km 337 biyokimyaya giriş
advertisement
KM 484 Doç. Dr. Ayşe TOSUN biyo71@gmail.com “biyokimya” Yaşamın temel kimyası ile ilgilenen “canlı kimyası” anlamına gelen Canlı hücrelerin kimyasal yapı taşlarını ve bunların katıldığı reaksiyonları inceleyen bilim dalı BİYOKİMYA HİBRİT BİR BİLİM DALI BİYOLOJİ KİMYA YAŞAYAN ORGANİZMALAR ATOM ve MOLEKÜLLER YAŞAYAN ORGANİZMALARDA ATOM ve MOLEKÜLLERİ İNCELEYEN BİLİM DALI BİYOKİMYANIN TARİHÇESİ Alman kimyageri Carl NEUBERG İsveç Kimyageri Carl SCHEELE'nin WOHLER'in 1820 yıllarında üreyi kimya laboratuvarında sentezlemesi 1820 Friedrich Wöhler, laboratuvarda amonyum siyanat hazırlarken yanlışlıkla üre sentezledi. 19. yüzyılda Alman kimyacı Wöhler: "Ne bir insan ne de bir başka hayvan veya böbreğe gerek olmadan üre elde edebileceğimi sizlere söylemek zorundayım.", demişti. Bu sözler, canlılığın çok özel bir hayat enerjisi (vitalizm) ile açıklandığı o yıllarda, bilim çevrelerinde bile şüphe ile karşılanmıştı. O +NH NCO4 H2NCNH2 1875- Kromozomların keşfi (Walter Flemming) 1897- Eduard & Hans Buchner kardeşler Ölü maya hücreleriyle şekerin etanole fermente olabildiğini gösterdiler. Bu keşif, biyokimyasal reaksiyonların sadece canlı içinde (in vivo) değil, bir test tüpünde de (in vitro, Latincede cam kabın içinde demektir) gerçekleşebileceğinin kanıtı oldu. Bu tarihten sonra pek çok metabolik reaksiyonun in vitro analizi gerçekleştirildi ve pek çok reaktan, ürün ve enzimin varlığı ortaya konuldu. Vitalistler, enzimlerin (yani, “ferment”lerin) kimya terimleriyle tanımlanamayacak kadar karmaşık olduğunu savundular. 1926- Sumner Üreaz enzimini kristallendirmeyi başardı. “Proteinlerin yapısı büyük ve karmaşık olmakla birlikte, bunlar da sonuçta organik bileşiklerdir ve yapıları kimyasal yöntemlerle belirlenebilir” BU BULUŞ VİTALİZMİN SONU OLDU. Biyokimyanın kökenleri organik kimya fizyoloji tıp genetik Biyokimya, önceleri organik kimyanın bir kolu olarak başlamıştır. Çağdaş kimyanın kurucusu karbondioksit ve sayılan su Lavoisier’in meydana geldiğini organik maddelerin göstermesinden yanmasıyla sonra, organik kimyacıların hayvansal ve bitkisel kaynaklı çeşitli bileşiklerin ayrılıp tanınması için yaptıkları çalışmalar biyokimyanın başlangıcı olmuştur. Biyokimyanın diğer bir kökeni fizyolojidir. Kimyasal olarak yönlendirilen fizyolojiden “fizyolojik kimya” gelişmiştir; fizyolojik kimya yerine daha sonraları “biyolojik kimya” ve son olarak da “biyokimya” adı kullanılmıştır. Biyokimyanın üçüncü kökeni tıptır. Kimyasal olarak yönlendirilen hastalıklar, tıp ile biyokimya arasındaki en önemli köprüdürler. Moleküler biyolojinin bir dalı olan genetik de son yıllarda biyokimyanın başka bir kökeni durumuna gelmiştir. Moleküler biyoloji terimi, temelde biyokimya ile veya biyokimyanın temel yaşam olaylarını moleküler düzeyde açıklamaya çalışan bir dalı ile eş anlamlıdır. 21. yüzyılın biyolojik bilimler ve biyoteknoloji çağı olacağı kabul edilmektedir. Bilim ve teknolojinin amacı sağlıklı bir çevre ve sağlıklı bir yaşamdır. Bu nedenle bugün hayal bile edilemeyecek olanakların insanlığın hizmetine sunulmasında en büyük pay gelecekte bu meslek üyelerinin olacaktır. Son yılların Nobel bilim ödüllerinin büyük oranda biyokimyasal çalışmalara verilmiş olması bunun en güzel kanıtıdır. İş olanaklarının, biyokimya, biyoteknoloji ve gen teknolojisinde gözlenen gelişmelere paralel olarak yoğunlaşması gelişmiş ülkelerde yayınlanan bilimsel dergilerdeki iş ilanlarının büyük bir kısmının bu alanlara yönelik oluşu ile kanıtlanmaktadır. BİYOLOJİNİN MİMARLARI Hücre ilk defa 1665 yılında Robert Hooke tarafından keşfedilmiştir. Robert Hooke şişe mantarından aldığı kesiti mikroskopta incelemiş ve oda şeklinde yapılar görmüştür. Gördüğü bu yapılara “HÜCRE” adını vermiştir. Yaklaşık 200 yıl sonra Brawn (1831) bitki hücresinde çekirdeği buldu. Purkinje, Schwann ve Mohl gibi araştırmacılar hücre içindeki yapıya “Plazma” adını verdiler. Daha sonra hücreyi dış ortamdan ayıran bir zar bulundu. Böylece yavaş yavaş canlıların hücrelerden yapıldığı fikri yayılmaya başladı. 1930 yılında elektron mikroskobu icat edilmiştir. Hücre konusunda daha detaylı incelemeler yapılmıştır. GENEL BİLGİLER Canlıların temel yapı ve işlevsel birimi hücredir. Bütün canlılar bir yada daha fazla hücreden meydana gelmiştir. Kalıtım materyali hücrede bulunur. Yeni hücreler var olan hücrelerin çoğalması ile oluşur. Bu teoriyi şöyle açıklayabiliriz. Canlılarda gördüğümüz her türlü yapısal ve işlevsel faaliyeti hücrede görebiliriz. Yani bir hücre büyüme, boşaltım, üreme, hareket vs. gibi canlılığa özel işlevleri tek başına yerine getirebilir. Bütün canlılar hücrelerin bir araya gelmesiyle oluşmuştur. Tek bir hücreden meydana gelen amip, terliksi hayvan ve milyarlarca hücreden meydana gelen insan. Canlılığın en büyük özelliklerinden birisi hücresel yapıya sahip olmalarıdır. Her türlü özelliğimizin oluşmasını sağlayan kromozomlar hücrede bulunur. Hücreler yaşayan organizmaların yapısal ve fonksiyonel birimleridir. Hücreler küçük fakat kompleks yapılardır. Hücre teorisi Bütün canlılar hücrelerden oluşmuştur. Hücreler kendilerinden önce yaşayan hücrelerden oluşurlar Hücre içinde oluşan kimyasal reaksiyonlar hücre içerisindeki organeller ile gerçekleştirilir Bütün hücrelerin ortak özelliği benzer kimyasal reaksiyonların olmasıdır. Hücrenin şekli ve büyüklüğü Hayvan ve bitkilerin hücre ve şekilleri temel yapılar hariç farklılıklar gösterir Görev ve kalıtsal özelliğine bağlıdır. Amip ve akyuvarlar.. 0,2-0,5 mikron büyüklüğünde bakteri ve parazit 10 mikrondan fazlamemeli hücreleri Hücre şekli (biçimi), büyüklüğü ve içeriği - Hücrelerin biçimleri, sitoplazmalarının akıcılığı, yüzey gerilimleri, komşu hücrelerin yaptıkları basınç ve hücre zarının duyarlığıyla, yakın ilişkili olarak değişebilir - Hücreler şekil ve büyüklük (uzunluk ve hacim ) yönünden çok - farklıdır genel olarak çapları 5 - 200 mikron arasında değişebilir. Örneğin : Beyaz kan hücresi - lenfosit = 8 - 9 mikron, sinir hücresi - norosit = 5 - 140 mikron, insan yumurtası - Oosit = 200 mikron - hacimleri ise 200 - 15000 mikron küp arasındadır - Hücrelerin şekil ve büyüklükleri, fonksiyonları ile yakın ilişkilidir. HÜCRENİN GENEL ÖZELLİKLERİ Hücreler ortamdan ham materyali alırlar. Kalıtsal bilgiler DNA içinde saklanır. Enerji üretirler: Bu enerji iç ortam dengesini sağlamak, ve sentez reaksiyonlarını yürütmek için gereklidir. Bilgi DNA dan proteinlere RNA aracılığı ile geçer. Kendi moleküllerini sentez ederler. Organize bir şekilde büyürler. Çevreden gelen uyarılara cevap verirler. Çoğalırlar. Proteinler ribozomlar tarafından yapılır. Proteinler hücrenin fonksiyon ve yapısını düzenlerler. Bütün hücreler seçici geçirgen bir zar olan plazma membranı ile çevrilmiştir. Canlılık hücreyle başlar. Doğada yaşayan canlıların tamamı hücrelerden oluşmuştur. Canlılardan bazıları tek bir hücreden, bazıları da çok sayıda hücreden oluşmuştur. Her canlıyı oluşturan hücrelerin sayısı ve büyüklüğü aynı değildir. Canlıyı oluşturan hücrelerin görevlerine göre şekli ve büyüklüğü farklı olabilir. Canlı hücrelerle ilgili kimyasal olayların moleküler düzeyde tam olarak anlaşılmasını sağlamak Aşağıdaki şekillerde bitki ve hayvan hücresini görmektesiniz. Bitki ve hayvan hücreleri arasında bazı önemli farklar vardır. Şekilde de görüldüğü gibi hayvan hücresi küre şeklinde, bitki hücresi ise köşeli şekildedir. Ayrıca bitki hücresinde kloroplat bulunurken hayvan hücresinde bulunmaz. BİTKİ VE HAYVAN HÜCRESİ ARASINDAKİ FARKLAR BİTKİ HÜCRESİ HAYVAN HÜCRESİ Hücre çeperi Selüloz Yoktur Merkezi vakuol (koful) Var Yok Plastid Var Yok Tipik depo karbonhidratı Nişasta Glikojen Sentrozom Yok Var Bitki Hücresi Hayvan Hücresi Beyaz kan hücresi (Eukaryotic) Bakteri (Prokaryotic) HÜCRELERİ BİRBİRİNDEN AYIRAN ÖZELLİKLER Hücreler arasında pek çok benzerlik olmasına rağmen, çok belirgin farklılıklar da vardır. Bu farklılıklar hücreleri çeşitli ana guruplara ayırmamıza yardımcı olur. İki yaygın ana gurup şunlardır. ÖZELLİKLER PROKARYOT EUKARYOT ÇEKİRDEK ZARI YOK VAR ÇEKİRDEKCİK YOK VAR DNA İÇERİĞİ KÜÇÜK BÜYÜK BÜYÜKLÜK KÜÇÜK Prokaryotlar Eukaryotlar (Karyot=nükleus, Pro=önce, Eu=gerçek anlamına gelmektedir.) Prokaryotlarla Eukaryotlar arsındaki farklılıklar ise Tabloda gösterilmiştir. BÜYÜK Prokaryotlarla Eukaryotlar arasındaki en temel farklar prokaryotların bir nükleusa (çekirdek) ve membrana bağlı organellerinin (birkaç istisna haricinde) olmamasıdır. Her ikisinin de DNA sı, hücre zarı, ribozomları vardır. HÜCRE Hücre zarı Sitoplazma Çekirdek ÇEKİRDEK (NUKLEUS) Adındanda anlaşılacağı gibi nukleus hücrenin genellikle merkezinde konumlanmıştır. Nukleus yapısı itibariyle bir zar ile kuşatılmıştır. Bu zarda tıpkı hücrenin kendi zarındaki gibi porlar bulunur. Nukleusun içerisinde ise DNA içeren kromatin iplikçikler bulunur. Bu iplikçikler hücre bölüneceği zaman katlanmalar yaparak kromozomları meydana getirirler. Nukleus genelde bir tane olmasına karşın bazı hücrelerde birden fazla sayıda olabilir. Nukleusun içerisinde bulunan sıvıya ise " Karyolenf sıvısı " adı NUKLEUS HÜCRE ZARI Hücreyi koruyup dış etkenlerden izole eden yapı bildiğiniz gibi hücreyi saran bir zardır. Zar denilen yapı insan kulağına gayet basit bir yapı gibi gelse de bir hücre zarındaki yapılar bile insanı hayrete düşürmeye yetmektedir. Zarın yapısı temelde yağ ve protein moleküllerinden oluşur. Fakat buna ilave olarak zar üzerinde yardımcı birçok yapı vardır. Mesela zar üzerinde iyon ve molekül pompaları bulunur. Bu pompalar hücrenin dışındaki bir çok maddeyi hücre içine transfer etmekle görevlidir. Bazı özelleşmiş proteinler ise zara homojen bir şekilde dağılarak çeşitli fonksiyonlar üstlenmiştir. Bir zar nasıl olurda bir maddenin geçişine izin verirken diğerinin geçişini durdurur. Bu halen tam olarak açıklık kazanamamış fizyolojik bir durumdur. Yapılan araştırmalar, hücrenin zarının bile sanıldığından çok daha karmaşık bir yapıya sahip olduğunu ortaya koymuştur. Sitoplazma Hücre zarı ile çekirdek arasını dolduran bir sıvıdır. Canlı Renksiz Yarı geçirgen,yarı saydam ve kolloid Sitoplazmanın % 90’ını su oluşturur. HÜCRENİN ORGANELLERİ Hücreler ışık mikroskobu ile incelendiği zaman, sitoplazma ve çekirdek adı verilen iki bölümden oluştuğu görülür. Ancak daha büyük büyütme sağlayan elektron mikroskobuyla yapılan incelemeler, hücrenin bir takım alt birimlerden, hücre organellerinden oluştuğunu ortaya koymuştur. Hücre şunlardan oluşmuştur. RİBOZOM LİZOZOM GOLGİ AYGITI MİTOKONDRİ ENDOPLAZMİK RETİKULUM SENTROZOM RİBOZOM Ribozomlar proteinlerin sentez edildikleri yerdir. Protein sentezi için gerekli bilgi DNA dadır, bu bilgi RNA ya transfer edilir, ve ribozomlarda RNA daki bu bilgiyle protein yapılır. Bir hücre için protein sentezi çok önemlidir, bu yüzden de hücrede binlerce ribozom bulunur. Ribozomlar ya sitoplazmada serbestçe yüzerler ya da endoplazmik retikuluma bağlı olarak bulunur. Ribozomların membranı yoktur. Protein sentezlemedikleri zaman 2 alt gurup halinde bulunurlar. Alt guruplar ribozomal RNA (rRNA) ve ribozomal proteinlerden oluşur. LİZOZOM Lizozomlar 0,2 ila 2 n m çapında organellerdir. Hücreiçi sindirimi sağlamak üzere yaklaşık 40 civarında enzim içerirler. Lizozom membranı lizozomun hücreyi tümüyle sindirmesini önler. Bu enzimler için optimal pH 5 civarıdır. Lizozomlarda ATP hidrolizi ile çalışan H+ pompası vardır. Bu sayede lizozomun pH I düşük tutularak enzimlerin etkin hale geçmesi önlenir. Mitokondri içerisinde cereyan eden kimyasal olaylar oldukça karmaşıktır.Hücrede bulunan üç binin üzerindeki enzimlerden ayrı olarak mitokondri içerisine yüzlerce enzim görev almıştır. Mitokondri Hücrenin enerji santralidir. Çift katlı zarla çevrilidir Dıştaki zar mitokondriyi sarar. İçteki zar birçok girinti çıkıntı oluşturur. GOLGİ AYGITI Golgi kompleksi hem yapı hem de fonksiyon yönünden endoplazmik retikulum ile yakından ilişkilidir. Bu organel birbirine paralel bir dizi membranöz kanaldan oluşur ve salgı yapan hücrelerde iyi gelişmiştir. Golgi kompleksinin fonksiyonu endoplazmik retikulumda sentezlenen maddelere son şeklini vermek ve bu maddeleri bir membranla çevrelemektir. Ayrıca hücre zarının yenilenmesi ve yüzeyinin genişletilmesi görevini de üstlenir. Uzun zaman, pek önemli bir organel olmadığı gerekçesiyle, dikkate alınmayan GA, son zamanlarda hücre zannın özgüllüğünü saptamada önemli görev almaşı nedeniyle, dikkatleri üzerine çekti. Çünkü hücre zannın özgüllüğü karbonhidratlarla saptanmaktadır ve karbonhidratlar da GA'nda sentezlenmektedir. Bazı karbonhidratların, proteinler gibi kalıtsal denetim altında sentezlendiğine ilişkin kanıtlar vardır. Kan grupları ve immunokimyasal incelemeler bunu göstermektedir. GOLGİ AYGITI ENDOPLAZMİK RETİKULUM Endoplazmik retikulum lipid, protein (ribozomlar aracılığı ile) ve kompleks karbonhidratların yapım yeridir. Endoplazmik retikulum hücredeki toplam membranların yarısından fazlasını oluşturur. Endoplazmik retikulum iki membrandan oluşur, iki membran arasında kalan boşluğa endoplazmik retikulum lümeni denir. İki tip endoplazmik retikulum vardır. Granüllü Endoplazmik Retikulum: Üzerinde ribozomlar vardır. Sisterna denilen yassılaşmış keseler şeklindedir. Düz Endoplazmik Retikulum: Ribozomları yoktur, tüplerden oluşan bir ağ şeklindedir. SENTROZOM Bu organelde sadece hayvan hücrelerinde bulunur kromozomların kutuplara taşınması görevini üstlenmiştir. ve bölünme esnasında Koful ( vakuol ) Artık maddelerin depolanmasını, Bazı besinlerin sindirilmesini ve Artık maddelerin dışarı atılmasını gerçekleştirir. Plastidler Sadece bitki hücrelerinde görülür Bitkiye renk veren yapılardır Kloroplast,kromoplast ve lökoplast olmak üzere üç kısma ayrılır. PLASTİDLER Kloroplast Kromoplast Lökoplast Kloroplast • • • • • • Bitkiye yeşil rengi verir. İçerisinde klorofil bulunur. Yapraklarda bol miktarda bulunur. Fotosentez ile besin üretmektir. Fotosentez için gerekli enerji kloroplastta üretilir. Fotosentez solunum tersidir. Kromoplast Bitkiye diğer renklerini verir ( sarı,kırmızı vs. ) Lökoplast Renksizdir Işklı ortamda kloroplasta dönüşebilir Depo organı olarak da görev yapar. CANLILARIN SINIFLANDIRILMASI Sistematik veya taksonomi: canlıların akrabalık gelişimlerine dayanarak sınıflandıran bilim dalına sistematik veya taksonomi denir Virüsler Aktif hareket etmez, Büyümez, Beslenmez, Bölünmezler. Canlı hücrelerin bilinen kimyasal yapı taşları Organik maddeler a) Karbonhidratlar b) Proteinler, amino asitler ve peptitler c) Enzimler d) Lipidler e) Nükleotidler ve nükleik asitler f) Vitaminler İnorganik maddeler a) Mineraller b) Su Karbohidratlar, insan diyetinin en önemli kısmını oluştururlar. Karbonhidratların (CH2O)n olan genel formülünde n sayısı 3 ile 10 arasında değişmektedir. Karbohidratlar, vücudumuzda -temel enerji sağlayıcıdırlar. -iskelet eklemlerini kayganlaştırırlar ve hücreler arası yapışmayı sağlarlar. -yapısal ve koruyucu elemanlar olarak fonksiyon görürler. -Karbonhidratlar, vücutta lipidlerin, bazı amino asitlerin, glikolipidlerin, glikoproteinlerin ve proteoglikanların ön maddesidir. H H 2 C O C OH 3 HO C H H Primer alkol grubu 4 5 6 Aldehid grubu H C OH C OH CH2OH D-glukoz 1 CH2OH C O Keton grubu H C OH 4 HO C H 5 H C OH 6 CH2OH D-fruktoz Sekonder alkol grubu MONOSAKKARİTLER Karbon sayılarına göre Fonksiyonel gruplarına göre Trioz (gliseraldehid 3-fosfat) Tetroz (eritroz 4-fosfat) Pentoz (riboz, ksiloz, ribüloz) Heksoz (glukoz, fruktoz, galaktoz) Heptoz (sedoheptüloz 7-fosfat) Aldozlar Glukoz Galaktoz Riboz Ketozlar Fruktoz Ribüloz Ksilüloz •Kimyasal formülleri aynı olan monosakkaridler (glukoz, fruktoz, galaktoz, mannoz) izomerler olarak tanımlanmaktadır. H H HO H H 1 2 3 4 5 6 C C C O OH H C OH C OH CH2OH D-glukoz H H HO HO H 1 2 3 4 5 C C C C C O OH H H OH 6 CH2OH D-galaktoz H HO HO H H 1 2 3 4 5 6 1 C C C C C O 2 H H OH OH CH2OH D-mannoz H HO H 3 4 5 6 CH2OH C O C OH C H C OH CH2OH D-fruktoz Karbon atomuna dört farklı grup veya atomun bağlanması ile asimetrik karbon atomu ortaya çıkmaktadır. En basit monosakkarid olan üç karbonlu gliseraldehidde bir asimetrik karbon bulunmaktadır. H C O HO C H CH2OH L-gliseraldehid H C O H C OH CH2OH D-gliseraldehid Hidroksil grubu (-OH) sağda ise bileşik D-şeker, solda ise L-şekerdir. D-şekerler doğada yaygın olarak bulunmaktadır. Dört asimetrik karbon atomu (2C, 3C, 4C, 5C) olan aldoheksozun 16 steroizomeri vardır. H C O H C O 2 2 H C OH H C OH 3 3 HO C H HO C H 4 4 HO C H HO C H 5 D-galaktoz H C OH CH2OH 5 L-galaktoz HO C H CH2OH D-Glukoz, D-mannoz ve D-galaktoz biyolojik sis- temlerde yaygın olarak görülmektedir. Aynı karbon atomuna sahip ketoeksozlarda daha az sayıda asimetrik karbon bulunduğu için steroizomerlerin sayısı daha azdır. Birbirinin ayna görüntüsüne sahip spesifik izomerler, enantiomerler olarak isimlendirilir. CHO CHO H C HO C OH HO C H C H H OH H C OH HO C H H C OH HO C H CH2OH CH2OH L-Glukoz D-Glukoz Ayna düzlemi Bir D-şekerin enantiomeri daima bir L-şekerdir. Spesifik bir karbon atomu çevresinde yapısal farklılık gösteren iki monosakkarid, birbirlerinin epimerleridir. 1 1 H C O H C O 2 HO C H 3 HO C H 4 H C OH 5 H C OH 6 CH2OH D-mannoz 1 C2 epimerler H C O 2 2 H C OH H C OH 3 3 HO C H 4 H C OH 5 H C OH 6 CH2OH D-glukoz HO C H C4 epimerler 4 HO C H 5 H C OH 6 CH2OH D-galaktoz H H Fisher gösterimi HO H H Haworth gösterimi 1 2 3 4 5 6 1 C C O OH 1 H C OH H C OH 2 2 HO C OH H C OH 3 C H C OH C OH 3 O HO C H HO C H 4 4 H C H C OH 5 5 H C OH H C 6 CH2OH O 6 CH2OH CH2OH 6 CH2OH 5 6 CH OH 2 5 4 HO HO CH O 1 O 1 4 OH 3 2 OH OH OH 3 OH 2 OH -D-glukopiranoz -D-glukofuranoz •D-glukoz, ikisi halka yapısında olmak üzere üç şekilde bulunmaktadır. •Halka yapısında oluşan yeni asimetrik karbon atomuna bağlı -OH grubu sağda ise -D-glukoz, solda ise -D-glukoz meydana gelmektedir. 1 1 H C OH 2 2 H C OH HO C H 3 3 HO C H O 4 H C OH 5 H C 6 H C O CH2OH -D-glukoz (% 36) HO C H 4 H C OH 5 H C OH 6 CH2OH D-glukoz (% 0.02) 1 HO C H 2 H C OH 3 HO C H O 4 H C OH 5 H C 6 CH2OH -D-glukoz (% 64) Monosakkaritlerde halkalı yapı oluşmakla fazladan bir asimetrik karbon atomu ortaya çıkmış olmaktadır. Bu asimetrik karbon atomları, anomerik karbon diye adlandırılırlar. Anomeric carbon 63 Polarize ışık düzlemini sağa çeviren şekerler (+, dekstrarotator), sola çevirenler ise (-, levorotator) olarak tanımlanmaktadır. D-glukoz suda çözündüğünde polarize ışık düzleminin optik rotasyonu 112,2 değerinden 52.7 değerine yavaş yavaş değişmektedir. Polarize ışık düzleminin optik rotasyonunun değişmesine yol açan bu olay mutarotasyon olarak tanımlanmaktadır. CH2OH CH2OH O 5 4 OH 1 OH 3 5 2 OH -D(+)-Glukoz 4 OH OH O 1 OH 3 OH 2 OH -D(+)-Glukoz Genel olarak, n sayıda asimetrik karbon atomu içeren bir molekülün 2n sayıda stereoizomeri vardır. Halkalı yapıda 1. karbon atomlarının da asimetrik olması sonucu bir aldoheksozun toplam 5 asimetrik karbon atomu ve dolayısıyla 2n = 25 = 32 stereoizomeri vardır. 65 Monosakkaritlerin birbirlerinden yalnızca anomerik karbondaki konfigürasyon bakımından farklı - ve - formları anomerler diye adlandırılırlar. D-Glukozun - ve - formları, polarize ışığın düzlemini aynı yöne fakat farklı derecelerde çevirirler. Örneğin -D-Glukoz 112o sağa (+) çevirir; -D-Glukoz ise 19o 66 GLİKOZİDLER •Bir monosakkaridin anomerik karbon atomunun hidroksil grubu ile bir monosakkarid veya bir başka bileşik (aglikon) glikozidleri oluşturur. CH2OH O H H H OH HO * H OH H OH D-Glukoz Anomerik karbon Hemiasetal hidroksili DİSAKKARİDLER Bir monosakkaridin, bir diğer monosakkaridin hidroksil grubuna glikozidik bağ ile bağlanması sonucu disakkaridler oluşur. • Fizyolojik önem taşıyan disakkaridler arasında maltoz ve sellobioz (glukoz+glukoz), laktoz (glukoz+galaktoz) ve sakkaroz (glukoz+fruktoz) bulunmaktadır. Maltoz Nişastanın hidrolizi sonucu oluşan maltoz, iki Dglukozun -glikozidik bağ ile bağlanması sonucu meydana gelmektedir. CH2OH CH2OH H 4 HO 5 H OH 3 O H H 1 H 4H * OH O 2 H OH Glukoz 5 3 O H H 2 1 OH H OH Glukoz (1,4) glukozidik bağ * Maltoz Sakkaroz Doğada en yaygın disakkarid olan sakkarozun monosakkaridleri D-glukoz ve D-fruktozdur. 6 CH OH 2 H 4 HO 5 H OH 3 1 HO O H H CH2 O 5 2 H 1 H * 6 O 2 H OH Glukoz HO 3 4 OH H Fruktoz (1,2) glukozidik bağ CH2OH POLİSAKKARİDLER Aynı monosakkaridler homopolisakkaridleri, farklı monosakkaridler ise heteropolisakkaridleri oluşturmaktadır. Bitki ve mantarlarda bulunan nişasta ve seluloz ile hayvanlardaki glikojen, glukoz homopolisakkarididir. •Böceklerin kabuklarında yer alan kitin, N-asetilD-glukozamin homopolisakkarididir. Selüloz • Bitki hücre duvarı polisakkaridi olan selüloz yapısında < 3 000 glukoz bulunmaktadır. CH2OH O H H OH H H H OH H OH O CH2OH H OH H H H O CH2OH O H H OH H H H OH O H OH O SELÜLOZ CH2OH H OH H H H O CH2OH O H H OH H O H H HO Amino asitler • Proteinlerin temel yapıtasıdır. • Proteinlerin üç boyutlu yapısını belirler. • proteinler 20 farklı a.a. ten meydana gelir. • Proteinlerin içerisinde farklı sayıda ve dizide bulunan amino asitler farklı yapıda ve fonksiyonda binlerce çesit protein olusumuna neden olur. Amino asitler, yapılarında amino -NH2 ve karboksilik asit -COOH gruplarını içeren moleküllerdir ve canlılarda çok değişik fonksiyonlara sahiptirler. Genelde biz onları sadece proteinlerin monomerleri olarak biliriz ama doğada bulunan 300 amino asidin yalnızca 20'si proteinlerde bulunur. *Protein yapısına giren amino asitler: Standart (primer, normal) *Standart olmayan amino asitler: - Modifiye amino asitler -Protein yapısına girmeyenler Aminoasitlerin kovalent bağlarla uç uca eklenmesiyle oluşturdukları kısa polimer zincirler "peptid", uzun polimer zincirler ise "polipeptid" veya "protein" olarak adlandırılırlar. Hücre içerisinde ribozomlar, RNA moleküllerini kalıp olarak kullanarak aminositleri uç uca ekleyerek proteinleri sentezlerler. Polipeptidin ana zinciri, her amino asit için aynı olan grupların birleşimidir. Yan zincir veya R grubu ise, αkarbonuna bağlıdır ve 20 amino asitin her birinde farklıdır. Bu farklılık, proteinin kendine özgü oldukça değişik yapıları ve aktiviteleri kazandırır. Tüm amino asit yan zincirleri bir arada düşünüldüğünde, artı veya eksi yüklüden hidrofobiğe kadar oldukça fazla çeşitli yapısal özellikler gösterirler. Ayrıca bu yan zincirler, oldukça farklı çeşitlilikte kovalent ve nonkovalent bağların yapısına katılabilirler. Standart amino asitlerin sınıflandırılması Apolar, alifatik R gruplu amino asitler Genellikle apolar, aromatik R gruplu amino asitler Polar, fakat yüksüz R gruplu amino asitler Negatif yüklü R gruplu amino asitler Pozitif yüklü R gruplu amino asitler Apolar, alifatik R gruplu amino asitler Apolar aminoasitler, yan zincirlerinde hidrofobik özellik gösteren radikal grup bulundururlar. Elektrostatik bağlar yapamayan amino asitlerdir. Yan zincirlerinde, genellikle oksijen veya azot yoktur. Van der Waals kuvvetleri ve hidrofobik etkileşimler sayesinde bir arada tutunurlar. R grubu gittikçe büyüdüğünden, AAler daha çok hidrofobik özellik kazanır Hidrofobik A.A. ler protein yapısı içerisinde, su ile temas etmeyecekleri bir ortamda bulunurlar Genellikle apolar, aromatik R gruplu amino asitler Polar, fakat yüksüz R gruplu amino asitler Polar yüksüz aminoasitler, nötral pH'da yüksüzdürler. Bu gruptaki amino asitlerin yan zincirleri zayıf asit ve bazlardır. Fizyolojik pH’da tamamen yüklü değildirler, ancak kısmi artı (+) ve eksi (-) yükler içerirler. Bu sebeple, su da dahil olmak üzere, diğer moleküllerle Hbağı yapabilirler. Genelde oldukça reaktif amino asitlerdir. Negatif yüklü R gruplu amino asitler negatif yüklüdürler ve asidik özellik gösterirler Pozitif yüklü R gruplu amino asitler Polar bazik aminoasitler, yan zincirlerinde proton alıcı moleküller taşırlar. Proteinler, amino asidlerin “lineer” polimerleridir Protoplazmanın yapısal bilesenidirler. Enzim olarak görev yaparlar. Besin maddelerinde bulunan proteinler, hücresel proteinlerin sentezi için gerekli yapıtasları olan a. asitlerin kaynagını olustururlar. Organik ve inorganik bir çok maddenin tasınmasında rol oynarlar. Bazı proteinler veya peptitler hormon olarak iş görmektedir Karmasık proteinler seklinde düzenlenerek antikorları olustururlar. Nükleik asitlerle birlikte virüsleri olustururlar. Bir yada daha fazla amino asitin kendi aralarında asitamid bağı (peptid bağı) ile birleşmesinden meydana gelmiş yapılara pepdit adı verilir. Pepdit bağları ile birleşen aminoasitler proteinleri oluşturur. Proteinler, peptid bağı ile bağlanmış amino asid polimerleridir Proteinlerde, en çok dört yapı düzeyi vardır Proteinler, şekillerine göre lifsel ve globüler olabilirler Proteinlerin çok çeşitli biyolojik fonksiyonları vardır 1 - Katalizör Proteinler : Biyolojik sistemlerde hemen hemen tüm kimyasal reaksiyonlar enzim denen spesifik makromoleküllerle katalizlenirler. Bu reaksiyonların bazıları CO2’in hidrasyonundaki gibi oldukça basittir, diğer bazıları ise, kromozom replikasyonundaki gibi oldukça karmaşıktır. Enzimler çok büyük bir katalitik güç oluştururlar ve reaksiyonların hızını en az bir milyon kez arttırırlar. Yaklaşık 1000 kadar enzim karakterize edilmiş ve bunlardan bazıları kristalize edilmiştir. Pepsin, tripsin, kimotripsin, lipaz, amilaz ve ribonükleaz mide-bağırsak kanalının sindirim enzimleri olarak sırasıyla proteinleri, yağları, şekerleri ve nükleik asitleri parçalama yeteneğindedirler. Bilinen enzimlerin tümü proteindir. Böylece proteinler biyolojik sistemlerde kimyasal dönüşümlerin gerçekleşmesinde yekpare rol oynarlar. Hücre proteinlerinin en büyük kısmını enzimler oluşturur. Bunlar hücrede kısmen eriyebilir şekilde kısmen de yapıya bağlı halde bulunurlar. Memeli hayvan karaciğerinde bilinen enzimlerin sayısı o kadar fazladır ki hücre proteininin hemen hemen tümünü temsil ederler. Tek hücreli E.coli’de 2500 kadar enzim bulunduğu sanılmaktadır. 2 - Taşıyıcı ve Depolayıcı Proteinler : Bazı küçük moleküller ve iyonlar spesifik proteinlerle taşınırlar. Örneğin, hemoglobin eritrositlerde 02 i kaslara taşır. Demir kan plazmasında transferrin ile taşınır ve karaciğerde farklı bir protein olan ferritin ile kompleks oluşturarak depolanır. Yumurtada ovalbumin, sütte kazein, mısırda zein ve bağday tohumunda gliadin amino asit deposu fonksiyonu gören besinsel proteinlerdir. 3 - Koordineli Hareketten Sorumlu Proteinler : Kasın en büyük kurucusu proteindir. Kas kasılması aktin ve miyozin denen iki cins protein flamentinin birbiri üzerinde kaymasıyla birliktedir. Mikroskopik bakıda, kromozomların mitoz safhasındaki hareketleri ve spermlerin kamçıları ile hareketleri de proteinlerin kasılma hareketiyle meydana gelirler. Kirpiklerin ve flagella’ların hareketi dyneinadlı protein ile mümkündür. 4 - Mekanik Destek Sağlayıcı Proteinler : Deri ve kemiğin yüksek taşıma gücü yapısında bulunan fibröz bir protein olan kollagen ile ilgilidir. Deri bu sayede gergin durur ve kemikler bu sayede uyumlu bir bağlantı sağlarlar. Fibronektin ve integrinler hücre dışı matriks proteinleri olarak hücrelerin matrikse bağlanmalarına aracılık ederler. Büyüme ve Farklılaşmanın Kontrolünden SoRumlu Proteinler (REgülatör Proteinler) : Genetik bilginin bir sıra dahilinde kontrol edilmesi hücrelerin düzenli büyümesi ve farklılaşması için zorunludur. Bakteride repressör proteinler (E.coli'de catabolitgen aktivatör protein, CAP vb) önemli kontrol elemanlarıdır. Bunlar hücre DNA’sının spesifik segmentleridir. Yüksek organizmalarda büyüme ve farklılaşma büyüme faktörü proteinler tarafından kontrol edilir. Örneğin sinir büyüme faktörü sinir ağının oluşumunu yönetir. Enzimler, canlı dokuların bileşiminde az miktarda bulunan, fakat çok önemli rolleri olan organik katalizörlerdir.Yapılarını esas olarak proteinler oluşturduğu için, enzimlere metabolik proteinler de denmektedir.Canlı hücrenin bütün fonksiyonları enzimlerle sağlandığından ; yaşama, bir anlamda birbirini izleyen enzimatik tepkimeler bütünü de denilebilir.O halde,enzimler olmasaydı biyokimyasal değişmelerin hemen hepsi yaşa hızını ayak uyduramaz başka bir değişle canlılık olmazdı. Bir biyolojik sistemde meydana gelen tepkimeleri ,laboratuarda oluşturmak istersek,karşımıza çok yüksek sıcaklık , basınç gibi birtakım fizikokimyasal yöntemlerin uygulanması gibi sorunlar ortaya çıkar. Bu fizikokimyasal yöntemlerin uygulanması halinde bile,reaksiyonların birçoğu izlenemeyecek derecede yavaş seyreder. Oysa ki biyolojik sistemlerde bu tepkimeler öylesine kolay ve hızlı olmaktadır ki; örneğin karbonhidrat ,protein ve yağlar ancak derişik asit, ya da bazik çözeltilerde kaynatılarak hidroliz edilmesine karşın; bu maddeler, sindirim sisteminde çok daha yumuşak koşullarda ve 370C hidroliz olabilmektedir. O halde biyolojik sistemlerde tepkimelerin kolay ve hızlı oluşmasına destek veren ya da aracı olan birtakım yapıların olması gerekir. İşte bu işlevleri yürüten organik maddeler enzim adı verilen biyolojik katalizörlerdir. Enzimler reaksiyonları hızlandıran ve reaksiyon sonunda değişmeden çıkan maddelerdir. Katalizörlerin çok azı dahi çok iş görür ve bu moleküller tekrar tekrar kullanılabilir.
