... konulu sunumlar: "HÜCRENİN KİMYASAL YAPISI 2. Karbohidratlar Karbohidratlarda karbonla beraber daima hidrojen ve oksijen bulunur ve H ile O’nin birbirine oranı 1/2 olduğu."— Sunum transkripti:
1
HÜCRENİN KİMYASAL YAPISI 2
2
Karbohidratlar Karbohidratlarda karbonla beraber daima hidrojen ve oksijen bulunur ve H ile O’nin birbirine oranı 1/2 olduğu (CH 2 O) için bu maddelere sulu karbon anlamına gelen karbohidrat adı verilmiştir. Karbohidratlar en önemli enerji kaynağıdır. Bitki hücrelerinin duvarlarına giren yapı elemanları karbohidratlardır ve bitki için bir destek yapısı görevini yüklenmişlerdir. Bitki hücreleri fotosentez olayı ile karbohidratları oluşturur. Hayvan hücreleri dışardan alırlar.
3
Hayvan dokularında bulunan en önemli karbohidratlar glükoz, galaktoz, glikojen, amino şekerler ve bunların polimerleridir. Biyolojik öneme sahip karbohidratlar üç sınıfta toplanırlar. Bunlar monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler'dir. Bunlardan monosakkaritler ve disakkaritler tatlı oldukları için bunlara genel olarak şeker adı verilir. Su çözünürler ve zarlardan kolaylıkla geçerler.
4
Monosakkaritler Monosakkaritler karbohidratların monomer birimlerini teşkil ederler. Monosakkaritlerin ampirik formülü (CH 2 O) n ' dir. Monosakkaritlerde bir karbona karbonil grubu diğer bütün karbonlara bir hidroksil grubu bağlanmıştır. Eğer karbonil grubu bir uçta ise bunlara aldozlar denir. Başka bir pozisyonda ise ketozlar adını alırlar. Kapsadıkları C atomunun sayısına göre sınıflandırılırlar. En basit olanında en az üç tane karbonlu trioz’dur. Gliseraldehit bir aldotrioz'dur. Beş tane karbon varsa pentoz ve altı karbon varsa hekzoz adı verilir.
5
Biyolojik olarak önemli monosakkaritler D konfigürasyonunda olurlar. Canlılar için en önemli monosakkaritler pentozlar ve heksozlardır. Pentozlardan en önemli olan iki şeker riboz ve deoksiribozdur. Bu iki şeker nükleik asitlerin yapısına girerler ve hem hayvanlarda hem de bitkilerde bulunurlar. Bitkilerde bulunan ribuloz fotosentez olayına katılan beş karbonlu önemli bir monosakkarittir.
6
Pentozlar ( C 5 H 10 O 5 ). RNA da bulunan Riboz ve DNA da bulunan Deoksiriboz. RibozDeoksiriboz Pearson Education, Inc., Publishing as Benjamin Cummings.
7
Heksozlardan en önemlisi glükoz'dur. Glükozun formülü C 6 H 12 O 6 şeklindedir.
8
Disakkaritler ve polisakkaritler hidrolize olunca monosakkaritlerine yani glukoza parçalanırlar. Glukoz bir çok hayati olayların temel taşıdır. Diğer önemli monosakkaritlere örnek olarak früktoz (levüloz) ve galaktoz verilebilir. Früktoz meyvalarda bulunan meyva şekeri'dir. Galaktoz sütte bulunur. Früktoz ve galaktozun formülleri de C 6 H 12 O 6 olup glukozunkinin aynıdır. Fakat bu üç heksozda atomların dizilişi farklıdır.
9
Glukoz (6C) Fruktoz (6C)
10
O O CH 2 OH OH Glukoz (6C) ve Fruktoz (6C)
11
Disakkaritler Disakkaritlerin ampirik formülü C 12 H 22 O 11 ' dir. Disakkaritler iki monosakkarit monomerinin birleşmesiyle oluşan şekerlerdir. Bu birleşme bir dehidrasyon sentezi şeklinde olur ve bir su molekülü ayrılırken disakkarit teşekkül eder. Gerek früktoz gerekse galaktoz glükoz ile birleşerek disakkarit yaparlar. Monosakkarit + Monosakkarit = Disakkarit + Su
12
İki glükoz molekülünün birleşmesinde monomerlerin serbest uçlarında bulunan OH grupları arasında bir molekül su ayrılarak –R–O–R– şeklindeki glikozit bağının oluştuğu görülür. Önemli disakkaritler hayvan hücrelerinde laktoz, bitki hücrelerinde sükroz (sakkaroz) ve maltozdur. Sükroz şeker pancarında ve şeker kamışında bulunur. Sütte bulunan laktoza süt şekeri de denir Maltoz ise iki molekül glükozdan yapılmıştır
13
Glikoz + Glikoz--->Maltoz + H 2 O (Malt şekeri) Glikoz + Fruktoz-->Sükroz (Sakkaroz) + H 2 O ( Çay Şekeri) Glikoz + Galaktoz-->Laktoz+H 2 O (Süt Şekeri)
14
Dehidrasyon sentezi. İki monosakkaridin aralarından bir molekül su çıkararak bir disakkarit oluşturması. Glukoz GlukozMaltoz Glukoz FruktozSükroz
15
Glukoz Galaktoz Glukoz Laktoz Sellobiyoz
16
Polisakkaritler Monosakkarit monomerinin birleşmesiyle oluşan dev biyopolimerlerdir. Kapalı formülleri (C 6 H 10 O 5 ) n dir. Hidroliz ile basit şekerlere ayrılırlar. Canlı organizmalar için önemli olan polisakkaritler hayvan hücrelerinde glikojen, bitki hücrelerinde nişasta ve selüloz'dur. Bunların üçü de glukozun birleşmesinden oluşmuştur.
18
Nişasta yüzlerce glukozun alfa 1, 4 glikozit bağlarıyla bağlanması ile oluşur.
19
Nişasta iki uzun polimer molekülünden oluşmuştur. Bunlardan birisi hat şeklinde olan amilozdur. Amiloz, 200 D-glükoz molekülünden yapılmış bir polimer olup nişastanın % 20’ sini teşkil eder (alfa 1, 4 glikozit bağı) Diğeri amilopektin olup kadar D-glükozdan yapılmıştır. Dallı bir polimerdir. (alfa 1, 6 glikozit bağı) glikoz ünitesinden sonra dallanma gösterir. Amiloz Lugol ayıracı ile mavi bir renk, amilopektin ise kırmızı-menekşe bir renk verir.
20
Selüloz, lignin ile birlikte, bitki hücrelerinin duvarında bulunur. Selüloz disakkarit olan sellobiyoz (C 12 H 22 O 11 ) birimlerinden oluşmuştur. Selülaz enzimi ile önce sellobiyoz birimlerine, daha sonra da glükoz monomerlerine ayrılır Beta 1, 4 glikozit bağı ile bağlanır) Selüloz glukozun beta 1, 4 glikozit bağlarıyla bağlanması ile oluşur.
21
Selüloz molekülleri Glukoz monomeri Mikrofibril Selüloz oluşumu ve bitki hücre duvar yapısında bulunuşu Bir alg hücre duvarında selüloz teller
22
Glikojen Glikojen polimeri çok sayıda ( kadar) glükoz molekülünden oluşur. Glükoz molekülleri dallanarak birleşmişlerdir. Molekül ağırlığı birkaç milyondur.
23
Glikojene hayvan hücrelerinin nişastası olarak bakılır. Vücudun enerji deposudur glikoz ünitesinde bir dallanma olur. Düz kısmı alfa 1, 4; dallama kısmı alfa 1, 6 glikozit bağı Karaciğer hücreleri, glükoz moleküllerinden doğrudan doğruya glikojen sentezi yaparlar. Protein ve amino asitlerin fazlası da karaciğerde, glikojen olarak depolanır. Glikojen en fazla kas ve karaciğer hücrelerinde depo edilir. Glikojen suda çözünür.
24
Karaciğer hücrelerinde glikojen, PAS boyaması, Işık mikroskobu.
25
Mitokondri Karaciğer hücresinde glikojen,TEM. Mitokondri DER
26
Kompleks Polisakkaritler Canlı sistemlerde heksozlardan oluşan bu biyopolimerlerden başka amino (N) kapsayan çok kompleks polisakkaritler bulunur. Bunlar amino şekerler' dir (glükozamin). Bunlarda glükoz ve amino grubundan başka sülfürik asit ve fosforik asit bulunabilir. Glükoz ayrıca asetillenmiş de olabilir (asetil glükozamin). Bu moleküller, özellikle hücreler arası maddede bulunurlar. Bu kompleks polisakkaritler hem serbest olarak hem de proteinlerle veya lipitlerle bağlı olarak bulunabilirler. Eklem bacaklı kutikulasında bulunan ve destek maddesi olan kitin bu maddelere örnek olup N-asetil glükozamin'den oluşur.
27
Kitin. Böcek kütikulasında bulunan ve asetil glukozaminden oluşan nötr bir polisakkarit.
28
Nötr mukopolisakkaritler çok komplekstir. Galaktoz, ramnoz (6C) ve diğer polisakkaritleri kapsarlar. Bakterilerin hücre duvar yapısını teşkil ederler. Kan gruplarının tayininde rol oynarlar. Asidik mukopolisakkaritler makromolekül yapılarında sülfürik asit ve diğer asitleri kapsayabilirler. Bu moleküller kuvvetle bazofildirler ve bazik boyalarla boyanırlar. Bu grup bileşiklere heparin, hiyaluronik asit, kondroitin sülfat örnek verilebilir. Kondroitin sülfat deri, kornea, kıkırdak ve göbek bağında bulunur. İçinde asetil galaktozamin, sülfürik asit ve glükuronik asit vardır.
29
Glikoproteinler bir protein ile karbohidrattan oluşurlar. Galaktoz, mannoz (6 C), fükoz (6 C) gibi monosakkaritler ile N-asetil D-glükozamin ve siyalik asit kapsarlar. Glikoproteinlerin bir kısmı hücrenin yapı maddesidir ve zarlarda bulunur. Zarlarda bu kompleks moleküllerin karbohidrat kısmı hücreden dışarı doğru yer alır. Böylece zarlardaki interaksiyon ve tanıma olaylarında görev yaparlar. Karaciğer, kan plâzmasında bulunan glikoproteinleri salgılar (serum albumini gibi).
30
Tiroit bezi bir glikoprotein olan tiroglobülinler'i salgılar. Tükrük bezlerinin ve mukus bezlerinin salgıladığı mukoproteinler de glikoproteindir. Bu bileşiklerde N-asetil glükozamin bir proteinin serin veya treonin amino asidine bağlanır. Siyalik asit ve L- fükoz terminal şekerler olarak moleküle girerler. Sindirim kanalının duvarlarındaki mukus hücrelerinin salgıladığı mukoprotein olan mukus sindirim kanalının duvarını cilâlar.
31
Glikoproteinlerin yapıları gibi görevleri de çok komplekstir. Hücre zarında, Golgi kompleksinde, salgılama işleminde çeşitli şekillerde göreve girerler. Meselâ mukusun yapısına giren karbohidratların mukusa sağladığı viskozite, sindirim kanalının mukoza zarının korunmasında ve cilâlanmasında önemlidir. Glikoproteinler molekül-zar interaksiyonlarında göreve girerler. Meselâ eritrositlerin yüzeyindeki kan gruplarının tayininde veya diğer bağışıklık özelliklerinde görev alırlar. Hücrelerin tanınmasını sağlarlar
32
Granüllü endoplâzmik retikulumda oluşan proteine, zar keselerinin boşluğuna geçerken pentasakkaritli bir göbek bölgesi eklenir. Yan zincirler glikozil transferaz enzimi ile Golgi kompleksinde eklenir. Beşli göbek önce bir lipit taşıyıcı üzerinde toplanır ve buradan proteine taşınır. Bir dolikol türevi olan lipit taşıyıcı, hidrofilik oligosakkaritin ER zarından geçmesini sağlar.
33
Lipitler Bu gruba giren maddeler suda çözünmeyen veya pek az çözünen, buna karşılık benzen, aseton, kloroform, alkol gibi organik çözücülerde çözünen maddelerdir. Lipitlerin canlı hücredeki görevlerini yapabilmeleri için suda çözünmeyen özellikte olmaları gerekmektedir. Lipitler polar veya iyonik gruplar taşımadıkları için suda çözünmezler. Bu zincirler kutupsuz olup hidrofobdur, su bağlamazlar.
34
GLİSEROLGLİSEROL YAĞ ASİDİ Bazı lipitlerde, alifatik karbon zincirinin bir ucunda kutuplu bir grup bulunabilir ve böylece hidrofil bir kısmın oluşabilir. Bu hidrofil grup hidrojen bağı ile su bağlar. Lipitler yağ asitleri'nin alkol'lerle teşkil ettiği esterlerdir.
35
Yağ Asitleri Yağ moleküllerinde lipitlere özel karakterini veren birimler yağ asitleri'dir. Her yağ asiti molekülü, üzerine hidrojen atomları bağlanmış olan ve bir ucunda bir karboksil (–COOH) grubu bulunan zigzag şeklinde uzun bir karbon zincirinden yapılmıştır. Karboksil grubu moleküle asit özellik verir. Bir yağ asidi, Palmitik asit, R-COOH. Karboksil grubu
36
Zincirdeki karbon sayısı 4-24 (veya daha fazla) arasında değişebilir. Yağ asitlerindeki karbon sayısı daima çifttir. Organizmalarda çok az miktarda tek C atomu sayılı yağ asitleri de bulunabilir. Yağ asitlerinin fiziksel özelliklerini C zincirleri tayin eder. Karbon atomlarının yağ molekülünde gruplanması yağın suda çözünmesini önler. Diğer bir özellik de böyle moleküllerin sudan hafif olmalarıdır. Yağın suda çözünmemesi ve suyun üzerinde yüzer durumda kalması bundandır. Bir asitle bir alkol arasındaki interaksiyondan meydana gelen bu bağa ester bağı denir ve karbonil grubu ile karakterize olur.
37
Gliserin ile yağ asitlerinin birleşmesi sonucu yağ oluşması, Dehidrasyon sentezi.
38
Yağlar kimyasal özelliklerinden çok fiziksel özellikleri ile birbirlerine benzerler. Yağlar basit yağlar ve bileşik yağlar olarak ikiye ayrılır. Basit Yağlar Bunlara nötr yağlar (tabiî yağlar, doğal yağlar) da denir. Bu yağlar fizyolojik pH derecelerinde yüklü gruplar taşımazlar. Basit yağlar yağ asitlerinin alkollerle teşkil ettikleri esterlerdir. Bunlara genel olarak gliseritler denir. Triasil gliseritler (trigliserit) üç yağ asidi zincirinin bir molekül gliserinle teşkil ettiği esterdir. Gliserine üç yağ asidi bağlandığı için bu isim verilir.
39
Triasil gliserid (trigliserit), doymuş bir yağ. Ester bağı Gliserol (Gliserin) Palmitik asit
40
Gliserine bir veya iki yağ asidi zinciri de bağlı olabilir. O zaman monoasil gliseritler (monogliserit) ve diasil gliseritler (digliserit) meydana gelir. Gliserinin üç hidroksil grubunun da yağ asitleriyle bağlanması triasil gliseritlerin başka moleküllerle birleşmesine imkân vermez. Buna karşılık, diasil ve monoasil gliseritler kutuplu davranırlar ve başka moleküllerle birleşerek kompleks yapılar teşkil ederler. Yağ asitleri çok çeşitlidir.
41
En az C sayısı Bütirik asit'te (4C) bulunur. Eğer karbonların hepsine iki tane hidrojen bağlanmışsa bu yağlara doymuş yağlar (satüre yağlar) denir. Örnek: Stearik asit (18C). Bazen karbona bağlı hidrojen atomları noksandır ve bu karbonlar arasında çift bağlar meydana gelir. Bu yağlara da doymamış yağlar (ansatüre yağlar) denir. Örnek: Linoleik asit (18C). Doymamışlık C zincirinin birkaç noktasında da olabilir ve poliansatüre yağ asitleri meydana gelebilir.
42
Basit yağlar yağ dokularında depolanırlar. katı veya sıvı olabilir. Bazı basit yağlar 20°C de katı olur. Hayvan yağı, insan yağı, kakao yağı, don yağı katı olan basit yağ örnekleridir. Bazı basit yağlar ise 20°C de sıvı haldedirler. Balık yağı, zeytin yağı, hint yağı da sıvı olan yağlara örnek teşkil ederler. Bazı basit yağların alkolü gliserin değildir. Bal mumu denilen vaksların erime noktası gliserinle oluşan basit yağlarınkine göre daha yüksektir. Vakslar arı peteklerinde, kutikulada, yumurta kabuğunda bulunur. Trigliseritler daha çok emülsiyon halinde depo yağları olarak bulunurlar. Hücrenin zar yapılarına girmezler. Zarlarda yağ diasil gliserit olarak bulunur.
43
Bileşik Yağlar (Lipoidler) Bileşik yağlar yağ asitleri, alkoller ve diğer bileşiklerden yapılmış kompleks moleküllerdir. Biyolojik açıdan bileşik yağlar fosfolipitler, sfingolipitler, glikolipitler, steroidler, terpenler ve lipoproteinler olarak sınıflandırılabilir.
44
Fosfolipitler Bunlara fosfatitler de denir. Fosfolipitler fosforik asitin diesterleridir. Genel olarak hücre zarında önemli yapı maddeleri olarak bulunurlar. Bunlar da trigliseritlere benzerler. Gliserine bağlı üç yağ asitinden birinin yerine fosfor kapsayan bir grup girer. Fosforik aside azot kapsayan ikinci bir alkol bağlanır
45
GLİSEROLGLİSEROL YAĞ ASİDİ FOSFAT ALKOL Bir fosfolipit şeması
46
Serin Bir fosfolipit, Fosfatidil serin. Yağ asitleri Gliserol Fosforik asit Diğer alkol
47
Fosfolipitler amfipatik moleküllerdir. Çünkü fosfat kapsayan hidrofil bir baş ile hidrofob olan bir yağ asidi kuyruğundan yapılmışlardır. Canlı yapılarda, genellikle, basit fosfolipitler bulunmaz. Azot kapsayan bir alkol olan kolin fosfata bağlanırsa fosfatidil kolin meydana gelir. Buna lesitin de denmektedir. Lesitin hücre zarında en bol bulunan bir bileşiktir. Etanolamin ve serin de aynı şekilde fosfata bağlanarak fosfatidil etanolamin ve fosfatidil serin teşkil ederler. Bu iki bileşik de zar yapılarına girerler ve bunlara sefalin denir. Sefalin sinir dokularındaki hücre zarlarında bulunur.
48
Fosfatidil kolin Fosfat Gliserol Kolin Bir fosfatidil kolin molekülü Çift bağ Hidrofil Baş Hidrofob Yağ asidi kuyrukları
49
Fosfolipit molekülünün bir ucu kutupsuz olup hidrofobdur. Diğer ucu ise kutuplu olup hidrofil olarak davranır. Fosfolipitlerin zarlardaki duruşu bu özellikleriyle düzenlenir.
50
Zarlarda fosfolipitlerin yerleşim şeması. Polar baş (Hidrofilik) Polar olmayan kuyruk (Hidrofobik) Zarda lipit çift tabakası Zar lipidi Zarlarda fosfolipitler iki tabakalı olarak bulunurlar. Zar yapıların iç tarafı kutupsuz olarak kabul edilir. Fosfat grubu dışa dönük olup ya hücrenin dış çevresine veya sitoplâzmaya doğru yerleşmiştir.
51
Sfingolipitler ve Glikolipitler Bu bileşiklerde gliserin yerine sfingozin bulunur. Sfingozin bir amino alkol' dür. Sfingomiyelin bir sfingolipit'tir. Sfingomiyelin sinir hücrelerinin miyelin zarında bulunur. Glikolipitlere serebrositler, sülfatitler ve gangliyositler girer. Bunlarda fosfat bulunmaz. Serebrositlerde galaktoz veya glükoz vardır. Gangliyositlerde hekzozlar, hekzozaminler ve siyalik asit (nöraminik asit) bulunur. Gangliyositler çok kutupludurlar ve hücre zarında bulunarak çeşitli görevler yaparlar.
52
Steroidler Bu bileşikler sterol'leri içine alan büyük bir grup meydana getirirler. Steroidlerde iç içe bağlı dört karbon halkası vardır. Sterollere, bir ucunda -OH grubu bulunduğu için bu ad verilmiştir. Diğer uçta bulunan 17 numaralı karbona (C17), çeşitli bileşikler yan zincirler olarak girerler.
53
Sterollerin içinde en önemlisi kolesteroldur. Kolesterol hayvan hücrelerinin zarlarında bulunur. Diğer steroller bitki, mantar ve alglerde görülür. Steroller basit lipitlerden farklıdırlar. Yağ asitleri taşımazlar. Organik çözücülerde çözünmesinden dolayı lipit olarak kabul edilir. Steroller oldukça yassı, halka sistemleri teşkil ederler. Kolesterol
54
Kolesterol molekülü zarlarda fosfolipitlerle kompleksler meydana getirir. Zarın kutupsuz olan iç kısmında hidrokarbon zinciri boyunca yerleşmişlerdir. Kolesterol ayrıca safrada, beyinde ve adrenal bezlerde vardır. Steroidlere vücudun diğer önemli maddeleri de girer. Bunlara eşey hormonları, adrenal kortikal hormon, safra asitleri ve D vitamini örnek verilebilir. Safra asidinde bulunan steroidler sindirimde görev alır. Lanolin denen steroid kıl kökü yağının esas maddesini teşkil eder.
55
Terpenler Terpenler büyük ve önemli bir bileşik lipit grubudur. İzopren denilen ve çok sayıda tekrarlanan birimlerden oluşurlar. İzopren monomerleri beş karbonlu halkalardır. Birleşerek hat şeklinde veya halkasal yapılar oluştururlar.
56
Bu yapılar kauçuk, karoten, fitol, skualen ve çeşitli karotenoid'leri meydana getirirler. Karotenoidler yüksek terpenlerdir. E vitamini, K vitamini, Ko-enzim Q gibi karotenoidlerde terpenoit yan zincirleri vardır. Fitol klorofilden çıkarılır. Çoğu hayvan ve bitki pigmentleridir. Bitkilerde karotenden başka 70 kadar karotenoid bulunur. Havuca turuncu rengini karoten verir.
57
Karotenler, hayvan vücudunda, deri hücrelerinde depolanırlar ve deriye sarı bir renk verirler. Beta-karotenden sentezlenen A vitamini, retinen denen proteinin yapısına girerek görme hücrelerinin ucunda bulunur. Domatesin kırmızı rengi likopen denilen bir karoten pigmenti ile sağlanır. Flavinler de biyolojik önemde olan karoten pigmentleridir. Sulu ortamda sarı bir renkte olurlar ve sarımsı yeşil bir floresans gösterirler. Riboflavin B 2 vitaminidir.
58
Yağ esansları'nın koku ve tadını terpenler verir. Lütein kloroplastta bulunan bir terpendir. Sarı renktedir. Kolorofille gölgelendiği için görülmez.Fakat sonbaharda yapraklar kuruyup klorofil azalınca lüteinin sarı rengi ortaya çıkar. Tabiî kauçuk bir politerpendir.
59
Lipitlerin Görevleri Organizmada lipitlerin rolü dağılış durumlarına göre değişebilir. Gliseritler hayvan hücrelerinde depolanan yegâne enerji maddesidir. Besinin fazlası vücutta daima yağ olarak depo edilir. Vücudun glikojen depo etme yeteneği sınırlıdır. Lipitler hassas iç organlar için koruyucu bir yastık teşkil ederler. Balina, fok gibi soğuk sularda yaşayan hayvanlarda deri altına yığılan yağ tabakası hayvanı soğuktan korur.
60
Nükleik Asitler Karbohidratların amino asitlerle, proteinlerle ve diğer maddelerle birleşerek meydana getirdiği kompleks makromoleküllerin en önemlisi nükleik asitlerdir. Bu asitlerin ilk önce çekirdek içinde bulunmaları sebebiyle bunlara nükleik asitler adı verilmiştir.
61
Daha sonraları, bir çok bitki, hayvan ve mikroorganizmalar incelenirken bütün canlıların çekirdeğinde ve bakteri, alg, virüs gibi çekirdeği olmayan canlıların sitoplâzmalarına dağılmış olarak nükleik asitlerin bulunduğu gösterilmiştir. Daha sonraki araştırıcılar deoksiribonükleik asit (DNA) adını verdikleri bu asitlerle birlikte, bitki ve hayvan hücrelerinde, histon adı verilen bir proteinin daha çok bulunduğunu göstermişlerdir. Bakteri ve mavi yeşil alglerde histon yoktur. Prokaryot olan bu organizmalarda DNA molekülü çıplaktır.
62
Feulgen reaksiyonu denilen boyama tekniği ile deoksiribonükleik asidin kromozomlarda yer aldığı tespit edilmiştir. Çeşitli hücrelerde, 1950'lerde, deoksiribonükleik asit miktarı tayin edilmeye çalışılırken, somatik hücrelerdeki deoksiribonükleik asit miktarının eşey hücrelerinde bulunanın iki katı kadar olduğunu tespit edilmiştir.
63
Daha sonra virüsle enfekte olan bakterilerle yapılan çalışmalar ile virüsten bakteriye verilen parçacıkların sadece nükleik asit olduğu gösterilmiştir. E. coli' yi enfekte eden T 4 virüsünün hayat devrinde litik ve lizogenik olmak üzere iç içe iki evre vardır. Litik evrede faj kendi DNA' sını bakteri hücresine enfekte edince yeni virüsler oluşturur. Lizogenik devrede bakteriye giren faj DNA' sı bakterilerin DNA'sı ile birleşir ve konak hücrenin DNA' sı ile birlikte kopyalanır.
64
LİTİK EVRE LİZOGENİK EVRE Fajın bakteriye tutunması Protein kılıf Faj nükleik asidi Faj nükleik asidinin çoğalması Faj proteinlerinin sentezi ve nükleik asidinin protein kılıfla çevrelenesi Profaj E.coli yi enfekte eden T4 fajının hayat devri.
65
Böylece DNA nın kalıtım materyali olduğu ispatlanmış, nükleik asitlerin yapı ve özellikleri incelenmeye başlanmıştır. Yüksek hücrelerde deoksiribonükleik asit başlıca çekirdekte bulunmakla beraber az bir miktarda olmak üzere mitokondriler, kloroplastlar ve sentriyollerde vardır. Diğer bir nükleik asit olan ribonükleik asit ise hem çekirdekte hem de sitoplâzmada bulunmaktadır.
66
Nükleik Asitlerin Yapısı Nükleik asitler çekirdek yapısında nükleoproteinler olarak, özellikle histon denilen basit proteinlerle birlikte bulunurlar ve kromatini meydana getirirler. Nükleik asitler de uzun zincirler halinde olan biyopolimerlerdir.Nükleik asit monomerlerine nükleotit denir.
67
5 C lu şeker O - O -CH 2 Fosforik asit Azotlu baz Nükleik asit monomerleri üç molekülden oluşmuştur. Bunlar bir fosforik asit, 5 Clu bir şeker, azotlu bir bazdır.
68
Nükleik asitler iki çeşit olur. Bunlar deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) dir. İki nükleik asit nükleotit yapılarına giren şekerle tanınırlar. Nükleotitlerin yapısına giren şeker beş karbonlu bir pentoz'dur. Fakat pentozun molekül yapısı iki tip nükleik asitte farklı olur. Deoksiribonükleik asitte deoksiriboz şekeri, ribonükleik asitte riboz şekeri bulunur.
69
Pentozlar ( C 5 H 10 O 5 ). RNA da bulunan Riboz ve DNA da bulunan Deoksiriboz. RibozDeoksiriboz Pearson Education, Inc., Publishing as Benjamin Cummings.
70
Nükleik asitlerin ikinci molekülü fosforik asittir. O || HO — P — OH | OH
71
Nükleik asitler fosforik asidin esterleri gibidirler. Fosforik asidin (H 3 PO 4 ), DNA ve RNA zincirine bağlanma yerleri aynı olur. Nükleik asit nükleotitlerinde daima bir fosfat bulunur (monofosfat). Canlı sistemlerin hücrelerinde iki ve üç esterli fosfatlar bulunurlar (Örnek: Adenozin trifosfat, ATP gibi). Nükleotitler kimyasal enerjinin depolanmasında ve transferinde çok önemlidirler. ATP'nin iki terminal fosfatı yüksek enerji kapsar. Bu yüksek enerji (~P) hücrede çok küçük bir yerde toplanır ve kullanılmaya hazır vaziyettedir.
73
Azotlu bazlar N kapsayan halka şeklindeki bileşiklerdir. Nükleotitlerde bulunan azotlu bazlar pürinler ve pirimidinler olarak iki grupta toplanırlar. Pirimidinler altı üyeli heterosiklik bir halka teşkil ederler. Pürinler ise biri beş biri altı üyeli olmak üzere iki halkadan oluşmuşlardır. Halkalardaki atomlar işgal ettikleri yere göre numaralandırılır. N 1, C 2 ve C 6 pozisyonundaki atomlara bağlanan maddelere göre bazların meydana getirdiği nükleotidin yapısı değişir.
74
N N N N N N PirimidinPürin Pirimidin ve pürinlerin genel formülü
75
Nükleotitlerde bulunan pirimidinler üç, pürinler iki çeşittir. Pirimidinler timin (T), sitozin (S) ve urasil (U) dir. Pürinler ise adenin (A) ve guanin (G)' dir. Nükleotitler taşıdıkları azotlu bazlara göre isimlendirilirler Adenin nükleotit Guanin nükleotit Timin nükleotit Sitozin nükleotit Urasil nükleotit
76
DNA ve RNA'da pirimidin bazlarından birinin timin ve urasil olarak farklı oluşu bu iki mokolekülün radyoaktif izlenmelerinde kolaylık sağlamaktadır. Radyoaktif timidin ile DNA, radyoaktif üridin ile RNA izlenir. Her nükleik asitte sadece dört çeşit nükleotit bulunur. DNA da urasil kapsayan nükleotit yoktur. DNA'nın nükleotitleri; Deoksiadenozin monofosfat Deoksiguanozin monofosfat Deoksitimidin monofosfat Deoksisitidin monofosfat RNA da ise timin bazını kapsayan nükleotit bulunmaz. Bunun yerine urasil nükleotit bulunmaktadır.
79
5 C lu şeker O CH 2 OH Azotlu baz Nükleosit (Şeker + Baz) Sadece şeker ve azotlu bazdan oluşan yapıya nükleosit denir (adenin + riboz = Adenozin nükleosit). Buna fosforik asit eklenince nükleotit meydana gelir.
80
Bu polimerler oluşurken bir nükleotidin fosfatı ikinci nükleotidin pentozu ile fosfat-diester köprüleri kurar. Bu bağda fosfat, bir taraftan bir nükleotidin pentozunun üçüncü karbonuna (3') ve diğer taraftan ikinci nükleotidin beşinci karbonuna (5') bağlanır. Bu sebeple nükleik asit zincirinin esas yapısını almaşık olarak peş peşe dizili fosfat ve şeker molekülleri oluşturur. Fosfatın üçüncü grubu molekülün bazik proteinlerle iyonik bağlar kurmasını sağlar.
81
Bir nükleotit ve nükleotitlerin oluşturduğu polinükleotit zinciri
82
Genetik bilgi T, A, C ve G bazlarının dizilişi ile sağlanır. Bu dört baz bütün proteinlerin primer yapıları için kodlama yapar. DNA molekül ağırlığı çok yüksek olan bir maddedir. DNA molekülü histonlarla beraber olunca deoksiribonükleoprotein (DNP) şeklinde kromatini teşkil etmektedir.
83
Nükleik Asitlerde Baz Oranları İncelenen bütün türlerde (A=T) ve (G=C) olduğu, Ayrıca (A+G = T+C) olduğu hesaplanlanmıştır Halbuki (A+T) ≠ (G+C) toplam miktarına oranları farklıdır Yüksek organizasyonlu hayvan ve bitkilerde A+T miktarı G+C'ye göre yüksektir. Buna karşılık virüs, bakteri ve alçak bitkilerde G+C miktarı A+T ye göre yüksektir. Meselâ insanda A+T / G+C oranı 1.52, E. coli 'de ise 0.93 dür.
84
Amerikalı Watson ile İngiliz Crick adlı iki araştırıcı 1953 de, o zamana kadar nükleik asitler için elde edilmiş bütün bilgileri bir araya getirerek hazırladıkları modeller üzerinde DNA yapısını açıklamaya çalışmışlar ve bir model ileri sürmüşlerdir. Bu modele Watson-Crick Modeli denir. Bu model hem DNA da bulunan bazların oranlarını açıklamaya elverişlidir, hem de DNA’nın kendini nasıl eşlediğini çok iyi bir şekilde göstermektedir. Bu iki araştırıcıya bu çalışmalarından dolayı 1962 de Nobel Bilim ödülü verilmiştir.
85
Bu modele göre iki polinükleotit zinciri bir eksen etrafında sağa dönük olarak bükülmüş bir çift heliks meydana getirirler. Her iki polinükleotit zincirinin şeker ve fosfattan oluşan esas yapısını teşkil eden iki iplik antiparalel durumda uzanırlar. Yani 3' ve 5' fosfor diester bağları, ipliklerde zıt yönlerdedir. İki iplik birbirine H bağları ile bağlanmıştır. Hidrojen bağları karşılıklı çiftler teşkil eden bazların arasındadır. İplikler arasındaki aralık sabittir. Karşılıklı iki pentoz arası 10.8 A° olarak ölçülmüştür.
86
DNA yapısı, Watson Crick Modeli
87
B DNA
88
DNA da iki polinükleotid zincirinin birbirine bağlanması Baz çifti Hidrojen bağları
89
DNA çift ipliğinde DNA nükleotitleri arasında hidrojen bağları
90
Baz çiftlerinin basamakları arasındaki aralık 3.4 A° dur. Çift heliksin bir dönüşü 34 A° de tamamlanır. Böylece bir dönüşe 10 nükleotit bazı basamağı girmektedir. Çift heliksin ortalama çapı 20 A° dur. Hücrelerdeki DNA' nın çoğu sağa dönük tipte olur ve buna B- DNA denir. Bu Watson Crick modelinde belirtilen normal DNA dır. Bu iplik üzerinde bazı hafifçe farklı sağa dönük bir durum olabilir. Buna A-DNA denir. Sentetik nükleotitlerle yapılan kristallografi çalışmaları sola dönük çift helikslerin de bulunduğunu göstermiştir. Bunlara Z-DNA denmektedir. Sağa dönük tiplerde şeker-fosfat dizilişi çok düzenli olduğu halde sola dönükler düzensizlik göstermektedir.
91
A DNA B DNA Z DNA
92
Bu DNA tiplerinden başka C DNA, E DNA ve P DNA gibi farklı DNA tipleri de elde edilmiştir. C DNA ve E DNA sağ el sarmalı gösterirler. Sarmalın tam dönüşlerinde daha az baz çifti vardır. P DNA da sağ el sarmalı gösterir. B DNA dan daha ince ve daha uzundur. B DNA da sarmalın içinde yer alan azotlu bazlar P DNA da sarmal dışına yakındır. B DNA da her tam dönüşte 10.4 baz çifti bulunmasına karşılık P DNA da 12,6 baz çifti bulunur.
93
Bir ipliğin baz dizilişine göre ikinci iplik bunu tamamlayan bazı taşır. Böylece iki iplik birbirinin tamamlayıcısı (komplementer) durumundadır. Bir ipliğin baz sırası öğrenilince tamamlayıcı ipliğinki de öğrenilmiş olur. ATTCAGCTATTCAGCT TAAGTCGATAAGTCGA
94
DNA Molekülünün Kendini Eşlemesi DNA molekülü kendisinin bir kopyasını yapar. Buna replikasyon veya duplikasyon denir. DNA'nın replikasyonu sırasında iki iplik çözülür. Her bir iplik kalıp gibi hareket eder ve yanına tamamlayıcı bazları taşıyan nükleotitler uygun şekilde dizilerek enzimlerle (DNA polimeraz ve ligaz) birbirlerine bağlanırlar. Böylece ilk DNA çift heliksinin tam aynı olan iki çift heliks meydana gelir. Bu iki yeni DNA da ipliğin biri ilk DNA'ya aittir ve yanına yeni bir iplik sentezlenmiştir. Bu DNA'nın semi konservatif olması sebebiyledir.
97
DNA genetik bilgi deposudur. DNA'nın iki görevi vardır. Birinci görevi replikasyon ile kendini eşlemesidir. İkinci görevi olarak da transkripsiyon ile kendinde kodlanmış olarak bulunan bilgiyi RNA halinde kaydeder. Bu bilgi ribozomlarda tercüme (translasyon) edilerek protein sentezlenmesinde kullanılır. Transkripsiyonun esası, DNA kalıbı üzerinden RNA'nın doğrudan sentezlenmesidir. Böylece DNA'daki bilgi RNA'ya aktarılmış olur. Bu olaya sentral dogma denmektedir. Transkripsiyon DNA Translasyon RNA Protein
98
Her amino asit için, DNA molekülünde üç bazdan oluşan birimler halinde bilgi bulunmaktadır. Bu birimler RNA'ya kaydedildiğinde (kodlama) her birime kodon adı verilir. Fizikokimyasal olarak (ısıtma, alkali, pH) iki DNA ipliğini ayırmak mümkündür. Buna erime (melting) veya denatürasyon denir. C-G bağının ayrılması daha fazla sıcaklık gerektirir. Daha sonra DNA iplikleri yavaşça soğutulursa baz çiftleri tekrar teşekkül ederek renatürsayon ve halkalanma (annealing) olur.
99
RNA Molekülü RNA'nın primer yapısı da DNA'nınki gibidir, fakat her iki molekül arasında bazı farklar bulunmaktadır. RNA'nın DNA'dan birinci farkı pentoz şekerinin riboz oluşundadır. İkinci fark da RNA'da timin yerine urasil bulunur ve üridin nükleotidi teşkil eder. RNA polinükleotit dizisi bir tek iplikten yapılmıştır. Bununla beraber A-U ve G-C çiftleri ilmik yapıları meydana getirerek sekonder bir yapı oluşturabilirler ve buralarda heliks yapısı görülür. Bu yapı biyolojik olarak önemlidir.
101
Hücrede RNA çekirdekçikte ve ribozomlarda bulunur. Ayrıca sitoplâzmaya dağılmış RNA molekülleri de mevcuttur. Hücrede üç tip RNA vardır. Bu farklı tiplerin görevleri de farklıdır. Her bir tip RNA protein sentezlenmesinde ayrı bir rol oynar. Sentezlenen RNA molekülleri proteinlerle birleşerek ribonükleoproteinleri (RNP) meydana getirirler. Birinci tip RNA'ya ribozomal RNA (rRNA) denir. Bu tip RNA ribozomlarda yer alır ve toplam RNA'nın % 'ini oluşturur. Molekül ağırlığı oldukça yüksektir.
102
Ribozomal RNA, her zaman, ribozomların yapısal proteinine bağlı olarak bulunur. Ribozomun % 50'si rRNA dan yapılmıştır. Ribozomal RNA'lar ökaryot hücrelerde dört çeşit olur. Bunlardan üçü ribozomun büyük alt biriminde, biri küçük alt biriminde bulunur. Molekül ağırlıkları farklıdır. Ribozomal RNA'lardaki nükleotit dizilişleri çeşitli türlerde birbirine çok benzer. Ribozomal RNA ipliği üzerindeki baz dizilişlerinin antiparalel olarak birbirinin tamamlayıcısı durumunda karşılaştıkları yerlerde bazlar çift yaparlar. Bu sebeple molekülün birçok yerlerinde çift durum görülür. Böylece çeşitli yapılar ortaya çıkar.
103
rRNA
104
İkinci tip RNA'ya taşıyıcı RNA (transfer RNA) denir ve tRNA olarak gösterilir. Taşıyıcı RNA'lar sitoplâzma içinde dağılmış olarak bulunur ve protein sentezinde amino asitleri ribozomlar üzerine taşımakla görevlidirler. Çok çeşitli tRNA molekülleri vardır. Her bir amino asit için en az bir tRNA molekülü bulunur. Bu tRNA lar taşıdıkları amino asite göre adlandırılırlar, (t RNA Val, t RNA Ala gibi). Taşıyıcı RNA'lar yonca yaprağına benzer, küçük moleküllerdir. Her biri nükleotitten oluşur. tRNA larda normal bilinen azotlu bazlardan farklı baz taşıyan nükleotidler de görülebilir. Ribotimidin (T), Psödouridin (P), Dihidrouridin (D), 1-metilguanozin (m 1 G), N6-izopentiladenozin (IPA), İnozin (I) gibi.
105
Toplam RNA'nın % 10-15'ini teşkil ederler. Taşıyıcı RNA molekülünün bazı azotlu bazları anti-paralel dizilişte benzerlik gösterir ve çiftler teşkil ederler. Taşıyıcı RNA moleküllerinin dört önemli bölgesi vardır. Bir ucu amino asidin bağlandığı amino asit kolu'dur. İkincisi ribozomu tanıyan özel bir bölgesidir. Üçüncüsü, kendisine bağlanmak üzere belli bir amino asidi aktive eden enzimi tanıyan yerdir. Dördüncüsü de mRNA üzerindeki kodonu tanıyan antikodon yeridir.
106
Amino asit bağlanma ucu Antikodon Taşıyıcı RNA (tRNA)
107
Üçüncü tip mRNA olarak gösterilen elçi RNA'dır. Elçi RNA molekülleri, hücreye gerekli bütün yapısal ve fonksiyonel proteinler için DNA molekülü tarafından kodlanmış bilgiyi taşıyan moleküllerdir. Yani hücrenin protein çeşidi kadar mRNA çeşidi DNA molekülü üzerinde sentezlenir ve sitoplâzmaya gönderilir. DNA'nın % 1-2 kadarı rRNA ve tRNA için kodlama yapar. Diğer kısımları mRNA için kodlama yapar. Elçi RNA'lar bir kaç kere kullanıldıktan sonra sitoplâzmada enzimlerle parçalanırlar.
108
Bunlardan başka son zamanlarda mRNA oluşumunda rol alan küçük çekirdek RNA sı (snRNA), kromozom uçlarındaki DNA’nın replikasyonunda görev yapan Telomeraz RNA ve gen düzenlenmesinde görev alan Antisens RNA varlığı da gösterilmiştir. mRNA, tRNA ve rRNA nın hepsi protein sentezinde görev yapar.
109
Translasyon (Protein sentezi) Replikasyon Transkripsiyon (RNA sentezi) Ribozom Protein
110
DNA ve RNA Sentez Zamanları Hücrelerde RNA devamlı olarak sentezlenir. Devamlı olarak çeşitli proteinlere ihtiyacı vardır ve bunların sentezi devam eder. RNA sentezi sadece hücre bölünmesi sırasında kromozomların çok yoğun olarak bulunduğu profazın sonundan telofazın başına kadar geçici olarak durur. DNA'nın çok yoğunlaştığı (yani katlandığı) metafaz ve anafaz safhalarında RNA sentezlenmez. Sadece organellerde, mitokondri ve kloroplastlarda, RNA sentezi devam eder. Halbuki DNA sentezi hücrenin hayatının ancak belli bir safhasında yapılır. Bu safhanın dışında DNA sentezlenmez. Ancak bölünmenin S safhasında DNA sentezi yapılmaktadır.
111
Hücrenin bir bölünmesinin sonundan ikinci bölünmesinin sonuna kadar geçen süreye hücre siklusu (hücre devri) denir. Bu süre interfaz ve bölünme olmak üzere iki kısımdan oluşur.
112
Enzimler
113
Hücre içinde meydana gelen enerji transformasyonlarına yani kimyasal değişmelerin toplamına metabolizma denir. Metabolizma olaylarına hem katabolizm hem de anabolizm olayları girer. Katabolizma maddelerin parçalanması, anabolizma yeni maddelerin sentezlenmesidir. Katabolik reaksiyon ekzergonik'tir. Yani bu olaylar sırasında enerji açığa çıkar. Anabolik reaksiyonlar ise endergonik'dir. Yani bu olaylar sırasında enerji kullanılır.
114
Meydana gelen enerji hücrede enerji depolayan ve adenozin trifosfat (ATP) denen molekülde tutulur. Hücrede bu olaylar belli bir vücut sıcaklığında, düşük iyon konsantrasyonunda, dar bir aralığa giren pH derecelerinde meydana gelir. Hücrede enerji transformasyonları yukarda sayılan şartlar altında enzimler aracılığı ile molekül seviyesinde yapılır.
115
Enzimler hücredeki kimyasal reaksiyonların hızını arttıran biyolojik katalizörler olup protein moleküllerinden yapılmış özel bir kimyasal madde grubudurlar. Enzimler (E) katalizör olarak girdikleri kimyasal reaksiyonlarda, reaksiyon sırasında substrat (S) denen madde ile birleşerek bir ara madde olan enzim-substrat kompleksi'ni (ES) meydana getirirler ve reaksiyon sonunda başlangıçtaki hallerine dönerler. Bu arada substrattan yeni ürünler (Ü) meydana gelir. Bu reaksiyon sırasında enzim ile reaksiyona girdiği substrat arasında devamlı ve kuvvetli bağlar kurulmaz.
116
Enzim terimi genel bir terimdir. Enzimin üzerinde aktivite gösterdiği maddenin adının sonuna "az" eki getirilerek beli bir enzimin adı elde edilir. Proteinleri etkileyen enzimlere genel olarak proteinaz, fosforik esterleri etkileyenlere fosfataz denir. Dehidrojenazlar pek çok kimyasal maddeden hidrojeni ayıran enzimlerdir (süksinik dehidrojenaz, glütamik dehidrojenaz vs) Hidrolazlar geniş bir grup hidrolitik enzimler'dir. Su eklenmesi ile bir çok maddeleri parçalarlar. Araştırmaların yapıldığı ilk yıllarda keşfedilen bu maddelere ayrı ayrı isimler verilmiştir. Meselâ pepsin, tripsin böyle verilmiş adlardır.
117
Bazı enzimler aktivite gösterdiği maddeye göre çok spesifik olurlar. Yani bir enzim belli tek bir substrat üzerinde faaliyet gösterir. Hatta enzimler o kadar spesifik olabilirler ki çok benzer olan moleküller üzerinde bile etkili olamazlar. Bazıları daha az spesifiktir. Bir kaç benzer bileşik üzerinde etkili olurlar. Bazı enzimlerin ise 100 kadar çeşitli reaksiyona girdiği gösterilmiştir.
118
Reaksiyon tipine göre enzimleri altı sınıfa ayırmak mümkün olur. Oksidoredüktazlar oksidasyon ve redüksiyon reaksiyonlarına, Transferazlar bir maddedeki bir kimyasal grubun diğer bir kimyasal maddeye aktarılmasına, Hidrolazlar su ile parçalama reaksiyonlarına, Liyazlar çift bağlara bir grup eklemeye veya çıkarmaya, İzomerazlar izomerizasyonları katalizlemeye Ligazlar (sentetazlar) bir fosfat bağı parçalayarak iki molekülü birleştirmeye girerler.
119
İlk saflaştırılan enzim üreaz'dır. Bu enzim üreyi hidrolize ederek CO 2 ve amonyağa ayırır. Enzimler molekül ağırlıkları oldukça yüksek olan globüler proteinlerdir. Meselâ ribonükleaz'ın molekül ağırlığı , glütamik dehidrojenaz'ınki ise 'dur. Enzimler DNA molekülünde bulunan genlerin ifade şekilleridir. Yani DNA'da yapılan kodlamalarla enzim olan bir çok proteinin sentezi yapılır.
120
Bazı enzimler sadece amino asitlerini kapsayan basit proteinlerdir. Bir çok enzimlerde ise proteinler, nükleotitler ve metal iyonları gibi protein olmayan moleküllerle daha kompleks yapılara değişmiş bileşik proteinlerdir. Bazı enzimler hücrede faal olmayan bir durumda bulunurlar. Faal olmayan enzim hücrede, zimogen granülleri halinde bulunur ve kinaz denen bileşiklerle aktif hale getirilirler. Meselâ pankreas hücrelerindeki tripsinojen pankreas hücrelerinin zimogen granülleri halinde olan bir enzim salgısıdır ve on iki parmak bağırsağında enterokinaz ile aktive edilir. Aktive edilmiş haline tripsin denir.
121
Aynı şekilde pepsinojen midede peptik bez hücreleri'nden salgılanır ve hidroklorik asit ile pepsin’e dönüşür. Bu aktivasyon ile muhtemelen enzimin substrat ile asıl faaliyete girecek aktif merkezi denen kısmı meydana çıkarılır. Bazı enzimler bir veya bir kaç küçük iyon veya molekül yardımı ile aktivite gösterirler. Bu maddelere aktivatör denir. Mg +2 ve Ca +2 böyle aktivatörlerdir. Bazı aktivatörler spesifik olurlar. Bunlara koenzim denir. Genel olarak koenzimler kompleks yapılı organik moleküllerdir ve reaksiyona girerler (H ve fosfat gibi).
122
Apoenzim (Protein Kısmı) İnaktif Kofaktör (Protein olmayan kısım) Aktivatör Holoenzim (Tam enzim) Aktif Koenzim Substrat
123
Faal olmayan enzime apoenzim denir. Apoenzim ile koenzim birlikte faal olan holoenzim'i teşkil ederler. En önemli koenzimler arasında nikotinamit adenin dinükleotit (NAD + ) ve nikotinamit adenin dinükleotit fosfat (NADP + ) vardır. Bunlar dehidrojenazları aktive ederler. Substrat + NAD + + Enzim Okside olmuş substrat + NADH + H +
124
Hücrede enerji verecek katabolik olaylar için NAD + ye, anabolik olaylar için NADP + ye ihtiyaç vardır. Gerek bu koenzimlerde gerekse diğer birçok koenzimde moleküle giren esas komponent özellikle B grubu vitaminlerdir. Meselâ koenzim A'nın bir komponenti B 5 vitamini olan pantotenik asittir. Flavin adenin dinükleotit (FAD)'de komponent B 2 vitamini olan riboflavin'dir. Dekarboksilazlar ve transaminazlar'da B 6 vitamini olan piridoksin komponenti vardır.
125
Aktif Merkez Enzimlerle yapılan reaksiyonlar sırasında substrat kendini enzimin bir komponentine bağlar. Bu bağlanma için enzim üzerinde spesifik olan bir yer veya yerler vardır. Bu noktalara aktif merkez denir.
126
Bu bağlar kovalent bağlar değildir. İyonik bağlar, hidrojen bağları, van der Waals kuvvetleri'yle bağlar teşekkül eder. Substratın enzimin aktif merkezine bağlanması bir anahtarın kilide uymasına benzer. Bu görüş 1884'de Fischer tarafından geliştirilmiştir.
127
Her ne kadar anahtar kilit modeli enzimin spesifikliğini çok iyi açıklıyor ise de bazı enzimlerin davranışını bu model ile açıklamak mümkün olmamaktadır. Özellikle anahtar kilit modeli sekonder ve tersiyer yapılardaki enzim-substrat etkileşimini tam açıklayamadığı için Koshland tarafından yeni bir model geliştirilmiştir. Bu modele göre enzimin yapısı, katı, değişmez bir yapı değildir. Substrat enzimin aktif yerindeki amino asit dizisi ile reaksiyona girer ve enzimin şekli uygun şekle değişerek faal olan kimyasal bölgesi substrata yakınlaşır ve katalizör etkisini yapar.
128
S + E a Aktif merkez Enzim-Substrat kompleksi E S + c b a c b Fischer modeli (Anahtar Kilit Modeli) Koshland modeli Enzim substrat arasındaki ilişkiler
129
Aktivasyon Enerjisi Enzimler girdikleri reaksiyon sırasında değişmediklerinden reaksiyonun hızını arttırmak hatta fazlaca arttırmak için sadece küçük bir miktar enzim yeterlidir
130
Glukoz Aktivasyon enerjisi G o Kal / mol H 2 O + CO 2 Ürün Glükozun H 2 O ve CO 2 ürünlerine dönüşmesi sonucunda enerji açığa çıkmasına rağmen başlangıçta reaksiyonun başlaması için aktivasyon enerjisi gereklidir.
131
Reaksiyonun belli bir sıcaklıkta kendiliğinde ilerleme hızı aktivasyon enerjisinin bir fonksiyonudur. Bu aktivasyon enerjisi etkileşimin ortaya çıkması için gereklidir. Buna göre, her ne kadar, reaksiyon, serbest enerji verilerek ilerleyecek ise de etkileşimin ilerlemesinden önce moleküllerin kritik bir enerji seviyesine çıkarılması gereklidir. Yani bütün reaksiyonun başlamasından önce, moleküller bir enerji eşiğine veya hududuna yükseltilmelidir.
132
/sci/ibbio/chem/notes/chpt8/chpt8.htm Aktivasyon enerjisi Aktivasyon enerjisi Enzimle katalizlenen reaksiyon Enzimsiz reaksiyon Enzim bulunduğu ve bulunmadığı durumda gereken aktivasyon enerjisi. Enzimin aktivasyon enerjisini azaltması ile reaksiyonun kendiliğinden ilerleme hızı artar.
133
Enzim, reaksiyonun ilerlemesi için gereken aktivasyon enerjisini azaltır. Sıcaklık artmadan enzim yardımı ile reaksiyonun yapılması önemlidir. Çünkü enzim yokluğunda reaksiyonun yürütülmesi için gereken sıcaklık hücreyi öldürebilir. Enzimin aktivasyon enerjisini nasıl azalttığı henüz tam anlaşılamamıştır. Bilinen sadece reaksiyonun katalizlenmesi sırasında enzimin substratla birleştiğidir.
134
Vitaminler Vitaminler besinsel ihtiyaçlar arasında bulunan maddelerdir. Vitamin terimi aminlerle bir bağlantısı olduğu düşünülerek "vitamine" şeklinde FUNK tarafından, 1912'de kullanılmış, fakat aminlerle ilişkisi olmadığı anlaşıldığından vitamin şekline dönüştürülmüştür.
135
Genel olarak vitaminlerin fazlası depolanmaz, vücuttan atılır. Bazı vitaminler besinle alınır. Bazıları da vücutta yapılır. Vitaminlerin bazıları koenzim olarak önemlidir. Vitaminler kimyasal bileşiklerine göre; Alkol (inozitol, kolin), Nükleotit (riboflavin, nikotinamit adenin dinükleotit), Steroid Karotenoid gibi çeşitli maddelerdir. Vitaminler çözünme özelliklerine göre iki gruba ayrılır; 1.Suda çözünen vitaminler 2.Yağda çözünen vitaminler
136
Suda Çözünen Vitaminler Bu vitaminler suda çözünürler. C vitamini (askorbik asit) B 1 vitamini (tiyamin), B 2 vitamini (riboflavin) B 3 vitamini (pantotenik asit) B 5 vitamini (niyasin=nikotinamit) B 6 vitamini (piridoksin) B 7 vitamini (biyotin) B 9 vitamini (folik asit) B 12 vitamini (kobalamin) bu gruba girerler. İnositol ve kolin de, bazı besin araştırıcıları tarafından B vitamini çeşidi olarak kabul edilir.
137
Herhangi bir vitaminin yokluğu avitaminoz hastalıklarının ortaya çıkmasına yol açar. Meselâ B vitamini noksanlığı Beriberi hastalığı'nın ortaya çıkmasına sebep olur. Çeşitli sebze ve meyvelerde, ette, sütte bu vitaminler bulunurlar. C vitamini portakal ve benzeri meyveler ile domateste bulunur. Çeşitli B vitaminlerinin kaynakları farklı olabilir. Bitkilerde veya ette bulunabilirler. B 12 vitamininin kaynağı toprak mikroorganizmalarıdır.
138
Yağda Çözünen Vitaminler A, D, E, K vitaminleri bu gruba girer. A vitaminlerinin öncüleri başlıca karoten'de bulunur. Hayvan dokuları A vitamini -karotenden sentezler. A 1 vitamini retinol-1 dir. Tuzlu su balıklarının karaciğerinde A 1 vitamini, tatlı su balıklarının karaciğerinde A 2 (Retinol- 2) vitamini vardır. Retinen, A vitamini kapsayan bir karotenoiddir. Retinen bir proteinle beraber, gözde, çomak hücrelerinin ucundaki görme purpurunu meydana getirir. Görme epitelinin düzgünlüğü için A vitamini gerekmektedir.
139
Süt, yumurta, peynir ve yağ A vitamini kaynaklarıdır. Havuç da zengin bir A vitamini deposudur. D vitamini kemik ve diş teşekkül ve gelişmesinde önemlidir. D vitamini en çok balık karaciğerinde bulunur (uskumru, sardalya gibi). Balıkların yağında da D 3 vitamini bulunur. D vitamini bir steroiddir. E vitaminine tokoferol denir. Bir karotenoiddir. Bu vitamin eşey hormonlarının iyi çalışmasını sağlar.
140
K vitamininin fillokinon (K 1 ) ve farnokinon (K 2 ) tipleri vardır. K vitamini de bir karotenoiddir. Kanın pıhtılaşmasını sağlar K 1 vitamini bitkilerde bulunur. Yumurta, peynir ve karaciğerde de vardır K 2 vitamini bakterilerin metabolik artıkları arasında bulunur