Canlılık ve Hücre

A. BİYOLOJİ ve CANLILIK

Biyoloji, canlıların her türlü hayat olaylarını inceleyen bilim dalıdır. Zooloji (Hayvan bilimi), Botanik (Bitki bilimi) ve Mikrobiyoloji (Mikroskobik canlı bilimi), olmak üzere üç ana bölüme ayrılır.

Biyolojinin bu bölümlerinin her birisi, canlının değişik özelliklerini incelemeleri bakımından kendi içinde de alt bölümlere ayrılır.

B. HÜCRENİN YAPISI

Bütün canlılar hücresel yapıdadır. Ancak virüsler hücresel yapıda olmayan canlılar olarak kabul edilir.

Şekil: Bir hayvan Hücresinin Yapısı

Canlılar, ancak solunum, boşaltım, üreme, vs. gibi belirli özelliklere sahip olmakla cansızlardan ayırt edilebilir. Bu özelliklere, canlıların ortak özellikleri denir.

Bir zarla çevrili çekirdek taşıyan hücrelere ökaryot, belirgin bir çekirdeği ve zarlı organelleri bulunmayan hücrelere deprokaryot hücre denir.

Ökaryot hücreler zar, sitoplazma ve çekirdek olmak üzere üç ana bölümden meydana gelmiştir.

1. Hücre Zarı

Hücreyi dış ortamdan ayıran, madde geçişini sağlayan ve şeklini belirleyen çok ince bir yapıdır.

Zarın Yapısı: Yapısında yaklaşık olarak % 65 proteinler, % 33 lipidler ve % 2 kadar da karbonhidrat bulunur. Bazı proteinlerin arasında por isimli delikler bulunur.

Zardaki protein ve yağ molekülleri sürekli hareket halinde bulundukları için buna, "akıcı mozaik zar modeli" denir.

Şekil : Hücre Zarının Akıcı-Mozaik Yapısı

Bitki hücrelerinde, hücre zarının dış kısmında selüloz maddesinin birikmesiyle hücre çeperi denilen cansız ve kalın bir tabaka daha bulunur.

Turgor basıncının oluşmasına neden olur. Çeperin üzerindeki delikler zardakilerden daha büyük olup, geçit adını alır. Çeper cansız olduğundan geçitlerden sığabilen her türlü maddeyi geçirebilir. Bunun için tam geçirgen denir. Prokaryot hücrelerde de (bakteri ve mavi-yeşil alglerde) çeper vardır. Ancak yapısı selüloz değildir.

2. Sitoplazma

Çeşitli hücresel yapılar (organeller) ve hücre sıvısının (plazmanın) bulunduğu bölümdür. Hücrede birçok hayatsal olaylar burada gerçekleşir. Jelatinimsi ve kolloidal bir kütledir. Plazmanın içinde su, proteinler, yağlar, karbonhidratlar, tuzlar, vitaminler, hormonlar ve çeşitli iyonlar bulunur.

Hücre Organelleri

a. Endoplazmik Retikulum (E.R) : Hücre zarından çekirdek zarına kadar uzanan zarlı kanallar sisteminden oluşur.

Besin maddelerinin taşınmasından, artık maddelerin atılmasından ve bazı besinlerin depolanmasından sorumludur. Zarları üzerinde ribozom varsa Granüllü E.R, yoksa Granülsüz E.R adını alır. b. Golgi Cisimciği : Endoplazmik retikulumdan meydana gelir. Salgı maddelerinin paketlenmesini ve salgı yapılmasını ve bazı sentez olaylarını sağlar. c. Lizozom : Golgiden meydana gelir. Tek katlı zarla çevrili olup, içerisindeki sindirim enzimleri ile hücre içi sindirimini sağlar. Zarlı yapısı yırtılacak olursa hücre kendini sindirip yok eder. Bu olaya “otoliz”denir. d. Ribozom: Yapısı protein ve RNA dan oluşur. Her hücre kendine özgü proteinlerini ribozomlarda sentezler. Zarla çevrili değildir ve iki alt birimden oluşur. Yoğun protein sentezi sırasında sitoplazmada yan yana gelerek zincir şeklindeki “polizom”ları oluştururlar. e. Mitokondri: Çift zarlıdır. İç zarının kıvrımlarına “krista”, zarların arasını ve içini dolduran sıvıya “matrix” denir. Oksijenli solunum yaparak hücrenin enerji (ATP) ihtiyacını karşılar. Kendisine ait DNA, RNA, ETS ve ribozomları vardır. Bölünerek çoğalabilir. f. Sentrozom: Sadece insan ve hayvan hücrelerinde bulunur. Birbirine dik iki sentriolden oluşur. Hücre bölünmesi sırasında kendini eşleyerek zıt kutuplara çekilir. Kromozomların kutuplara çekilmesini sağlayan iğ ipliklerininin tutunma yeridir.

Şekil: Endoplazmik Retikulum

g. Plastitler: Sadece bitkisel hücrelerde bulunurlar. Üç çeşidi bulunmakta olup, birbirlerine dönüşebilirler.

Kloroplast: Fotosentezinyapıldığı organellerdir. Kendine ait DNA, RNA, ETS ve ribozomları vardır. Çift katlı zardan oluşur. Mitokondri gibi bölünerek çoğalabilir. İç zarın uzantıları olan kıvrımlara grana, içerisini dolduran sıvıya ise stroma denir. Granalar içinde bitkiye yeşil rengini veren ve fotosentez için gerekli ışığı soğuran (emen) “klorofil” pigmentleri bulunur.

Kromoplast: Bitkilerde meyve ve çiçeklere özel renklerini verirler. Likopin (kırmızı), ksantofil (sarı) ve karoten (turuncu) olmak üzere üç çeşittirler.

Lökoplast: Renksizdirler. Genelde kök, gövde ve tohumda yoğun olarak bulunurlar. Nişasta ve diğer maddelerin depolanmasını sağlarlar.

h. Koful (Vakuol): Endoplazmik retikulumdan, golgiden, hücre zarından ve çekirdek zarından meydana gelebilirler. Kofullar bazı artıkların ve suyun depolanmasını ve bitkilerde turgor basıncının ayarlanmasını sağlarlar.

ı. Hücre Zarı Oluşumları : Özellikle emme görevi olan hücrelerde hücre zarı bir miktar sitoplazmayla dışa doğru uzantılar yaparak hücre yüzeyinin büyümesini sağlar. Bunlara “mikrovillus” denir.

Bazı hücrelerde ise kirpik (Sil), kamçı ve yalancı ayak denilen uzantılar oluşur.

Şekil : Hücrelerdeki Farklı ve Benzer Yapılar

3. Çekirdek (Nükleus)

Hücrenin yönetim, üreme ve kalıtım merkezidir. Dinlenme halindeki hücrede dört bölümde incelenebilir.

a. Çekirdek Zarı: Bu zar endoplazmik retikulumun devamı gibidir. Arasında porlar (delik) bulunur. Yapısı sitoplazmik zara benzer. Porları daha büyük ve zarı iki katlıdır.

b. Çekirdek Özsuyu: Homojen görünümlü olup içinde çekirdekçik ve kromatin iplikler (DNA lar) bulunur.

c. Çekirdekçik (Nukleolus): RNA ve bazı proteinlerden oluşmuştur.

d. Kromozom: Hücre çekirdeğinin temel yapısı kromatindir. Çünkü hücrenin kalıtsal materyalidir. Kromozomlar, DNA ve proteinlerden oluşmuştur. Bölünme zamanı kromatin iplikler kısalıp kalınlaşarak kromozomları oluştururlar. Normal vücut hücreleri ana ve babadan gelen birer takım kromozomu taşır. Bu tip hücrelere diploid hücreler denir ve (2n) ile gösterilir. Eşey hücreleri ve bazı basit yapılı canlılar yaşamları boyunca kromozom takımının yarısını taşırlar. Bu tip hücrelere ise monoploid denir ve (n) ile gösterilir.

Besinler ve Hücrede Madde Geçişi

BESİN MADDELERİ

Canlılar tarafından tüketilen besin maddeleri değişik şekillerde gruplandırılabilir.

A. GÖREVİNE GÖRE BESİNLER

1. Enerji Verici Besinler

Bunlar, karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerdir.

Açlık anında tüketim sırasına göre;

Karbonhidratlar ® Yağlar ® Proteinler olarak sıralanır.

Solunum kolaylığı sırasına göre;

Karbonhidratlar ® Proteinler ® Yağlar olarak sıralanır.

Sağladıkları enerji miktarına göre;

Yağlar ® Proteinler ® Karbonhidratlar olarak sıralanır.

2. Yapıcı ve Onarıcı Besinler

Canlının yıpranan kısımlarının tamirinde ve yeni hücre yapımında kullanılırlar. Bunlar; proteinler, yağlar, karbonhidratlar, madensel maddeler ve su’dur.

3. Düzenleyici Besinler

Düzenleyici besin maddeleri, hücredeki metabolik olayların düzenlenmesinde rol oynar. Bunlar, proteinler, madensel maddeler, vitaminler ve sudur.

B. YAPILARINA GÖRE BESİNLER

Organik besin maddeleri; proteinler, yağlar, karbonhidratlar ve vitaminlerdir.

İnorganik besin maddeleri; su ve madensel maddelerdir.

1. Karbonhidratlar

Karbonhidratlar, adından da anlaşılacağı gibi karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) atomlarından meydana gelmiştir. Karbonhidratlar bütün canlı hücrelerde bulunur ve en önemli enerji kaynağıdır. Genel formülleri (C_nH_2nO_n) dir. Karbonhidratlar yapısındaki şeker sayısına göre değişik gruplara ayrılabilirler.

a. Monosakkaritler: Sindirime uğramadan direkt olarak kana geçerler. Altı karbonlulara (heksozlar) glikoz (üzüm şekeri), fruktoz (meyva şekeri) ve galaktoz (süt şekeri), beş karbonlulara (pentozlar) ise riboz ve deoksiriboz örnek verilebilir.

Tablo : Disakkaritlerin Sentezi ve Özellikleri

b. Disakkaritler: İki monosakkaritin birbirleriyle glikozit bağı kurarak meydana getirdiği karbonhidratlardır. Bu birleşme sırasında su açığa çıktığı için olaya dehidrasyon sentezi de denir. Disakkaritler ancak sindirilerek hücre zarından difüzyonla geçebilir.

c. Polisakkaritler: Çok sayıda glikozun dehidrasyon sentezi sonucu, glikozit bağları kurarak birleşmesiyle oluşur.

Bir polisakkaritin yapısında kaç tane monosakkarit kullanılmışsa, reaksiyon sonucu bunun bir eksiği kadar su açığa çıkar. Yani n – 1 molekül su açığa çıkar. Burada n, glikoz sayısıdır. Polisakkaritler hidroliz edildiklerinde monosakkaritlere indirgenirler. Polisakkaritleri dört grupta toplayabiliriz.

Depo Polisakkaritler

Nişasta : Bitkilerde karbonhidratların depo şeklidir. Suda çözünmez.

Glikojen : İnsanlarda ve hayvanlarda karbonhidratların depo şeklidir. Suda kısmen çözünür.

Yapısal Polisakkaritler

Selüloz : Bitki hücrelerinde hücre çeperinin yapısına katılır. Suda çözünmez.

Kitin : Eklem bacaklılar grubundaki hayvanların dış iskeletine ve birçok mantarın çeper yapısına katılır.

Her dört polisakkarit de glikozun polimeri olduğu halde fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Çünkü, glikozların bağlanma biçimleri farklıdır.

2. Proteinler

Yapısında karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O), azot (N) ve bazılarında bunlara ek olarak kükürt (S) ve fosfor (P) da bulunabilir. Protein moleküllerinin yapısında en fazla 20 çeşit amino asit bulunabilir.

Her bir amino asitte amino grubuyla (NH₂) karboksil (COOH) grubu aynıdır. Amino asitlerde radikal grup (R) farklıdır. Proteinler sentezlenirken amino asitler birbirlerine peptid bağlarıyla bağlanırlar.

Her peptid bağına karşılık bir molekül su açığa çıkar. n tane amino asit kullanılırsa n–1 su molekülü açığa çıkar. Peptid bağı sayısı = su sayısı

3. Yağlar (Lipidler)

Yağlardan fosfolipidler, hücre zarının yapısına katılır. Steroidler zarların yapısına katıldığı gibi metabolizmayı düzenlemede de görev yaparlar. Steroidler bazı vitamin ve hormonların sentezinde kullanılır.

Hayvansal yağlar genellikle doymuş olup, katıdır. Bitkisel yağlar ise genellikle sıvı olup, doymamıştır. Bitkisel yağlar yüksek ısı ve basınç altında hidrojenle doyurulursa katılaşırlar ve margarinler oluşur.

Gliserol, üç molekül yağ asitiyle birleşerek nötral yağları meydana getirir.

4. Vitaminler

Vitaminler sindirilmezler ve doğrudan kana emilirler. Organik yapılı olmalarına karşın, canlılarda enerji verici olarak kullanılmazlar. Genel özellikleri bakımından vitaminler iki grup altında toplanabilir.

Yağda Eriyen Vitaminler : A, D, E ve K vitaminleridir. Bu grup vitaminlerin fazlası özellikle karaciğerde depo edilir.

Suda Eriyen Vitaminler : B ve C vitaminleridir. Bu grup vitaminlerin fazlası depo edilmez, dışarıya atılır.

5. Madensel Tuzlar (Mineraller)

Organizmada az da olsa 15 kadar mineral maddeye mutlaka ihtiyaç duyulur. Mineral maddelerin vücut içindeki görevlerini üç ana başlık altında toplayabiliriz.

1. Vücut içindeki birçok enzimin ve hemoglobin gibi moleküllerin yapısına katılırlar. Bunlar, demir (Fe) ve fosfor (P) gibi elementlerdir.
2. Kemiklerin ve dişlerin normal olarak gelişmesini sağlarlar. Bunlar için gerekli olan madensel maddeler, kalsiyum (Ca), fosfor (P) ve mağnezyum (Mg) dur.
3. Vücut ve hücre sıvısının osmotik basıncını düzenlerler. Bunlardan hücre içi sıvıda sodyum (Na), klor (Cl), hücre dışı sıvıda potasyum (K), mağnezyum (Mg) ve fosfor (P) bulunur.

6. Su

Vücudumuzun en fazla ihtiyaç duyduğu maddelerden biridir. Kimyasal reaksiyonlar sulu bir ortamda gerçekleşir. Su iyi bir çözücü olduğu için besinlerin sindiriminde, emilmesinde, taşınmasında ve artıkların atılmasında kullanılır. Vücut ısısının fazlası yine su ile atılır.

HÜCREDE MADDE GEÇİŞİ

Hücre zarının en önemli özelliği, canlı ve seçici – geçirgen olmasıdır.

1. Difüzyon (Yayılma)

Madde moleküllerinin çok yoğun olduğu ortamdan az yoğun olduğu ortama doğru yayılmalarıdır. Difüzyon sırasında enerji harcanmaz ve canlılık şart değildir. Bazı durumlarda difüzyona uğrayacak madde bir taşıyıcı proteinle hücreye alınabilir. Buna ise kolaylaştırılmış difüzyon denir.

Şekil: Sıvıların Sıvıdaki Difüzyonu

2. Osmoz (Suyun Difüzyonu)

Suyun seçici geçirgen bir zardan difüzyonuna denir. Osmozda da enerji harcanmaz ve canlılık şart değildir. Ancak seçici geçirgen zar bulunmak zorundadır.

Şekil : Osmoz Deneyi

Diyaliz: Suda çözünmüş maddelerden bazılarının yarı geçirgen zardan difüzyonuna diyaliz denir.

Osmotik Olaylar

a. Hipertonik Ortam (Yoğun Ortam): Bir hücre kendisinden daha yoğun ortama koyulursa su kaybederek büzülür. Bu olaya “plazmoliz” denir.

b. Hipotonik Ortam (Az yoğun Ortam): Plazmoliz olmuş yada normal bir hücreyi kendisinden daha seyreltik bir çözeltiye koyarsak su alarak şişer. Bu olaya “deplazmoliz” denir.

c. İzotonik Ortam (Denge Ortamı): Hücre izotonik ortama koyulursa dengeli bir madde alışverişi olur.

Şekil : Zardan Madde Geçiş Yolları

Hücreler çok seyreltik ortamlara ya da saf suya konulursa aşırı miktarda su alarak gerilirler. Bu gerilme sonucunda oluşan basınçla hayvan hücreleri patlar. Buna hemoliz denir.

Osmotik Kuvvetler

a. Osmotik Basınç: Hücre içindeki çözünmüş maddelerin hücre zarına yaptığı basınçtır.

b. Turgor Basıncı: Hücre içindeki suyun hücre zarına yaptığı basınçtır.

c. Emme Kuvveti: Osmotik basınçtan turgor basıncının çıkarılmasıyla elde edilen pozitif kuvvettir.

E.K = O.B – T.B şeklinde hesaplanır.

3. Aktif Taşıma

Maddelerin az yoğun ortamdan çok yoğun ortama taşınmasına denir. Aktif taşıma ancak canlı hücrelerde gerçekleşir. Çünkü ATP harcanır ve enzimler iş görür.

Şekil : Aktif Taşımayla Madde Atılması

Bu olayda, taşınacak maddelerin porlardan sığabilecek kadar küçük olması gerekir. İyonların çoğu yoğun ortamdan az yoğun ortama aktif olarak geçer.

4. Endositoz ve Ekzositoz

Bu olaylarda da enerji harcanır. Her iki olay hayvan hücrelerinde görülmesine karşılık, bitki hücrelerinde endositoz görülmez.

Endositoz, pordan geçemeyecek kadar büyük moleküllerin hücre içerisine alınmasıdır. Alınan madde sıvı isepinositoz, katı ise fagositoz adını alır.

Ekzositoz, hücre içerisinde oluşturulan enzim, hormon, çeşitli proteinler, bitkilerde reçine ve eterik yağlar, hayvanlarda mukus ve diğer büyük moleküllü salgı maddelerinin golgi yardımıyla, küçük kesecikler halinde taşınarak dışarı atılmalarına denir.

Yönetici Moleküller ve Protein Sentezi

YÖNETİCİ MOLEKÜLLER

DNA ve RNA olarak iki çeşidi bulunan nükleik asitler, hücrelerin en önemli ve en büyük molekülleridir.

A. NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISI

Yönetici moleküllerin temel yapı birimine nükleotit denir. Bir nükleotid ise üç farklı molekülün bağlanmasıyla meydana gelmiştir. Bu moleküller; beş karbonlu şeker (pentoz), azotlu organik baz ve fosforik asit dir.

Şekil : Nükleik Asitlerin Yapı Elemanları

Nükleotidler alt alta bağlanarak nükleotid zincirlerini meydana getirirler. Bu bağlanma “şeker-fosfat” bağlarıyla sağlanır.

B. DNA MOLEKÜLÜ VE ÖZELLİKLERİ

• Hücrelerin yönetimini ve kalıtımını sağlayan dev moleküllerdir.
• İki nükleotid zincirinin helozonik (sarmal) yapıda bağlanmasıyla oluşur.
• Yapısında azotlu baz olarak Adenin (A), Guanin (G), Sitozin (S) ve Timin (T) bulunur.
• Çift zincirinde Adenin sayısı Timin sayısına, Guanin sayısıda Sitozin sayısına eşittir.
• Çift zincirdeki Adenin ile Timin arasında iki, Guanin ile Sitozin arasında üç tane zayıf hidrojen bağı bulunur.

Şekil : DNA nın Bir Bölümünün Yapısı

• RNA’dan farklı olarak deoksiriboz şekeri ve Timin bazı vardır.
• Çekirdekte, kloroplastta, mitokondride ve prokaryot hücrelerde sitoplazmada bulunur.

DNA nın bu yapısını ilk defa 1950’li yıllarda, biyolog Watson ile fizikçi CRİCK keşfetmişlerdir.

DNA nın Eşlenmesi (Replikasyon)

DNA’nın kendini eşlemesi, hücre bölüneceği zaman gerçekleşir. Bunun için, iki ipliği bir arada tutan zayıf hidrojen bağları bir fermuar gibi açılmaya başlar ve iki nükleotid dizisi birbirinden ayrılır. Sonra hücre sitoplazmasında bulunan nükleotidlerden uygun olanlar açılan noktalardan yerlerini alırlar. Replikasyon olayında nükleotidlerin bağlanması DNA polimeraz enzimiyle sağlanır.

Şekil : DNA nın Kendini Doğru Olarak Eşlemesi

Böylece fermuarın sonuna gelindiğinde başlangıçtaki DNA’nın aynısı olan iki yeni DNA meydana gelir.

Bu şekilde DNA’nın kendini eşlemesi olayına yarı korunumlu eşlenme denir.

C. RNA ve ÇEŞİTLERİ

Bir nükleotid zincirinden oluşurlar. Yapılarında DNA dan farklı olarak Riboz şekeri ve Urasil bazı bulunur. Kendilerini eşleyemezler. RNA’ların DNA üzerinden sentezine transkripsiyon denir. Transkripsiyon yapılırken DNA nükleotidlerinin karşılarına onların eşi olan nükleotidler gelerek bağlanır. Sadece Timin yerine Urasil bağlanır. Görevlerinin farklı olmasına bağlı olarak, her hücrede üç eşit RNA bulunur.

Şekil: DNA dan RNA Sentezi

1. mRNA (elçi RNA)

Sentezlenecek olan proteinin şifresini DNA’dan alarak ribozoma getirir. Ribozom birimlerini aktifleştirir ve ribozomdaprotein sentezine kalıplık yapar.

mRNA üzerindeki nükleotidlerin üçerli olarak oluşturdukları gruplara kodon (şifre kelime) denir.

Şekil : mRNA ve Kodonları

Başlangıç kodonu belli ve sabittir. Bu bütün canlılarda ve her protein sentezinde aynı olup AUG nükleotidlerinden oluşur. Durdurucu kodon üç çeşit olup, her mRNA da bunlardan birisi bulunur. Bunlar UAG, UGA ve UAA kodonlarıdır.

2. tRNA (Taşıyıcı RNA)

Protein sentezi sırasında, sitoplazmadaki amino asitleri, kendine uygun olarak bağlayıp ribozomlara taşır. Proteinlerin yapısında 20 çeşit amino asit bulunduğundan, canlılarda en az 20 çeşit de tRNA vardır.

Şekil: tRNA ların Genel Yapısı

3. rRNA (Ribozomal RNA)

Proteinlerle birlikte ribozomların yapısını oluşturur. Hücredeki RNA’ların en çoğu rRNA’dır.

Tablo : DNA ile RNA nın Karşılaştırılması

PROTEİN SENTEZİ

Ökaryot bir hücrenin hangi proteinleri sentezleyebileceğine ait bilgi çekirdekteki DNA larda saklıdır.

Proteinlerin çeşitli olması; bir proteinde bulunan amino asitlerin sayısına, çeşidine ve diziliş biçimine bağlıdır.

Protein sentez basamaklarını şöyle özetleyebiliriz:

1. Çekirdekteki DNA molekülünün anlamlı zinciri üzerinden mRNA sentezlenir. Bu sırada DNA daki genetik bilgiler mRNA’ya aktarılır. Bu olaya transkripsiyon (yazılma) denir.
2. Sentezlenen mRNA sitoplazmaya geçerek ribozomun küçük alt birimine bağlanır ve protein sentezi sırasında kalıp olarak görev yapar.
3. ATP ve enzimlerle aktifleştirilmiş olan tRNA’lar kendilerine ait amino asitleri ribozoma taşırlar.
4. Protein sentezine başlama sinyalini mRNA’daki AUG kodonu verir. Bu kodon metionin amino asitini şifreler.
5. tRNA’nın antikodonları ile mRNA’nın kodonları geçici olarak birleşir ve bu esnada mRNA’daki bilgilerin tRNA’daki antikodonlara uygun olarak okunması başlar. Buna translasyon denir.
6. Protein sentezi mRNA üzerinde durdurucu kodonlar gelinceye kadar devam eder. UAG, UAA ve UGA kodonları protein sentezini durduran kodonlardır.
7. Durdurucu kodondan sonra sentezlenen polipeptid (protein) ribozomdan ayrılıp gerekli olan yerlerde kullanılır.

Metabolizma ve Enzimler

METABOLİZMA

Hücrelerde gerçekleşen yapım, yıkım ve dönüşüm olaylarının bütününe metabolizma denir.

A. ÖZÜMLEME (ANABOLİZMA)

Metabolizmanın yapım reaksiyonlarıdır. Bu tür olaylara anabolizma, asimilasyon ve sentez gibi isimler de verilir.

Fotosentez, protein sentezi, nükleik asit sentezi, yağ sentezi ve kompleks şekerlerin sentezi önemli özümleme olaylarıdır.

B. YADIMLAMA (KATABOLİZMA)

Metabolizmanın yıkım reaksiyonlarıdır. Bu tür olaylara katabolizma, disimilasyon gibi isimlerde verilir

Her çeşit sindirim, fermentasyon ve solunum en önemli yadımlama olaylarıdır.

Bazal Metabolizma : Bazal metabolizma, 12 saat zarfında besin almamış, tam istirahat halinde, uyanıkken ve ısısı değişken olmayan bir ortamda bulunan kişinin tükettiği enerjiye denir.

Bazal metabolizma dinlenme anında tüketilen oksijen miktarının ölçülmesiyle hesaplanır.

C. ATP VE SENTEZ YOLLARI

Bir enerji molekülü olan ATP üç çeşit molekülden meydana gelmiştir. Bunlar;

1. Adenin (azotlu organik baz)

2. Riboz (5 karbonlu şeker)

3. Fosforik asit (H₃PO₄) tir.

ATP sentezine fosforilasyon denir. Tüm canlı sistemlerde enerjinin ATP yapısında tutulması dört yolla olur.

1. Substrat Düzeyinde Fosforilasyon

ADP molekülü yüksek enerji potansiyeline sahip molekülle direkt ilişkiye girer. Glikoliz olayında ve mitokondrideki krebs devrinde gerçekleşir.

2. Oksidatif Fosforilasyon

Enerji verici besin maddelerinin yıkımından oluşan yüksek enerjili elektronların enerjileri, mitokondrilerde ETS’den oksijene iletilirken ATP’nin sentezlenmesidir. Oksijenli solunumda görülür.

3. Fotofosforilasyon

Işık yardımıyla ADP’ye fosfat bağlanmasına denir. Klorofile sahip hücrelerde, fotosentez sırasında meydana gelir. ETS kullanılır.

4. Kemosentetik Fosforilasyon

Kemosentez reaksiyonlarında açığa çıkan enerji ile ATP sentezi yapılmasıdır. Sadece bazı bakteri türlerinde gerçekleştirilir.

ENZİMLER ve ÖZELLİKLERİ

Enzimler, canlılarda devam etmekte olan binlerce reaksiyonu hızlandıran biyolojik katalizörlerdir.

A. ENZİMLERİN KİMYASAL YAPISI

Enzimler yapılarına göre iki gruba ayrılır.

1. Basit enzimler

Sadece protein molekülünden oluşurlar.

2. Bileşik enzimler

Protein yapısına protein olmayan kofaktör veya koenzim denen yapıların bağlı olduğu enzimlerdir. Bunlara holoenzim de denir.

Şekil : Enzimlerin Genel Yapısı

İkinci gruba giren enzimlerde protein özelliğinde olan ve yalnızca amino asitlerden oluşan taşıyıcı kısma apoenzim, buna bağlı protein olmayan gruba ise koenzim adı verilir. Enzimlerin çoğu bileşik yapıdadır. Koenzim olmadan protein kısım iş göremez.

Koenzim olarak; bazı vitaminler ve bazı mineraller (kofaktör) olmak üzere iki molekül çeşidinin herhangi birisi görev yapabilir.

Prostetik grup : Organik bileşiklerdir. Apoenzim’e devamlı bağlı kalırlar. Örneğin katalaz enziminin prostetik grubu hemisimli bir moleküldür.

Vitaminler : Organik bileşik olan bu yapılar geçici olarak Apoenzime bağlanırlar.

Metal iyonlar : Enzim aktivitesinin çoğunda metal iyonlarına ihtiyaç vardır. Bunlara kofaktör de denir.

B. ENZİMLERİN ÇALIŞMASI

Enzimler etki etttiği molekül olan substrata, anahtar-kilit uygunluğu gösterecek biçimde bağlanır. Bağlanma geçici bir süre devam eder.

Reaksiyon sonunda enzim aynen kalır. Substrattan ise yeni ürünler oluşur. Bu olay geri dönüşümlü olarak da gerçekleşebilir.

Şekil : Enzimin Substratına Etki Biçimi

C. ENZİMLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

• Enzimler aktivasyon enerjisini düşürürler.
• Tepkime sonucu enzimlerin miktarları değişmez.
• Reaksiyondan değişmeden çıktıkları için tekrar tekrar kullanılabilirler.
• Enzimatik reaksiyonların çoğu tersinir (dönüşümlü) olarak gerçekleşebilir.
• Bazı enzimler hücre dışında da aktiftirler.
• Her reaksiyon için özel bir enzim vardır.
• Sindirim enzimleri sindirim boşluklarına özel kanallarla taşınırlar.

D. ENZİM REAKSİYONUNUN HIZINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER

1. Enzim ve Substrat Miktarı

Ortamdaki madde (substrat) ve enzim miktarlarına bağlı olarak gerçekleşen reaksiyonların grafikte gösterimi aşağıdaki gibidir.

Şekil : Reaksiyon Hızının Değişmesi

2. Sıcaklık

Her enzim belirli bir sıcaklıkta maksimum hızda çalışır. Enzim aktivitesi 0 °C’den düşük sıcaklıkta görülmez. Fakat 0 °C’deki sıcaklık enzim yapısını bozmaz. Sıcaklık artmasıyla enzim aktivitesi artar. 40 °C den sonra tepkime hızı yavaşlar.

3. pH Derecesi

Enzimler pH değişimlerine karşı çok duyarlıdırlar. Genellikle nötr ortamda en iyi reaksiyon verirler. Ancak bazı hallerde enzimler en yüksek etkinliği belirli bir pH derecesinde gösterirler. Örnek : Midedeki pepsin enzimi pH: 2 de en aktiftir.

4. Substrat Yüzeyi

Enzimden etkilenen maddenin yüzeyindeki artış tepkimeyi hızlandırır.

5. İnhibitörler ve Aktivatörler

Bazı kimyasal maddeler enzimleri etkisiz hale getirir. Bazı yılan, akrep zehirleri de kimyasal olarak enzim aktivitesini etkilerler. Bunlara inhibitörler denir. Bazı maddelerin ortamda bulunması enzim çalışmasını hızlandırır. Böyle maddelereaktivatör denir. Bazı iyonlar ve su aktivatöre örnek verilebilir.

Her gen bir polipeptid (protein) dizisinin sentezinden sorumludur.

Şekil : Gen - Enzim İlişkisi

Bu gen mutasyona uğrarsa, olayın ilgili reaksiyon basamağı gerçekleşemez ve son ürün oluşmaz.