°C'ye) düşene kadar azalır, daha sonra tekrar artmaya başlar. Donduğunda ise hacmi sıvı hale göre daha fazladır. (Bu durumu basit bir deneyle gözlemlemek mümkündür. Plastik yada cam bir şişeyi ağzına kadar su ile doldurup ağzı açık şekilde dondurunuz. Son durum sizi gerçekten şaşırtacak.) Bu nedenle suyun katı hali, sıvı halinden daha hafiftir. Bu yüzden buz, suyun dibine batmayıp su üstünde yüzer.
Suyun bu özelliği yaşamın kış aylarında yada her zaman soğuk olan bölgelerde sudaki yaşamın devam etmesine olanak tanır. Deniz, nehir ve göllerin üst kısmı donar, buz üst kısımda kaldığı için su içindeki canlılar yaşamlarını sürdürmeye devam edebilirler.
• Suyun ısıyı iletebilme yeteneği bilinen diğer herhangi bir sıvıdan en az dört kat daha yüksektir. Buzun ve karın ise ısı iletkenlikleri düşüktür. Buz, havadaki soğuğu, altındaki su tabakasına çok az iletir. Böylece dışarıdaki hava -50°C'yi bulsa bile, denizin üstündeki buz tabakası 1-2 metreyi geçmez. Foklar, penguenler ve diğer kutup hayvanları, bu sayede denizin üstündeki buzu delip alttaki suya ulaşabilirler.
• Suyun ısı tutma kapasitesinin diğer sıvılara göre çok yüksektir. Bu durum denizlerin karalara göre daha geç ısınıp daha geç soğumalarını sağlar. Bu nedenle gece-gündüz arasındaki sıcaklık kurak ortamlarda 40 - 50 °C'ye kadar çıkarken, denizlerde en fazla birkaç derecelik bir sıcaklık farkı olur.
• Su, hücre metabolizmasının temelinde yer alan biyolojik katalizörlerin, yani enzimlerin çalışması içinde olmazsa olmaz bileşenlerdendir. Hücre içinde su konsantrasyonunun % 15'in altına düştüğü durumlarda enzimlerin çalışmadığı kabul edilir.
•Bu özelliklerinin yanı sıra, suyun kimyasal yapısı gereği su moleküllerin diğer moleküllerle ve kendi aralarındaki etkileşimleri de suya canlı yaşamı açısından önem katar. Kimyasal olarak bir maddenin kendi molekülleri arasında ilişki kurması kohezyon, yabancı moleküllerle ilişki kurması adhezyon olarak adlandırılır. Suyun kohezyon ve adhezyon yetenekleri, suyun belirli kılcal yapılar içinde kopmadan yükselmesine ve taşınmasına yardımcı olur. Bu da bitkilerin karada yaşamlarını sürdürmeleri açısından önem arz eder.
Vücudunuzun günlük kaybettiği su ihtiyacını karşılamak için günde 6-8 bardak su içmeniz gerekir. Vücut ağırlığının yüzdesi olarak su kaybının sonuçları şöyle sıralanabilir:
%1: Susuzluk hissi, ısı düzeninin bozulması, performans azalması
%2: Isı artması, artan susuzluk hissi %3: vücut ısı düzenin iyice bozulması, aşırı susuzluk hissi, %4: fiziksel performansın %20-30 düşmesi
%5: Baş ağrısı, yorgunluk
%6: Halsizlik, titreme
%7: Fiziksel aktivite sürerse bayılma Kaynakwh:
%10: Bilinç kaybı
%11: Olası ölüm
2. Elektrolitler:%2: Isı artması, artan susuzluk hissi %3: vücut ısı düzenin iyice bozulması, aşırı susuzluk hissi, %4: fiziksel performansın %20-30 düşmesi
%5: Baş ağrısı, yorgunluk
%6: Halsizlik, titreme
%7: Fiziksel aktivite sürerse bayılma Kaynakwh:
Linkleri görüntülemek için kayıt olmalısınız
%10: Bilinç kaybı
%11: Olası ölüm
Asitler, bazlar ve tuzlar su içinde iyonlaşır. Saf su içinde iyon barındırmadığından elektriği iletmez. Ancak içinde iyonlaşabilen bir madde çözündüğünde elektrik açısından iletken özellik kazanır. Böyle maddelere elektrolit adı verilir.
Asitler:
Suda çözündüklerinde hidrojen iyonu (H+) konsantrasyonunu artıran maddelerdir. Vücutta görevli inorganik asitlerin (HCl gibi) yanı sıra organik asitler de bulunur. Asitli bileşikler turnusol kağıdını maviden kırmızıya dönüştürürler.
Bazlar:
Suda çözündüklerinde hidroksil iyonu (OH–
konsantrasyonunu artıran maddelerdir. Vücutta görevli inorganik bazların yanı sıra organik bazlar da bulunabilir. Turnusol kağıdını kırmızıdan maviye çevirirler.Asit – Baz Dengesi:
Herhangi bir çözeltinin H iyonu derişimi o ortamının asitliğinin veya bazlığının bir ölçüsüdür. H iyonu derişiminin negatif logaritması pH olarak adlandırılır, ortamların asitlik ve bazlık değerlerini göstermekte kullanılır.
pH, 0 ile 14 arasında bir değer alır. Orta nokta olan 7 nötr, 0-7 aralığı asidik, 7-14 aralığı ise baziktir.
Biyokimyasal tepkimeleri gerçekleştiren enzimlerin çalışmasını asit ve bazlar etkilediği için, hücre içi ve hücre dışı sıvıların asit – baz dengesi son derece önemlidir.
Tuzlar:
Asit ve bazların kimyasal tepkimeye girmesiyle oluşan bileşiklerdir. Minerallerin pek çoğu vücuda tuzlar halinde alınır (yemeklerde kullandığımız sofra tuzu gibi).
3. Mineraller:
Doğada ve canlı vücudunda genellikle tuz halinde bulundukları için bu maddelere madensel tuzlar da denir. Tuz formunda bulunabilecekleri gibi organik bileşiklere bağlı olarak da bulunabilirler. Kaynakwh:
Linkleri görüntülemek için kayıt olmalısınız
Minerallerin vücutta, kemik ve dişlerin yapısına katılma, vücut sıvılarının ozmotik basıncını ayarlama, vitamin, hormon ve enzimlerin yapısına katılma, kas kasılması ve sinir impulslarının iletimi gibi görevleri vardır.
Organik Besinler
Kimyada organik madde kavramı, içlerinde karbon - hidrojen bağları bulunduran maddeleri tanımlamaktadır. Canlıların yapısında yer alan temel organik bileşikler karbon ve hidrojene ek olarak oksijen de bulundururlar. Organik bileşenlerden karbonhidratlar, yağlar ve proteinler hem yapı maddesi hem de enerji verici olarak kullanılırlar. Vitaminler düzenleyici ve nükleik asitler ise (DNA ve RNA) yönetici moleküllerdir.
İnorganik maddeler bir araya gelerek daha kompleks maddeler oluşturma eğiliminde değildir. Ancak canlılar organik moleküllerden, istediklerinde parçalayabi-lecekleri, daha büyük ve karmaşık moleküller oluşturur. Organik moleküllerin oluşturduğu bu büyük moleküllere polimer, polimeri meydana getiren yapıtaşlarına ise monomer adı verilir.
Polimer oluşumu sırasında monomerler arasında kurulan bağ başına bir molekül su çıktığından bu sentez şekli dehidrasyon sentezi adını alır. Bu olayın tersi yani polimerin monomerlerine yıkımı ise bu bağların enzimler tarafından su katılarak yıkılmasıdır ki bu olaya “su ile parçalama” anlamında hidroliz denir. Bir canlının kendisi tarafından oluşturulan her tür polimer yine o canlı tarafından yıkılabilir.
Canlılar tarafından üretilen her tür polimerin yeniden kullanılabilmesi için sindirilmesi yani hidroliz ile monomerlerine ayrılması gereklidir.
Dehidrasyon Sentezi
n (monomer) -----------> polimer + (n-1) H2O
Hidroliz
polimer + (n-1) H2O -----------> n (monomer)
Karbonhidratlarn (monomer) -----------> polimer + (n-1) H2O
Hidroliz
polimer + (n-1) H2O -----------> n (monomer)
Monomeri: Monosakkaritler
Monomerler arası bağ: Glikozit
Karbonhidratlar içerdikleri şeker sayısına göre monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olmak üzere üç grupta toplanır.
a. Monosakkaritler (Tek Şekerler):
Temel karbonhidratlardır. Yapılarında bulunan karbon atomlarının sayısına göre isimlendirilirler.
3C’lu Monosakkaritler – Triozlar
PGAL (fosfogliseraldehit) ve PGA (fosfogliserik asit) en iyi bilinen ileride işlevleri açıklanacak triozlardandır.
5C’lu Monosakkaritler – Pentozlar
• Riboz: ATP ve RNA moleküllerinin oluşumunda görev alan monosakkarit çeşididir.
• Deoksiriboz: Riboz molekülü ile karşılaştırıldığında bir oksijen atomu ek******. Adı da buradan gelir. DNA molekülünün oluşumunda görev alır.
6C’lu Monosakkaritler – Heksozlar
Glikoz, fruktoz ve galaktoz olmak üzere üç tipi bulunur. Her üç molekülün de kapalı formülü aynıdır (C6H12O6). Ancak molekülü oluşturan atomların farklı bağlanması bu molekülleri farklı kılar.
• Glikoz: Evrensel şeker molekülüdür. Yani tüm canlılar tarafından kullanılabilir. Ototrof canlılar tarafından inorganik maddelerden sentezlenir ve heterotrof canlılar beslenme sırasında bu molekülü ototroflardan alırlar. İnsan kanında bulunan şeker de glikozdur. Bu nedenle çoğu zaman kan şekeri olarak da adlandırılır. Beslenme sırasında besinlerle alınan diğer şeker molekülleri fruktoz ve galaktoz karaciğer tarafından glikoza dönüştürülerek vücudun kullanımına sunulur.
• Fruktoz: Bitkiler tarafından üretilen 6C’lu monosakkarittir. Meyve şekeri olarak da bilinir.
• Galaktoz: Memeli hayvanların süt salgısında bulunan laktozun temel şekerlerinden birisidir.
b. Disakkaritler (Çift Şekerler):
İki monosakkaritin enzimler aracılığıyla oluşturduğu daha büyük şekerlerdir. Bu birleşmede oluşan bağ glikozit olup tüm dehidrasyon sentezlerinde olduğu gibi burada da bağ başına bir su molekülü açığa çıkar.
Biyolojik olarak yalnız 6C’lu monosakkaritlerin disakkarit formu bulunur. Yine disakkaritlerin oluşumunda iki şekerden birisi mutlaka glikoz olmalıdır.
Glikoz + Glikoz -----------> Maltoz + 1 molekül H2O
Glikoz + Fruktoz ---------> Sakkaroz + 1 molekül H2O
Glikoz + Galaktoz --------> Laktoz + 1 molekül H2O
Bu şekerler monosakkaritlere nazaran daha az tatlıdır. Maltoz ve Sakaroz (Sükroz da denir.) yalnız bitkilerde sentezlenirken Laktoz (Süt Şekeri) yalnız hayvansal kaynaklıdır.Glikoz + Fruktoz ---------> Sakkaroz + 1 molekül H2O
Glikoz + Galaktoz --------> Laktoz + 1 molekül H2O
Hayvanlar tarafından besinlerle alınan maltoz ve sakkaroz hidroliz edilerek yani sindirilerek monomerlerine ayrıştırılır, oluşan monomerler de glikoza çevrilerek kullanılır.
c. Polisakkaritler (Büyük Şekerler):
Çok sayıda glikoz molekülünün dehidrasyon sentezi ile bir araya getirilmesi ile oluşan kompleks şekerlerdir. Diğer bir deyişle polisakkaritler glikoz polimerleridir. Tüm polisakkaritler glikozdan üretilir ancak glikoz moleküllerinin farklı şekillerde bağlanmasıyla farklı polisakkaritler oluşur.
Polisakkarit molekülleri sentezlenirken çok yüksek sayılarda glikoz tüketildiği için, polisakkarit sentez sırasında ortamın ozmotik basıncı dolayısıyla su tutma kapasitesi düşer. Hidroliz sırasında ise tersi olur. Çok sayıda glikoz açığa çıktığı için ortam ozmotik basıncı dolayısıyla su çekme gücü artar.
Canlılar glikoz polimerlerini yani polisakkaritleri iki farklı amaç için oluştururlar:
1. Depo İçin
• Nişasta
• Glikojen
2. Yapı İçin
• Selüloz
• Kitin
Nişasta: Bitkiler tarafından glikozun depo edilmesi amacıyla üretilen polisakkarittir. Fotosentezin gerçekleştiği yerlerde üretilen glikozun fazlası, depo edileceği doku ve organlara taşınır. Bitkisel hücrelerde bulunan lökoplast organeli tarafından glikozlar nişastaya çevrilerek depolanır.
Herhangi bir besinde nişasta bulunup bulunmadığı besine iyot çözeltisi damlatılarak anlaşılabilir. Nişasta iyot ile mavi-mor renk verir.
Glikojen: Bakteriler, mantarlar ve hayvanlar tarafından glikozun depo edilmesi için üretilen polisakkarit şeklidir. Hayvan nişastası olarak da adlandırılan bu molekül suda çözünebilir.
Glikojen insanlarda kan yoluyla vücuda dağıtılır. Glikozun fazlası karaciğer ve kasta glikojene çevrilir. Vücudun glikoza ihtiyaç duyması durumunda karaciğerde glikojen sindirilerek glikozlar kan yoluyla hücrelere gönderilir. Kas tarafında depolanmış olan glikojen artık diğer vücut hücreleri için kullanılamaz.
Selüloz: Bitkilerde hücre çeperi selüloz adı verilen polisakkaritten sentezlenir. Hücrelerin temel yapı maddelerinden birisi olan selüloz elbetteki suda çözünmez.
Hayvanlar tarafından bitkilerden veya hayvanlardan elde edilen polimerlerin kullanılabilmesi sindirim sistemi tarafından bunların hidroliz edilmesi ile sağlanır. Omurgalı canlılarda depo polisakkaritler olan nişasta ve glikojen için sindirim enzimleri bulunurken selülozun sindirimi için gerekli enzim bulunmaz. Otçul beslenen canlılar selülozu bağırsaklarında yaşayan bakteriler yardımıyla kullanabilir. Bu bakteriler selülozu sindirerek glikozlara ayırırlar ve hayvan bu glikozları kullanır.
İnsanlarda ise bu bakteriler de bulunmaz. Besinlerle elde edilen selüloz sindirilmeden dışkı ile dışarı atılır. Selüloz bağırsakların çalışmasını teşvik edici niteliktedir.
Yağlar (Lipidler)
Monomer: Yağ asitleri ve Gliserol
Monomerler arası bağ: Ester
Yağlar C, H ve O elementlerine ek olarak bileşimlerinde P ve N da taşıyabilir.
Gliserol + 3 Yağ Asidi -----> Nötr Yağ + 3H2O
Kimyasal olarak bir alkol (burada gliserol) ile bir asit arasında kurulan bağa ester bağı adı verilir. Bu nedenle nötr yağ oluşumunu sağlayan dehidrasyon sentezi esterleşme olarak da adlandırılır.
Nötr yağlar canlıların temel depo maddeleridir. Öyle ki karbonhidratların fazlası da yağ şeklinde depo edilir.
Doğada bir çok farklı yağ bulunur. Yağları birbirinden farklı kılan şey yağ sentezinde kullanılan asitlerin farklı oluşudur. Yağ asitleri bir karboksil ( - COOH) grubu ile sonlanan uzun hidrokarbon zincirleridir. Zinciri oluşturan karbon sayısı değiştikçe yağ asidinin özellikleri de değişir.
Karbon atomu kimyasal olarak dört bağ yapar. Yağ asitlerini oluşturan karbonlar birbirleri ile bağlanırken karbonun eksik kalan bağları H ile tamamlanır. Tüm karbonları H ile doyurulmuş olan yağ asitleri doymuş yağ asitleri, bunlardan sentezlenen yağlar ise doymuş yağlar olarak adlandırılır. Doymuş yağlar hayvansal kaynaklı olup oda sıcaklığında katıdır.
Karbonları eksik sayıda H taşıyan yağ asitleri (ki eksik bağlar karbonların kendi aralarında yaptıkları ikinci bir bağ ile tamamlanır.) hidrojene doymadıkları için doymamış yağ asitleri, bunlardan elde edilen yağlar ise doymamış yağlar olarak adlandırılır. Doymamış yağlar bitkisel kaynaklı olup oda sıcaklığında sıvıdır.
Nötr yağlarda bulunan üç yağ asidinden birisinin yerine bir fosfat grubu bağlanarak fosfolipitler, karbonhidrat bağlanarak glikolipitler elde edilir. Fosfolipitler özellikle (hücre zarı gibi) biyolojik zarların temel yapıtaşları olmaları açısından önemlidir.
Gliserol ve yağ asidi monomerlerinden oluşmayan ancak kimyasal olarak lipitler sınıfında yer alan diğer bir grup steroitlerdir. Bunlardan kolesterol hücre zarının yapısına katılırken diğer bazı hormonlar steroit yapıdadır.
Yağların Özellikleri
• Suda çözünmezler. Aseton, eter ve kloroform gibi organik çözücülerde çözünebilirler.
• Yapıcı ve onarıcı ve (steroitlerden dolayı) düzenleyicidirler.
• Organların çevresinde ve deri altında depolanabilirler. Böylece organlar korunur ve deri altı yağ tabakası ısı yalıtımı sağlar.
• Karbonhidratlardan sonra enerji verici olarak kullanılırlar. O2’li solunumda yıkımları hem çok enerji verir, hem de çok metabolik su oluşturur. Bu nedenle göçmen kuşlar göçten önce, kış uykusuna yatan canlılar yatmadan önce yağ depolarlar. Bir çöl hayvanı olan devede bolca bulunan depo yağ, gerektiğinde yıkılarak metabolik su oluşturulur.
• Bazı vitaminleri çözerek depolanabilmesini sağlar.
Proteinler
Monomer: Aminoasitler (20 çeşit)
Monomerler arası bağ adı: peptit
Canlılarda en çok bulunan organik moleküllerdir. Yapısal ve işlevsel fonksiyonlarının yanı sıra zorunlu durumlarda enerji hammaddesi olarak da kullanılabilirler. Yapıları aminoasit adı verilen monomerlerden oluşur. Doğada proteinlerin yapısına katılan 20 çeşit aminoasit bulunur. Tüm aminoasitlerde merkezi bir karbon atomuna bağlı bir amin (-NH2) grubu, bir karboksil (-COOH) grubu ve üçüncü bir grup (R ile gösterilir) bulunur. Aminoasitlerin birbirlerinden farklı olması aminoasitten aminoasite farklı olan bu R grupları sayesinde sağlanır. Bu monomerlerin isimleri de taşıdıkları amin ve asidik özellikteki karboksil grubundan kaynaklanır.
Amin grubunun bazik özelliği, karboksil grubunun asidik özelliği nedeniyle aslında aminoasitler amfoter maddeler olarak düşünülebilir. Ancak R grubunun varlığı aminoasitleri kimyasal olarak üç gruba ayırmamıza sebep olur:
1. Asidik aminoasitler
2. Bazik aminoasitler
3. Nötr aminoasitler
Aminoasitler dehidrasyon sentezi sırasında bağlanırken birinin amin grubu ile diğerinin karboksil grubu arasında bağ kurulur ve bu bağa peptit bağı adı verilir. Bu nedenle protein sentezlenmesi olayına bazen peptitleşme de denilir.
Üç aminoasitin birleşmesiyle tripeptit, daha fazla sayıda aminoasitin birleşmesiyle de pepton (küçük proteinler) ve polipeptit (protein) molekülleri oluşur.
Proteinlerin yapısını oluşturan aminoasitlerin tüm çeşitleri üretici (bitkiler) canlılarca sentezlenebilir. Ancak bazı tüketici canlılar, 20 çeşit aminoasitin bir kısmını üretebilirken bir kısmını üretemezler. Bu canlılar üretemedikleri aminoasitleri besinler yoluyla dışarıdan hazır olarak almak zorundadır. Tüketici bazı canlıların üretemediği ve dışarıdan hazır olarak almak zorunda olduğu bu aminoasitlere, zorunlu (esansiyel = temel) aminoasitler denir.
Diğer organik moleküllerden farklı olarak protein molekülleri sadece monomerlerin bir araya getirilmesi ile üretilmezler. Proteini oluşturan her bir aminoasitin
1. sayı
2. sıra ve
3. çeşiti
DNA adı verilen özel bir molekül tarafından belirlenir. Her canlının DNA’sı kendisine özgüdür. Bu anlamda DNA’ları benzer canlıların proteinleri de benzer olur. Bunun tersi de doğrudur.
Yakın akraba olan bireylerde DNA benzerliğinin fazla olması, bu bireylerde protein benzerliğinin de fazla olduğunu gösterir. Bu nedenle doku ve organ nakillerinde yakın akrabalar tercih edilir.
Proteinlerin organizmadaki fonksiyonları şöyle sıralanabilir:
• Proteinler yapıya katılarak hücrenin kuru ağırlığının büyük bir kısmını oluştururlar.
• Hücrede metabolik tepkimelerin gerçekleşmesini sağlayan enzimler protein yapıdadır.
•Hücre zarı üzerindeki reseptör ve taşıyıcı yapılar proteinlerden oluşur.
• Hormonların bir bölümü basit peptit ve protein yapıdadır.
• Vücuda giren yabancı maddelere karşı, savunma hücrelerince (örneğin akyuvar) üretilip salgılanan antikorlar proteindir.
• Zorunlu durumlarda enerji eldesinde kullanılırlar.
• Kanın osmotik basıncı bazı proteinler tarafından sağlanır.
Protein eksikliği canlılarda:
• Yaralanan kısımların onarılamaması
• Büyümede yavaşlama
• Savunma sisteminin zayıflaması
• Zihinsel gelişmenin yavaşlaması
• Vücutta ödem oluşumu
• Vücut metabolizmasının yavaşlaması
• Kansızlık gibi sorunlara neden olur.
Enzimler
Kimyasal reaksiyonlar ister enerji verici (endergonik), ister enerji alıcı (egzergonik) karakterde olsunlar, reaksiyona girecek olan maddelerin belirli bir enerji düzeyine kadar aktifleştirilmeleri gerekir. Yine buna ek olarak kimyasal reaksiyonların yüksek basınç yada yüksek sıcaklık gibi özel şartlara gereksinim duyabilir.
Kimyasal reaksiyonların daha ılımlı koşullarda ve daha hızlı gerçekleşmesini sağlayan maddelere katalizör adı verilir.
Katalizörler;
- Reaksiyonlar için gerekli aktivasyon enerjisini düşürür.
- Reaksiyonları hızlandırır.
- Reaksiyonları başlatmaz.
- Reaksiyonlara enerji vermez.
- Reaksiyondan çıkacak ürünlerin çeşidini değiştirmez.
- Reaksiyondan etkilenmez, dolayısıyla tekrar tekrar kullanılabilirler.
Biyolojik dünyada canlıların hücre içi organik katalizörleri enzimlerdir. Enzimler hücrede katalizleme işi yürüten işlevsek proteinlerdir. Dolayısıyla katalizörlerin yukarıda sayılan özellikleri enzimler için de geçerlidir.
Canlı sistemin katalizörü olan enzimler, tepkimelerin aktivasyon enerjisini düşürürler ve böylece tepkimeleri hızlandırırlar
Sadece proteinden oluşan (üreaz ve pepsin gibi) enzimlere basit enzim denir. Pek çok enzim aktifleşmek için bir yardımcı kısma ihtiyaç duyar. Bu tip enzimlere de bileşik enzim (holoenzim) denir. Bileşik enzimlerin protein kısmına apoenzim, yardımcı kısmına ko–kısım (koenzim veya kofaktör) denir.
Apoenzim (protein kısım), enzimin hangi maddeye (substrat) etki edeceğini belirler. Ko–kısım ise tepkimeyi bizzat gerçekleştirir. Ko–kısım apoenzimle birleşip ayrılabilir.
Ko–kısım bir vitamin ise koenzim, mineral bir madde (Fe, Mg vs) ise kofaktör ismini alır.
Enzimin etki ettiği maddeye substrat denir. Enzimlerin substrat ile tepkimeye girdiği bölümüne aktif bölge denir.
Enzimlerin Görev ve Özellikleri:
•Enzimler substratlarına özgündür. Enzim ile substrat arasında yüzey uygunluğu vardır (Anahtar – kilit uyumu).
•Enzimler tepkimeleri başlatmazlar. Substratları aktive etmezler. Bu nedenle tepkimelere girdikleri gibi çıkarlar.
•Bazı enzimler tepkimeleri çift yönlü gerçekleştirebilir. Bu tür tepkimelere tersinir tepkime denir.
•Enzimler substratlarına dış yüzeyinden başlayarak etki ederler. Substratın yüzey genişliği arttıkça enzimsel tepkimenin hızı da artar. Besin maddelerini dişler yardımıyla mekanik olarak sindirmemizin nedeni enzimlerin etki yüzeylerini arttırmaktır.
•Uygun ortamlarda hücre dışında da çalışabilirler.
•Tekrar tekrar kullanılabilirler.
•Takım halinde çalışabilirler. Yani bir enzimin gerçekleştirdiği tepkimenin son ürünü diğer bir enzimin substratı olabilir. Enzimatik tepkimelerde oluşan son ürün yeterli seviyeye ulaştığında tepkimeye giren enzim üzerine inhibitör etki yaparak tepkimenin durmasına neden olur. Böylece tepkime ile oluşan son ürünün ortamda birikmesi engellenir. Bu durum geri bildirim (feed – back) olarak tanımlanır.
•Genelde enzimler etki ettikleri substratlarının arkasına – az eki getirilerek isimlendirilir (Maltaz, Sükraz, Üreaz gibi).
•Bir enzimin sentezi için DNA’da bulunan belli bir nükleotid bölümü (Gen) şifre vererek enzim sentezini gerçekleştirir. Buna bir gen – bir enzim hipotezi denir. Gende meydana gelebilecek bir mutasyon istenilen enzimin sentezini engeller veya hatalı enzim sentezlenir. Bu durumda tepkime gerçekleşmez, substrat da ürüne dönüşemez.
Enzimatik Tepkimeleri Etkileyen Faktörler:
Enzimatik tepkimelerin hızını etkileyen (olumlu ya da olumsuz) faktörler vardır. Bu faktörler sıcaklık, su, pH, kimyasal maddeler ve enzim – substrat derişimi olabilir.
1. Sıcaklık:
Enzimler protein yapıda olduklarından belli bir sıcaklık aralığında çalışırlar. Bir enzimin maksimum hızda çalıştığı sıcaklık optimum (ideal) sıcaklıktır. Bu ideal sıcaklıktan uzaklaştıkça, (sıcaklık artsa da azalsa da) reaksiyon yavaşlar.
Optimum sıcaklık aralığı canlıdan canlıya farklılık gösterebilir. Örneğin, insan vücudundaki enzimler için optimum sıcaklık aralığı 36,5 °C ile 37°C arasıdır. Optimum sıcaklığın üzerinde genellikle 58 – 60 0C’de yapıları bozulur. Ortam eski haline döndürülse bile enzimler yapıları bozulduğu için çalışmaz. Düşük sıcaklıkta enzimlerin yapısı bozulmaz. Ancak istenilen ölçüde işlev de yapamazlar.
2. Su:
Enzimlerin işlerliği, suda çözünmelerine bağlı olarak gerçekleşir. Genellikle % 15 su oranının altında enzimler işlev yapamaz. Tohumun su olmadan çimlenememesi bu duruma en güzel örnektir.
3. pH:
Her enzimin maksimum düzeyde etkinlik gösterdiği optimum bir pH aralığı vardır. Optimum değerin üstünde ya da altındaki pH’larda enzimler yavaş çalışır. Yanda verilen grafikte, mide enzimleri için optimum pH = 2, hücre içi enzimleri için 7,4 ve ince bağırsaktaki bir enzim için optimum pH = 8,5 tir.
4. Kimyasal Maddelerin Etkisi:
Bazı kimyasal maddeler enzimlerin çalışmalarını ızlandırıken bazıları yavaşlatır. Enzimleri hızlandıran maddelere aktivatör yavaşlatıcı maddelere inhibitör denir.
5. Enzim / Substrat Derişimi:
a. Enzim Yoğunluğu:
Yeterli miktarda substratın bulunduğu ortama enzim ilavesi tepkimenin hızını arttırır. Ancak bazı durumlarda oluşan son ürün miktarının artışı enzim üzerine inhibitör etki yapabilir. Bu durumda tepkimenin hızı da düşer.
b. Substrat Yoğunluğu:
Enzim miktarının sabit olduğu bir ortama substrat ilavesi tepkime hızını arttırır. Enzimin substrata doymasıyla tepkime hızı sabitlenir.
6. Substrat Yüzeyi:
Enzim miktarının yeterli olduğu durumda, substrat yüzeyinin arttırılması tepkimenin hızını arttırır.
Nükleik Asitler (Yönetici Moleküller)
İlk olarak çekirdekte bulundukları ve asidik özellikte oldukları için çekirdek asitleri anlamında nükleik asitler olarak adlandırılmışlardır. Tüm canlı hücrelerde bulunması zorunlu bu maddeler nükleotid adı verilen monomerlerden oluşur.
Bir nükleotidin yapısal olarak azotlu bir baz, 5 karbonlu bir şeker ve fosfattan oluşur.
Canlılarda nükleotidler iki farklı 5 karbonlu şeker taşır;
• Eğer nükleotid 5’lu şeker olarak riboz taşıyorsa ribonükleotid,
• Eğer nükleotid 5C’lu şeker olarak deoksiriboz taşıyorsa deoksiribonükleotid olarak adlandırılır.
Çok sayıda ribonükleotidin dehidrasyon sentezinde bir araya getirilmesi ile RiboNükleik Asit (RNA),
Çok sayıda deoksiribonükleotidin dehidrasyon sentezinde bir araya getirilmesi ile DeoksiriboNükleik Asit (DNA) oluşur.
Bu iki nükleik asitin temel farkları monomerlerinin içerdiği şeker türü olsa da aralarında başka farklar da bulunur.
RNA azotlu baz olarak Adenin, Guanin, Sitozin ve Urasil içerirken DNA Adenin, Guanin, Sitozin ve Timine sahiptir.
Adenin ve Guanin bazları kimyasal olarak iki halkalı moleküller olup pürin bazları şeklinde adlandırılırlar. Sitozin, Urasil ve Timin ise tek halkalı bazlar olup pirimidin bazları olarak adlandırılır.
Nükleik asitlerin monomerleri nükleotidler birbirlerine bağlanırken birinin şekeri ile diğerinin fosfatı arasında bağ kurulur. Arada oluşan bağ fosfodiester bağı olarak adlandırılır. RNA molekülü tek zincirli bir moleküldür.
Ancak DNA’da her zaman adeninin timinle, guaninin sitozinle eşleştiği iki uzun zincir bulunur. DNA molekülünde ipliklerden birisi baz eşleşmesi kuralına göre diğerinden sentezlenir. Bu iki iplik bazlar arasında kurulan hidrojen bağları ile bir arada tutulur. Adenin ile timin bazları arasında iki hidrojen bağı, guanin ile sitozin arasında da üç hidrojen bağı bulunur.
Buna göre bir DNA molekülünde bir adeninin karşısına her zaman bir timin, bir guaninin karşısına her zaman bir sitozin gelmektedir. Böylece DNA’daki adenin sayısı timin sayısına, guanin sayısı da sitozin sayısına eşit olur.
RNA tek iplikli olduğu için bu molekülde böyle bir eşitlikten bahsedilemez.
Vitaminler
Büyüme, gelişme ve metabolizmanın devamı için gerekli basit organik moleküllerdir. Diğer organik moleküllerden iki temel farkları vardır:
1. Asla enerji verici olarak kullanılmazlar. Düzenleyicidirler.
2. Polimer formları yoktur, hepsi monomerdir. Dolayısıyla hidroliz edilmezler yani sindirilmezler.
Vitaminler enzimlerin yapısına katılır ve dolayısıyla metabolizmanın düzenlenmesinde görev alırlar.
Kimyasal özelliklerine göre iki gruba ayrılırlar:
1. Suda Çözünenler
Suda çözündüklerinden depolanamazlar. Günlük alınmaları gerekir. Fazlası su ile vücuttan atılır.
B vitamini: Beriberi hastalığı
C vitamini: Skorbit A vitamini: Gece körlüğü
2. Yağda Çözünenler
Yağda çözündükleri için yağ dokuda depolanırlar. Depolandıklarından eksiklikleri hemen hissedilmez.
A vitamini: Gece körlüğü
D vitamini: Raşitizm
E vitamini: Kısırlık
K vitamini: Kan Pıhtılaşmama
Vitaminlerin görev ve özellikleri:
•Yüksek sıcaklık ve ışıkta çok çabuk bozulurlar. Bu nedenle taze tüketilmeleri gerekir.
•B ve C vitaminleri depolanamadıkları için günlük olarak alınmalıdır.
•Bir vitaminin eksikliği başka bir vitamin tarafında giderilemez.
•Eksiklikleri gibi fazla olmaları da zararlıdır
