Genel Biyokimya [PDF]

Zitiervorschau

iii

‹çindekiler

‹çindekiler Önsöz ............................................................................................................

ix

Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri ..............................

2

G‹R‹fi .............................................................................................................. CANLI ORGAN‹ZMALARIN TEMEL B‹LEfiENLER‹ ..................................... Atom- Molekül............................................................................................... Karbon (C) Atomunun Yap›s› ...................................................................... B‹YOMOLEKÜLLERDE K‹MYASAL BA⁄LARIN OLUfiUMU........................ Polar ve Polar Olmayan Kovalent Ba¤lar .................................................... ‹yonik Ba¤lar ................................................................................................. Kovalent Ba¤lar Aras›ndaki Çekim Kuvvetleri ............................................ B‹YOMOLEKÜLLER‹N FONKS‹YONEL GRUPLARI ..................................... SU MOLEKÜLÜNÜN K‹MYASAL YAPISI .................................................... Su Molekülünün Organizmada Bulunufl fiekli ............................................ Ba¤l› su ......................................................................................................... Hidrat suyu .................................................................................................... Moleküller Aras› Su ....................................................................................... Suyun Biyofonksiyonlar›............................................................................... Suyun Organizmada Da¤›l›fl› ........................................................................ ‹NORGAN‹K M‹NERALLER .......................................................................... Sodyum (Na) ................................................................................................. Potasyum (K)................................................................................................. Kalsiyum (Ca) ................................................................................................ B‹YOMOLEKÜLLER‹N K‹MYASAL EVR‹M‹ ................................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ...............................................

3 3 3 4 5 5 6 7 9 10 10 11 11 11 11 11 12 12 12 12 13 14 15 16 16 16

Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar› ..................................... 18 KARBOH‹DRATLAR VE SINIFLANDIRILMALARI ........................................ MONOSAKKAR‹TLER VE YAPISAL ÖZELL‹KLER‹ ...................................... Monosakkaritler ............................................................................................. Fonksiyonel Gruplar ............................................................................... Karbon Zincirinin Uzunlu¤una Göre ..................................................... Monosakkaritlerin Yap›lar› ‹le ‹lgili Özellikler ..................................... D‹SAKKAR‹TLER‹N YAPISI........................................................................... Disakkaritler ................................................................................................. Oligosakkaritler ............................................................................................. Polisakkaritler ............................................................................................... B‹YOLOJ‹K ÖNEME SAH‹P POL‹SAKKAR‹TLER......................................... Homopolisakkaritler...................................................................................... Heteropolisakkaritler..................................................................................... KARBOH‹DRATLARIN TÜREVLER‹.............................................................. Aldonik Asitler......................................................................................... Üronik Asitler ..........................................................................................

19 20 20 20 21 24 30 30 32 32 32 32 34 34 34 34

1. ÜN‹TE

2. ÜN‹TE

iv

‹çindekiler

Sakkarik Asitler........................................................................................ Amino fiekerler........................................................................................ Deoksi fiekerler ....................................................................................... Karbohidrat Metabolizmas› ........................................................................... Karbohidratlar›n Sindirimi............................................................................. Niflastan›n Sindirimi....................................................................................... Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ...............................................

3. ÜN‹TE

Proteinler.................................................................................. 42 PROTE‹NLER.................................................................................................. Amino Asitler ................................................................................................ Amino Asitlerin Yap›lar›.......................................................................... Standart D›fl› Amino Asitler .................................................................... Esansiyel Amino Asitler .......................................................................... Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri........................................................ Amino Asitlerin ‹yonlaflmalar› (Amfolit Yap›) ....................................... Peptid Ba¤lar›n›n Oluflumu .................................................................... Amino Asitlerin Kimyasal Reaksiyonlar› ................................................ Proteinlerin Yap›s›......................................................................................... Proteinlerin Denatürasyon ve Renatürasyonu ............................................. Proteinlerin S›n›fland›r›lmas›......................................................................... Biyofonksiyonlar›na Göre....................................................................... Molekül fiekillerine Göre........................................................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ...............................................

4. ÜN‹TE

34 35 36 36 36 36 38 39 40 40 41

43 43 44 48 49 50 50 50 51 53 55 56 56 56 58 59 60 60 60

Nükleik Asitler ......................................................................... 62 NÜKLE‹K AS‹TLER ........................................................................................ Nükleotidler ................................................................................................... fiekerler .......................................................................................................... Pürin ve Pirimidin Bazlar›............................................................................. Pirimidinler .............................................................................................. Pürinler .................................................................................................... Nükleozidler .................................................................................................. Nükleotidler .................................................................................................. Biyolojik Öneme Sahip Baz› Adenozin Türevleri ....................................... ATP (AdenozinTriFosfat) ........................................................................ cAMP (Siklik AMP) (3’-5’ adenozin monofosfat) .................................. Biyolojik Öneme Sahip Baz› Guanozin Türevleri....................................... GDP ve GTP............................................................................................ Siklik GMP(3’-5’-guanozin monofosfat) ................................................. Vitamin Nükleotitleri ..................................................................................... Nükleik Asitler ...............................................................................................

63 63 64 65 65 66 68 69 72 72 73 74 74 74 75 75

v

‹çindekiler

Watson- Crick α-helix Modeli ...................................................................... RNA ve Çeflitleri ............................................................................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ...............................................

81 84 85 86 87 87 87

Enzimler.................................................................................... 88 ENZ‹MLER...................................................................................................... Vitaminler ..................................................................................................... Aktivasyon Enerjisi ........................................................................................ Enzimlerin Genel Özellikleri ........................................................................ Enzimlerin Normal Katalizör Maddelerden Farklar›.................................... Enzimlerin Kimyasal Yap›s› .......................................................................... Enzimlerin Aktivitesi Nas›l Takip Edilir? ...................................................... Enzimlerde Konformasyon De¤iflikli¤i......................................................... Enzimlerin Özgüllü¤ü ................................................................................... Enzim Aktivitesini Etkileyen Faktörler ......................................................... pH’n›n Enzim Aktivitesine Etkisi .......................................................... Is› Etkisi .................................................................................................. Enzim Konsantrasyonunun Etkisi ......................................................... Substrat Konsantrasyonunun Etkisi ...................................................... Zaman Faktörü ....................................................................................... Reaksiyon Ürününün Etkisi ................................................................... Çeflitli Koenzim ve Kofaktörlerin Konsantrasyonu .............................. Ifl›k ve Di¤er Fiziksel Faktörlerin Etkisi ............................................... Allosterik Etki ......................................................................................... Hormon ve Di¤er Biyolojik Moleküllerin Etkisi .................................. Enzim Aktivitesinin Kinetik Olarak Hesaplanmas›................................ Enzimlerin ‹nhibisyonu................................................................................. Kompetitif ‹nhibisyon (Substrat Analo¤u, Yar›flmal› ‹nhibisyon)......... Nonkompetitif ‹nhibisyon....................................................................... Ankompetitif ‹nhibisyon ......................................................................... Allosterik Enzimler ........................................................................................ Enzimlerin S›n›fland›r›lmalar›........................................................................ Oksidoredüktazlar ................................................................................... Transferazlar ............................................................................................ Hidrolazlar ............................................................................................... Liyazlar..................................................................................................... ‹zomerazlar .............................................................................................. Sentetazlar ve Ligazlar ............................................................................ ‹zoenzimler (‹zozimler)................................................................................. Enzim Aktivite Tayininde Kullan›lan Yöntemler ......................................... Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ...............................................

89 89 91 92 94 95 96 96 97 98 98 99 99 99 100 100 100 101 101 102 102 102 103 103 103 103 104 104 105 105 105 106 106 107 107 108 109 110 110

5. ÜN‹TE

vi

‹çindekiler

6. ÜN‹TE

Vitaminler ve Koenzimler ...................................................... 112 G‹R‹fi .............................................................................................................. V‹TAM‹NLER.................................................................................................. Vitaminlerin Beslenmedeki Rolü .................................................................. Vitaminlerin Biyokimyasal ‹fllevleri .............................................................. Vitaminlerin S›n›fland›r›lmas›........................................................................ Suda Çözünen Vitaminler ....................................................................... Ya¤da Çözünen Vitaminler..................................................................... ‹NORGAN‹K ELEMENTLER........................................................................... ‹norganik Elementlerin Beslenmedeki Rolleri............................................. ‹norganik Elementlerin Biyokimyasal ‹fllevleri ............................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar ...............................................

7. ÜN‹TE

Lipidler ...................................................................................... 132 G‹R‹fi .............................................................................................................. DEPO L‹P‹DLER‹ ........................................................................................... Ya¤ Asitleri .................................................................................................... Triaçilgliseroller ............................................................................................. Mumlar ........................................................................................................... ZARLARDAK‹ YAPISAL L‹P‹DLER ................................................................ Gliserofosfolipidler ........................................................................................ Eter Lipidleri .................................................................................................. Sfingolipidler.................................................................................................. Steroller .......................................................................................................... B‹YOLOJ‹K OLARAK AKT‹F OLAN D‹⁄ER L‹P‹DLER................................ PLAZMA L‹POPROTE‹NLER‹ ........................................................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

8. ÜN‹TE

113 113 113 113 114 114 123 126 126 126 128 130 131 131 131

133 133 133 137 138 139 139 140 141 142 143 144 146 147 148 148 149

Karbohidrat Metabolizmas›-1 (Glikoliz)................................ 150 G‹R‹fi .............................................................................................................. GL‹KOL‹Z....................................................................................................... GL‹KOL‹Z TEPK‹MELER‹ .............................................................................. A) Haz›rl›k Bölümü Tepkimeleri.................................................................. 1. Tepkime: ‹lk ATP harcanmas›............................................................ 2. Tepkime: Glukoz 6-fosfat’›n izomerizasyonu.................................... 3. Tepkime: ‹kinci ATP Harcanmas›. ..................................................... 4. Tepkime: ‹ki Trioz Fosfata Bölünme................................................. 5. Tepkime: Dihidroksiaseton fosfat›n ‹zomerizasyonu ....................... B) Enerji Oluflturan Bölümün Tepkimeleri (6-10. tepkimeler) .................. 6. Tepkime: Enerji Bak›m›ndan Zengin ‹lk Bilefli¤in Oluflturulmas›: ..

151 151 152 152 152 152 155 155 155 155 155

vii

‹çindekiler

7. Tepkime: Substrat Düzeyindeki ‹lk Fosforilasyon. ........................... 156 8. Tepkime: 3-fosfogliserat›n 2-fosfogliserata çevrilmesi. ..................... 156 9. Tepkime: Enerji Bak›m›ndan Zengin ‹kinci Bilefli¤in Oluflturulmas›: 156 10. Tepkime: Substrat Düzeyindeki ‹kinci Fosforilasyon. .................... 156 P‹RÜVATIN ‹ZLEYEB‹LECE⁄‹ YOLLAR ....................................................... 157 Laktik Asit Fermentasyonu ........................................................................... 157 Alkolik Fermentasyon ................................................................................... ENERJ‹ B‹LANÇOSU ........................................................................................... 158 GL‹KOL‹Z‹N DÜZENLENMES‹...................................................................... 158 D‹⁄ER MONOSAKKAR‹TLER‹N METABOL‹K YOLA G‹R‹fi‹...................... 159 D‹SAKKAR‹TLER‹N KATABOL‹ZMASI ......................................................... 161 POL‹SAKKAR‹TLER‹N KATABOL‹ZMASI ..................................................... 162 Özet................................................................................................................ 164 Kendimizi S›nayal›m...................................................................................... 166 Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ 167 S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. 167 Yararlan›lan Kaynaklar.................................................................................. 167

Karbohidrat Metabolizmas›-2 (Sitrik Asit Döngüsü ve Oksidatif Fosforilasyon) ................. 168 G‹R‹fi .............................................................................................................. 169 P‹RUVATIN ASET‹L-KOENZ‹M A’YA OKS‹DASYONU ............................... 170 S‹TR‹K AS‹T DÖNGÜSÜNÜN TEPK‹MELER‹............................................... 171 cis-Akonitat Üzerinden ‹zositrat’a Çevrilme................................................. 173 ‹zositrat’›n Oksidatif Dekarboksilasyonu ..................................................... 173 a-Ketoglutarat’›n Oksidatif Dekarboksilasyonu ........................................... 173 Süksinil-KoA’n›n Süksinat’a Dönüflümü....................................................... 173 Fumarat’›n Malat’a Hidrasyonu..................................................................... 174 Malat’›n Oksaloasetat’a Oksidasyonu........................................................... 174 GLUKOZDAN OKS‹JENL‹ KOfiULLARDA ELDE ED‹LEN ATP M‹KTARININ HESAPLANMASI ..................................................................... 175 ANAPLEROT‹K TEPK‹MELER ....................................................................... 175 S‹TR‹K AS‹T DÖNGÜSÜNÜN DÜZENLENMES‹ .......................................... 176 Döngüye Yak›t Moleküllerinin Girifli Düzeyindeki Düzenlenme .............. 177 Döngünün Kendi ‹çindeki Anahtar Tepkimeler Düzeyindeki Düzenlenme178 ELEKTRON TRANSPORT S‹STEM‹ VE OKS‹DAT‹F FOSFOR‹LASYON ..... 178 Redoks Tepkimeleri ve Standart Redüksiyon Potansiyeli........................... 179 Solunum Zincirindeki Elektron Tafl›y›c›lar›.................................................. 180 Oksidatif Fosforilasyon ................................................................................. 181 Oksidatif Fosforilasyonun Düzenlenmesi .................................................... 182 Kahverengi Ya¤ Dokusu............................................................................... 182 Eflleflmeyi Bozan Ajanlar ve Elektron Transportu ...................................... 183 ‹nhibitörleri .................................................................................................... 183 Özet................................................................................................................ 184 Kendimizi S›nayal›m...................................................................................... 186 Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ 187 S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. 187 Yararlan›lan Kaynaklar.................................................................................. 187

9. ÜN‹TE

viii

10. ÜN‹TE

‹çindekiler

Lipit Oksidasyonu .................................................................... 188 G‹R‹fi .............................................................................................................. YA⁄LARIN S‹ND‹R‹M‹ VE EM‹L‹M‹ ............................................................. YA⁄LARIN DOKULARA TAfiINMASI ........................................................... DEPOLANMIfi YA⁄LARIN MOB‹L‹ZASYONU............................................. YA⁄ AS‹TLER‹N‹N M‹TOKONDR‹DEK‹ AKT‹VASYONU VE OKS‹DASYONU............................................................................................. DOYMUfi YA⁄ AS‹D‹ OKS‹DASYONU ....................................................... DOYMAMIfi YA⁄ AS‹D‹ OKS‹DASYONU ................................................... TEK KARBON SAYILI YA⁄ AS‹D‹ OKS‹DASYONU ................................... KETON C‹S‹MLER‹N‹N OLUfiUMU VE OKS‹DASYONU ............................ YA⁄ AS‹D‹ OKS‹DASYONUNUN VE KETON C‹S‹MLER‹ OLUfiUMUNUN DÜZENLENMES‹ ................................................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

11. ÜN‹TE

189 189 190 191 191 193 194 197 198 199 200 201 202 202 203

Protein Metabolizmas›............................................................ 204 G‹R‹fi .............................................................................................................. BES‹NLERLE ALINAN PROTE‹NLER‹N ENZ‹MAT‹K YIKIMI ...................... AM‹NO GRUPLARININ METABOL‹K SONU ............................................... TRANSAM‹NASYON TEPK‹MELER‹.............................................................. GLUTAMAT DEH‹DROGENAZ ................................................................... AMONYA⁄IN KARAC‹⁄ERE TAfiINMASI .................................................... AMONYA⁄IN TOKS‹S‹TES‹.......................................................................... AZOTUN DIfiARIYA ATILMASI VE ÜRE DÖNGÜSÜ.................................. AM‹NO AS‹TLER‹N KARBON ‹SKELETLER‹N‹N YIKIM YOLLARI ............. GLUKOJEN‹K VE KETOJEN‹K AM‹NO AS‹TLER ........................................ Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

205 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 216 217 217 217

Sözlük ................................................................................... 219 Dizin ...................................................................................... 221

Önsöz

Önsöz “T›bbi Laboratuvar Teknikleri Ön Lisans Program›” çerçevesinde haz›rlanan “Genel Biyokimya” ders kitab› Aç›kö¤retim Sistemi içinde uzaktan e¤itim tekni¤ine uygun olarak haz›rlanm›flt›r. Maddeyi meydana getiren elementlerin geriye dönüflümsüz de¤iflim, dönüflüm ve etkileflimlerini kimya bilimi inceler; biyokimya ise maddenin de¤iflim, dönüflüm ve etkileflimlerini yaflam birimi olan hücre ve hücrelerin meydana getirdi¤i organizma içinde inceler. Yerküreyi meydana getiren elementler yaflam birimi olan hücre içinde cans›z sistemden farkl› olarak çok ileri dercede organize olmufllard›r. Bu organizasyon basamaklar›nda elementler atomdan moleküle, birim moleküle(monomerlere), polimerlere, polimerler kompleksine, hücre organeline, hücreye, doku, organ ve organ sistemlerinden organizmayado¤ru giden yaflam olaylar›n› meydana getirirler. Maddenin hücre içindeki de¤iflim, dönüflüm ve etkileflimleri sonucu yaflam birimi hücrenin bir yandan yap› elemanlar› oluflur, bir yandan da yaflamsal olaylar için gerekli enerji üretilir. “Genel Biyokimya”ders kitab› kapsam›nda inorganik maddenin canl› sistemde organik maddeye ve hücresel yap› elemanlar›na dönüflüm aflamalar› ile enerji üretim mekanizmalar› Temel bilgiler fleklinde 11 ünitede verilmeye çal›fl›lm›flt›r. Ayr›ca biyokimyasal olaylar E-ö¤renme portalinde animasyon gösterimlerle daha kolay ö¤renilir hale getirilmifltir. “Genel Biyokimya” ders kitab›ndan edinilen bilgilerle sa¤l›kl› bir yaflam ile sa¤l›kl› yaflamdan sapmalar› ay›rt edebilecek meslek elemanlar› yetfltirmek amaçlanm›flt›r. K›smen de olsa amac›m›za ulaflmak bizi mutlu edecektir.

Editör Prof.Dr. Ahmet ÖZATA

ix

1

GENEL B‹YOK‹MYA

Amaçlar›m›z

N N N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Makromoleküllerin oluflumunu aç›klayabilecek, Biyomoleküllerde kimyasal ba¤lar›n oluflumunu tan›mlayabilecek, Biyomoleküllerin fonksiyonel gruplar›n› s›ralayabilecek, Su molekülünün kimyasal yap›s›n› aç›klayabilecek, ‹norganik mineral metabolizmas›n› aç›klayabilecek, Biyomoleküllerin kimyasal evrimini tart›flabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • Molekül oluflumu • Karbon atomu • Biyomoleküllerde kimyasal ba¤lar

• Fonksiyonel gruplar • Su molekülü • ‹norganik mineraller

‹çerik Haritas›

Genel Biyokimya

Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

• G‹R‹fi • CANLI ORGAN‹ZMALARIN TEMEL B‹LEfiENLER‹ • B‹YOMOLEKÜLLERDE K‹MYASAL BA⁄LARIN OLUfiUMU • B‹YOMOLEKÜLLER‹N FONKS‹YONEL GRUPLARI • SU MOLEKÜLÜNÜN K‹MYASAL YAPISI • ‹NORGAN‹K M‹NERALLER • B‹YOMOLEKÜLLER‹N K‹MYASAL EVR‹M‹

Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri G‹R‹fi Biyokimya, canl› organizmalar›n kimyasal yap›s›n› ve yaflam›n devam› boyunca canl›n›n içinde meydana gelen kimyasal olaylar› konu alarak inceleyen bir bilim dal›d›r. Bu çal›flmalar›n› da moleküler düzeyde yapar. Biyokimya ile ilk u¤raflan kifliler fizyolojistlerdir. Bu bilim adamlar› fizyoloji sorunlar›n› daha detayl› incelemek için kimya yöntemlerini uygulam›fllard›r. 1903 y›l›na kadar hiç kullan›lmam›fl olan biyokimya terimi ilk defa bu y›llarda Alman kimyac›s› Carl Neuberg taraf›ndan önerilmifl ve kullan›lmaya bafllanm›flt›r. Elektron mikroskoplar›, ultrasantrüfüjler, elektroforetik yöntemler, kromatografik metodlar, nükleer magnetik rezonans (NMR) spektrofotometrelerinin kimyasal ve biyolojik araflt›rmalara uygulanmas›, modern biyolojide yeni bir ça¤›n bafllang›c› olmufl ve yeni bulufllar› h›zland›rm›flt›r. Pek çok biyolojik molekül ya da analoglar›, t›pta ilaç olarak kullan›lmaktad›r. Örn: hipoksantin, DNA ve RNA’daki pürin bazlar›n›n öncül molekülüdür. Analo¤u olan 6-merkaptopürin ise nükleik asit sentezini önleyerek lösemide beyaz kan hücrelerinin kontrol d›fl› ço¤almas›na yol açan DNA replikasyonunu önleyen bir ilaç olarak kullan›lmaktad›r.

CANLI ORGAN‹ZMALARIN TEMEL B‹LEfiENLER‹ Canl›l›k, hücrelerde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar sonucu devam eder. Azot, oksijen, karbon, hidrojen gibi tek tek atomlar birleflerek molekülleri, moleküller birleflerek makromolekülleri, makromoleküller de birleflerek hücrenin yap›tafllar›n› meydana getirirler.

Atom- Molekül Tüm canl›lar, basit kimya ve fizik kurallar›na uyan kimyasal bilefliklerden meydana gelirler. Hayat, canl› hücre içinde, zincirleme devam eden biyokimyasal reaksiyonlar dizisi sonunda ya hücreye gerekli olan makromoleküllerin infla edildi¤i ya da büyük moleküllerin parçalanarak enerjinin a盤a ç›kar›ld›¤› bir süreçtir. Bunlar›n d›fl›nda hücrenin gereksinim duydu¤u daha küçük moleküller de yap›labilir. Metabolizma, canl›n›n çevresinden ald›¤› maddeleri önce parçalamas› (katabolizma) ve daha sonra gereksinimi do¤rultusunda yeniden birlefltirmesidir (anabolizma). Biyomoleküller, küçük (mikro) moleküllerin, hücre ortam›nda oksijenli veya oksijen olmaks›z›n birlefltirilip daha büyük makromoleküllere dönüfltürülmesi ile

Anabolizma (yap›m): Hücre için gerekli olan biyomoleküllerin sentezidir. Katabolizma (y›k›m): Büyük moleküllerin küçük moleküllere ayr›lmas›d›r. Metabolizma: Anabolizma ve katabolizmay› içerir. Canl› hücrelerde, organik moleküllerin enzimler yard›m› ile yap›m ve y›k›m ifllemlerinin toplam›d›r.

4

Genel Biyokimya

‹n-vitro: Canl› hücre veya organizma d›fl›nda, laboratuvar ortam›nda. ‹n-vivo: Canl› hücre veya organizma içinde.

elde edilir. Biyomoleküllerin yani bir anlamda monomerlerden sentez edilen biyopolimerlerin oluflturulmas› ya da parçalanmas› sonucunda hücrede enerji harcan›r ya da üretilir. Biyologlar önceleri canl›lar› d›fl görünüflleri ve flekilleri ile incelemifllerdir. Daha sonra biyolojide aletlerin kullan›lmaya bafllamas› ile hücresel yap›lar ayd›nlat›lm›flt›r. Elektron mikroskoplar›n›n araflt›rma laboratuvarlar›na girmesi ile hücrelerin yap› elemanlar›, komponentleri, virüslerin görüntülenebilmesi gibi detaylar aç›klanabilmifltir. Günümüzde hücreyi meydana getiren yap›lar hücreden ç›kar›larak hücre d›fl› ortamda (in-vitro) incelenebilmekte ve kimyasal yap›lar›, aktiviteleri araflt›r›labilmektedir. Bir biyomolekülün kimyasal yap›s›n›n bilinmesi molekülün biyolojik ifllevinin anlafl›lmas›n› kolaylaflt›rmaktad›r. Bir hücre içindeki polimerlerin %99’undan fazlas› bafll›ca karbon (C), hidrojen (H), azot (N), oksijen (O), fosfor (P) ve kükürt (S) elementlerinden meydana gelmifltir. Karbon ile di¤er elementler aras›nda kovalent ba¤lar ile çok de¤iflik moleküller meydana getirilebilir. Biyomoleküllerin ço¤u karbonun organik bileflikleridir. Hücreyi oluflturan kimyasal kompozisyonda bafll›ca karbohidratlar, ya¤lar, proteinler ve nükleik asitler yer al›r. Bu bilefliklere su, elektrolit ve vitaminleri de eklersek hücrenin kimyasal yap›s› ortaya ç›kar. Hücredeki kimyasal maddeler organik ve inorganikler olmak üzere iki grupta toplan›r. Organik olanlar proteinler, karbohidratlar, ya¤lar, nükleik asitler, enzimler, hormonlar, vitaminler; inorganik olanlar ise su ve elektrolitlerdir. Hayvan ve bitki hücrelerinde genel olarak; % 75-85 kadar su % 10-20 kadar protein % 2-3 kadar lipit % 1 kadar karbohidrat % 1 kadar inorganik maddeler bulunur.

Monomer: Makromoleküllerin kendilerini oluflturan yap›tafllar›d›r.

Makromoleküller güçlü kovalent ba¤larla bir arada tutulan monomerlerden meydana gelmifltir. Biyolojik makromoleküller, ayn› zamanda biyopolimerlerdir. Kovalent olmayan (non-kovalent) ba¤lar da canl›l›k için çok önemlidir. Biyolojik önemi çok olan bu kovalent olmayan ba¤lar›n ba¤ enerjisi kovalent ba¤lardan daha düflüktür. Elektrostatik bir etkileflim biçimi olan kovalent olmayan ba¤lar say›ca çok fazlad›r, kolayca bozulup, kurulabilme özelli¤ine sahiptirler. Protein ve deoksiribonükleik asitlerde oldu¤u gibi hücredeki moleküllerin ço¤u, net bir yüke sahiptirler.

SIRA S‹ZDE

RNA molekülünün monomerleri nelerdir? SIRA S‹ZDE

1

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U DNA: Kromozomlar› meydana getiren “Deoksiribonükleik AsitD Monomerleri” ‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

Karbon (C) Atomunun Yap›s›

D Ü fi Ü N E L ‹ M Karbon atomunun özel ba¤ yapabilme özelli¤i, çok farkl› moleküllerin oluflumuna neden olur. Monomerik alt birimler (amino asitler, nükleotitler ve monosakkaritler gibi) kovalent çok çeflitli birleflerek makromolekülleri meydana getirirler. S O ba¤larla R U Örne¤in deoksiribonükleik asitler (DNA), 4 çeflit deoksiribonükleotit monomerinden oluflurlar. Karbon çok yönlü bir moleküldür. Karbon-karbon tek ba¤lar›n› D‹KKAT oluflturur ve bunun içinde elektron çiftlerini bir di¤er karbon atomuyla paylaflabilir. Bir karbon atomu di¤eri ile bir, iki, üç ba¤ yapabilir. Biyomoleküllerdeki kovaSIRA S‹ZDE lent ba¤l› karbon atomlar› düz zincirler, dall› zincirler ve halkal› yap›lar› olufltura-

N N

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

5

1. Ünite - Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

bilir. Sadece karbon ve hidrojenden oluflan organik bileflikler hidrokarbonlard›r. Biyolojik önemleri çoktur. Örne¤in ya¤ molekülündeki hidrokarbon kuyruklar enerji depolanmas› ve hidrofobik reaksiyonlardan sorumludurlar. Nükleik asitlerin yap› tafl› nükleotidler, proteinlerin yap› tafl› amino asitler, karbohidratlar›n yap› tafl› monosakkaritler, lipidlerin yap› tafl› ise ya¤ asitleridir. fiekil 1.1 Karbon atomlar›n›n tek, çift ve üçlü kovalent ba¤ oluflturmas›

B‹YOMOLEKÜLLERDE K‹MYASAL BA⁄LARIN OLUfiUMU Canl› organizmada bulunan biyomoleküller, basit yap›lardan bafllayarak gittikçe kompleks olan moleküllere dönüflürler. Tüm organik biyomoleküller öncül (prokürsör) veya organik madde dedi¤imiz çok basit ve düflük molekül a¤›rl›kl› maddelerden köken al›rlar. Öncül moleküller, ara maddeler üzerinden biyolojik yap› tafllar›na dönüflür. Yap› tafllar› birleflerek makromolekülleri, makromoleküller molekül üstü oluflumlar›, molekül üstü oluflumlar da organelleri meydana getirirler. Makromoleküller tüm canl›larda ayn› görevi görürler. 92 do¤al elementin yaklafl›k 25’i canl›lar için zorunludur. Karbon (C), oksijen (O), hidrojen (H) ve azot (N) canl› maddenin %96’s›n›, fosfor (P), kükürt (S), kalsiyum (Ca), potasyum (K) ve di¤erleri %4’lük k›sm›n› oluflturur. Atomlar kimyasal ba¤larla birleflerek molekülleri olufltururlar. En güçlü kimyasal ba¤ çeflitleri, kovalent ba¤lar ve iyonik ba¤lard›r. Bir atomun kimyasal davran›fl› daha çok d›fl kabu¤unda bulunan elektronlar›n›n say›s› ile belirlenir. En d›fl kabuktaki elektronlara valans elektronlar›, en d›fl kabu¤a ise valans kabu¤u ad› verilir. Kovalent ba¤, bir çift valans elektronunu iki atomun paylaflmas›d›r.

Polar ve Polar Olmayan Kovalent Ba¤lar Kovalent ba¤lar› polar ve polar olmayan kovalent ba¤lar olarak inceleyebiliriz. Kovalent ba¤lar: ‹ki atom aras›nda birer elektronun ortaklafla kullan›lmas›yla oluflan ba¤lard›r. ‹ki molekülün reaktif gruplar› aras›ndan bir su ç›k›fl› ile oluflan ve biyomoleküllerin oluflumunda çok önemli ba¤lar olan glukozit, peptid, ester ve disülfit ba¤lar›n› kovalent ba¤lara örnek olarak verebiliriz.

Makromolekül: Molekül a¤›rl›¤› yüz bin ya da milyonlar aras›nda de¤iflen moleküllerdir. Nükleik Asitler: Genetik bilginin saklanmas› ve aktar›lmas›ndan sorumludurlar. Hidrofobik: Suyu sevmeyen. Proteinler: Pek çok görevlerinin yan›nda en önemlisi, yap› tafl› olmalar›d›r. Örne¤in: enzimler, tafl›ma görevi yapan biyomoleküller, antikorlar, reseptör moleküller hep monomeri amino asit olan proteinlerdir. Polisakkaritler: Yak›t maddesi ve selüloz gibi olanlar›, hücre d›fl› yap› maddesi olarak kullan›l›r. Lipidler: Yak›t maddesi olma ve hücre zarlar›n›n yap›lar›na kat›lma gibi görevler üstlenirler. Valans: Bir atomun ba¤ yapabilme kapasitesi.

6

Genel Biyokimya

Ayn› elementin iki atomu aras›ndaki bir kovalent ba¤da, elektronlara karfl› gösterilen çekim gücü eflittir. Elektronlar› eflit olarak paylafl›rlar, bu ba¤lara polar olmayan kovalent ba¤ denir. Oksijendeki çift ba¤ ve hidrojendeki ba¤lar› örnek olarak verebiliriz. fiekil 1.2 Polar olmayan kovalent ba¤

Elektronegatiflik: Bir atomun kovalent ba¤lar›n› çekmesi.

Farkl› iki elementin atomlar› aras›nda oluflan kovalent ba¤da, ba¤ oluflturan elektronlar, eflit olarak paylafl›lmaz, bu tip ba¤lara da polar kovalent ba¤ ad› verilir. Örne¤in; su molekülündeki hidrojen atomlar›yla oksijen aras›ndaki ba¤lar polard›r. Hidrojenden çok daha fazla elektronegatif olan oksijen, paylafl›lan elektronlar› kendisine do¤ru çeker.

fiekil 1.3 Polar kovalent ba¤, su molekülünün oluflmas›

‹yonik Ba¤lar ‹ki atom aras›ndaki elektron aktar›m› ile oluflan ba¤lard›r. Elektrik yükü tafl›yan bir atom ya da moleküle iyon denir. Elektrik yükü pozitif ise bu iyona katyon, negatif ise anyon denir. Katyon ve anyonlar birbirlerini çekerler bu çekim ile kurulan ba¤lar, iyonik ba¤lard›r. Örnek olarak sodyum klorür’ü verebiliriz. Bir valans elektronu sodyumdan klora aktar›l›r. fiekil 1.4 ‹yonik ba¤ oluflumu

7

1. Ünite - Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

Kovalent Ba¤lar Aras›ndaki Çekim Kuvvetleri Hücre içinde güçlü kovalent ba¤lara ihtiyac›n yan› s›ra, moleküllerin k›sa süreli iletiflimi için zay›f kimyasal ba¤lara da ihtiyaç vard›r. Farkl› iki elementin atomlar› aras›nda oluflan kovalent ba¤da etkili 3 türlü çekim kuvveti vard›r. Bunlar, dipol-dipol etkileflimi, hidrojen ba¤lar› ve van der Waals kuvvetleridir : Dipol-dipol etkileflimi: Polar bir molekülün pozitif ucu ile di¤er molekülün negatif ucunun birbirlerini çekmesine dipol-dipol etkileflimi denir. Hidrojen ba¤lar›: Dipol-dipol etkileflmesinin çok kuvvetli oldu¤u ba¤ türü, hidrojen ba¤lar› d›r. Bu tür ba¤larda hidrojen atomu bir köprü görevi görür. Hidrojenle elektronegatif atomlardan birisi kovalent ba¤ karakteri tafl›rken, hidrojenin di¤er atomla yapt›¤› ba¤ tamamen elektrostatik özellik tafl›r. Van der Waals Kuvvetleri: Molekül içindeki elektronlar›n hareketi s›ras›nda apolar moleküldeki elektron da¤›l›m› geçici olarak de¤iflip, molekülün bir taraf› elektronca zengin hâle geçer. Geçici dipoller aras›nda k›sa zaman aral›klar›nda oluflan bu tür zay›f çekim kuvvetlerine van der Waals kuvvetleri denir. Biyomoleküllerin ço¤u amfipatiktir, proteinler, steroller ve zarlar›n fosfolipitlerinin polar ve polar olmayan taraflar› vard›r. Bu yap›lar polar olmayan bölgeleri aras›ndaki hidrofobik etkileflimlerle kararl›l›k gösterirler. Lipit-lipit ve lipit-protein hidrofobik etkileflimleri biyolojik zarlar›n en önemli oluflumudur. Glukozit ba¤›: ‹ki glukoz monomerinin serbest -OH(hidroksil) gruplar› aras›ndan bir molekül su ayr›larak, -R-O-R- biçimindeki glukozit ba¤ oluflur. glukozidik ba¤, iki monosakkaritin dehidrasyon tepkimesi ile oluflturulan kovalent ba¤ türüdür.

Amfipatik: Bir molekülde hem polar hem de non-polar bölgelerin bulunmas›. Glukozit Ba¤›: ‹ki glukoz monomerinin serbest OH(hidroksil) gruplar› aras›ndan bir molekül su ayr›larak -R-O-Rbiçimindeki glukozit ba¤ oluflur. Dehidrasyon: ‹ki molekülün kovalent ba¤ ile ba¤lanmas› s›ras›nda bir molekül suyun ortaya ç›kmas›.

fiekil 1.5 Birinci glukozun 1 no’ lu karbonu ile ikinci glukozun 4 no’ lu karbonu aras›nda 1-4 glukozidik ba¤ ile maltoz oluflumu

Laktoz hayvan hücrelerinde bulunan, bir molekül glukoz ile bir molekül galaktozun glukozid ba¤› ile ba¤lanmas›yla oluflmufltur. Ayn› flekilde iki molekül glukozdan bitkilerde bulunan maltoz oluflurken, bir molekül glukoz ile bir molekül fruktozun ba¤lanmas› ile sükroz (sakkaroz) oluflmufltur. Örne¤in niflasta yüzlerce glukozun α-1,4 glukozit ba¤lar›yla ba¤lanmas› ile oluflmufl bir biyopolimerdir. fiekil 1.6 Niflasta α glukoz monomerlerinin 1-4 glukozit ba¤›

8

Genel Biyokimya

Selüloz glukozun β 1,4 glukozit ba¤lar›yla ba¤lanmas›yla oluflur. fiekil 1.7 Selüloz β glukoz monomerlerinin 1-4 ba¤›

Ester Ba¤›: Ya¤ asitlerinin karboksil gruplar› alkoller ile esterler yaparlar. Lipitler de ya¤ asitlerinin alkollerle oluflturdu¤u esterlerdir. fiekil 1.8a Gliserolün üç ya¤ asidi ile birleflmesi

Y a¤ asidi

Gliserol

Y a¤ asidi

Y a¤ asidi

fiekil 1.8b Gliserinden ya¤ oluflumu

fiekil 1.9 Genel bir amino asit flekli

Peptid Ba¤lar›: Her amino asitte bir amino grubu (-NH2) bir de karboksil grubu (-COOH) bulunmaktad›r. Bu gruplar alfa karbonu denilen tek bir karbon atomu ile birbirinden ayr› bulunurlar. Amino asitler birleflerek protein moleküllerini meydana getirirler. Bir amino asidin amino grubunun hidrojeni, di¤er bir amino asidin karboksil grubunun hidroksili ile birleflerek bir su molekülü a盤a ç›kar›r. Bu ba¤a peptid ba¤› denir.

9

1. Ünite - Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

Peptid ba¤›, yan yana bulunan pek çok amino asit aras›nda oluflabilir. ‹ki amino asit birleflti¤i zaman dipeptidler, üç amino asit birleflti¤inde tripeptidler, oligopeptidler ve çok say›da amino asit birleflti¤inde polipeptidler oluflur. Disülfit ba¤lar› da kovalent ba¤lard›r. ‹ki sistein amino asidinin -SH gruplar› aras›nda S-S köprüleri fleklinde oluflur.

fiekil 1.10 ‹ki amino asidin peptid ba¤› ile ba¤lanmas›

B‹YOMOLEKÜLLER‹N FONKS‹YONEL GRUPLARI Karbon bileflikli olan biyomoleküller kendi kimyasal özelli¤i ve fonksiyonlar› aç›s›ndan yap›lar›nda farkl› tipte ifllevsel=fonksiyonel gruplar içerirler. Hidrojen atomlar›, farkl› organik bileflikleri oluflturmak için, farkl› fonksiyonel gruplarla birleflebilir. Fonksiyonel gruplar tek bir hidrojen atomu olabildi¤i gibi hidroksil, metil, amino, etil, fenil, fosforil gibi gruplar da olabilir. Biyomoleküller yap›lar›nda bulundurduklar› iki veya daha fazla fonksiyonel gruplara ba¤l› olarak kendi kimyasal özgünlüklerini kazan›rlar. Biyomoleküllere bu fonksiyonel gruplar enzimlerle eklenir ya da ç›kar›l›r. Bu yolla biyomoleküller yeni fonksiyonel özellikler kazan›r ya da daha önce varolan bir özelli¤ini kaybeder. K›saca, fonksiyonel gruplar biyomoleküllere kimlik kazand›r›rlar. Bu fonksiyonel gruplarla biyomolekül baflka moleküllerle tepkimeye girebilme, suda eriyebilme, elektroforetik alanda hareket edebilme, polarite kazanma gibi pek çok özellik kazanabilir. fiekil 1.11 Biyomoleküllere ba¤lanan çeflitli fonksiyonel gruplar

10

Genel Biyokimya

SU MOLEKÜLÜNÜN K‹MYASAL YAPISI Çeflitli dokular›n ve hücrelerin kimyasal yap›lar› morfolojilerine ve görevlerine göre de¤ifliklikler gösterir. Hücredeki bütün hayatsal olaylar su içerisinde meydana gelir ve susuz bir canl›l›k düflünülemez. Su, bir atom oksijen ile iki atom hidrojenin kovalent ba¤ ile birleflmesinden oluflur. Oksijen ve hidrojen atomlar› elektrik yükü bak›m›ndan nötr olmakla beraber ortak kullan›lan elektronlar oksijen atomu etraf›nda birim zamanda daha fazla bulundu¤undan su molekülü iki kutuplu bir yap› gösterir. Oksijen taraf›na negatif (-), hidrojen taraf›na pozitif (+) kutupludur. Bir su molekülündeki elektrik yüklerinin bu asimetrik da¤›l›fl› sebebi ile su molekülü iki kutuplu (dipol) bir madde gibi hareket eder. Bu nedenle oksijen hidrojenden daha elektronegatiftir. Elektronlar, hidrojen ve oksijen aras›nda eflit da¤›lmam›flt›r. Oksijen atomu k›smi bir negatif yük, hidrojenler de k›smi bir pozitif yük tafl›rlar. Bir suyun oksijen atomu ile di¤erinin hidrojeni aras›nda hidrojen ba¤› fleklinde elektrostatik bir çekim vard›r. Elektronlar oksijen atomu üzerinde hidrojenden daha yo¤undurlar. Su dipol özelli¤inden dolay›, proteinlerin hem pozitif hem de negatif yüklü gruplar› ile ba¤lanabilir. Gerek hidrojen gerekse oksijen kuvvetli hidrojen ba¤lar› kurar. Her bir su molekülünde, oksijen atomu iki hidrojen atomu, hidrojen atomu ise bir oksijen atomu ba¤lar. Bu ba¤lar tetrahedral olarak düzenlenir. Su, kat› madde molekülleri ile zay›f elektriksel ba¤lar kurabilir. Bu özelli¤inden dolay› birçok kat› madde su içerisinde çözülebilir. Kat› moleküllerin iyonlar›n›n etraf›nda, su moleküllerinden oluflan bir tabaka oluflur. Buna iyonlar›n hidrasyon kabu¤u denir. Etraflar›nda hidrasyon kabu¤u olan iyonlar aras›ndaki çekim gücü azal›r ve iyonlar birbirlerinden ayr›larak su içerisinde eriyik hâlinde bulunurlar.

Su Molekülünün Organizmada Bulunufl fiekli Su, hücrede serbest ve ba¤l› olmak üzere iki flekilde bulunur. Serbest su hücrede tüm suyun %95’ini oluflturup, iyon ve di¤er maddeler için bir çözücü ve kolloidal sistem için de bir ortam oluflturur. Geriye kalan %5 su ise hidrojen ve di¤er ba¤larla gevflek olarak proteinlere ba¤l› bulunur. Hidrojen ba¤› oluflturabilen maddeler suda çözünen maddelerdir. Sa¤l›kl› bir yaflam için suya gereksinim vard›r. Su yaflam›n vazgeçilmez faktörüdür. Suyun yetersiz al›nmas› veya su kayb›, ölüme kadar gidebilen a¤›r bozukluklara yol açar. Organizmada suyun dokulara göre da¤›l›fl›nda farkl›l›klar vard›r. Ancak suyun bulunmad›¤› organ ve doku yoktur. Kornea %98 su Kan %79 su Kas % 72 su Deri % 72 su ‹skelet % 22 su Ya¤ dokusu % 15 su Difl minesi % 0,2 su Organizmadaki suyun bir k›sm› BA⁄LI bir k›sm› da SERBEST durumdad›r. Ba¤l› su, daha fazla orandad›r. Serbest su kan, lenf, BOS (Beyin omurilik s›v›s›) gibi s›v›larda yüksek oranda bulunur.

11

1. Ünite - Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

Serbest su kolay buharlafl›r ve çözücüdür. Zarlar› geçer ve 0 °C’de kat›lafl›r. Ba¤l› su, iyonlara ve hidrofil moleküllere (protein, nükleik asit, karbohidrat gibi) ba¤l› sudur. Bu su akmaz, donma derecesi düflük ve çözme yetene¤i azd›r.

Ba¤l› su Organizmada iki flekilde bulunur: 1. Hidrat suyu 2. Moleküller aras› su

Hidrat suyu Klor, Sodyum, Potasyum gibi iyonlar, su ile hidrat biçimlerini kurarlar. Dipol su molekülünün negatif yük a¤›rl›kl› noktalar›na katyonlar, pozitif yük a¤›rl›kl› noktalar›na da anyonlar ba¤lan›r. Böylece iyon merkezde olmak üzere çevresine simetrik olarak su parçac›klar›n›n yerleflmesi ile hidratlaflma meydana gelir. Yüklü bir moleküle ba¤lanan su molekülünün, say›s› iyonun yar›çap›na (radyus) ba¤l›d›r.

Moleküller Aras› Su ‹pliksi moleküller, zarlar ve liflerin aras›ndaki su molekülleridir. Bu flekildeki su akma yetene¤ini kaybeder ve hareketsiz hâldedir.

Suyun Biyofonksiyonlar› 1. Organizmada organik ve inorganik maddeler için iyi bir çözücüdür. 2. Metabolizma art›klar› ve toksik maddeler için iyi bir tafl›y›c›d›r. 3. Makromoleküllerin yap› tafl›d›r. Protein, nükleik asit, polisakkarit gibi kompleks bileflikler, suyu düzenli bir flekilde tutma yetene¤ine sahiptirler. 4. ‹yi bir substratt›r. Ara metabolizman›n birçok reaksiyonlar›na kat›l›r. 5. Kan plazmas›, BOS, safra, mide, ba¤›rsak salg›lar›, idrar, tükürük, süt, ter ve gözyafl› gibi vücut s›v›lar›n›n oluflmas› için suya gereksinim vard›r. 6. ‹yi bir ›s› düzenleyicisidir.

Substrat: Enzimlerin etkiledikleri özgül moleküllerdir.

Suyun Organizmada Da¤›l›fl› Suyun organizmadaki da¤›l›m›n› üç bölümde inceleyebiliriz. Bu s›v›lardaki çözünmüfl iyon ve moleküllerin konsantrasyonlar› ve osmotik bas›nc› organizma için çok önemlidir. A. Hücre içi su: ‹ntrasellüler s›v› B. Hücre d›fl› su: Ekstrasellüler s›v› C. Transsellüler su: Di¤er Ekstrasellüler s›v› A. Hücre içi su: Vücut a¤›rl›¤›n›n %40’›n› oluflturan en büyük s›v› kitlesidir. B. Hücre d›fl› su: Hücrelerin d›fl›nda kalan bütün s›v›lara ekstrasellüler s›v› denir. Alt bölümleri: 1. Hücreler aras› su (‹ntertisyel s›v› ve lenf s›v›s›): Hücreler aras›ndaki boflluklar› dolduran sudur. 2. Damar içi s›v›s›: Plazma hücre d›fl› s›v›n›n % 25’ ini veya vücut a¤›rl›¤›n›n % 5’ini meydana getirir. C. Transsellüler s›v›: Vücut a¤›rl›¤›n›n % 1-3’ ünü oluflturur. Organizmada çok az miktarda bulunan, s›v› de¤iflimine kat›lmayan ve her biri kendine özgü görevler yapan birçok özel s›v› sistemi vard›r. Örne¤in: BOS: Beyin omurilik s›v›s› kafatas› içinde beyin için destek görevi görür.

Plazma: Damar içerisindeki kan›n hücresiz k›sm›d›r.

12

Genel Biyokimya

Göz içi s›v›s› (intra oküler s›v›), göz küresini gergin tutar. Eklem s›v›s› ve potansiyel boflluk s›v›lar› (periton, perikard s›v›lar›) ‹nsan, yaflam› için gerekli olan suyu bafll›ca iki kaynaktan sa¤lamaktad›r: 1. Eksojen su: A¤›zdan (oral) veya di¤er yollarla (parental) d›flar›dan al›nan su. 2. Endojen su (metabolik su): Vücutta çeflitli maddelerin metabolize edilmeleri esnas›nda a盤a ç›kan su. Suyun organizmadan ayr›l›fl› iki flekilde olur: I. Buhar fleklinde 1. Akci¤erlerden 2. Deriden II. S›v› hâlinde 1. D›flk› ile 2. ‹drar ile 3. Ter ile

‹NORGAN‹K M‹NERALLER Hayvansal organizmalar›n fonksiyonlar›n› sa¤l›kl› bir flekilde yerine getirebilmesi için besin maddeleri, su ve vitaminlerin yan›nda minerallere de gereksinimi vard›r. Baz› minerallerin vücut fonksiyonlar› yönünden önemi vitaminlerin ve hormonlar›nki kadar fazlad›r. Biyokimyasal görevleri aç›s›ndan önem tafl›yan mineraller baflta sodyum, potasyum, klor, kalsiyum, fosfor, kükürt, magnezyum olarak say›labilir. Bunlar›n yan› s›ra selenyum, mangan, bak›r, demir, çinko, kobalt gibi eser elementlere de organizma ihtiyaç duyar. SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

2

Acaba organizma neden eser elementlere ihtiyaç duyar? SIRA S‹ZDE

Sodyum (Na)

D Ü fi Ü N E Len ‹ M bol bulunan elementtir. Özellikle plazma ve intertisyel s›v›da Vücut s›v›lar›nda yüksek oranda bulunur. Sodyumun en önemli görevi kan ve intertisyel s›v›n›n osmotik bas›nc›n› rol almas›d›r. Kan plazmas› d›fl›nda ve tuz hâlinde bir S O Rayarlamada U miktar kemiklerde bulunur. Kan sodyum düzeyinin ayarlanmas›, ACTH (Adrenokortikotropik) hormonunun etkisi alt›ndad›r. Kanda sodyum düzeyinin normalin D‹KKAT üstüne ç›kmas›na Hipernatremi, alt›na düflmesine Hiponatremi denir.

N N

SIRA (K) S‹ZDE Potasyum

Özellikle hücre içi (intrasellüler) s›v› yönünden ve hücre içerisindeki fonksiyonlar› yönünden çok önemli bir katyondur. Kanda potasyum düzeyinin yükselmesiAMAÇLARIMIZ ne hiperpotasemi veya hiperkalemi, düflmesine ise hipopotasemi veya hipokalemi denir. Kan potasyum K ‹ T A Pdüzeyindeki de¤ifliklikler daha çok kendisini çizgili kaslar ve özellikle kalp kas› üzerinde belli eder.

Kalsiyum T E L E(Ca) V‹ZYON

Organizmada toplam miktar olarak en fazla bulunan mineraldir. Bitkiler erimifl hâldeki kalsiyumu kolayca al›rlar. Süt ve sütten yap›lm›fl besin maddelerinde fazla miktarda bulunur. Organizmadaki kalsiyumun büyük bir k›sm› kemik dokusunda ‹ N T E Rkristalleri NET hidroksiapatid hâlinde fosfat ile birlikte bulunur (%95). Geriye kalan› ise vücut s›v›lar›nda bulunur.

13

1. Ünite - Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

Kalsiyumun organizmadaki görevleri: 1. Kan p›ht›laflmas›nda rol al›r. 2. Kas kas›lmas›nda özellikle kalp kas›n›n çal›flmas›nda önemlidir. 3. Hücre zarlar›n›n permeabilitesinde ve sinirsel aktivitede rol oynar. 4. Baz› enzimlerin aktivasyonunda rol oynar.

B‹YOMOLEKÜLLER‹N K‹MYASAL EVR‹M‹ Organik bileflikler atmosferde canl›dakinin aksine çok az miktarda bulunur. Biyokimyac› Alexandr I. Oparin 1922 y›l›nda, bugünkü atmosfer koflullar›n›n olmad›¤› bir ortamda ilk yaflam kayna¤›n›n bulundu¤u fikrini öne sürdü. O günkü atmosfer koflullar›nda oksijen yoktu; metan, amonyak ve su ise çoktu. Oparin’in kuram›nda, volkanlardan yay›lan ›s› enerjisi ve flimfleklerden do¤an elektrik enerjisi ortamdaki amonyak, metan ve su buhar› ile ilkel bilefliklerin oluflumuna neden olmufltur. Bu bileflikler, milyarlarca y›l di¤er moleküllerle de birleflerek bir organik molekül çorbas› (primordial çorba) oluflturup, ilk hücrelerin öncülleri olan yap› tafllar›n› meydana getirmifllerdir. SIRA S‹ZDE Kimyasal Evrim, laboratuvarda deneysel olarak gerçeklefltirilebilir mi?

3

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

N N

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

14

Genel Biyokimya

Özet

N A M A Ç

1

N AM A Ç

2

Makromoleküllerin oluflumunu aç›klamak. Canl› sistemlerin molekülleri cans›zd›rlar. Hücrenin kimyasal kompozisyonu, fonksiyonu aç›s›ndan çok önemlidir. Hücre, bulundu¤u yere ve göreve göre farkl›laflarak özelleflmifltir. Bu ifllevleri yerine getirebilmesi için çevresinden pek çok madde al›p bunu kendi ihtiyac›na göre sentez edip, sentez edilmifl olanlardan yenilerini yapabilen bir ünitedir. Bu, sentez (anabolizma) ve y›k›m (katabolizma) olaylar›nda, pek çok monomer görev yapar. Bu monomerler yani yap› tafllar› daha büyük makromolekülleri olufltururlar. Canl› organizmada en s›k rastlan›lan elementlerden bir tanesi de karbondur. Karbon molekülünün ba¤ yapma özelli¤inden dolay› pek çok karbon bazl› monomerler oluflturulabilir. Biyomoleküllerde biyolojik ba¤lar›n oluflumunu tan›mlamak. Biyomoleküller, atom boyutundan, moleküler düzeydeki bilefliklere, organel oluflumuna ve organellerin organizasyonu ile hücre, doku, organ ve organ sistemleri ile organizma oluflumuna dek süren bir hiyerarfli izlerler. Bu basamaklarda basit yap›l› elementlerden, moleküller ve organizmalar oluflur. Tüm bu organik bilefliklerin oluflumunda biyolojik ba¤lar çok önemlidirler. En güçlü kimyasal ba¤ çeflitleri kovalent ve iyonik ba¤lard›r. Ayr›ca say›ca çok olan Hidrojen ba¤lar›, van der Waals çekim kuvvetleri, dipol-dipol etkileflimler de biyolojik moleküllerin üç boyutlu yap›lar›n›n oluflumunda çok önemlidir.

N A M A Ç

3

N AM A Ç

4

N AM A Ç

5

N A M A Ç

6

Biyomoleküllerin fonksiyonel gruplar›n› s›ralamak. Biyomoleküllerin ço¤u, karbon atomunun organik bileflikleridir. Hidrokarbon yap›s›nda bulunan hidrojenlerin yerine çok çeflitli kimyasal gruplar girebilir. Bu gruplar fonksiyonel=ifllevsel gruplard›r. Bu flekilde de¤iflik fonksiyon ve göreve sahip organik bileflikler elde edilebilir. Bu fonksiyonel gruplar bir hidrojen, alkol, karbonil ya da amino gibi çok çeflitli gruplar olabilirler. Moleküler yap› tafllar› çeflitlili¤ini karbon atomlar›ndan köken al›rlar. Fonksiyonel gruplar, canl›lardaki moleküler çeflitlili¤i sa¤lar. Su molekülünün kimyasal yap›s›n› aç›klamak. Hücreler için çözücü ortam sudur. Hücre görevlerini bir s›v› sistem içerisinde gerçeklefltirir. Su molekülünün ola¤an d›fl› kimyasal özellikleri vard›r. Bu elektriksel çekim gücü di¤er moleküllerle reaksiyona girmesini sa¤lar. Organizmadaki da¤›l›fl› da farkl›l›klar gösterir. Hücrede serbest ve ba¤l› olarak iki flekilde bulunur. Biyofonksiyonlar› hayati önem tafl›r. ‹norganik mineral metabolizmas›n› aç›klamak. Organizmalar›n fonksiyonlar›n› yerine getirebilmeleri ve canl›l›klar›n› devam ettirebilmeleri için besin maddeleri, su ve vitaminlerin yan›nda minerallere de ihtiyaçlar› vard›r. Ayr›ca pek çok enzimin yap›s›nda bulunan eser elementler de organizmalar için çok önemlidir. Biyomoleküllerin kimyasal evrimini tart›flmak. Biyolojik moleküllerin kimyasal evrim sonucunda ortaya ç›kt›¤› ileri sürülmüfltür. Kimyasal evrim basit moleküllerin su ortam›nda olufltu¤u bir evredir. Su denizinde organik moleküllerin ve ilk hücrenin oluflumu fikri aç›klanm›flt›r.

1. Ünite - Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri

15

Kendimizi S›nayal›m 1. Afla¤›dakilerden hangisi hücreyi oluflturan kimyasal kompozisyonda yer almaz? a. karbohidratlar b. Ya¤lar c. Proteinler d. Su e. Kil

6. Laktoz molekülü hangi moleküllerin glukozit ba¤› ile ba¤lanmas›ndan oluflmufltur? a. Glukoz-glukoz b. Glukoz-galaktoz c. Galaktoz-galaktoz d. Fruktoz-fruktoz e. Glukoz-fruktoz

2. Her bir su molekülünde, oksijen atomu kaç tane hidrojen atomu ba¤layabilir? a. 1 b. 2 c. 3 d. 4 e. 5

7. Bir molekül glukoz ile bir molekül fruktozun ba¤lanmas› ile afla¤›daki moleküllerden hangisi oluflur? a. Sükroz b. Fruktoz c. Glukoz d. Maltoz e. Laktoz

3. Afla¤›dakilerden hangisi bir eser elementtir? a. Sodyum b. Potasyum c. Klor d. Kalsiyum e. Selenyum

8. Aminoasitler hangi ba¤ ile ba¤lanarak polipeptidleri olufltururlar? a. Ester b. Disülfit c. glukozit d. Peptid e. Hidrofobik

4. Kanda sodyum düzeyinin normal de¤erinin üzerine ç›kmas›na ne ad verilir? a. Hiperkalemi b. Hipernatremi c. Hiponatremi d. Hipokalemi e. Hidroksiapatit 5. Bir çift valans elektronunun iki atom taraf›ndan paylafl›lmas› ile oluflan ba¤ afla¤›dakilerden hangisidir? a. Kovalent ba¤ b. ‹yonik ba¤ c. Disülfit ba¤› d. Peptid ba¤› e. Ester ba¤›

9. ‹ki sistein aminoasidinin -SH gruplar› aras›nda S-S köprüleri fleklinde oluflturulan ba¤ afla¤›dakilerden hangisidir? a. Ester b. Disülfit c. glukozit d. Peptid e. Hidrofobik 10. Proteinlerin ve nükleik asitlerin monomerleri s›ras› ile hangileridir? a. Monosakkarit-nükleotit b. Nükleotid-amino asit c. Gliserol-nükleotid d. Aminoasit-nükleotid e. Monosakkarit-aminoasit

16

Genel Biyokimya

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

1. e

S›ra Sizde 1 Ribonükleotidler ribonükleik asitleri olufltururlar (RNA).

2. b 3. e 4. b 5. a

6. b

7. a

8. d

9. b

10. d

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Canl› Organizmalar›n Temel Bileflenleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Su Molekülünün Kimyasal Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “‹norganik Mineraller” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “‹norganik Mineraller” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Biyomoleküllerde Biyolojik Ba¤lar›n Oluflumu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Biyomoleküllerde Biyolojik Ba¤lar›n Oluflumu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Biyomoleküllerde Biyolojik Ba¤lar›n Oluflumu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Biyomoleküllerde Biyolojik Ba¤lar›n Oluflumu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Biyomoleküllerde Biyolojik Ba¤lar›n Oluflumu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Karbon Atomunun Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde 2 Eser elementler, organizmada enzimlerin aktif merkezlerinde yer alma gibi birçok hayati molekülün sentezinde rol oynamalar› aç›s›ndan gereklidirler. Hayati önemi olan eser elementler (iz element) organizmada belirli fonksiyonlara sahiptirler. Örne¤in: Bak›r organizmadaki hemoglobin sentezinde rol oynar, Kobalt iyonu B12 vitamininin bilefliminde bulunur. Demir eritrositlerde hemoglobinin içerisinde bulunur, kaslarda miyoglobin fleklinde bulunur ve katalaz gibi enzimlerin yap›s›na da kat›l›r. S›ra Sizde 3 Oparinin’in bu tezi 1953 y›l›nda Miller taraf›ndan laboratuar koflullar›nda deneysel olarak gerçeklefltirilmifltir. Anorganik bilefliklerden organik moleküllerin sentezine kimyasal evrim ad› verilmifltir. Miller kapal› bir kap içindeki metan, amonyak, su buhar› ve hidrojen gaz›n› haftalar boyu elektrik k›v›lc›m›na maruz b›rakm›fl ve kar›fl›mda gaz olarak CO, CO2, N2, s›v› k›sm›nda ise suda çözünen ve proteinlerin yap›s›nda yer alan amino asitlerin sentez edildi¤ini görmüfltür.

Yararlan›lan Kaynaklar Campbell, N; J, Reece. (2006). Biyoloji. Çev. Ertunç Gündüz, Ali Demirsoy, ‹smail Türkan. Palme Yay›nevi. David L. Nelson, Michael M. Cox. (2005). Çeviri Editörü: Nedret K›l›ç, Leehninger Biyokimyan›n ‹lkeleri, Palme yay›nevi. Karol, S; Ayval›, C; Suludere, Z. (2000). Hücre Biyolojisi. Döndürücü Bask›. Ö¤ün Matbaac›l›k

2

GENEL B‹YOK‹MYA

Amaçlar›m›z

N N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Karbohidratlar›n yap›s›n› ve s›n›fland›rmas›n› aç›klayabilecek, Monosakkaritler ve yap›lar›n› aç›klayabilecek, Disakkaritler ve özelliklerini belirleyebilecek, Biyolojik öneme sahip polisakkaritleri aç›klayabilecek, Karbohidratlar›n türevlerini aç›klayabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • Monosakkaritler • Disakkaritler

• Oligosakkaritler • Polisakkaritler

‹çerik Haritas›

Genel Biyokimya

Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

• KARBOH‹DRATLAR VE SINIFLANDIRILMALARI • MONOSAKKAR‹TLER VE YAPISAL ÖZELL‹KLER‹ • D‹SAKKAR‹TLER‹N YAPISI • B‹YOLOJ‹K ÖNEME SAH‹P POL‹SAKKAR‹TLER • KARBOH‹DRATLARIN TÜREVLER‹

Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar› KARBOH‹DRATLAR VE SINIFLANDIRILMALARI Karbohidratlar, do¤ada en çok bulunan makro moleküllerdendir. Bitki ve hayvan dokular›nda yayg›n olarak bulunurlar. Besinlerimizde önemli bir yer tutan karbohidratlara sakkaritler de denilir. Beyaz ve kat›d›rlar, baz› polisakkaritler hariç suda kolay çözünürler. karbohidratlar›n en önemli görevi, canl›lar için enerji kayna¤› olmalar›d›r. Bu ana görev d›fl›nda karbohidratlar›n aminoasit, nükleik asit, porfirin, kolesterol, mukopolisakkarit, glikoprotein ve daha birçok maddenin sentezine ön madde olarak kat›lmak, baz› karbohidrat polimerlerinin de bitki ve mikroorganizmalar›n hücre duvar›n› k›smen oluflturmak gibi görevleri de vard›r. Bitkilerce gerçeklefltirilen fotosentez olay› ile üretilen glukoz tüm karbohidratlar›n kayna¤›n› oluflturur. Bitkiler taraf›ndan günefl ›fl›¤› ve klorofilin varl›¤›nda, su ve karbondioksit birlefltirilip karbohidratlar› oluflturur. Böylece, birer karbohidrat olan fleker ve niflasta temel besin maddemiz olmas›n›n yan› s›ra, oksidasyonlar› ile SIRA S‹ZDE enerji elde etti¤imiz birer biyopolimerdirler. Bu biyopolimerler bitki ve bakteri hücre duvar›nda, hayvanlar›n ba¤ dokular›nda yap›sal olarak, hücrelerin aras›nda D Ü fi Ü N E L ‹ M da birbirlerini tan›ma (adezyon) ve yap›flma ifllevlerini görürler. Ayr›ca protein ya da lipitlere kovalent olarak ba¤lan›p glikokonjugatlar halinde, ilgili hücreye özel S O R U görevler yüklerler.

Glikokonjugatlar: Lipit ya da protein moleküllerine SIRA S‹ZDE kovalent ba¤la ba¤l› olan karbohidrat molekülleridir.

D ‹ K Kya A T da bunlar›n Karbohidratlar polihidroksi aldehit veya polihidroksi ketondurlar türevidirler.

SIRA S‹ZDE

N N

Karbon, hidrojen ve oksijen atomlar›ndan meydana gelmifllerdir. Genel bir kural olarak, karbohidrat kendi karbon atom say›s› kadar su molekülüne sahipAMAÇLARIMIZ tir. Zaten karbohidrat ismide bu durumu yans›tmaktad›r. karbohidrat, karbonun hidrat›d›r. karbohidrat formülünü Cn(H2O)n fleklinde yazabiliriz. Ancak ayn› oranlamaya sahip fakat karbohidrat olmayan maddelerde vard›r asetik K ‹ T (örne¤in A P asitte oldu¤u gibi). Bu nedenle karbohidratlar› baflka özelliklerini de belirterek tan›mlamam›z gerekir. karbohidratlar› yap›lar›ndaki çeflitli özelliklerine göre s›n›fland›rabiliriz: TELEV‹ZYON

‹NTERNET

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

20

Genel Biyokimya

Karbohidratlar›, karbohidrat molekülünün içerdi¤i birim ünitelerinin say›s›na göre s›n›fland›rabiliriz. a. Monosakkaritler: Daha basit bilefliklere hidrolize edilemeyen temel karbohidrat molekülleridir, basit flekerlerde denir. Oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin alt ünitelerini olufltururlar. Tek bir polihidroksi aldehit veya keton biriminden oluflurlar. Monosakkaritlerin aldehit grubu içerenlere aldoz, keton grubu içerenlere ketoz ad› verilir. Monosakkaritler ayn› zamanda moleküllerindeki toplam karbon say›lar›na göre de trioz, tetroz, pentoz, heksoz olarak da adland›r›l›r. Örn: D-glukoz = dekstroz b. Disakkaritler: ‹ki monosakkarit ünitesinin glukozit ba¤lar› ile birleflmesi ile oluflmufllard›r. Örn: sukroz = çay flekeri, alt› karbonlu D-glukoz ve D-fruktozun birleflmesinden oluflmufl bir disakkarittir. Genel olarak monosakkarit ve disakkaritlerin isimlerinin sonuna “oz” eki getirilir. c. Oligosakkaritler: ‹kiden fazla monosakkarit biriminden oluflmufllard›r. Genellikle metabolik olaylar s›ras›nda meydana gelir ve y›k›l›rlar. Örnek olarak dekstrini verebiliriz. d. Polisakkaritler: Çok büyük moleküllü bilefliklerdir. 20’den fazla monosakkarit birimi içerirler. Selüloz gibi do¤rusal zincirler, glikojen gibi dall› zincirler örnek verilebilir.

MONOSAKKAR‹TLER VE YAPISAL ÖZELL‹KLER‹ Monosakkaritler, disakkkaritler, oligosakkaritler ve polisakkaritlerin alt ünitelerini olufltururlar.

Monosakkaritler Monosakkaritler yani basit flekerler içerdikleri reaktif gruplara göre aldozlar ve ketozlara ayr›l›r. Pek çok monosakkarit molekülü tek bir zincir halinde ve dallanmam›flt›r. Karbonlar tek bir ba¤la di¤er C’ na ba¤lanm›fllard›r. Bu aç›k zincirde C atomlar›ndan bir tanesi çift ba¤la oksijene ba¤lan›p bir karbonil grubunu oluflturmufltur; di¤er karbon atomlar›nda ise hidroksiller vard›r. Karbonil (C=O) bir aldehit grubunda ise bu monosakkarit bir aldozdur, karbonil grubu herhangi bir pozisyonda ise yani molekül bir keton grubu içeriyorsa bu monosakkarit bir ketozdur. glukoz birçok biyolojik olayda rol oynar. Fruktoz, mayalarda bulunan meyva flekeridir, galaktoz ise (fiekil 2.1) sütte bulunur.

Fonksiyonel Gruplar› Aldozlar : Aldehit grubu içerenler

Ketozlar : Keton grubu içerenler. Keton grubu içerenler isimlendirme s›ras›nda ‘üloz’ ekinin eklenmesi ile belirtilirler.

21

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

fiekil 2.1 Aldozlar ve Ketozlar

Aldehit grubu içerenler aldoz, keton grubu içerenler ketozdur.

Karbon Zincirinin Uzunlu¤una Göre a. b. c. d. e. f.

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

N N

Diozlar (2 karbonlu karbohidratlar, örn: glikoaldehit) Triozlar (3 karbonlu karbohidratlar, örn: gliseraldehit, dihidroksiaseton) AMAÇLARIMIZ Tetrozlar (4 karbonlu karbohidratlar, örn: eritroz, eritriloz) Pentozlar (5 karbonlu karbohidratlar, örn: riboz, ribuloz, deoksiriboz) Heksozlar (6 karbonlu karbohidratlar, örn: glukoz, fruktoz, galaktoz) K ‹ T A P Heptozlar (7 karbonlu karbohidratlar, örn: sedoheptüloz, altroz) (fiekil 2.2, 2.3)

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

22

Genel Biyokimya

fiekil 2.2 Bafll›ca Aldozlar

23

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

fiekil 2.3 Bafll›ca Ketozlar

24

Genel Biyokimya

En basit monosakkaritlerden gliseraldehit bir aldotiroz, dihidroksi aseton ise bir ketotriozdur. fiekil 2.4 Üç Karbonlu Triozlar. Bir Aldoz ve Bir Ketoz (Koyu K›s›mlar Karbonil K›s›mlar›)

Monosakkaritlerin zincir uzunlu¤una göre her birinin aldozlar› ve ketozlar› vard›r. (fiekil 2.4)

fiekil 2.5 Alt› Karbonlu, ‹ki Farkl› Heksoz, Dglukoz Bir Aldoheksoz, Dfruktoz Bir Ketoheksoz

Aldopentozlardan D-riboz ve 2-deoksi-Driboz nükleotidlerin yap›tafl›d›rlar.

fiekil 2.6 Befl Karbonlu Pentoz gruplar›. (D-riboz RNA, 2Deoksi- D-riboz DNA’n›n Bileflenleridir.)

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

1

Metabolizmada SIRAönemli S‹ZDE olan aldopentozlara örnek olarak hangi molekülleri verebilirsiniz? Triozlar, tetrozlar, pentozlar ve heksozlar›n bir aldoz mu ya da ketoz mu oldu¤u aldo yaDda Ü fi Üketo N E L ‹ Mheceleri bafla getirilerek anlat›l›r (Örn: keto-trioz, aldo-heksoz gibi). Moleküllerin düz bir do¤ru üzerinde gösterilerek yaz›l›fl›na Fischer formülleri O R U Biyolojik öneme sahip monosakkaritler D- konfigürasyonunda ile gösterilifliS denir. bulunurlar. D‹KKAT Monosakkaritlerin Yap›lar› ‹le ‹lgili Özellikler

Monosakkaritler içerdi¤i karbon atomunun özelli¤ine ba¤l› olarak çeflitli SIRA S‹ZDE izomerizmler gösterirler.

N N

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

25

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

Asimetri ve Yap›sal ‹zomerizm Dihidroksiaseton d›fl›ndaki tüm monosakkaritler bir ya da daha fazla asimetrik karbon atomu içerirler. C atomu 4 ba¤ yapar. E¤er bu ba¤lara 4 farkl› atom veya grup ba¤lanm›fl ise bu C’na asimetrik karbon atomu denir. Bir molekülde birden fazla asimetrik karbon atomu bulunabilir. Yap›lar›nda asimetrik C atomu bulunan bilefliklerin izomerleri vard›r. Yap›lar› ayn› oldu¤u halde uzaydaki konfigürasyonlar› farkl› bilefliklere steroizomerler, bu olaya da steroizomerizm (optik izomerizm ya da enantiomerizm=ayna hayali) denir. Bir bilefli¤in mümkün olabilen steroizomerlerinin say›s› asimetrik (kiral merkezli) C atomunun say›s›na ba¤l›d›r ve 2n e eflittir. Steroizomer say›s›=2n n= asimetrik C atomu say›s› Örne¤in; glukoz molekülünün 4 asimetrik karbon atomu vard›r, steroizomer say›s›=24 =16

Karbohidrat kimyas›n›n babas› Alman kimyager Emil Fischer (1852-1919) 1902 y›l›nda 2. Nobel Ödülünü alm›fl ve karbohidratlar›n yap›lar›n›n ayd›nlat›lmas›nda sterokimyan›n önemini ortaya koymufltur.

Dihidroksi asetonda asimetrik karbon atomu yoktur. Di¤er bütün monosakkaritlerde asimetrik karbon atomu bulunur. ‹zomerleri 4 grup halinde inceleyebiliriz. a) D ve L izomerleri Bütün karbohidratlar›n gliseraldehit molekülüne benzedikleri kabul edilir ve isimlendirme ona göre yap›l›r. Bir monosakkarit, aldehid grubundan en uzakta bulunan asimetrik karbon atomuna ya da primer alkol grubuna komflu olan karbon atomundaki H ve OH gruplar›n›n konumu itibari ile OH grubu sa¤da ise, D-gliseraldehite benziyorsa D-izomeri, solda ise ve L-gliseraldehite benziyorsa L-izomeri ad›n› al›r (fiekil 2.7, 2.8, 2.9). Bir di¤er deyiflle karbonil karbonundan en uzaktaki asimetrik karbon merkezli karbon atomuna ba¤l› -OH grubu sa¤da ise bu bir D-izomeri, solda ise L-izomeridir. Burada referans al›nan molekül D-gliseraldehit tir. fiekil 2.7 D- gliseraldehit ve L- gliseraldehit birbirlerinin ayna görüntüleridir. (FischerProjeksiyon Formülleri)

26

Genel Biyokimya

fiekil 2.8 D ve L Gliseraldehitlerin Perspektif Formülleri

Canl› organizmalardaki heksozlar›n ço¤u D-izomerleridir. Dört ve befl C’lu ketozlar, karfl›l›¤› olan aldozun isminin aras›na “ul” eki konularak isimlendirilir. Örn: D-ribuloz, D-riboz aldopentozuna karfl›l›k gelir. fiekil 2.9 Üç, Dört, Befl ve Alt› Karbon Atomuna Sahip D- Aldozlar

fiekil 2.10 Üç, Dört, Befl ve Alt› Karbonlu D- ketozlar.

27

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

Bir flekerin karbonu, karbonil grubuna en yak›n zincirin sonundan bafll›yarak 1,2,3,4,5,... gibi numaraland›r›l›r. Metabolizmada önemli olan aldoheksozlar hangileridir?

SIRA S‹ZDE

2

Optik ‹zomerizm: Monosakkaritlerde asimetrik karbon atomlar›n›n varl›¤› bu D Ü fi Ü N E L ‹ M bilefliklerin optikçe aktif olmalar›n› sa¤lar. Böylece optik izomerler do¤ar. Asimetrik karbon atomuna sahip bütün bileflikler yani optik aktivitesi olan bir bileflik poS O R U bütün flekerlarize ›fl›k düzlemini sa¤a veya sola çevirir. Dihidroksiaseton d›fl›nda ler optik aktivite gösterirler. Bir monosakkarit polarize ›fl›¤› sa¤a çeviriyorsa bu olaya dekstrorotasyon ad› verilir ve isminin bafl›na konulan (+) Diflareti ile gösterilir. ‹KKAT Ayn› flekilde sola çeviriyorsa (-) iflareti ile gösterilir bu olaya da levorotasyon denir. Örn: D-gliseraldehit polarize ›fl›¤› sa¤a, L-gliseraldehit sola çevirir. Her iki özellikSIRA S‹ZDE te asimetrik karbon atomundan kaynaklanmas›na ra¤men D ve L izomerisi ile optik izomerizm birbirlerinden ba¤›ms›z özelliklerdir. Bir maddenin D formunda olmas› onun polarize ›fl›¤› mutlaka sa¤a çevirmesini gerektirmez. Örne¤in D-fruktoz AMAÇLARIMIZ polarize ›fl›¤› sola çevirir. fiekerlerin polarize ›fl›k düzlemini çevirmelerinden yararlan›larak hem cinsleri hem de miktarlar› tayin edilir. Bunun için polarimetre kullan›l›r. K ‹ Her T A Pfleker polarize ›fl›k düzlemini farkl› derecede çevirir (spesifik çevirme derecesi). D ve L izomerler eflit miktarlarda var oldu¤u zaman meydana gelen kar›fl›m›n optik aktivitesi yoktur. Çünkü her bir izomerin aktivitesi di¤erini T E L E Vortadan ‹ Z Y O N kald›r›r. Böyle kar›fl›mlara rasemik kar›fl›m veya D-L kar›fl›m› denir. Sentez yolu ile elde edilen bileflikler rasemiktir. b) Halka Yap›s› (α ve beta izomerizmi) ‹ N T EHalkalaflma RNET Monosakkaritler sulu çözeltilerinde halkasal yap› gösterirler. aldehit ya da keton grubu ile 5.C’ una ba¤l› serbest -OH grubunun oksijeni aras›nda kovalent ba¤ ile endojen (molekül içi) olarak meydana gelir. Bu olaya Hemi-Asetal oluflumu veya ayn› flekilde Hemi-Ketal oluflumu denir. Halkalaflma olay›na ba¤l› olarak yeni bir izomeri meydana gelir. Böylece 1.C atomu da asimetrik duruma geçer. Bu C atomuna Anomer C atomu denir. Birinci karbona ba¤l› H ve OH köklerinin konumu sebebi ile 2 izomer oluflur. Birinci C’ a ba¤l› -OH grubu kendine komflu karbonun -OH’ › ile ayn› tarafta ise α, ters tarafta ise beta ad›n› al›r (fiekil 2.11).

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

N N

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

fiekil 2.11 α ve β-DGlukozlar›n Gösterilifli

28

Genel Biyokimya

Asimetrik karbon atomu α ve β olarak iki steroizomer oluflturur. Halkalaflmaya ba¤l› olarak molekülde bir bükülme meydana gelir. Böyle halka fleklindeki formüllere Haworth formülleri denir. Alt› üyeli halka yap›lara piranozlar denir. Dglukozun bu iki formunun sistematik isimleri α-D-glukopiranoz ve β-D-glukopiranoz’ dur (fiekil 2.12). Befl karbon ve bir oksijenden meydana gelen halkaya piran halkas› ve bu halkay› tafl›yanlara piranoz, dört karbon ve bir oksijenden meydana gelen halkaya furan halkas› ve bu halkay› tafl›yanlara da furanoz denir (fiekil 2.13). fiekil 2.12 D- glukozun Piranoz Formu

fiekil 2.13 D- fruktozun Furanoz Formu

Mutarotasyon Bir miktar D-glukoz suda çözülür ve bu durum bir polarimetre ile izlenirse glukozun hemen α-piranoz fleklini ald›¤› ve polarize ›fl›k düzlemine sa¤a çevirdi¤i görülür. Bir süre sonra α flekli, belirli bir çevirme derecesi ile β flekline dönüflmeye bafllar. Daha sonra iki flekil aras›nda bir denge meydana gelir. Bu s›rada çevirme derecesi sabit kal›r. Böylece alfa ve beta glukozun bir kar›fl›m› meydana gelir. Bu denge hemi-asetal halkan›n aç›lmas› birinci karbondaki H ve -OH’ lar›n yer de¤ifltirmesi ve halkan›n yeniden teflekkülü ile olur. Buna optik rotasyon veya mutarotasyon denir (fiekil 2.14).

29

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

fiekil 2.14 D-glukozun ‹ki Farkl› Formunun Oluflumunda C-5 te Hidroksil Grubu Aras›ndaki Tepkime Sonucu α ve β Anomerlerin Oluflumu

Epimerizasyon ‹ki bileflik sadece bir tek karbonlar›n›n konfigürasyonu yönünden farkl› ise birbirlerinin epimeridir. glukozun ikinci, üçüncü ve dördüncü karbonlar› üzerinde bulunan -OH ve H konfigürasyonunda de¤ifliklik sonucu farkl› izomerler meydana gelir. Biyolojik olarak iki ve dördüncü karbonlarda epimerizasyon ile meydana gelen mannoz ve galaktoz glukozun en önemli epimerleridir. Bu flekilde epimer olan maddelerin birbirlerine çevrilmesine epimerizasyon denir. Bu olay organizmada belirli enzimlerin katalizi ile gerçekleflir. Bu enzimler epimeraz enzimleridir (fiekil 2.15).

30

Genel Biyokimya

fiekil 2.15 D- galaktoz C- 4’teki Epimer Pozisyonu Bak›m›ndan Dglukozdan Farkl›d›r.

D‹SAKKAR‹TLER‹N YAPISI Maltoz, laktoz, sükroz sellebioz önemli disakkaritlerdendir. Disakkaritler enzimatik olarak ve sulu asit ile kaynatma ile kendilerini oluflturan monosakkaritlere hidrolize olurlar.

Disakkaritler Disakkaritler iki monosakkarit ünitesinin glukozidik ba¤ ile ba¤lanmas›yla oluflan flekerlerdir. (fiekil 2.16) En çok rastlanan› iki heksozun birleflmesi ile oluflan disakkaridlerdir. Bu ba¤lar oldukça kuvvetli kovalent ba¤lard›r. En çok görüleni 1-4 ba¤ fleklidir. Alfa veya beta durumuna göre α-glukozid veya β-glukozid ba¤› oluflur. Bu ba¤ nötral sulu çözeltilerde dayan›kl›d›r. Ancak asitlerle muamele edildiklerinde hidroliz gerçekleflir ve iki monosakkarit haline geçilir. Bu hidroliz olay› enzimlerin etkisi ile de meydana gelebilir. α glukozid ba¤›na etki edenlere α glukozidaz, β glukozid ba¤›na etki edenlere β glukozidaz enzimi denir. Bu enzimler sayesinde glukozid ba¤›n›n cinsi tayin edilebilir. Hayvan hücrelerinde laktoz, (fiekil 2.17), bitki hücrelerinde sükroz (sakkaroz)(fiekil 2.19) ve maltoz (fiekil 2.18) önemli disakkaritlerdendir. Sükroz fleker pancar›nda ve fleker kam›fl›nda vard›r, çay flekeri de denir. Bir molekül glukoz ile bir molekül fruktozdan yap›lm›flt›r. fiekil 2.16 Disakkarit Molekülü

Monosakkarit + Monosakkarit

Disakkarit + Su

a) Laktoz: Bir molekül glukoz ile bir molekül galaktozun birleflmesinden oluflmufltur. Sütte bulunan laktoza süt flekeri de denir. Memelilerin sütünde bulunur. Endüstride peynir yap›m›nda yan ürün olarak elde edilir. Laktozda galaktoz ve glukoz birimleri β-1,4 ba¤› ile ba¤lanm›fllard›r. Glukozun birinci karbonu serbest oldu¤undan redüktör özellik gösterir, osazonlar meydana gelir.

31

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

fiekil 2.17 Galaktoz ve Glukozun Birleflmesi, Bir Disakkarit Olan Laktoz Molekülü

b) Maltoz: 2 tane α-D glukozun glukozidik ba¤ ile ba¤lanmas›ndan oluflmufltur. Maltoz niflastan›n enzimatik hidrolizi ile oluflan bir disakkarittir. Do¤ada serbest olarak bulunmaz. Redüktör özellik gösterir.

fiekil 2.18 ‹ki Glukozun Glukozidik Ba¤ ile Ba¤lanmas›yla Oluflan Maltoz Molekülü

c) Sükroz (Sakkaroz, çay flekeri): Bir molekül glukoz ve bir molekül fruktozdan oluflmufltur. Sofralar›m›zda kulland›¤›m›z flekerdir. fieker pancar› ve kam›fl›ndan elde edilir. Di¤er disakkaritlerden farkl› olarak glukozidik ba¤ anomerik C atomlar› aras›ndad›r. Redüktör özelli¤i yoktur. fiekil 2.19 Bir Molekül Glukozun, Bir molekül Fruktoz ile Glukozidik Ba¤ ile Ba¤lanmas›yla Oluflan Sükroz Molekülü

32

Genel Biyokimya

Oligos: Yunancada birkaç anlam›ndad›r. Homopolisakkaritler: Ayn› monosakkaritlerden oluflurlar. Heteropolisakkaritler: Farkl› monosakkaritlerden oluflurlar.

Oligosakkaritler Ara ürün olarak meydana gelirler.

Polisakkaritler Çok say›da monosakkarit monomerinin birleflmesinden oluflurlar. Polisakkaritler glikanlar olarak da adland›r›l›r. Ayn› monosakkarit ünitelerinden meydana gelen polisakkaritler homopolisakkarit, iki veya daha fazla çeflit içerenler heteropolisakkarittirler. Örne¤in niflasta ve glikojen, glukoz polimeridirler ve organizmada depo fleklinde görev yaparlar. Selüloz bir glukoz polimeridir, bitkilerin hücre duvarlar›nda destek maddesi olarak görev yapar. Niflasta bitki hücrelerinin depo homopolisakkaritidir. Glikojende hayvan hücrelerinin bir depo homopolisakkaritidir.

B‹YOLOJ‹K ÖNEME SAH‹P POL‹SAKKAR‹TLER Do¤ada bulunan karbohidratlar›n ço¤u, polisakkaritler halindedirler. Polisakkaritler kendilerini oluflturan monosakkaritlerin benzerlikleri, ba¤ çeflitleri ve dallanma biçimleri bak›m›ndan farkl›l›k gösterirler.

Homopolisakkaritler fiekil 2.20

Ayn› monosakkarit ünitelerinden meydana gelmifllerdir (fiekil 2.20).

Biyolojik Önemi Olan Homo polisakkaritler

a) Niflasta: Niflasta iki tip glukoz polimeri içerir. Bunlar amiloz ve amilopektindir. glukozlar› amilopektin zincirine ba¤layan glukozidik ba¤ α-1,4 glukozidik ba¤›d›r (fiekil 2.21). Niflasta asit ile hidrolize olup glukoz moleküllerine hidrolizinde Fehling ay›rac› ile reaksiyon verir. ‹yot ile de mavi renk oluflturur. Niflasta bitki hücrelerinin depo homopolisakkaritidir. Hücre içinde granüller halinde depolan›r. Hemen hemen tüm bitkilerde özellikle olgunlaflmam›fl meyveler niflastadan zengindirler. Amiloz α-1,4 ba¤lar› ile birbirine ba¤lanm›fl glukoz ünitelerinin düz bir zincir halinde s›ralanmas› ile oluflan bir glukoz polimeridir, dallanma yoktur. Amiloz suda heliks fleklini al›r. Amilopektinde α-1,4 ba¤lar› ile birbirine ba¤lanm›fl glukoz ünitelerinden oluflmufltur. Uzun zincirler her 24-30 glukoz kal›nt›s›ndan sonra α-1,6 ba¤lar› ile dal-

33

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

lanma gösterir.

fiekil 2.21 Niflasta Molekülü

b) Glikojen: Hayvansal dokular›n temel depo homopolisakkaritidir. Hayvansal niflasta da denilir. Karaci¤er ve kasta bol bulunur. Enerji deposudur. Yap›s› niflastadaki amilopektine benzer ama daha çok dallanma göstermektedir. α -1,4 ba¤lar› ile önce düz zincir oluflturur sonra her 8-12 glukoz ünitesinden sonra dallanma olur. Dallanma noktalar›ndaki ba¤lar α -1,6 ba¤lar›d›r (fiekil 2.22). Karaci¤erdeki glikojenin ifllevi kanda glukoz seviyesi azal›nca kana glukoz vermek ya da kanda yükselen glukozu ba¤layarak kan glukozunu belirli seviyelerde tutmakt›r. Kan glukoz seviyesinin düzenlenmesi insülin hormonu yoluyla gerçekleflir. ‹nsülin hücrelere glukoz al›n›m›n› artt›r›r.

fiekil 2.22 Glikojen Molekülü

Glikojen

c) Selüloz: Dünyada en bol bulunan polimerdir. Saf pamu¤un %90’› selülozdur. Bitkilerin destek maddesidir. Amiloz gibi bir D-glukoz polimeridir. Ancak selülozda glukozlar β-1,4 glukozidik ba¤larla birbirine ba¤lanm›fllard›r (fiekil 2.23). fiekil 2.23 Selüloz Molekülü

SIRA S‹ZDE

Niflasta molekülü ile Selüloz molekülünün yap›sal farklar› nelerdir?

3

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

34

Genel Biyokimya

Heteropolisakkaritler De¤iflik monosakkaritler, monosakkarit türevleri ve baz› gruplardan meydana gelmifllerdir. Mukopolisakkaritler, glikolipidler ve glikoproteinler olarak grupland›r›labilir. a) Mukopolisakkaritler: fiu ortak özellikleri tafl›rlar: Asidik özelliktedirler, yap›lar›nda karbohidrat ve protein k›s›m bulunur, bu iki k›s›m birbirine iyonik ba¤ ile ba¤lanm›flt›r. Bu gruptaki maddelerin hepsinde karbohidrat k›sm›nda mutlaka üronik asit vard›r. Ayr›ca amino flekerler, sülfat veya asetil gruplar da yer alabilir. Kondroidin sülfat›, hyalüronik asiti ve heparini örnek olarak verebiliriz. Kondroidin sülfatlar omurgal›lar›n kemik, k›k›rdak kornea ve di¤er ba¤ dokular›n›n esas yap›sal elementini oluflturmaktad›r. Çok fazla su tutarlar bundan dolay› da ba¤ dokusunun bas›nçlara karfl› dayan›kl› olmas›n› sa¤larlar. Hyalüronik asit en çok rastlanan asit mukopolisakkaritlerdendir. Hyaluronidaz enzimi hyaluronik asidi parçalayarak çeflitli maddelerin dokuya girmesini kolaylaflt›r›r. Heparin ise do¤al olarak meydana gelmifl olan bir kan antikoagülan›d›r. Yani kan›n p›ht›laflmas›n› önlemektedir. Heparindeki amino gruplar› asetillenme yerine sülfatlanm›flt›r. Antikoagülan etkisini protrombinin trombine çevrilmesini engelleyerek yapar. T›pta da tedavi amac›yla kullan›lmaktad›r. b) Glikoproteinler: karbohidrat ünitelerinin proteinlere ba¤lanmas› ile oluflan kompleks moleküllerdir. Kan grubu maddelerini örnek verebiliriz. Bu polisakkaritler eritrositlerde, tükürük, midenin mukoz salg›s› ve di¤er vücut s›v›lar›nda bulunurlar. Proteinlerle birleflerek A, B, 0 ve Rh gibi kan grubu antikorlar›n› olufltururlar. Kan grubu polisakkaritleri genelde D- glukozamin ve D- galaktozamin polimerleridirler. c) Glikolipidler: Yap›lar›nda gliserol ve fosfat bulunmayan, seramide ba¤l› olarak karbohidrat içeren sfingolipidlerdir.

KARBOH‹DRATLARIN TÜREVLER‹ Monosakkaritlerin pek çok türevi hücrelerin yap›tafllar›n› oluflturur. En önemlileri aldonik asitler, üronik asitler gibi fleker asitleri, amino flekerler ve deoksi flekerlerdir.

Aldonik Asitler E¤er bir heksozun veya monosakkaritin aldehit grubu, karbonil grubuna dönüflürse aldonik asitler oluflur. Glukozdan türeyen aldonik asit glukonik asittir.

Üronik Asitler E¤er bir aldehit grubu de¤il de 6. karbondaki hidroksil grubu karboksil grubuna dönüflürse üronik asitler oluflur.

Sakkarik Asitler Monosakkaritin hem aldehit grubu hem de buna en uzaktaki karbonundaki -OH grubu, karboksile dönüflürse sakkarik asitler oluflur.

35

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

fiekil 2.24 Baz› Karbohidrat Türevleri

Amino fiekerler Monosakkarit veya heksozun hidroksillerinden herhangi birinin yerine amino grubunun geçmesiyle amino flekerler meydana gelirler (fiekil 2.25). Bitki ve hayvanlarda bulunan en önemlileri D-glukozamin ve D-galaktozamindir ve bunlar ayn› zamanda N-asetil türevi olarak da bulunur. Eklem bacakl›lar›n kutikulas›n› oluflturan kitin, N-asetil glukozaminden oluflmufltur (fiekil 2.26). fiekil 2.25 β -D- Glukozamin ve β -DGalaktozamin

fiekil 2.26 N- Asetil-β-Dglukozamin ve Nasetil- β- DGalaktozamin

36

Genel Biyokimya

Deoksi fiekerler Canl›lar için en önemli monosakkaritler pentozlar ve heksozlard›r. Pentozlardan en önemli olan iki fleker ise riboz ve deoksiribozdur. Riboz RNA, deoksiriboz ise DNA’y› oluflturur. Riboz ve deoksiriboz flekerleri hem hayvan hem de bitkilerde bulunur (fiekil 2.27). fiekil 2.27 RNA’da Bulunan Riboz ve DNA’da Bulunan Deoksiriboz (pentozlar C5H10O5) SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

S O R UAyn› molekülde bir karbohidrat ve bir de karbohidrat olmayan Glukozidler: molekül tafl›yan bilefliklerdir. karbohidrat olan k›s›m glukoz ise Glukozid galaktoz ise galaktozid ad›n› al›r. D‹KKAT

Karbohidrat Metabolizmas›

N N

SIRA S‹ZDE Karbohidratlar ve özellikle glukoz, glikojen ve niflasta hayvan ve insan organizmalar›n›n bafll›ca enerji kayna¤›d›r. Yetiflkin bir insan›n günlük olarak ald›¤› besinlerin a¤›rl›k bak›m›ndan %60’›n› ve kalori bak›m›ndan %50’sini karbohidratlar AMAÇLARIMIZ oluflturur.

Daha genifl bilgi K ‹ Tiçin A Pkitab›n karbohidrat metabolizmas› ünitesini okuyunuz

Karbohidratlar›n Sindirimi TELEV‹ZYON

‹NTERNET

BesinlerleT al›nan pek ço¤u polisakkaritlerden meydana gelmifltir. E L E V ‹ Z Ykarbohidratlar›n ON Geriye kalanlar›n %30’unu sükroz (sakkaroz), %5’ini laktoz, %5’ini de glukoz, maltoz ve di¤er flekerler oluflturur. Selüloz, insan organizmas› taraf›ndan sindirilemez. Ancak gevifl getiren hayvanlar sindirebilir ve yararlanabilirler. ‹nce barsak mukoza ‹ N T E R N E T büyük fleker moleküllerinin absorbe edilmeleri mümkün dehücreleri taraf›ndan ¤ildir. Bu nedenle polisakkaritlerin enzimler arac›l›¤›yla y›k›larak absorbe edilebilir monosakkaritler haline gelmesi karbohidrat metabolizmas›n›n ilk basama¤›n› oluflturur.

Niflastan›n Sindirimi Niflasta, a¤›zda ve ince ba¤›rsaklarda sindirilir. α-amilaz insan ve pek çok hayvan›n tükürük bezlerinden salg›lan›r. Bu enzim niflastan›n iki flekli olan amiloz ve amilopektinin düz zincir k›sm›ndaki α-1,4 glukozidik ba¤lar›n› y›kar. Dallanma noktas›ndaki α-1,6 ba¤lar›na etkisizdir (α-amilaz). Enzimlerin optimum pH’s› 6-7 aras›ndad›r. α-amilaz›n etkisiyle hidrolizin ilk safhas›nda meydana gelen ürünler dört veya daha fazla say›da glukoz ünitesi içeren dekstrinlerdir. Midede karbohidrat sindirimi meydana gelmez. Pankreastan salg›lanan ikinci bir en-

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

zim (α-amilaz) ince ba¤›rsakta niflastay› sindirmeye devam eder. Pankreas s›v›s›ndan ve ba¤›rsak mukozalar›ndan laktozu parçalayan laktaz, sükrozu parçalayan sükraz, maltozu parçalayan maltaz adlar› verilen enzimler salg›lan›r. Niflastan›n 1,6 ba¤lar›n› hidroliz eden enzim amilo-1,6-glukozidaz enzimidir ve ince ba¤›rsak mukoza hücrelerinden salg›lan›r. Böylece karbohidrat sindirilmesi ile son ürün olarak glukoz, galaktoz ve fruktoz oluflmaktad›r. Bu metabolitler ince ba¤›rsakta kolayl›kla emilirler. Bütün monosakkaritler ince ba¤›rsak mukoza hücrelerinden az miktarda basit difüzyon ile emilirler. Emilen monosakkaritlerin büyük k›sm› vena porta(ana toplardamar) yoluyla kana kar›fl›r. Monosakkaritlerin hepsi ayn› h›zla emilmezler. Önce galaktoz, glukoz, fruktoz, mannoz ve arabinoz s›ras›yla emilir. Karbohidrat metabolizmas›n›n bafll›ca fonksiyonu bir yak›t olarak okside olmak ve di¤er metabolizmalar için enerji sa¤lamakt›r. karbohidrat, hücreler taraf›ndan bafll›ca glukoz fleklinde kullan›l›r. Diyetteki sakkaroz miktar› artarsa fruktoz önem kazan›r. Ayn› flekilde laktoz artarsa galaktoz önem kazan›r. Gerek galaktoz gerekse fruktoz karaci¤er taraf›ndan h›zla glukoza dönüfltürülür.

37

38

Genel Biyokimya

Özet

N A M A Ç

1

N A M A Ç

2

Karbohidratlar›n yap›s›n› ve s›n›fland›rmas›n› aç›klamak. Yedi¤imiz besinlerin önemli bir bölümünü karbohidratlar oluflturmaktad›r. Hücrelerin yap›sal bir bilefleni, nükleik asitlerin yap› tafl› ve enerji elde etmek gibi çok önemli görevler üstlenmifllerdir. Karbon molekülünün hidrat biçimleri fleklinde oluflmufl bilefliklerdir. Monosakkarit ünitelerinden meydana gelmifl ve polihidroksi aldehit(aldoz) ile polihidroksi keton(ketoz) gruplar›ndan oluflmufllard›r. Fonksiyonel gruplar›na göre ve kabonhidrat molekülünün içerdi¤i birim ünitelerinin say›s›na göre s›n›fland›r›labilmektedirler. Monosakkaritler ve yap›lar›n› aç›klamak. Monosakkaritler basit flekerlerdir. En basit monosakkarit üç karbonlu gliseraldehittir. Bu bir aldotriozdur. Dihidroksiaseton ise bir ketoheksozdur. Monosakkaritler D ve L formunda bulunurlar. Biyolojik olarak D konfigürasyonunda olan monosakkaritler önemlidir. Pentozlardan en önemlisi riboz ve deoksiribozdur. Nükleik asitlerin yap› tafl› olarak görev yaparlar. Heksozlardan ise glukoz önemli bir monosakkarittir. Dihidroksiaseton fosfat d›fl›ndaki monosakkaritler asimetrik karbon atomu içerirler ve stereoizomerizm gösterirler.

N A M A Ç

3

N A M A Ç

4

N A M A Ç

5

Disakkaritler ve özelliklerini belirlemek. Disakkaritlerde iki monosakkaritin birleflmesiyle oluflan flekerlerdir. Sükroz, maltoz ve laktoz gibi disakkaritlerin yap›lar› ö¤renilmifltir. Biyolojik öneme sahip polisakkaritleri aç›klamak. Polisakkaritlerde çok say›da monosakkarit monomerinin birleflmesi ile oluflmufllard›r. Canl› organizmalarda, hayvan hücrelerinde glikojen, bitki hücrelerinde niflasta ve selüloz çok önemli polisakkaritlerdendir. Karbohidratlar›n türevlerini aç›klamak. Aldonik asitler, üronik asitler ve sakkarit asitlerin yap›lar› ve kompleks karbohidratlar incelenmifltir.

2. Ünite - Karbohidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

39

Kendimizi S›nayal›m 1. Karbohidratlar›n monomerik birimi afla¤›dakilerden hangisidir? a. Monosakkaritler b. Aminoasitler c. Nükleotidler d. Proteinler e. Gliseroller

6. Asimetrik karbon atomu say›s› 5 olan bir bilefli¤in mümkün olabilen izomerlerinin say›s› kaçt›r? a. 64 b. 32 c. 16 d. 10 e. 8

2. Molekül yap›lar›nda aldehid grubu olan monosakkaritlere ne ad verilir? a. Aminoasit b. Ketoz c. Ya¤ asidi d. Gliserol e. Aldoz

7. Maltozun molekül yap›s›nda hangi monosakkaritler bulunur? a. glukoz ve glukoz b. Mannoz ve galaktoz c. Galaktoz ve glukoz d. Fruktoz ve glukoz e. Galaktoz ve fruktoz

3. Molekül yap›lar›nda üç karbon atomu olan monosakkaritlere ne ad verilir? a. Pentozlar b. Tetrozlar c. Triozlar d. Heptozlar e. Heksozlar

8. Laktozun molekül yap›s›nda hangi monosakkaritler bulunur? a. Fruktoz ve glukoz b. glukoz ve galaktoz c. Fruktoz ve galaktoz d. Mannoz ve galaktoz e. glukoz ve glukoz

4. Afla¤›dakilerden hangisi metabolizmada önemli olan bir aldotriozdur? a. glukoz b. Glikoheptoz c. Ksiloz d. Riboz e. Gliseraldehit

9. Afla¤›dakilerden hangisi hayvan hücrelerinin temel depo homopolisakkaritidir? a. Niflasta b. Selüloz c. Sakkaroz d. Glikojen e. Laktoz

5. Afla¤›dakilerden hangisi bir aldoheksozdur? a. glukoz b. Gliseraldehit c. Eritroz d. Dihidroksiaseton fosfat e. Ribuloz

10. Niflasta molekülünde düz zincir fleklindeki glukoz polimeri afla¤›dakilerden hangisidir? a. Amilopektin b. Mannoz c. Amiloz d. Galaktoz e. Fruktoz

40

Genel Biyokimya

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

1. a

S›ra Sizde 1 Metabolizmada önemi olan en önemli aldopentozlar Riboz ve deoksiriboz flekerleridir. Bunlar nükleik asitlerden DNA (Deoksiribo nükleik asit) ve RNA (Ribonükleik nükleik asit) y› oluflturan nükleik asitlerin yap›tafllar›n› olufltururlar.

2. e 3. c 4. e 5. a 6. b 7. a 8. b 9. d 10. c

Yan›t›n›z yanl›fl ise “Karbohidratlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Karbohidratlar›n S›n›fland›r›lmas›” konusunu tekrar gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Karbohidratlar›n S›n›fland›r›lmas›” konusunu tekrar gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Karbohidratlar›n S›n›fland›r›lmas›” konusunu tekrar gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Karbohidratlar›n S›n›fland›r›lmas›” konusunu tekrar gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “‹zomerizm” konusunu tekrar gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Disakkaritler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Disakkaritler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Polisakkaritler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise “Polisakkaritler” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde 2 Metabolizmada önemli olan aldoheksozlar bafll›ca Glukoz, Mannoz ve galaktozdur. Metabolik aç›dan enerji elde etmede glukoz anahtar molekül rolünü üstlenmifltir. S›ra Sizde 3 Niflasta amiloz ve amilopektin isimli iki tip glukoz polimeri içerir. Amiloz düz bir zincir halindedir. Amilopektin ise dall› bir polimerdir.Amilozda α 1-4 ba¤lar› ile birbirine ba¤lanm›fl gluoz üniteleri dallanmam›flt›r. Amilopektinde ise α 1 -4 ba¤lar› ile ba¤lanm›fl glukoz üniteleri α 1-6 ba¤lar› ile dallanma gösterir. Selüloz da amiloz gibi do¤rusal bir D- glukoz polimeridir. Selüloz da fleker kal›nt›lar› β 1-4 ba¤lar›yla birbirine ba¤lanm›flt›r. Niflastan›n amilozundan farkl›d›r.

2. Ünite - Karbonhidratlar ve S›n›fland›r›lmalar›

Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar David L. Nelson, Michael M. Cox. (2005). Çeviri Editörü: Nedret K›l›ç, Leehninger Biyokimyan›n ‹lkeleri, Palme yay›nevi. Gözükara, E, (1989). Biyokimya. Ankara Bask› Ofset Repromat Ltd. Karol, S; Ayval›, C; Suludere, Z. (2000). Hücre Biyolojisi. Dördüncü Bask›. Ö¤ün Matbaac›l›k.

41

3

GENEL B‹YOK‹MYA

Amaçlar›m›z

N N N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Amino asitlerin yap›s› ve s›n›fland›r›lmas›n› aç›klayabilecek, Esansiyel amino asitleri betimleyebilecek, Amino asitlerin fiziksel özelliklerini belirleyebilecek, Amino asitlerin kimyasal reaksiyonlar›n› aç›klayabilecek, Proteinlerin primer, sekonder, tersiyer ve kuaterner yap›lar›n› tart›flabilecek, Proteinlerin s›n›fland›r›lmas›n› aç›klayabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • Proteinler • Amino asitler

• Peptid ba¤› • Proteinlerin yap›lar›

‹çerik Haritas›

Genel Biyokimya

Proteinler

• PROTE‹NLER • AM‹NO AS‹TLER • AM‹NO AS‹TLER‹N K‹MYASAL REAKS‹YONLARI • PROTE‹NLER‹N GENEL ÖZELL‹KLER‹, YAPISI VE SINIFLANDIRILMASI

Proteinler PROTE‹NLER Proteinler canl› organizman›n çok önemli bir parças›n› oluflturan ve hücrelerde bol miktarda bulunan organik maddelerdir. Yap›lar›nda karbon, hidrojen, oksijen ve azot içerirler. Proteinler, yaflam için son derece gerekli organik bilefliklerdir. Canl›l›¤›n temel özelliklerinden olan büyüme, ço¤alma ve kendi kendini onarma süreçleri proteinler ve proteinlerle önemli bileflikler yapan nükleik asitler sayesinde gerçekleflmektedir. Nükleik asitlerdeki flifre proteinler fleklinde ifade edilir. Proteinlerin çok çeflitli fonksiyonlar› vard›r. Hücrenin yap› tafl› olma, hücrede küçük moleküllerin tafl›nmas›, immün cevab›n oluflturulmas›, kan›n p›ht›laflmas› gibi görevlerinin yan› s›ra en önemlisi de canl›l›¤›n devam› için gerekli olan reaksiyonlar› katalizleyen enzimler, olarak görev yapmalar›d›r. Her hücrede çok farkl› ve çok say›da protein vard›r. S‹ZDE Proteinler için monomer üniteler amino asitlerdir. ProteinlerSIRA amino asitlerin polimerleridirler. Hücreler, yirmi amino asidin farkl› kombinasyonda diziliflleri ile, çok farkl› özellikte proteinleri oluflturabilmektedir. ProteinlerinD Ü3-boyutlu fi Ü N E L ‹ M yap›s›n› ve biyolojik özelliklerinin birço¤unu, büyük ölçüde yap›lar›nda bulundurduklar› amino asitlerin cinsleri, ba¤lan›fl s›ralar› ve bir amino asidin bir di¤eri ile boflluk S O R U içindeki iliflkisi tayin eder.

Protein yunanca “proteios” ilk, bafltaki anlam›na gelmektedir.

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

Üç boyutlu yap›s› X ›fl›n› k›r›n›m› yöntemiyle ayd›nlat›lm›fl ilk protein Dmiyoglobin dir. ‹KKAT

Amino Asitler

SIRA S‹ZDE

fiekil SIRA 3.1 S‹ZDE

N N

Do¤ada yirmi farkl› amino asit de¤iflik s›ralan›fllar› ile proteinleri meydana getirirler. Bu yirmi amino asite standart amino asitler denir. AMAÇLARIMIZ Baz› özel proteinlerin yap›s›na bu standart amino asitlerin türevi olan nadir amino asitler de K ‹ T A P kat›labilir. Bununla birlikte proteinlerin yap›s›nda bulunmay›p ama hücrede görev alan amino asitler de vard›r. Do¤al olarak proteinTELEV‹ZYON leri oluflturan standart amino asitler α -aminoasitlerdir. Amino asitlerde karboksil grubunun (-COOH) ba¤land›¤› karbon atomuna α karbonu denir. Amino asitlerde α karbonunun dört ba¤›ndan birinde karbok‹NTERNET

D‹KKAT

Amino Asit Genel Formülü AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

44

Genel Biyokimya

sil (-COOH), ikincisinde amino (-NH2), üçüncüsünde hidrojen (-H), dördücüsünde de R grubu bulunur (fiekil 3.1). Karboksil grubu proton (-H) vererek asidik, amino grubu ise proton alarak (-H) bazik özellik tafl›r. Asidik gruplar (-H) vererek negatif(-), bazik gruplar (H) alarak pozitif(+) iyonlafl›rlar. Amino asitlerin farkl›l›¤›n› 20 çeflit amino asidin 20 farkl› R grubu oluflturur. Amino asitlerin s›ras›n› genetik flifre tayin eder. Her proteinin amino asit dizisi türüne özgüdür. Zwitterion: Almanca, hibrit iyon anlam›na gelmektedir.

fiekil 3.2 Glisin amino asidi, R grubu koyu ile gösterilen tek bir hidrojen atomundan oluflmufltur.

fiekil 3.3 Dipolar iyon (Zwitterion)

En basit amino asit glisindir. R grubu tek bir hidrojenden oluflmufltur (fiekil 3.2). Amino asitler nötral pH’ daki çözeltide iyonsuz veya yüksüz flekilden çok dipolar iyon veya zwitterion (ikiz iyon) fleklinde bulunmay› tercih ederler (fiekil 3.3). Yani zwitterion fleklinde, amino asidin üzerinde ayn› zamanda hem (+) hem de (-) yüklü gruplar yer al›r fakat bu iyonlaflmam›fl gruplar denge halindedir. Amino asitler ayn› zamanda, hem karboksil hem de amino grubunun proton vermek üzere iyonlaflmas›yla karakteristik titrasyon e¤rileri verirler. Amino asitlerin bu özelliklerine ilave olarak, infrared bölgedeki ›fl›¤› absorbe edebilirler. Proteinlerdeki amino asit kal›nt›lar›n›n amino asitlere özgün NMR spektrumlar› vard›r. Bir amino asidin net elektrik yükü tafl›mad›¤› ve bu yüzden bir elektriksel alan içinde hareket etmedi¤i pH’ ya izoelektrik pH denir.

Amino Asitlerin Yap›lar› Standart amino asitler, ayn› karbon atomuna ba¤lanm›fl bir amino grubu ve bir karboksil grubu içerirler. Fizyolojik pH da ise amino grubu proton alma, karboksil grubu ise verme e¤ilimlidir. Proteinlerde bulunan amino asitler α-karbon atomuna ba¤lanan R yan gruplar›n›n özelliklerine göre, 5 grupta inceliyebiliriz (Tablo 3.2). Standart amino asitler için kabul edilmifl 3 harfli k›saltmalar ve tek harfli gösterimler kullan›l›r (Tablo 3.1). R yan gruplar›n›n özelliklerine göre 5 gruba ayr›lan amino asitlerin kimyasal formülleri fiekil 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 de verilmifltir. Tablo 3.3’de ise her grupta yer alan amino asitlerin listesi ve R yan gruplar›n›n özellikleri verilmifltir.

45

3. Ünite - Proteinler

Amino asitler

Üç harfli k›saltma

Tek harfli k›saltma

Glisin

Gly

G

Alanin

Ala

A

Valin

Val

V

Lösin

Leu

L

‹zolösin

Ile

I

Metiyonin

Met

M

Fenilalanin

Phe

F

Tirozin

Tyr

Y

Triptofan

Trp

W

Serin

Ser

S

Prolin

Pro

P

Treonin

Thr

T

Sistein

Cys

C

Asparajin

Asn

N

Glutamin

Gln

Q

Lizin

Lys

K

Histidin

His

H

Arjinin

Arg

R

Aspartat

Asp

D

Glutamat

Glu

E

Standart Amino Asitlerin S›n›fland›r›lmas› Nonpolar, alifatik yan R grup tafl›yan amino asitler

Glisin, Alanin, Valin, Lösin, Metiyonin, ‹zolösin

Polar, yüksüz R grup tafl›yan amino asitler Serin, Treonin, Sistein, Prolin, Asparajin, Glutamin Pozitif yüklü R grup tafl›yan amino asitler Lizin, Arjinin, Histidin Negatif yüklü R grup tafl›yan amino asitler Aspartat, Glutamat Aromatik R grup tafl›yan amino asitler

Fenilalanin, Tirozin, Triptofan

Tablo 3.1 Amino asitlerin üç harfli ve tek harfli k›salt›lm›fl gösterilifli

Tablo 3.2 Standart amino asitler

46

Genel Biyokimya

fiekil 3.4 Nonpolar, alifatik R grup tafl›yan amino asitler

fiekil 3.5 Polar, yüksüz R grup tafl›yan amino asitler

47

3. Ünite - Proteinler

fiekil 3.6 Pozitif yüklü R grup tafl›yan amino asitler

fiekil 3.7 Negatif yüklü R grup tafl›yan amino asitler

fiekil 3.8 Aromatik R grup tafl›yan amino asitler

48 Tablo 3.3 Standart amino asitler ve baz› özellikleri

Genel Biyokimya

Nonpolar, alifatik yan R grup tafl›yan amino asitler Glisin (Gly, G) En basit yap›l› amino asittir. R yan grubunda sadece bir hidrojen vard›r

Polar, yüksüz Pozitif yüklü R R grup tafl›yan grubu tafl›yan amino asitler amino asitler

Negatif yüklü R Aromatik R grubu tafl›yan grubu tafl›yan amino asitler amino asitler

Serin (Ser, S) Metil grubuna hidroksil grubu ba¤lanm›flt›r

Lizin (Lys, K) Pozitif yüklü ikinci bir amino grubu içerir

Aspartat (Asp, D) ve Glutamat (Glu, E) ‹kinci bir karboksil grubu içerirler.

Fenilalanin (Phe, F) Metil grubuna fenil grubu ba¤lanm›fl bir amino asittir

Alanin (Ala, A) R grbunda metil bulunduran amino asittir

Treonin (Thr, T) Hidroksil grubu içeren amino asittir

Arjinin (Arg, R) Pozitif olarak yüklü guanidin grubu içerir

Glutamat ‹kinci bir karboksil grubuna sahiptir

Tirozin (Tyr, Y), Fenil grubuna hidroksil grubu ba¤lanm›flt›r. Bu hidroksil grubu ile hidrojen ba¤› yapabilen bir amino asittir

Valin (Val, V) Sistein (Cys, C) Dall› yan zincirli Sülfhidril (SH) amino asitlerdir grubu içeren amino asittir Lösin Lösin (Leu, L) Dall› yan zincirli amino asitlerdir

Histidin (His, H) ‹midazol grubu içeren amino asittir

Triptofan (Trp, W) ‹ndol halkas› içeren amino asittir

Prolin (Pro, P) ‹mino grubu ve halkal› bir yap› içerir

Metiyonin Asparajin (Asn, N) (Met, M) Aspartat›n Yap›s›nda metil ve amididir kükürt bulundurur. ‹zolösin (Ile, I) Glutamin (Gln, Q) Dall› yan zincirli Glutamat›n amino asitlerdir amididir

Standart D›fl› Amino Asitler Standart olmayan amino asitler 20 standart amino asitin modifikasyonu ile meydana gelmifllerdir. Bu amino asitler standart amino asitlerin türevleridirler. (Tablo 3.4). Tablo 3.4 Standart d›fl› amino asitler

Standart D›fl› Amino Asitler 4-hidroksi prolin 5-hidroksi lizin 6-N-metillizin γ-karboksi glutamat Desmozin Selenosistein

49

3. Ünite - Proteinler

4-hidroksi prolin, prolin amino asidinin, 5-hidroksi lizin ise lizin amino asidinin bir türevidir. 4-hidroksi prolin bitki hücre duvar› proteinlerinde ve kollajende bulunur. 5-hidroksi prolinde kollajende bulunur. 6-N-metillizin bir lizin türevidir, kas dokusu ve miyozinde bulunur. Bir di¤er önemli fizyolojik önemi olan standart d›fl› amino asitte γ-karboksi glutamatt›r ve bir glutamat türevidir. P›ht›laflmada proteinler önemli görevler üstlenir. Desmozin, dört lizin kal›nt›s› içeren bir fibröz protein olan elastinde yer al›r. Selenosistein ise sentez s›ras›nda oluflan sentez sonras› modifikasyona u¤ramam›fl bir amino asittir. Sisteindeki sülfür yerine selenyum içerir. Glutatyon peroksidaz enziminde bulunur. Standart d›fl› amino asitler polipeptid zincirine genetik kodlama ile de¤il enzimatik reaksiyonla kat›l›rlar. Bunlar›n d›fl›nda proteinlerin yap›s›nda bulunmayan fakat metabolizmada çok önemli görevleri olan α-amino asitler ve amino grubu α-karbonda olmayan amino asitlerde vard›r (Tablo 3.5, 3.6). Bunlardan en önemlileri, üre biyosentezinde görev alan ornitin ve sitrüllini örnek verebiliriz.

Esansiyel Amino Asitler Ço¤u bakteri ve bitki 20 amino asidi sentezleyebilirken, memeliler ancak bu amino asitlerin yar›s›n› sentezleyebilirler. Valin, lösin, izolösin, treonin, metiyonin, fenilalanin, triptofan ve lizin eksojen kaynakl› amino asitlerdir. Mutlaka d›flar›dan diyetle al›nmalar› gerekmektedir. Organizmada sentezlenemeyen amino asitlere esansiyel amino asitler denir. Bu amino asitlerin yan›nda proteinlerin içinde bulunmayan fakat memelilerin metabolizmas›nda önemli görevleri olan α-amino asitlerde vard›r. Bunlara örnekler verecek olursak; Genel Ad›

Önemi

Homosistein

Metionin biyosentezinde bir ara maddedir

Homoserin

Treonin, aspartik asit ve metionin metabolizmas›nda ara madde

Ornitin ve sitrülin

Üre biyosentezinde bir ara madde

3-monoiodotirozin

Tiroit hormonlar›n›n ön maddesi

Dopa

Melaninin ön maddesidir

Tablo 3.5 Memeli metabolizmas›nda önemli görevleri olan baz› α-amino asitler

Bunlar›n d›fl›nda memelilerin metabolizmas›nda önemli görev yapan α-amino asit olmayan gruplar tafl›yan amino asitlerden baz› önemli örnekler; Genel Ad›

Önemi

γ-aminobütirik asit (GABA)

Beyin dokusunda glutamik asitten oluflan nörotransmitter

Taurin

Safrada, safra asitleri ile birleflik bir flekilde bulunur

Tablo 3.6 Memeli metabolizmas›nda görev yapan ve αamino asit gruplar tafl›mayan baz› amino asitler

50

Genel Biyokimya

Amino Asitlerin Fiziksel Özellikleri Genel olarak suda, seyreltik asit ve bazlarda çözünürler. Glisin d›fl›ndaki di¤er amino asitlerin α-karbonlar› asimetriktir ve optik aktivite gösterirler. Optik olarak aktif bir madde belirli bir dalga uzunlu¤undaki ›fl›¤› belirli derecede sa¤a veya sola çevirebilir. Amino asitlerin D ve L izomerleri vard›r. Tüm α-karbon atomlu bileflikler için stereoizomerler, gliseraldehit molekülü referans al›narak karboksil ve amino gruplar›n›n konumu bak›m›ndan D-gliseraldehite konfigürasyon olarak benzeyenler D amino asitler, L-gliseraldehite konfigürasyon olarak benzeyenler L amino asitler olarak adland›r›l›r. Di¤er bir ifade ile α-karbonuna ba¤l› amin grubu (-NH2) sa¤da ise D-amino asit, solda ise L-amino asit ad›n› al›r (fiekil 3.9). fiekil 3.9 Amino asitlerin stereoizomerlerinin L- ve Dkonfigürasyonlar›n ›n gösterilmesi

Hayvansal proteinler amino asitlerin L serisini içerirler. D-amino asitler baz› bakterilerin hücre zarlar›nda ve antibiyotiklerin yap›s›nda bulunurlar. Amino asitlerin polipeptit yap›s›nda belli bir düzen içinde bulunmas› proteinlerin üç boyutlu yap›s›n› düzenler. 20 çeflit amino asidin protein yap›s›nda çok de¤iflik kombinasyonlarda ve dizilerde bulunmas› proteinlere çok de¤iflik özellikler kazand›r›r.

Amino Asitlerin ‹yonlaflmalar› (Amfolit Yap›) Amino asitler amfoterik bir yap› gösterirler. Yani hem asit hem de bazlar gibi etki yetene¤ine sahiptirler. Amino asitler alkalik solüsyonlarda asitler gibi, asit solüsyonlarda ise bazlar gibi hareket ederler.

Peptid Ba¤lar›n›n Oluflumu Amino asitlerin en önemli reaksiyonu peptid ba¤lar›n›n teflekkülüdür. Peptid ba¤› bir amino asidin α-karboksil grubu ile ikinci bir amino asidin amino grubu aras›ndan bir mol suyun ayr›lmas› ile meydana gelir. ‹ki amino asit dipeptid, üç

51

3. Ünite - Proteinler

amino asit tripeptid, sekiz amino asit oktapeptid, ondan daha az say›da amino asitlerin ba¤lanmas› ile oligopeptidler, daha fazla say›da amino asidin ba¤lanmas› ile polipeptidler ve yüzden daha fazla amino asidin ba¤lanmas› durumunda da protein den söz edilir (fiekil 3.10). fiekil 3.10 Peptid ba¤› oluflumu, Nterminal ve Cterminal uçlar›n gösterilifli

Molekülün karboksil ucuna C-terminal, amino ucuna N-terminal denir. SIRA S‹ZDE Yapay tatland›r›c› olarak kullan›lan aspartam hangi s›n›ftan bir bilefliktir?

Amino Asitlerin Kimyasal Reaksiyonlar›

1

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

Amino asitler yap›lar›nda bulundurduklar› amino, karboksil ve R yan gruplar› ile çeflitli reaksiyonlara kat›l›rlar.

A. Karboksil Grubu ile ‹lgili Reaksiyonlar 1. Esterleflme: Alkollerle reaksiyona girerek esterleri meydana (fiekil D ‹ K getirirler KAT 3.11). SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

D‹KKAT

fiekil SIRA 3.11 S‹ZDE Esterleflme

N N

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

2. Amid oluflumu: -COOH grubu -NH3 varl›¤›nda amidleri meydana getirirler (fiekil 3.12). ‹NTERNET

fiekil ‹3.12 NTERNET Amid oluflumu

NH3 yerine baflka bir amino asit olursa peptid ba¤› oluflur.

52

Genel Biyokimya

3. Dekarboksilasyon: Amino asitlerin -COOH gruplar›ndan kimyasal veya biyolojik olarak CO2 a盤a ç›kmas› amin oluflumuna yol açar ve biyojen aminler oluflur (fiekil 3.13). fiekil 3.13 Dekarboksilasyon

B. Amino Grubu ile ‹lgili Reaksiyonlar Nitröz Asit Reaksiyonu Amino asitlerin amino gruplar› nitröz asit gibi kuvvetli bir oksidan ile reaksiyona girerek N2 gaz› a盤a ç›kar›r. N2 gaz› manometrede tayin edilerek proteinlerin miktar tayinleri yap›l›r. Prolin ve hidroksiprolin bu reaksiyona girmez (fiekil 3.14). fiekil 3.14 Nitröz asit reaksiyonu

Ninhidrin Reaksiyonu Amino asitler ninhidrin ile kaynat›l›rsa deaminasyona u¤rarlar ve mavi-menekfle bir renk meydana gelir. Bu reaksiyon gerek amino asitlerin gerekse proteinlerin kalitatif ve kantitatif tayininde kullan›l›r (fiekil 3.15). fiekil 3.15 Ninhidrin hidridantin kondansasyonu ile oluflan mor pigment

3. Ünite - Proteinler

Ninhidrin α-amino asitleri oksidatif olarak dekarboksile ederek CO2, NH3 ve içinde kendisini oluflturan ana amino asitten bir C atomu daha az bir aldehit meydana getirir. Daha sonra indirgenmifl ninhidrin ve serbest hale gelen NH3 ile tekrar reaksiyona girerek mavi bir kompleks meydana getirir. Sanger Reaksiyonu (Fluoro Dinitro Benzen (FDNB) Reaksiyonu) Amino asitler FDNB ile birleflerek amino asitin dinitrofenil türevini meydana getirirler. Oluflan dinitrofenil peptidi ay›rmak için asitle hidroliz edilir, bundan sonra gerçek tan›mlama, kromatografik veya kolorimetrik olarak yap›l›r. FDNB serbest amino asitlerin NH2 gruplar› ile veya polipeptid zincirinde N-terminal NH2 gruplar›yla reaksiyona girer. Bu reaksiyon N-terminal amino asit tan›mlamas›nda kullan›l›r. fiif Baz› Oluflumu Amino grubunun aldehitler ile reversibl dönüflümü sonucu flif baz› meydana gelir. fiif baz› pek çok enzim reaksiyonunda enzim ve substrat›n NH2 ve karbonil gruplar› aras›nda ortaya ç›kan bir reaksiyondur.

C. R Grubu ile ‹lgili Reaksiyonlar Amino asitlerin R gruplar› ile ilgili çok say›da reaksiyon vard›r. Amino asitler ve proteinler belirli kimyasal maddeler ile renkli bileflikler verirler. Bu reaksiyonlardan faydalan›larak amino asitlerin ve proteinlerin tayinleri yap›l›r.

Proteinlerin Yap›s› Amino asitler proteinlerin temel yap›sal ünitesidir. Amino asitlerin polipeptid yap›s›nda belli bir düzen içerisinde bulunmas› proteinlerin üç boyutlu yap›s›n› düzenler. Yirmi çeflit amino asidin, protein yap›s›nda çok de¤iflik kombinasyonlarda ve diziliflte bulunmas› proteinlere çok de¤iflik özellikler ve aktiviteler kazand›r›r. Proteinler sentezlendikten sonra bu fonksiyonlar›n› yerine getirebilmeleri için, belirli kurallar çerçevesinde ve s›rayla belirli yap›lar›n› kazanmalar› gerekmektedir. Proteinler bafll›ca 4 alt yap› gösterirler.

a. Primer Yap› (Birincil Yap›) Primer yap› amino asitlerin bir araya gelerek peptid zincirleri meydana getirmeleri sonucu oluflur. Primer yap›y› meydana getiren; peptid zincirleri içinde yer alan amino asitlerin cinsleri, say›lar› ve s›ralan›fllar›na göre de¤iflik özellik gösterirler. Protein molekülü lineer yap›dad›r. Glikojen molekülünde oldu¤u gibi dallanma göstermez. Proteinlerin birincil yap›lar›, L-α amino asitlerin α-peptid ba¤lar› ile birbirlerine kovalan olarak ba¤lanmalar›ndan oluflmufltur. Primer yap›daki amino asitlerin dizilifl s›ras› DNA’ larda mevcuttur. Peptid ba¤› kurulurken enerjiye ihtiyaç duyulur. Bu olay ribozomlarda meydana gelir ve pek çok enzimin görev ald›¤› bir komplekstir. Ribozomlarda protein sentezlenir. Yeni amino asitler, yap›n›n C-terminal ucuna eklenir. C-N ba¤› katlanmaya dirençlidir. Molekülde sadece R yan gruplar› s›n›rl› olarak dönebilir. Bu dönme ile α-heliks ve sarmal flekilli polipeptid zincirleri oluflabilir. Proteini oluflturan amino asitlerin dizilifl s›ras› ve say›s›n› tayin etmek güçtür. Primer yap›ya örnek olarak hipofiz bezinin arka lob hormonlar›ndan olan oksitosin ve vazopressin, her ikiside birer polipeptiddir. Ancak peptid zincirlerinde yer alan amino asitlerin sadece baz›lar›n›n cins ve s›ralar›n›n de¤iflik olmas›ndan, biyolojik özellikleri ve fonksiyonlar› aç›s›ndan farkl›l›k gösterirler.

53

54

Genel Biyokimya

SIRA S‹ZDE

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M Primer yap›l› proteinlerden amino asit dizilifli tayin edilen ilk örnek insülindir. S Oy›l›nda R U Sanger ve 1954 arkadafllar› taraf›ndan ayd›nlat›lm›flt›r. D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

keratindeki disülfit ba¤lar›n›n indirgenip tekrar verilen yeni biçimin sabitlenmesi ifllemidir.

K ‹ T A P

SIRA S‹ZDE TELEV‹ZYON D Ü fi Ü N E L ‹ M

‹NTERNET S O R U

D‹KKAT

AMAÇLARIMIZ

Daha fazla bilgi L. Nelson, Michael M. Cox. (2005). Çeviri Editörü: Nedret K›l›ç, K ‹ için T A David P Leehninger Biyokimyan›n ‹lkeleri, kitab›ndan yararlanabilirsiniz.

3

D Ü fi Ü N E L ‹ M Bir Konformasyon: moleküldeki üç ‹ N T E R N Eatomlar›n T boyutlu düzenleniflidir. S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

D Ü fi Ü N E L ‹ M Birincil yap›y› meydana getiren polipeptid zincirinin de¤iflik konfigürasyonlar göstermesi ile oluflur. Konfigürasyonun dayan›kl›l›¤›n› ve belirli fleklini korumas›n› hidrojen S OHidrojen R U ba¤lar› sa¤lar. ba¤lar›, peptid ba¤lar›n›n -NH gruplar› ile di¤er peptid ba¤lar›n›n C=O gruplar› aras›nda meydana gelir. Karfl› karfl›ya gelen iki peptid ba¤›ndan birinin oksijeniD ile di¤erinin azotu aras›nda elektronlar ortaklanm›fl olur. H ba¤lar› kuv‹KKAT vetli ba¤lar olmamakla birlikte toplam say›lar› fazla oldu¤undan büyük önem tafl›rlar. Sekonder yap›n›n bafll›ca iki flekli vard›r: SIRA S‹ZDE a-α-heliks yap› (helezon-sarmal): Ayn› polipeptid zincirinin bir eksen etraf›nda helezon fleklinde k›vr›lmas› ile meydana gelir. Burada polipeptid zinciri bir çubuk etraf›nda dallanm›fl olarak kabul edilir. Bu yap›da α-C atomlar› üzerindeki R AMAÇLARIMIZ gruplar› helezonun merkezinden d›flar› do¤ru ç›k›nt› yapar. Heliksin her dönüflünde 3,6 amino asit birimi vard›r. α-heliks yap›da her peptid ba¤›, hidrojen ba¤› oluflumuna kat›l›r. K ‹ T Bu A Pda maksimum stabiliteyi sa¤lar. α-heliks yap›ya örnek olarak yün, saç ve kas miyozinini verebiliriz. Bunlar α-keratin yap›s› gösteren proteinlerdir. Proteinlerin α-heliks yap›s›nda, polipeptid omurgas› oluflurken tüm H ba¤lar›SIRA S‹ZDE n›n meydana için k›vr›mlar sa¤a dönen bir heliks biçiminde k›vr›lm›flt›r. T E L Egelebilmesi V‹ZYON b-β-k›vr›ml› tabaka (pilili yap›lar): ‹ki veya daha fazla say›da polipeptid zincirinin hidrojen ba¤lar›yla birleflmesi sonucu meydana gelen tabaka fleklindeki yaD Ü fi Ü N E L ‹ M p›lard›r. β-k›vr›ml› tabakada birbirine bitiflik polipeptid zincirleri z›t yönlerde (N’ ‹ N T E R N Egittikleri T den C’ ye do¤ru) takdirde bu yap›ya antiparalel β-k›vr›ml› tabaka, zincirS O R U leri ayn› yönde giderlerse bu yap›ya da paralel β-k›vr›ml› tabaka ad› verilir. Polipeptid zincirleri N-terminal uçlar›ndan bafllayarak paralel bir flekilde iki zincir yan yana,D pili ‹ K K Agibi T katlanm›fl ayn› do¤rultuda bir yass› tabaka halinde uzan›rlar. Pilili yap› β-keratinde görülür. Örnek olarak ipek lifini verebiliriz. Özel yap› gösteren di¤er bir sekonder yap› ise kollajen grubunda görülür.KolSIRA S‹ZDE lajen ba¤ ve destek dokusunun ana bileflenidir. Kollajen, triple heliks denilen özel bir yap› gösterir. Bu yap›da prolin, hidroksiprolin ve glisin fazla miktarda bulunur. Üç α-heliksin birbiri üzerine çapraz flekilde sar›lmas› ile meydana gelen uzun lifAMAÇLARIMIZ çiklerden ibarettir.

N N

K ‹ T A P

TSIRA E L E VS‹ZDE ‹ZYON

b. Sekonder Yap› (‹kincil Yap›)

N N

Saçtaki perma ifllemi: αAMAÇLARIMIZ

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDEasit diziliflindeki tek bir amino asitin de¤iflmesi önemli midir? Primer yap›da amino

Kollajen solüsyonu ›s›t›l›rsa ne olur? SIRA S‹ZDE TELEV‹ZYON

c. Tersiyer Yap› (Üçüncül Yap›) D Ü fi Ü N E L ‹ M yuvarlak veya elipsoid bir flekil alabilmesi için sekonder yaProtein molekülünün ‹ N T Egetiren R N E T konformasyonlar›n üst üste sar›lmas›, katlanmas›, yumak p›y› meydana fleklinde bükülmesi S O R U gerekmektedir. Molekül her üç yap›sal fleklin kombine bir ürünü olarak ortaya ç›kmaktad›r. Tersiyer yap›s›nda katlan›p, bükülen protein molekülü, küresel bir flekil almaktad›r. Bugün D‹KKAT bilinen pek çok enzim molekülü globuler yap›dad›r ve tersiyer yap›ya sahiptir. Tersiyer yap›, katlan›p bükülen proteinde yan zincirlerin reaksiyona girmesi ile SIRA S‹ZDE Helezon yap›s› d›fl›nda kalan yan zincirine ait gruplar veya mümkün olmaktad›r. atomlar›n meydana getirdikleri çeflitli ba¤lar ve güçler protein molekülünün içinde çok az boflluk b›rakarak s›k› ve belirli bir flekil almas›n› sa¤larlar.

N N

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

55

3. Ünite - Proteinler

Proteinleri tersiyer yap›da dayan›kl› tutmaya yarayan ba¤lar bafll›ca H ba¤lar›, disülfit ba¤lar›, iyonik ba¤lar ve hidrofob ba¤lard›r. Tersiyer yap›da birbirinden uzak amino asitler yak›nlafl›r ve farkl› yerlerdeki R gruplar› aras›nda da çeflitli ba¤lar kurulabilir. Proteinlerin tersiyer yap›lar› X ›fl›nlar› sapt›rmas› tekni¤i ile incelenebilir. Tersiyer yap›ya sahip küresel proteinlere yumurta ak›, pepsin, tripsin ve miyoglobini örnek olarak verebiliriz.

d. Kuaterner Yap› (Dördüncül Yap›) Her üç yap›y› içeren polipeptid birimleri birleflerek dördüncül yap›lar› olufltururlar. ‹ki veya daha fazla birbirinin ayn› veya birbirinden farkl› polipeptid zincirlerinin bir araya gelmesi ile “oligometrik proteinler” meydana gelir. Kuaterner yap› gösteren proteinlerdeki alt birimler birbirine kovalent ba¤lanmam›fl olmas›na ra¤men, sulu çözeltilerde tek bir molekül gibi davran›rlar. Kuaterner yap›da bulunan ikiden fazla polipeptid zincirinden oluflan alt birimler bir arada bulunmak zorundad›rlar. Oligometrik proteinlerin alt birimlerine subunit veya protomer ad› verilir. Kuaterner yap›daki proteinlere örnek olarak hemoglobini verebiliriz. Hemoglobin; dört polipeptid zinciri içeren kuaterner yap›l› ve bu polipeptidlerde iki farkl› alt üniteden oluflmufl bir proteindir. Hemoglobin 2’si α, 2’si β olarak adland›r›lan 4 alt üniteden (subunit) oluflmufltur. Hücre zar›n›n yap›s›na giren proteinlerde kuaterner proteinlerdir. fiekil 3.17 Proteinlerin birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yap›lar›

Proteinlerin Denatürasyon ve Renatürasyonu Proteinler denatüre ve renatüre olabilirler. Yüksek ›s›, bas›nç, asidite, organik çözücüler, deterjanlar, uzun süreli çalkalama gibi d›fl etkenler karfl›s›nda proteinlerin peptid ba¤lar› y›k›lmadan, proteinlerin do¤al yap›lar›, yan zincir yap›lar› bozulur ve disülfit ba¤lar› çözülür. Fizyolojik flartlar alt›nda proteinlerin zincir yap›s›n›n bozulmas› ve disülfit ba¤lar›n›n çözülmesine denatürasyon ad› verilir. E¤er d›fl etken hafif ise yap› eski haline dönebilir buna da renatürasyon denir. E¤er d›fl etken çok güçlü ise geriye dönüfl olmaz, protein yap›s› bozulur. Denatüre protein, aktivitesini kaybetmifltir.

56

Genel Biyokimya

Proteinlerin S›n›fland›r›lmas› Proteinler çeflitli özelliklerine göre s›n›fland›r›labilir.

Biyofonksiyonlar›na Göre a. Enzim proteinleri: Enzimlerin ço¤u protein yap›s›ndad›r. b. Yap›sal proteinler: Vücut yap›s›n›, hücresel organizasyonu bir arada tutan proteinlerdir. Örne¤in hücre zar›ndaki proteinler kollajen, elastin gibi. c. Kontraksiyon yapan proteinler: Kaslarda bulunurlar, örne¤in miyozin. d. Transport yapan proteinler: Bir molekülü vücutta bir yerden bir yere tafl›rlar, örne¤in oksijeni tafl›yan hemoglobin gibi. e. Koruyucu görevi olan proteinler: Vücudun savunma mekanizmas›nda görev al›rlar, örne¤in antikorlar. f. Hormonal proteinler: Pek çok hormon protein yap›s›ndad›r. Büyüme hormonu, insülin vb. g. Toksinler: Vücutta zehirlenme olufltururlar. Clostridium botulinum toksini, y›lan zehiri örnek verilebilir. h. Depo proteinleri: Depo maddesi olarak bulunurlar. Örne¤in dalakta demiri depolayan ferritin gibi.

Molekül fiekillerine Göre a. Fibröz proteinler: Lif yap›s›ndad›rlar. Fibrinojen, kas proteinleri gibi. b. Globüler proteinler: Küre veya küreye benzer flekildedirler. Basit proteinlerin büyük bir k›sm› ile bileflik proteinler globüler flekildedirler. 1. Basit proteinler, hidroliz edildiklerinde yaln›z amino asitleri içeren bir kar›fl›m verirler. 2. Bileflik proteinler (konjuge), basit bir protein molekülünden baflka bu proteine ba¤lanan, protein olmayan prostetik grup ad› verilen gruplar›da içerirler. ‹çerdikleri bu gruplara göre çeflitli isimler al›rlar. fiekil 3.18 Bileflik proteinler

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

3. Ünite - Proteinler D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

Tüm omurgal›larda oksijen tafl›yan protein Hemoglobin, oksijen depolayan S O R U protein de miyoglobin dir. ‹kisi de küresel proteinlerdir. Karbonmonoksit zehirlenmelerinin temeli!

57

Myo: Yunanca: kas, hemo: S O R U kan anlam›na gelmektedir.

D‹KKAT

D‹KKAT

Miyoglobin iskelet, kas ve kalp kas›nda bulunur. Oksijen ba¤lay›p depo eden SIRA S‹ZDE bir proteidir. Hemoglobin ise k›rm›z› kan hücrelerinde yer alan oksijen tafl›y›c› bir proteindir. ‹ki farkl› birimden oluflmufl bir tetramerdir. Hemoglobin molekülü dört protein zincirinden veya ikisi alfa, ikisi beta olarak isimlendirilen dört alt üniteden AMAÇLARIMIZ oluflmufltur. Hemoglobin molekülü ve onun alt üniteleri ço¤unlukla içlerinde hidrofobik amino asitler ve yüzeylerinde ise hidrofilik amino asitler tafl›rlar. Bu nedenK ‹ T A P sabun gibile hemoglobin molekülü iç taraf›nda yap›flkan mum gibi, d›fl taraf›nda dir. Bu molekül su içinde çözünebilir fakat suyu geçirmez. Hemoglobin akci¤erlerden oksijeni periferik dokulara tafl›r. Karbondioksidi dokulardan, solunumla d›flaT E L E V ‹ Z Y Oalt N birimlerr› tafl›mak üzere akci¤erlere tafl›nmas›n› kolaylaflt›r›r. Hemoglobindeki de bir oksijenin ba¤lanmas›, ikinci oksijenin ba¤lanmas›n› kolaylaflt›r›r. Periferik dokularda a盤a ç›kan karbonmonoksit, karbonik asit oluflturmak üzere su ile birleflir. Bu proton ve bikarbonat iyonlar› haline dissosiye olur. Hemoglobin kana bü‹NTERNET yük bir tamponlay›c› kapasite sa¤lar. Hemoglobine karbonmonoksitte ba¤lanabilir. E¤er ba¤lan›rsa, karbonmonooksihemoglobin (HbCO) oluflur. Bu durumda dokulara oksijen tafl›ma yetene¤i azal›r. Hemoglobinin karbonmonokside olan ilgisi oksijene oranla çok fazlad›r. Bu nedenle ortamda bulunan çok küçük miktarlardaki karbonmonoksit bile kanda toksik HbCO oluflumuna sebep olur. HbCO %60 ›n üzerindeki konsantrasyonlarda öldürücüdür. Karbonmonoksit zehirlenmelerininde temeli budur. CO zehirlenmelerinde Oksijen tedavisi uygulan›r. Amino asitler ve peptidler için ay›r›c› yöntemlerin bafl›nda kromatografik teknikler gelmektedir. Kromatografi erimifl haldeki maddelerin porlu bir ortamda, bir eritici ak›fl› yard›m› ile farkl› ilerlemelerini sa¤layarak birbirlerinden ay›rmak esas›na dayanan bir analiz yöntemidir. Bütün kromatografik ayr›l›fllarda moleküller bir stasyoner (dura¤an, hareketsiz) faz ve bir mobil (hareketli) faz aras›nda bölüflülürler. Seperasyon kar›fl›m içindeki moleküllerin bir veya di¤er faz ile daha güçlü ba¤lanma e¤ilimlerine dayan›r. Proteinlerin saflaflt›r›lmalar› da mümkündür. Bu ifllem örne¤in diyaliz ile gerçeklefltirilebilir. Proteinleri daha küçük molekül a¤›rl›¤›na sahip moleküllerden ay›rmak için diyaliz yöntemi kullan›l›r. Doku ekstrat› amonyum sülfat ile çöktürüldükten sonra tekrar çözünür hale getirilen protein çözeltileri ultramikroskobik delikler(porlar) ihtiva eden selefon tüplere konur. Selefon tüpün her iki taraf› ba¤lan›r, daha sonrada dam›t›k su veya tampon çözücü içerisine konur. Selefon tüp içerisinde bulunan küçük moleküller bu tüp üzerindeki küçük porlardan geçerler, protein molekülleri porlardan geçemez. Protein moleküllerinin molekül a¤›rl›k ve elektrik yüklerine göre bir elektriksel alan içerisinde farkl› hareket etmesi esas›na dayanan elektroforetik tekniklerde vard›r. Proteinler elektroforezde ayr›labilirler. Proteinler izoelektrik noktalar›ndan daha asit olan pH’ larda (+) yüklü hale geçerler ve elektriksel alan içinde katoda do¤ru hareket ederler. Alkali ortamda ise (-) yüklü hale geçer ve anoda do¤ru göçerler. Bir protein izoelektrik noktas›ndan ne kadar uzak bir pH ortam› içerisinde ise göçme h›z› da o kadar artar.

N N

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

58

Genel Biyokimya

Özet

N A M A Ç

1

N A M A Ç

2

N AM A Ç

3

Amino asitlerin yap›s›n› ve s›n›fland›r›lmas›n› aç›klamak; Proteinlerin yap›s›nda bulunan 20 çeflit amino asite standart amino asitler denir. Standart amino asitlerin de¤iflimi ile oluflan standart d›fl› amino asitler de vard›r. Metabolizma için önemli olan fakat proteinlerin yap›s›nda bulunmayan amino asitler de vard›r. Bunlar›n yan›nda, amino asitlerin genel yap›lar› da bu konunun içinde kavranacakt›r. Esansiyel amino asitleri betimlemek; Organizman›n sentezleyemedi¤i ve mutlaka d›flar›dan al›nmas› gereken amino asitler de vard›r. Bunlar esansiyel amino asitlerdir. Esansiyel amino asitler aç›klanm›flt›r. Amino asitlerin fiziksel özelliklerini belirlemek; Glisin amino asidinin d›fl›ndaki amino asitler asimetriklerdir ve optikçe aktivite gösterirler. ‹zomerizm ve optikçe aktiflik aç›klanm›flt›r.

N A M A Ç

4

N AM A Ç

5

N A M A Ç

6

Amino asitlerin kimyasal reaksiyonlar›n› kavramak; Amino asitlerin yap›s›nda bulunan karboksil ve amino gruplar› ile ilgili olan reaksiyonlar aç›klanm›flt›r. Proteinlerin primer, sekonder, tersiyer ve kuaterner yap›lar›n› tart›flmak; Protein molekülleri sentez edildikleri anda aktivite gösteremeyebilirler. Fonksiyonlar›n› yerine getirebilmeleri için primer yap›lar›n›n yan› s›ra, sekonder, tersiyer ve Kuaterner yap›lar› da kazanmalar› gerekmektedir. Proteinlerin s›n›fland›r›lmalar›n› aç›klamak; Kaç çeflit protein vard›r ve bu kadar çeflitli proteinin s›n›fland›r›lmalar› aç›klanm›flt›r.

3. Ünite - Proteinler

59

Kendimizi S›nayal›m 1. En basit standart amino asit afla¤›dakilerden hangisidir? a. Glisin b. Fenilalanin c. Arjinin d. Histidin e. Sistein 2. Afla¤›dakilerden hangisi kükürt içeren bir amino asittir? a. Lizin b. Glutamat c. Fenilalanin d. Lösin e. Sistein 3. Bir çözeltideki bir amino asit molekülü üzerinde net yükün s›f›r oldu¤u pH de¤erine ne ad verilir? a. Denatürasyon b. ‹zoelektrik nokta c. Renatürasyon d. ‹kincil yap› e. Kuaterner yap› 4. ‹ki a. b. c. d. e.

amino asitten oluflan bilefliklere ne denir? Tripeptid Oligopeptid Dipeptid Oligopeptid Peptid

5. Afla¤›dakilerden hangisi standart d›fl› amino asitlerdendir? a. Glisin b. Alanin c. Arjinin d. 4-hidroksiprolin e. Histidin

6. Afla¤›dakilerden hangisi bir esansiyel amino asit de¤ildir? a. Valin b. Lösin c. ‹zolösin d. Treonin e. Sistein 7. Amino asitlerin dekarboksilasyonu sonucunda karboksil gruplar›ndan karbodioksit a盤a ç›kmas› ile afla¤›daki molekülden hangisi oluflur? a. Biyojen aminler b. Eterler c. Esterler d. Asitler e. Alkoller 8. Polipeptit veya proteinlerin monomerleri hangi moleküllerdir? a. amino asitler b. nükleotidler c. karbohidratlar d. ya¤ asitleri e. glukoz 9. Afla¤›dakilerden hangisi primer yap›daki bir polipeptiddir? a. oksitosin b. yumurta ak› c. pepsin d. hemoglobin e. miyoglobin 10. Proteinlerin içerisinde bulunmayan ancak memelilerin üre metabolizmas›nda önemli görevi olan α-amino asit afla¤›dakilerden hangisidir? a. Ornitin b. Alanin c. Lizin d. Aspartat e. Glutamat

60

Genel Biyokimya

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

1. a

S›ra Sizde 1 Fizyolojik etkiye sahip bir dipeptitdir. Aspartam yapay bir tatland›r›c› olarak kullan›l›r.

2. e 3. b 4. c 5. d 6. e 7. a 8. a 9. a 10. a

Yan›t›n›z yanl›fl ise standart amino asitler konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise standart amino asitler konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise amino asitler konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise peptid ba¤› oluflumu konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise standart d›fl› amino asitler konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise esansiyel amino asitler konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise amino asitlerin kimyasal reaksiyonlar› konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise proteinler konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise proteinlerin birincil yap›s› konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise memelilerin üre metabolizmas›nda görevi olan α-amino asitler konusunu gözden geçiriniz.

S›ra Sizde 2 Bir amino asit zincirinde bir tek aminoasidin yer de¤ifltirmesi bile biyolojik sorunlar yarat›r. Örne¤in bir hemoglobin zincirinde glutamik asitin valin veya lizin ile yer de¤ifltirmesi insanlarda k›rm›z› kan hücrelerinin orak biçiminde olmas›na orak hücre anemisine yol açmaktad›r. Orak hücre anemili kiflilerin k›rm›z› kan hücreleri orak biçimindedir ve hücrelerin oksijen tafl›ma kapasiteleri azalm›flt›r. Proteinlerdeki primer yap›n›n böyle de¤iflikli¤i her zaman zararl› olmayabilir. S›ra Sizde 3 Zaten zay›f olan H ba¤lar› kopar ve zincirler birbirinden ayr›larak jelatin oluflur.

Yararlan›lan ve Baflvurulabilecek Kaynaklar David L. Nelson, Michael M. Cox. (2005). Çeviri Editörü: Nedret K›l›ç, Leehninger Biyokimyan›n ‹lkeleri, Palme yay›nevi. Karol, S; Ayval›, C; Suludere, Z. (2000). Hücre Biyolojisi. Dördüncü Bask›. Ö¤ün Matbaac›l›k.

4

GENEL B‹YOK‹MYA

Amaçlar›m›z

N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Nükleik Asitler ve yap›lar›n› aç›klayabilecek, Nükleik asitleri oluflturan nükleotidler ve yap›lar›n› betimleyebilecek, Watson-Crick α-heliks modelini aç›klayabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • DNA: Deoksiribonükleik asit • RNA: Ribonükleik asit • Pürinler

• Pirimidinler • Nükleotidler • α-heliks modeli

‹çerik Haritas›

Genel Biyokimya

Nükleik Asitler

• • • •

NÜKLE‹K AS‹TLER NÜKLEOT‹DLER‹N YAPILARI NÜKLE‹K AS‹TLER‹N ÖZELL‹KLER‹ WATSON-CR‹CK α-HEL‹KS DNA MODEL‹

Nükleik Asitler NÜKLE‹K AS‹TLER DNA ve RNA genetik bilgiyi tafl›yan depolayan zincir fleklinde uzanan polinükleotit zincirleridir. Nükleik asitler nükleotitlerin polimerleridir. ‹lk olarak çekirdekte bulunmalar› ve asidik karakterlerinden dolay› nükleik asit ismi verilmifltir. Tüm canl›larda DNA’daki genetik bilgi transkripsiyon denen olayla mRNA’ ya aktar›lmakta, mRNA’ daki flifrede translasyon dedi¤imiz olayla proteine tercüme edilmektedir. DNA’daki genetik bilgi transkripsiyonla mRNA’ya, mRNA’ daki flifrede translasyonla proteine dönüfltürülür. Bu olaylara sentral dogma denir. DNA ve RNA bütün hücrelerin bafll›ca temel maddesidir. DNA ve RNA hücre kuru a¤›rl›¤›n›n %5-15’ini oluflturur. Virüsler de nükleik asit içerirler ve özgül konakç› hücre içinde kendi nükleik asitlerini replike edebilirler ve proteinlerini bakteri sentez sisteminden yararlanarak sentezleyebilirler. Hücrelerin sadece çekirdeklerinde de¤il, di¤er k›s›mlar›nda da nükleik asitler bulunmufltur. Bakterilerde plazmit denilen yap›lar da nükleik asitlerden oluflmaktad›r. Çekirde¤in d›fl›nda bulunan DNA lara ekstrakromozomal DNA lar denir. Ekstra kromozomal DNA’ lar, virüslerin içerdikleri DNA molekülleri, bakterilerin birçok türünde bulunan plazmitler, mitokondride bulunan mitokondrial DNA ve bitki hücrelerinde kloroplastlarda bulunan kloroplast DNA’ lar›d›r. Aminoasitler nas›l ki protein polipeptit zincirinin monomerik üniteleri ise, nükleik asitlerin de monomerik üniteleri nükleotitlerdir. Aminoasitlerin de¤iflik flekilde s›ralan›fllar› de¤iflik tip proteinleri meydana getiriyorsa, nükleotitlerinde de¤iflik s›ralan›fllar› de¤iflik nükleik asit tiplerini oluflturur. DNA deoksiribonükleotit olarak adland›r›lan monomerik ünitelerden, RNA ise ribonükleotit olarak adland›r›lan monomerik ünitelerden oluflur.

Nükleotidler Nükleotidler, DNA ve RNA n›n monomer birimleridir yani nükleik asitlerin alt üniteleridir. Nükleozidlerin de fosfat esterleridir. Nükleotidler çok çeflitli biyokimyasal olaylara kat›lan, düflük moleküler a¤›rl›kl› önemli intrasellüler moleküllerdir. Nükleik asitlerin yap›s›n› oluflturan bazlar, pürin ve pirimidin bazlar›d›r.

64

Genel Biyokimya

Nükleotid yap›s›nda; bir azotlu baz, bir fleker ve bir veya daha fazla fosfat grubu bulunur (fiekil 4.1). fiekil 4.1 Nükleotid genel flemas›

Pürin ve pirimidin nükleotidlerinin en çok bilinen görevleri, RNA ve DNA’ n›n monomerik öncülleri olmalar›d›r. Bununla birlikte pürin nükleotidler ayn› zamanda; • Biyolojik sistemlerde kolay bulunan bir yüksek enerji kayna¤›, ATP olarak bulunur. • Çok çeflitli doku ve organizmada düzenleyici göstergeler olarak (c-AMP ve c-GMP) • Üç major koenzimin (NAD, FAD, CoA) yap›s›na kat›larak • Önemli bir metil vericisi S-adenozil metiyoninin bir komponenti olarak da faaliyet gösterirler. Pirimidin nükleotidleri; • karbohidrat metabolizmas›nda UDP-glukoz ve UDP-galaktoz ve lipid sentezinde yüksek enerjili ara ürünler olarak görev görürler. • Enzimatik aktivitelerde allosterik düzenleyici olarak yer al›rlar.

fiekerler Nükleotidlerin yap›s›nda yer alan flekerler 5 karbonlu ve iki tiptir. ‹ki nükleik asidi oluflturan nükleotidlerin yap›s›na giren pentoz flekerlerin molekül yap›lar› farkl›d›r (fiekil 4.2). 1) D-riboz 2) 2-deoksi-D-riboz Bir nükleik asit yap›s›nda bunlardan yaln›z biri bulunabilir. DNA’n›n yap›s›nda deoksiriboz, RNA’n›n yap›s›nda riboz bulunur. Deoksiriboz flekeri tafl›yan nükleik asite deoksiribonükleik asit (DNA), riboz flekeri tafl›yan nükleik asite ise ribonükleik asit (RNA) ad› verilir. Her iki flekerde β-furanoz konumundad›r. Aralar›ndaki fark 2 nolu karbona’a ba¤l› -OH grubundaki oksijenin deoksiriboz flekerinde eksik olmas›d›r.

65

4. Ünite - Nükleik Asitler

fiekil 4.2 Deoksiriboz ve riboz flekerleri

Pürin ve Pirimidin Bazlar› Azotlu bazlar halka fleklindeki bilefliklerdir. Nükleik asitlerin yap›s›nda yer alan azotlu bazlar bafll›ca 2 gruba ayr›lmaktad›r.

Pirimidinler Yap›lar›nda 2 azot(N) bulunan ve alt›gen bir halkaya sahip bilefliklerdir. Numaraland›rma; halkan›n alt›nda bulunan azottan bafllar ve saatin iflleyifl yönünde devam eder (fiekil 4.3). Nükleik asitlerin yap›s›nda yer alan 3 pirimidin baz› bilinmektedir (fiekil 4.4).

fiekil 4.3 Pirimidin baz› genel görünümü

fiekil 4.4 Pirimidin bazlar›, sitozin, urasil (RNA’ da) ve timin

Pirimidin bazlar›n›n da¤›l›fllar› de¤ifliktir. Sitozin hemen hemen bütün nükleik asit tiplerinde bulunurken, urasil yaln›z RNA’ da, timin yaln›z DNA’ da bulunur. Pirimidin ve pürin bazlar›, pH’a ba¤l› olarak iki veya daha fazla farkl› formda bulunabilirler. Pirimidin ve pürinlerin, keto formundan enol formuna geçifline tautomerizm ad› verilir. Pirimidin ve pürin bazlar›nda tautomeri görülür. Buna bazlar›n Laktim-Laktam formu denir (fiekil 4.5).

66

Genel Biyokimya

fiekil 4.5 Pirimidin bazlar›n›n Laktam ve laktim formlar›

Pürinler fiekil 4.6 Pürin baz› genel görünümü

fiekil 4.7 Pürin bazlar›, adenin ve guanin

Alt›gen primidin halkas›na beflli bir imidazol halkas›n›n ba¤lanmas› ile pürin halkas› oluflur. Numaraland›rma pirimidin halkas›nda bulunan yukar›daki N’ dan bafllar saatin iflleyifl yönünün aksine devam eder ve imidazol halkas›nda ise tekrar saatin iflleyifl yönünde devam eder (fiekil 4.6). Nükleik asitlerin yap›s›nda bafll›ca iki pürin baz› bulunmaktad›r. Adenin (A) ve Guanin (G) (fiekil 4.7).

67

4. Ünite - Nükleik Asitler

fiekil 4.8 Pürin bazlar›n›n laktim ve laktam, amino ve imino formlar›

Adenin ve guanin metabolizmas›nda ara ürün olarak iki pürin baz› daha hipoksantin ve ksantin oluflur (fiekil 4.9). fiekil 4.9 Ara ürünler, hipoksantin ve ksantin

fiekil 4.10 Ürik asit

‹nsanlarda pürin katabolizmas›n›n son ürünü olarak tümüyle okside olan bir pürin baz› ürik asit meydana gelir (fiekil 4.10).

Bilinen baflka pürin türevleri var m›d›r?

SIRA S‹ZDE

1

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

68

Genel Biyokimya

Nükleozidler fieker ve azotlu baz birimine nükleozit ad› verilir. Bir pürin veya pirimidin baz›n›n riboz veya deoksiribozun 1. karbonuna ba¤lanmas› ile meydana gelirler. Primidin Nükleozidleri: fieker 1’. C’ undan sitozin, timin ve urasilin 1 numaral› azotuna bir glukozidik ba¤ ile ba¤lanm›flt›r. fieker molekülü ile bazlar aras›ndaki bu ba¤a β-N-glukozidik ba¤ ad› verilmektedir (fiekil 4.11). fiekil 4.11 Pirimidin nükleozidler

Pürin Nükleozidleri: fieker 1.C’undan adeninin veya guaninin 9 numaral› azotu ile N-glukozidik ba¤ ile birleflir (fiekil 4.12).

69

4. Ünite - Nükleik Asitler

fiekil 4.12 Pürin nükleozidler

Pirimidinden elde edilen nükleozidlere -idin tak›s›, pürinlerden elde edilen nükleozidlere ise -ozin tak›s› eklenir. ADEN‹N GUAN‹N S‹TOZ‹N URAS‹L T‹M‹N H‹POKSANT‹N

Nükleozidi Nükleozidi Nükleozidi Nükleozidi Nükleozidi Nükleozidi

ADENOZ‹N GUANOZ‹N S‹T‹D‹N UR‹D‹N T‹M‹D‹N ‹NOZ‹N

Yap›ya kat›lan riboz deoksiriboz ise ismin bafl›na deoksi tak›s› ilave edilir. SIRA S‹ZDE yaz›n›z. Yap›ya kat›lan deoksiriboz oldu¤unda meydana gelen nükleozidlerin isimlerini

Nükleotidler

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M

DNA deoksiribonükleotit olarak adland›r›lan monomerik ünitelerden, RNA ise ribonükleotit olarak adland›r›lan monomerik ünitelerden oluflur. Nükleotidleri, nükS O türü R U de 3 temel leozitlerin fosfat esterleri olarak tan›mlayabiliriz. Her iki nükleotit molekülden meydana gelmifltir. Bunlar; D‹KKAT 1. Azot içeren heterosiklik bir baz (pürin veya pirimidin) 2. Pentoz fleker (riboz, deoksiriboz) SIRA S‹ZDE 3. Fosforik asit (H3PO4) Bu üç bileflik birleflerek DNA ve RNA zincirini, deoksiribonükleotit ve ribonükleotit monomerlerini olufltururlar. AMAÇLARIMIZ DNA yap›s›nda yer alan 4 çeflit baz (A, G, C, T) oldu¤una göre, DNA zincirinde 4 çeflit nükleotit monomeri bulunmaktad›r. Ayn› flekilde RNA yap›s›nda da 4 çeflit baz bulundu¤una göre ( A, G, C, U ) 4 çeflit nükleotit monomeri K ‹ bulunmaktad›r. T A P Fosfat gruplar› befl karbonlu riboz flekerin 2,3 ve 5 numaral› karbonlar›na ba¤l› hidroksil gruplar› ile ester ba¤› yaparak üç farkl› nükleotid oluflturulabilir. Ancak DNA ve RNA polinükleotid zincirlerinde nükleotidlerin 5’ fosfat T E Lesterleri E V ‹ Z Y O N yap›ya girer. (fiekil 4.13).

N N

‹NTERNET

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

70

Genel Biyokimya

fiekil 4.13 Nükleotitlere bir örnek, adenozin. Baz, fleker ve fosfat grubu.

Nükleotiddeki fosfat›n yeri bir say› ile gösterilir. Örne¤in riboz adl› flekerin 3’.C’ una ba¤lanm›fl fosfatla birlikte olan adenozin, adenozin 3’-fosfat olarak tan›mlanacakt›r. Say›y› izleyen üssü(‘) iflareti riboz flekeri üzerindeki say›land›r›lm›fl konumu gösterir. Pürin veya pirimidin bazlar›nda üssü iflareti yoktur. Adenin, guanin, sitozin, timin veya urasil gibi içerdi¤i pürin veya pirimidin baz›na göre bir nükleozidi tan›mlamak için s›ras› ile A, G, C, T ve U k›saltmalar› kullan›labilir. E¤er nükleozidin flekeri 2’-Deoksiriboz ise “d “ ön tak›s› ilave edilir Tablo 4.1.(fiekil 4.14). Genel olarak urasile ba¤l› bulunan tek fleker riboz, timine s›kl›kla ba¤l› bulunan 2-deoksiribozdur. Sadece sitozin pirimidin bazlar›ndan hem DNA hem de RNA’da bulunur. Di¤er 2 tip pirimidin baz›ndan timin baz› DNA’da, üridin ( urasil ) baz› ise RNA’da bulunur (Tablo 4.2, fiekil 4.15). Tablo 4.1 Deoksiribonükleotidler

Deoksiribonükleotitler dAMP

Adenin+Deoksiriboz+Fosfat

Deoksiadenilat(Deoksiadenozin 5’-monofosfat

dAMP

Guanin+Deoksiriboz+Fosfat

Deoksiguanilat(Deoksiguanozin 5’-monofosfat)

dAMP

Timin+Deoksiriboz+Fosfat

Deoksitimidilat(Deoksitimidin 5’-monofosfat)

dAMP

Sitozin+Deoksiriboz+Fosfat

Deoksisitidilat(Deoksisitidin 5’-monofosfat)

71

4. Ünite - Nükleik Asitler

fiekil 4.14 Deoksiribonükleotidler

Tablo 4.2 Ribonükleotidler

Ribonükleotitler AMP

Adenin+Riboz+Fosfat

Adenilat(Adenozin 5’-monofosfat)

GMP

Guanin+Riboz+Fosfat

Guanilat(Guanozin 5’-monofosfat)

UMP

Urasil+Riboz+Fosfat

Üridilat(Üridin 5’-monofosfat)

CMP

Sitozin+Riboz+Fosfat

Sitidilat(Sitidin 5’-monofosfat)

72

Genel Biyokimya

fiekil 4.15 Ribonükleotidler

Biyolojik Öneme Sahip Baz› Adenozin Türevleri Biyolojik öneme sahip baz› Adenozin türevleri vard›r. Biyolojik reaksiyonlarda ATP (Adenozin Trifosfat) ve CAMP (Siklik AMP)’nin çok önemli rolleri vard›r.

ATP (AdenozinTriFosfat) Adenozinin en önemli türevi Adenozin trifosfat (ATP) dir. Nükleotide eklenen ikinci ve üçüncü fosforik asit kökleri ile -di ve -tri fosfatlar meydana gelir (fiekil 4.16). fiekil 4.16 AMP(adenozin monofosfat), ADP(adenozin difosfat) ve ATP(adenozin trifosfat)

73

4. Ünite - Nükleik Asitler

ATP, hücrenin enerji gerektiren hemen her reaksiyonunda yüksek enerjili fosfat kayna¤› olarak kullan›l›r. Kimyasal enerjinin transferini sa¤layan çeflitli enzimatik reaksiyonlarda fosfat ve pirofosfat tafl›y›c›s› olarak görev yapar. ATP defosforile edildi¤i zaman ADP meydana gelmekte, ADP ise solunum esnas›nda üretilen enerji ile tekrar fosforile edilerek ATP haline dönüflebilmektedir. ATP intrasellüler serbest bir nükleotidtir. DNA ve RNA sentezi için ortamda mutlaka ATP, GTP, CTP, TTP, UTP yüksek enerjili öncül moleküller bulunmal›d›r. DNA ve RNA sentezi s›ras›nda nükleosit trifosfatlar uç bölgede bulunan pirofosfat gruplar›n› kaybederek polinükleotid zincirine mono fosfat formunda eklenirler.

cAMP (Siklik AMP) (3’-5’ adenozin monofosfat) Fosforik asit bazen 3 ve 5 numaral› karbonlara ayn› anda ba¤lanarak halkasal fosfat veya siklik fosfat türevi meydana gelir (fiekil 4.17). cAMP, ATP’ den meydana gelir. Hücre d›fl›ndan gelen sinyallerin hücre içinde iletilmesine arac›l›k eder. fiekil 4.17 ATP’ den cAMP oluflumu

74

Genel Biyokimya

Biyolojik Öneme Sahip Baz› Guanozin Türevleri Biyolojik öneme sahip baz› guanozin türevleri vard›r.Biyolojik aç›dan en önemlileri guanozin di fosfat (GDP) ve guanozin trifosfat (GTP) molekülleridir.

GDP ve GTP GDP ve GTP çeflitli enerji gerektiren sistemlerde görev yaparlar. Bunlar s›ras› ile ADP ve ATP’nin analoglar›d›r. Örne¤in; • α-ketoglutarik asidin TCA siklusunda, süksinil-CoA ya oksidasyonu, GTP oluflturmak için fosfat›n GDP’ ye geçmesi ile bir oksidatif fosforilasyona ba¤l›d›r. • Adenilat siklaz›n baz› hormonlar taraf›ndan aktivasyonu için GTP gerekir. • Poliribozomlarda protein sentezi için enerji kayna¤› olarak kullan›l›r. • Allosterik düzenleyici olarak ifl görür. Bu nedenle iç ortam›n sürdürülmesinde önemli bir role sahiptir.

Siklik GMP(3’-5’-guanozin monofosfat) Ekstrasellüler olaylar›n, önemli bir intrasellüler göstergesidir. Baz› durumlarda siklik GMP, cAMP’ ye antagonistik olarak davran›r. Siklik GMP, birçok aç›dan adenilat siklaza benzeyen guanilat siklaz ad› verilen bir enzim taraf›ndan GTP’den oluflturulur. Guanilat siklaz, adenilat siklaz gibi hormonlarda dahil çeflitli etkiler taraf›ndan düzenlenir. Siklik GMP’ de kendisine uyan 5-monofosfat› oluflturmak için bir fosfodiesteraz taraf›ndan katabolize edilir (fiekil 4.18). fiekil 4.18 GTP’ den cGMP oluflumu

75

4. Ünite - Nükleik Asitler

fiekil 4.19 cAMP ve cGMP

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

Vitamin Nükleotitleri

N N

SIRA nükleotidlerinin S‹ZDE Birçok vitaminin fonksiyonel gruplar›nda pürin veya pirimidin analoglar› yer al›r. Örnek verecek olursak FAD (Flavin Adenin Dinükleotid), NAD (Nikontinamid Adenin Dinükleotid), NADP (Nikontinamid Adenin DinükAMAÇLARIMIZ leotid fosfat), CoA (KoenzimA) ve kobalamin (VitB12)’ ni verebiliriz.

Daha genifl bilgi için kitab›n koenzimler ve vitaminler ünitesini okuyunuz. K ‹ T A P

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

Nükleik Asitler T E L Eribonükleik V‹ZYON Bafll›ca nükleik asitler, deoksiribonükleik asit (DNA) ve asit (RNA)’d›r. Nükleotid monomerleri birbirleri ile 3’-5’ fosfodiester ba¤lar› yaparlar. Bu flekilde polinükleotid biçiminde nükleik asitleri olufltururlar. Oluflan polinükleotidler DNA ve RNA zincirlerini oluflturur. 3’-5’ fosfodiester ba¤›n› DNA’ ‹NTERNET da DNA polimeraz, RNA’ da ise RNA polimeraz enzimi gerçeklefltirir. (fiekil 4.20, 4.21).

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

76

Genel Biyokimya

fiekil 4.20 3’-5’ Fosfodiester ba¤›(DNA’ da)

77

4. Ünite - Nükleik Asitler

fiekil 4.21 3’-5’ Fosfodiester ba¤› (RNA’ da)

3’ - 5’ fosfodiester ba¤›

3’ - 5’ fosfodiester ba¤›

78

Genel Biyokimya

DNA ve RNA genetik bilgiyi tafl›yan depolayan zincir fleklinde uzanan polinükleotit zincirleridirler. Bu polinükleotid zincirlerinin birbirine ba¤lanmas› ile büyük makromoleküller meydana gelmektedir. DNA tüm genetik bilginin tafl›nd›¤› moleküldür. Virüslerde de genetik bilgi tafl›yan molekül DNA veya RNA molekülleridir. DNA molekülü 4 tip deoksiribonükleotit monomerinin (deoksi AMP, deoksi GMP, deoksi CMP, deoksi TMP) de¤iflik flekilde s›ralanmas› ile oluflan ve de¤iflik hücrelerde ve virüslerde nükleotid s›ras› ve molekül a¤›rl›¤› farkl› olan bir moleküldür. DNA da A,G,C,T bazlar› bulunur. Baz› DNA moleküllerinde ve baz› viral DNA larda az miktarda bu bazlar›n metillenmifl türevleri bulunabilir. Bu baz çiftleflmeleri etkiler. Bu da mutasyon nedeni olabilir. Prokaryotik hücrelerde halka fleklinde tek bir kromozom bulunur ve bütün DNA afla¤› yukar› bu kromozomdad›r ve çift heliks yap›dad›r. Eukaryotik hücrelerde ise çok say›da kromozom vard›r ve her bir kromozom ayr› bir DNA molekülü oldu¤una göre, çok say›da da de¤iflik DNA molekülü bulunur. Yani kromozom say›s› kadard›r. DNA’da örn:18 kromozom varsa 18 de¤iflik DNA polinükleotit zinciri vard›r. Tüm canl›larda DNA’daki genetik bilgi transkripsiyon denen olayla mRNA’ya aktar›lmakta, mRNA’daki flifrede translasyon dedi¤imiz olayla proteine tercüme edilmektedir. DNA’daki genetik bilgi transkripsiyonla mRNA’ya, mRNA’daki flifrede translasyonla proteine dönüflür. Bu olaylara santral dogma denir. DNA daki flifre proteindeki amino asit dizisi flekline dönüfltürülür (sentral dogmada) (fiekil 4.22). fiekil 4.22 Sentral dogma

DNA çift zincirinde bir zincirde bulunan nükleotitler karfl› zincirde bulunan komplementerleri ile Hidrojen ba¤lar› yaparlar. Bir zincirde bulunan adenin nükleotit karfl› zincirdeki Timin nükleotide, bir zincirde bulunan Guanin nükleotit karfl› zincirde bulunan Sitozin nükleotitle Hidrojen ba¤› oluflturmaktad›r. A-T, G-C, H ba¤› oluflumunu sa¤layan pürün ve pirimidin bazlar›ndaki aktif kimyasal gruplard›r. Pürin ve pirimidin bazlar›nda bulunan bafll›ca fonksiyonel gruplar flunlard›r: Sitozin Timin ve Urasilin 1.pozisyonundaki N-H gruplar›; (fiekil 4.23). fiekil 4.23 Sitozin, timin ve urasilin 1.pozisyonundaki H gruplar›

79

4. Ünite - Nükleik Asitler

Timin ve urasilin 3. pozisyonundaki N-H gruplar› fonksiyonel gruplard›r. Sitozinin 2. pozisyonundaki, Timin ve Urasilin 4. pozisyonundaki keto gruplar› ( C = 0 ) Guaninin 6. pozisyondaki O atomlar› kuvvetli elektro negatiftirler (fazla elektron içerirler). Bu nedenle k›smi pozitif yüklü hidrojenlerle H ba¤› yapma e¤ilimindedirler (fiekil 4.24). fiekil 4.24 Aktif kimyasal gruplar

Bu aktif kimyasal guruplar arac›l›¤› ile DNA çift zincirinde nükleotitler aras›nda karfl›l›kl› H ba¤lar› oluflmaktad›r (fiekil 4.25). fiekil 4.25 Nükleotidler aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n›n oluflumu

C=O’ler (-) dirler, NH2’ler(+) tirler. Bir zincirde bulunana guanin ile sitozin aras›nda üç tane hidrojen ba¤› oluflur. D›fl tarafta fosfatlar vard›r. fiekil 4.26 Adenin ve timin aras›ndaki ba¤lar

80

Genel Biyokimya

Mutasyon: DNA da meydana gelen kal›c› de¤iflikliklerdir. Mutasyonlar genetik çeflitlili¤in temelini oluflturur. Efley hücrelerinde meydana gelen mutasyonlar gelecek kuflaklara aktar›l›r.

Örne¤in Keto grubu → OH ‘a dönerse bunun elektronegativitesi kaybolur ve efl yapamaz. -NH2 grubu -NH’a dönerse yine (+)’li¤ini kaybeder. -NH2 (amino) →NH (imino), C=O (keto) → C-OH (enol)’e dönerse molekülün elektrik yük dengeleri de¤iflikli¤e u¤ramaktad›r. Bu de¤iflikli¤in sonucu olarak da DNA replikasyonu s›ras›nda baz çiftleflmelerinde hatalar olmaktad›r. Böyle bir de¤ifliklik sonucu normalde Adenin nükleotidi karfl› zincirde timin nükleotidi ile ba¤ yapacak iken böyle de¤ifliklik oluflmufl formlarda Adenin Timinle de¤il sitozinle çiftleflmektedir. Yine ayn› flekilde sitozin guaninle çiftleflerek H ba¤› yapt›¤› halde amino - imino ya da keto- enol de¤iflikli¤ine u¤ram›fl olan formlarda sitozin guaninle de¤il timinle H ba¤› oluflturmaktad›r. Bu flekilde DNA replike olurken böyle de¤iflik bazlar›n olufltu¤u yerlerde karfl› zincire yanl›fl bazlar gelmekte böylece DNA ’da nokta mutasyonlar› oluflmaktad›r. Bir tanesinde olabilir ve karfl› zincirde de olur ve proteinlerin yap›s›na bu de¤ifliklik yans›maktad›r. DNA nükleotid dizinde yer alan bazlar›n amino formundan imino formuna, keto formundan enol formuna dönüflmesiyle oluflan baz formlar›na “Tautomerik Bazlar” denir. Tautomerik forma dönüflmüfl bazlarda baz çiftleflmeleri de¤iflikli¤e u¤rar. Bunun sonucu olarak DNA replikasyonunda yanl›fl baz çiftleflmeleri oluflur. (Elektrik dengeleri de¤iflir). Bunun sonucu bir zincirdeki Adenin baz› normalde karfl› zincirdeki T ile G’de S ile birlefliyordu. Ancak tautomerik forma dönüflmesiyle örne¤in; A-C ile çift ba¤ yap›yor, G-S ile de¤il de G-T ile birleflmektedir. (fiekil 4.27).

fiekil 4.27 Tautomerik form

81

4. Ünite - Nükleik Asitler

Tautomerik formlar normal bazlar ile eflleflmez (polar gruplar ile ilgili olarak). Yeni replike olan zincirdeki kodonlar TAA- GAC- TAG oldu. GAC → GGC olmad›. Bu de¤ifliklik mRNA’ya da yans›maktad›r. Bir üçlü kodonun yanl›fl oluflmas› mRNA’daki nükleotid dizilerine yanl›fl bilgi aktar›m›na sebep olur. DNA zincirindeki bu hata RNA sentezi s›ras›nda m-RNA daki kodonlara yans›yacakt›r. mRNA üzerindeki 3’lü kodonlardan birisi de¤iflikli¤e u¤rayacakt›r. (fiekil 4.28). fiekil 4.28 Zincirdeki hatalar

Watson- Crick α-helix Modeli 1953 y›l›nda Watson ve Crick adl› araflt›r›c›lar DNA molekülünün X ›fl›nlar› difraksiyon yöntemi ile (K›r›lma Yöntemi) çekilen foto¤raflar›na dayanarak DNA molekülünün çift zincirden oluflan 3 boyutlu α-helix modelini çizdiler. Bu modelde 2 polinükleotid zinciri bir eksen etraf›nda sa¤a do¤ru helikal k›vr›mlar yaparak, αhelix DNA 3 boyutlu yap›s›n› oluflturmaktad›r. Bu modelde hücredeki fizyolojik olaylar› aç›klayabilmek mümkün olabilmektedir. ‹ki zincirde 3’-5’ fosfodiester köprüleri birbirinin z›tt› yönde devam etmektedir. Polinükleotid zincirlerinde 3’-OH ile 5’-fosfodiester yapar. En üstteki zincirde ise birinde 3’-OH ucu serbest kal›rken, di¤erinde 5’-P ucu serbest kal›r (fiekil 4.29). fiekil 4.29 3’-OH ve 5’-P yönleri

82

Genel Biyokimya

α-heliksin bir taraf›ndaki 2 polinükleotit zincirlerinin birisinin serbest ucu 3’OH, di¤erinin ise 5’-P’t›r. Bazlar çift heliksin iç taraf›nda yer al›rlar. fieker ve fosforik asitler ise çift heliksin d›fl taraf›nda yer al›rlar. Polinükleotit zincirleri eksen etraf›nda her 10 bazda bir dönüfl yaparlar. Sarmal halkan›n boyu 34 A°, sarmal halkan›n eksene uzakl›¤› ise 10 A° dur. DNA çift sarmal›n›n iç taraf›nda yer alan pürin ve pürimidin bazlar›ndan A=T aras›nda 2H ba¤› G≡C aras›nda ise 3H ba¤› oluflur. (fiekil 4.30). Buna göre DNA çift sarmal›n›n dayan›kl›l›¤› GC/AT oranlar›na ba¤l›d›r. GC/AT oran› >1 ise DNA polenükleotit zincirinde 3’lü ba¤lar çok olaca¤›ndan bu zincir daha dayan›kl› olacakt›r. GC/AT oran›