ECH Biyokimya

Biyokimya Ders Notları (Özet)

(harper, Tietz, Mathews, Lehninger, Lippincot, Stryer textbooklardan çevirilerin derlenmesiyle oluşturulmuştur)

Giriş

Biyokimya, biçimsel olarak, yaşamın temel kimyası ile ilgilenen bilim dalıdır. Bios, Yunancada yaşam demektir. Canlı sistemin yapısını ve fonksiyonlarını kimyasal bakımdan inceleyen bir bilim dalıdır. Canlı sistemlerin yapısal ve fonksiyonel birimi hücre olduğundan, biyokimyanın fonksiyonel tanımı, “canlı hücrelerin kimyasal yapı taşlarını ve bunların katıldığı reaksiyonları inceleyen bilim dalı” şeklindedir.

Biyokimyanın Kökeni:

İlk olarak organik kimyanın bir kolu olarak ortaya çıkmıştır. Organik maddelerin yanmasıyla karbondioksit ve su açığa çıkmasının gösterilmesinden sonra yapısında organik kimya çalışmalarıyla hayvansal ve bitkisel kaynaklı çeşitli bileşiklerin C,H,O ve genelde N içerdiğinin tespiti ve tanımlanması için yaptıkları çalışmalar biyokimyanın başlangıcı olmuştur.

Diğer kökeni ise fizyolojidir. Kimyasal olarak yönlendirilen fizyolojiden “fizyolojik kimya” gelişmiştir; fizyolojik kimya yerine daha sonraları “biyolojik kimya” ve son olarak da “biyokimya” adı kullanılmıştır.

Biyokimyanın üçüncü kökeni ise tıp çalışmalarıdır. Çeşitli hastalık oluşum mekanizmaları ve buradan yola çıkılarak terapötik önemi olan hedef biyomolekül veya yolakların tespitiyle tıp ile biyokimyanın birlikte gelişmesine yol açmıştır.

Moleküler biyolojinin bir dalı olan genetik de son yıllarda biyokimyanın başka bir kökeni durumuna gelmiştir. Moleküler biyoloji terimi, temelde biyokimya ile veya biyokimyanın temel yaşam olaylarını moleküler düzeyde açıklamaya çalışan bir dalı ile eş anlamlıdır.

Biyokimyanın amacı ve konuları

Biyokimyanın amacı, canlı hücrelerle ilgili kimyasal olayların moleküler düzeyde tam olarak anlaşılmasını sağlamaktır. Biyokimyanın öncelikli konusu ve görevi, hücre bileşenlerinin doğası hakkındaki bilgilerin toplanmasıdır.

Biyomoleküller ve fonksiyonel gruplar

Biyomoleküllerin çoğu karbon ( C ), oksijen (O), hidrojen (H), azot (N), kükürt (S) ve fosfor (P) bileşimidirler. Biyomoleküllerin pek çoğu, su (H2O), amonyak (NH3) ve hidrojen sülfür (H2S) gibi basit hidrojen bileşiklerinden türemişlerdir. Biyolojik sistemlerde fosfor (P), örneğin ATP yapısında olduğu gibi, hemen hemen sadece fosforik asitin (H3PO4) türevi olarak bulunur.

Bir basit hidrojen bileşiğinin bir veya daha fazla hidrojen atomunun yerine kök (radikal) denen ve R ile ifade edilen bir başka grup geçerse değişik tip bileşikler oluşur.

Buna göre sudan (H2O) alkoller (R−OH) ve eterler (R−O−R') oluşur; amonyaktan (NH3) primer aminler (R−NH2), sekonder aminler (R−NH−R') ve tersiyer aminler (R−N−R' R'') oluşur; hidrojen sülfürden (H2S) tiyoller (R−SH) oluşur.

1

ECH Biyokimya

Pek çok organik bileşikte bulunan −OH, −NH2, −SH gibi gruplar, fonksiyonel gruplar olarak tanımlanırlar. Fonksiyonel gruplar, bir organik moleküle spesifik kimyasal özelliklerini veren atom veya atom gruplarıdırlar.

Fonksiyonel grupların bağlı olduğu R ile gösterilen gruplar hidrokarbon yapılarını (gruplarını ) göstermektedir.

Biyomoleküllerin genellikle polifonksiyoneldir (çok fonksiyonlu) ; iki veya daha fazla farklı ya da aynı fonksiyonel grup içerirler.

Proteinlerin monomer olan amino asitler temelde iki tip fonksiyonel grup içerir: amino grubu ve karboksil grubu.

Glukoz molekülü de iki tip fonksiyonel grup içerir; hidroksil ve aldehit grubu.

Bir biyomoleküldeki fonksiyonel gruplardan her biri kendisine özgü kimyasal karakterdedir ve bu özelliğine bağlı olarak gene özel tip reaksiyonlara katılır.

Karbonil grubu [ ⟩C=.O ], aldehit, keton, karboksilik asit ve karboksilik asit türevlerinin yapısının temelidir.

Moleküler yapı

Moleküllerin fiziksel ve kimyasal davranışı, özelliklerinin çoğu yalnızca yapısal formüllerinden tahmin edilebilir.

Yapısal formülleri ise atomların dizilişleri, fonksiyonel grupların varlığına göre değişiklik gösterir.

Alanin amino asidinin yapısal formülü soldan sağa 3 farklı gösterimi verilmiştir.

Canlılarda temel biyomoleküllerin sınıflandırması yapıldığında 1. Karbonhidratlar, 2. Proteinler, 3. Lipidler ve 4. Nükleik Asitler den bahsedilir.Genel itibariyle biyokimyasal mekanizmaların yürütülmesinde ilk üçünün entegrasyonu oldukça önemlidir.

2

ECH Biyokimya

KARBONHİDRATLAR (Karbohidratlar, şekerler) Karbonhidratlar, kimyasal olarak polihidroksi aldehit veya ketondurlar veya hidroliz edildiklerinde böyle bileşikler veren maddelerdir. . Kimyasal olarak hidroksil (-OH) grupları yanında serbest aldehit veya keton grubu içeren maddeler olarak da tanımlanabilir.

Bu sınıftaki çoğu bileşik için C:H:O oranı, 1:2:1 şeklindedir; genel formülleri (CH2O)n basit (kaba) formülüyle gösterilir. Bazı karbonhidratlar, (CH2O)n genel formülüne uymaz, bazıları hem bu formüle uymyabilir hem de azot, fosfor veya kükürt elementlerini de yapısında bulundurabilir.

Bu nedenle karbonhidrat yerine karbohidrat terimi de sıkça kullanılır

Karbonhidratların organizmada birçok fonksiyonu vardır: 1) Sofra şekeri ve nişasta insanların en çok tülkettiği bazı karbonhidratlardır. 2) Karbonhidratların oksidasyonu, çoğu nonfotosentetik hücrede temel enerji sağlayıcı yoldur. Kan şekeri vücudun en önemli karbonhidratı olan glukoz bileşiğidir, memeli dokularının en önemli yakıtıdır. 3) Suda çözünmez (İnsolubl= ingilizce insoluble) karbonhidrat polimerleri, bakteri ve bitki hücre duvarlarında ve hayvanların bağ dokularında yapısal ve koruyucu yapılar olarak görev yaparlar. 4) Bazı karbonhidrat polimerleri, iskelet eklemlerini kayganlaştırırlar ve hücreler arası yapışmayı sağlarlar. 5) Karbonhidratlar, vücutta lipidlerin, bazı amino asitlerin, glikolipidlerin, glikoproteinlerin ve proteoglikanların ön maddesidir, yani bu bileşikler karbonhidratlardan sentezlenebilir veya yıkımlarıyla da karbonhidratlar açığa çıkabilir.

Proteinlere ve lipidlere kovalent olarak bağlı bazı kompleks karbonhidrat polimerleri, molekülün intrasellüler (hücre içi) yerini veya metabolizmadaki yollarda ne tür tepkimelere dahil olacaklarını belirleyen sinyal olarak etki gösterirler.

Karbonhidratların Sınıflandırılışı:

Karbonhidratlar üç ölçüte göre sınıflandırılır: Molekülde(bileşikte) bulunan basit şeker birimlerinin sayısına göre sınıflandırma; Reaktif gruplarına göre sınıflandırma; Karbon zincirinin uzunluğuna göre sınıflandırma.

Moleküldeki basit şeker birimlerinin sayısına göre karbonhidratlar Genellikle üç büyük sınıfa ayrılarak incelenirler: 1)Monosakkaritler, 2) Disakkaritler ve Oligosakkaritler, 3) Polisakkaritler.Reaktif gruplarına göre yani yapılarında aldehid veya keton grubu taşımalarına göre aldo şekerler (aldoz) ve keto şekerler (ketoz) olmak üzere 2 gruba ayrılırlar.

Keto grubu içeren monosakkaridin isminin sonuna .-üloz eki gelir. (ksilüloz, ribüloz gibi)

Karbon zincirinin uzunluğuna göre ise karbonhidratlar Diozlar, Pentozlar, Triozlar, Heksozlar, Tetrozlar, Heptozlar olarak sınıflandırılırlar.

3

ECH Biyokimya

1) Monosakkaritler: Daha basit yapıya hidroliz edilemeyen, dolayısıyla “en küçük” karbonhidrat birimidir. Örnek monosakkaritler: glukoz, früktoz, galaktoz, ksiloz, arabinoz, riboz..

2) Disakkaritler ve Oligosakkaritler: Disakkaritler iki monosakkarit biriminin birleşmesinden meydana gelen karbonhidrat bileşiğidir.Sakaroz glukoz +fruktozMaltozGlukoz + Glukoz Laktoz Glukoz + Galaktoz

4

ECH Biyokimya

Oligosakkaritler ise 3-12 monosakkarit birimlerinden meydana gelir. Örneğin Dekstrin bir oligosakkaritdir.Doğada ve organizmada en yaygın bulunan monosakkaritler, trioz, pentoz ve heksozlardır. Heksozlardan en fazla bulunanları da glukoz, fruktoz, galaktoz ve mannozdur. Kan şekeri deyince, bir aldoheksoz olan glukoz anlaşılır. Aldopentoz olan riboz ve 2-deoksiriboz, nükleotitlerin ve nükleik asitlerin yapısında yer alır.

3) Polisakkaritler: Hidroliz yoluyla yıkılıdıklarında 12’den fazla monosakkarit oluşur. Eğer polisakkarid tek bir monosakkarid biriminden oluşmuşsa homopolisakkarid (nişasta, glikojen, inülin, dekstrinler, selüloz), birkaç farklı monosakkarit biriminden oluşmuşsa heteropolisakkarid adı verilir.Homopolisakkaritler, tek tip monomerik ünite içeren polisakkaritlerdir. Bunların bazıları, yakıt olarak kullanılan monosakkaritlerin depo formları olarak işlev görürler ve depo homopolisakkaritler olarak adlandırılırlar; bazıları ise bitki hücre duvarlarında ve hayvan dış kabuklarında yapısal elemanlar olarak işlev görürler ve yapısal homopolisakkaritler olarak adlandırılırlar. Bu iki gruba girmeyen homopolisakkaritler de vardır. Homopolisakkarid olarak bitkisel kaynaklı nişasta ve sellüloz, hayvansal kaynaklı ise Glikojen den bahsedebiliriz. Depo homopolisakkaritler (bazı kaynaklarda depo şeker olarak da geçer), organizmada yakıt olarak kullanılan monosakkaritlerin depo formları olarak işlev gören polisakkaritlerdir. Doğadaki en önemli depo homopolisakkaritler, bitki hücrelerinde nişasta, hayvan hücrelerinde glikojendir; her iki polisakkarit de intrasellüler olarak büyük kümeler veya granüller halinde meydana gelirler.

Heteropolisakkaritler genellikle karbonhidratların lipidler ve proteinlerle oluşturdukları komplekslerdir. Örneğin glikozaminoglikanlar, glikolipidler ve glikoproteinler.

Nişasta gibi hidrolizle yıkıldığında sadece glukoz monomerleri açığa çıkaran bileşiklere glukozan veya glukan denir. Nişasta yapısal olarak 2 farklı zincir formu içerir. Dallanmamış yapı olan amiloz nişastanın %15-20 kadarını oluştururken Temel zinciri ise nişastanın %80-85 kadarını oluşturan α-amilopektin’dir. Amilopektin yapı olarak α1-4 bağları içeren bir zincirdir ve her 24-30 glukoz

5

Heteropolisakkarit Dallanmamış Dallanmış 2 monomer Çok farklı monomer içeren tipi içeren

Homopolisakkarit Dallanmamış Dallanmış

Glikojen

Selüloz

Nişasta

ECH Biyokimya

Monosakkaritlerin izomerleri

Bir organik moleküldeki bir karbon atomuna dört farklı atom veya fonksiyonel grup bağlanmışsa, karbon atomunun asimetrik (şiral, kiral) olduğu ifade edilir. Asimetrik karbon atomu içeren molekül, uzayda farklı konfigürasyonlara sahip iki farklı formda bulunabilir ve bu formlar, molekülün stereoizomerleri olarak tanımlanırlar. Genel olarak, n sayıda asimetrik karbon atomu içeren bir molekülün 2n sayıda stereoizomeri vardır. Stereoizomerlerin özel bir sınıfı, enantiyomerler olarak adlandırılırlar ki bunlar, birbirinin aynı düzlemde üst üste gelmeyen ayna görüntüleridirler. Bir bileşiğin iki enantiyomeri, aynı kimyasal özelliklere sahiptirler, fakat polarize ışığın düzlemini çevirme yeteneği gibi karakteristik fiziksel özellikleri farklıdır; enantiyomerlerden birinin çözeltisi polarize ışığın düzlemini sağa (+) çevirir, diğerinin çözeltisi ise aynı derecede sola (-) çevirir. Polarize ışığın düzlemini sağa veya sola çeviren maddelere optikçe aktif maddeler veya optik aktif maddeler denir. Dihidroksi aseton hariç bütün monosakkaritler, bir veya daha fazla asimetrik karbon atomu içerirler; bu nedenle optikçe aktif izomerleri vardır. En basit aldoz olan gliseraldehit, bir asimetrik karbon atomu içerir; bu nedenle de iki farklı enantiyomeri vardır. Gliseraldehitin iki farklı formu, âdet üzerine D-gliseraldehit ve L-gliseraldehit olarak adlandırılırlar.

Organizmadaki önemli heksoz türevleri

Canlı organizmada bulunan heksozların çoğu D-izomerlerdir; örneğin kandaki glukoz, D-glukozdur.

Glukoz, galaktoz ve mannoz gibi basit heksozların türevlerinde, ana bileşikteki bir hidroksil grubu, bir başka yapı ile yer değiştirmiştir veya bir karbon atomu karboksilik asite okside olmuştur.

Fosfoşekerler, aminoşekerler, Deoksi şekerler, Aldonik asitler (ör: glukonik asit), Üronik asitler (ör Glukuronik asit), Sakkarik asitler (ör. müsik asit: Galaktozun sakkarik asididir), Şeker alkolleri (ör. Glukozdan sorbitol, mannozdan mannitol üretilir) organizmada önemli role sahip hekzos türevleridir.

6

Ayna

L-GliseraldehitD-Gliseraldehit

AynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAynaAyna

ECH Biyokimya

AMİNO ASİTLER VE PEPTİTLER

Amino asitler, yapılarında hem amino grubu (−NH2) hem de karboksil grubu (−COOH) içeren bileşiklerdir. Doğada 300 kadar farklı amino asit bulunmaktadır. Amino asitlerin standart amino asitler diye bilinen 20 tanesi, karakteristik sayı ve diziliş sırasında bir düz zincirde birbirlerine kovalent olarak bağlanarak proteinleri oluştururlar. Standart amino asitler, DNA tarafından kodlanan ve proteinleri oluşturan birimlerdir (proteinlerin monomeridir).

Bir standart aminoasit, polipeptit zinciri yapısına girdikten sonra, bir modifikasyona (değişime) uğrarsa Nonstandart(standart olmayan) aminoasitlere dönüşürler. Örneğin prolin aminoasiti kollajen içerisinde oksidasyona uğrayarak hidroksiproline dönüşür.

Enzimler ribonükleazlar hariç genellikle proteinlerden oluşur. Bu yüzden proteinlerin monomeri olan aminoasitler enzimlerin yapısında önemli rol oynarlar. Protein yapısına girdiklerinde serbest aminoasit özelliği taşımadıklarından genellikle aminoasit kalıntısı olarak adlandırılırlar.

Birçok enzim aktivitesi, serin, treonin ve tirozin aminoasit kalıntılarının fosforilasyonu ile düzenlenir. Glikoproteinlerde serin, treonin, asparajin aminoasitlerine, galaktoz, glukoz, mannoz, diğer şekerler veya oligosakkaritler bağlanmıştır. Tiroglobülin yapısındaki tirozin, tiroit hormonlarına (T3 ve T4) dönüştürülür.

Proteinlerin yapısında bulunmayan fakat hücrede çok değişik biyolojik fonksiyonlara sahip amino asitler de tespt edilmiştir.

Standart amino asitler

Aynı karbon atomuna bağlanmış bir amino grubu ve bir karboksil grubu içerirler. Fizyolojik pH’da, amino grubu proton taşır ve pozitif yüklüdür; karboksil grubundan ise proton ayrılmıştır ve negatif yüklüdür:Standart amino asitlerde amino ve karboksil gruplarının bağlı olduğu karbon atomu α-karbon atomu diye anılır. R grubu bir zincirde ek karbonlar içeriyorsa bu karbonlar β, γ, δ, ε gibi harflerle belirtilirler. Bir standart amino asit, hem proton donörü (asit) hem proton akseptörü (baz) olarak davranabilir. Hem proton donörü (asit) hem proton akseptörü (baz) olarak davranan maddelere amfoterik maddeler, amfolitler, amfoterik elektrolitler denir. Standart amino asitler, amfoterik maddeler (amfoterik elektrolit veya amfolit)’tirler:Standart amino asitler, üç harfli kısaltmalar ve tek harfli sembollerle gösterilirler

7

ECH Biyokimya

Standart amino asitler birbirlerinden yan zincirlerindeki yani R gruplarındaki yapı, büyüklük, elektrik yükü, amino asidin sudaki çözünürlüğüne etkisi bakımından farklıdırlar. Bazı amino asitler, fizyolojik pH’da, amino grubundaki pozitif yüke ve karboksil grubundaki negatif yüke ek olarak yan zincirde de bir yük taşımaktadırlar. Bazı yan gruplar polar iken bazı yan gruplar nonpolardır. Amino asitlerin fonksiyonları ve protein yapısındaki rolleri, yan zincirlerinin kimyasal özellikleri ile bağlantılıdır.

8

ECH Biyokimya

Standart amino asitler, R yan gruplarının yapısal özelliklerine göre yedi sınıfa ayrılırlar

1. Alifatik2. Sülfür

içeren3. Aromatik4. Nötral5. Asidik6. Bazik7. İmino

Asit

9

ECH Biyokimya

Bir peptitte serbest α-amino grubunu içeren amino asit kalıntısı amino-terminal (veya N-terminal) kalıntı, diğer uçtaki serbest karboksil grubu içeren kalmtı ise karboksil-terminal (veya C-terminal) kalıntıdır.R yan gruplarının biyolojik ortamdaki zelliklerine göre aminoasitler 5 grupta incelenir:Standart amino asitler R yan gruplarının özellikle polarite veya biyolojik pH’da su ile etkileşmeye eğilim özelliklerine göre de beş sınıfa ayrılırlar:

10

ECH Biyokimya

Amino asitler beslenme (biyolojik) duruma göre 3 grupta incelenir:

Esansiyel, yarı esansiyel ve esansiyel olmayan aminoasitler

Amino asitlerin bazıları vücutta sentezlenebildiği halde bir ısmının sentezi mümkün değildir. Vücudun sentezleyemediği ve besin yoluyla dışarıdan alınması zorunlu olan aminoasitlere “esansiyel amino asitler ” veya “ eksojen amino asitler ” denir

Val,, Leu, Ile, Phe, Trp, Thr, Met, Lys, His esansiyeldir

Vücutta sentezlenebilen ve dışarıdan besin yoluyla alınması zorunlu olmayanlara ise “esansiyel olmayan amino asitler ” veya “ endojen amino asitler ” denir Bu aminoasitlerin oluşturulması için 3 ana metabolik yol (yolak) ürünleri kullanılır: Glikolitik yolak ürünleri, TCA döngüsü ürünleri, Diğer aminoasitlerin metabolizması.

Ala, Ser, Asp, Asn, Glu esansiyel değildir

Hastalık, yaşlılık, büyüme ve gelişme gibi özel durumlarda artan ihtiyaç nedeniyle besin yoluyla alınması gerekli olan amine asitlere ise yarı esansiyel amino asitler denir.

Gly, Pro, Arg, Cys, Tyr, Gln yarı esansiyeldir.

Standard olmayan aminoasitler:

1) Posttranslasyonel modifikasyonlarla elde edilen amino asitler:Protein yapısına girmek üzere genetik olarak kodlanmış aminoasitlerden protein yapısına girdijkten sonra uğradıkları değişimlerle oluşurlar. Prolinden 4-hidroksi prolin (4-HO-Pro) Lizinden 5-HO-Lys, ve 6-N- Metil Lys, Glutamatdan γ-karboksi Glu elde edilir.Selenositeim amino asiti diğerlerinden farklı olarak serin amin asiti peptid zincirine girmeden Selenyum atomunun oksijen yerine geçmesiyle oluşur.

2) Protein yapısına girmeyen aminoasitler: Diğer aminoasitlerden sentezlenirler ve genetik olarak kodlanmadıkları için protein yapısında yer almazlar. Ancak bu aminoasitler metabolik öneme sahiptir.β-alanin: aspartat amino asitinden sentezleir, kaslarda karnesin ve anserin yapısında bulunur. Koenzim A yapısında pantotenik asitle beraber yer alır.GABA: γ-aminobutirikasit glutamatdan sentezlenir, santral sinir sistemi ve retinada bulunur. GABA ve β-alanin yapısal olarak aminoasit sayılmazlar. Ancak yapısal olarak aminoasit özelliğini koruyan diğer moleküller arasında üre döngüsünden ornitin ve sitrülin sayılabilir.

11

ECH Biyokimya

Peptid Bağı oluşumu:

Bir amino asidin −NH2 grubu ile bir başka amino asidin −COOH grubu arasından su çıkışıyla iki amino asit arasında peptit bağı oluşur ve böylece peptitler meydana gelir:

Metabolizmada yaygın olarak aminoasitlerin verdiği tepkimeler (detayları lipincott ve lehninger’da):

1) Transaminasyon tepkimesi Bir aa’nın α-amino grubunun bir ketoaside (α –ketoglutarat gibi)taşınmasıdır.

2) Oksidatif olan ve olmayan deaminasyon: Bir aa’nın α-amino grubunun aa yapısından ayrılarak (amonyak olarak) aa’dan ketoasit

oluşturulmasıdır. Serbest kalan amin grubu üre döngüsüne geçer.3) Dekarboksilasyon Bir aa’nın α-karboksil grubunun aa yapısından karbondioksit olarak

ayrılmasıdır.

Aminoasitlerin azot metabolzmasında Glutamat ve Glutamin aminoasitleri merkezi rol oynar.

PROTEİNLER

Proteinler, amino asitlerin belirli türde, belirli sayıda ve belirli diziliş sırasında karakteristik düz zincirde birbirlerine kovalent bağlanmasıyla oluşmuş polipeptitlerdir. Proteinler, amino asitlerin polimerleridirler.Proteinlerin yapılarında kovalent bağlar ve kovalent olmayan bağlar vardır. Proteinlerin yapılarındaki kovalent bağlar, peptit bağları ve disülfid bağlarıdır; kovalent olmayan bağlar ise hidrojen bağları, iyon bağları ve hidrofob bağlar (apolar bağlar)’dır.

Peptit bağları: Bir amino asidin α-karboksil karbonu ile bir başka amino asidin α-amino azotu arasında oluşan C-N bağlarıdır

12

ECH Biyokimya

Disülfid bağları: İki sistein kalıntısı arasında, sülfhidril (tiyol, SH) gruplarının H kaybetmeleri sonucu oluşan S-S bağlarıdır.

13

ECH Biyokimya

Hidrojen bağları: Polipeptit zinciri oluşturan peptit bağlarındaki rezonans veya mezomeri durumundan dolayı, oksijenlerin bilinen keto gruplarından daha negatif, azotların ise pozitif özellik taşımasının sonucu olarak, bir polipeptit zincirdeki bir peptit düzleminde bulunan oksijen atomu ile bir başka peptit bağı veya düzlemindeki azot atomu arasında, aradaki uzaklık yaklaşık 2,7 Ao olduğunda, hidrojen köprüsü şeklinde (C=O⋅⋅⋅H⋅⋅⋅N) oluşan bağlardır

İyon bağları: Polipeptit zincirlerindeki asidik ve bazik amino asit kalıntılarının fonksiyonel gruplarının fizyolojik pH’da tamamen veya kısmen iyonlaşmış halde bulunmalarının sonucu olarak, elektronegatif ve elektropozitif gruplar arasında gelişen elektrostatik çekim kuvveti ile (COO−⋅⋅⋅⋅⋅⋅H3N+) oluşan bağlardır.

Apolar bağlar (hidrofob bağlar): Polipeptit zincirindeki amino asit kalıntılarının metil grubu, alifatik grup, siklik grup gibi apolar kısımlarının birbirlerine yeter derecede yakın olmaları halinde geçici bir polarite göstermelerinin sonucu ortaya çıkan ve Van der Waals-London çekme kuvveti diye bilinen zayıf çekme kuvveti ile (CH3⋅⋅⋅⋅⋅CH3) oluşan bağlardır. Hidrofobik etkileşimler gerçek bağ değildirler; elektron paylaşımı yoktur. Hidrofobik etkileşimler, proteinlerin iç kısımlarının kararlı olarak devamlılığının sağlanmasında rol oynar.Proteinlerin yapısında itici güçler de bulunmaktadır: 1) Aynı yükü taşıyan gruplar arasında, iyonik güçlerin tersi olan, elektrostatik itme olur. 2) Çok yakın duran atomlar arasında Van der Waals itici güçleri vardırProtein moleküllerinin yapısı ve konformasyonuProteinlerde birinci (primer), ikinci (sekonder), üçüncü (tersiyer) ve dördüncü (kuarterner) yapı diye dört yapı tanımlanır:

14

ECH Biyokimya

Bir proteinin primer (birinci) yapısı, bir protein için karakteristik ve genetik olarak tespit edilmiş olan amino asit dizilişidir; belirli türde, belirli sayıda, belirli diziliş sırasında amino asitlerin birbirlerine peptit bağlarıyla bağlanarak

oluşturdukları bir polipeptit zinciri biçimindeki yapısıdır:

Bir polipeptitteki amino asit üniteleri, sıklıkla amino asit kalıntıları olarak isimlendirilirler. Basit olarak bir polipeptit zincirden ibaret olan protein, zincir başındaki amino asit kalıntısında serbest bir α-amino grubuna sahiptir; zincir sonundaki amino asit kalıntısında ise serbest bir α-karboksil grubuna sahiptir. Buna göre bir protein polipeptit zincirinin bir ucu amino terminal uç veya N-

terminal uç; diğer ucu karboksil terminal uç veya C-terminal uç olarak isimlendirilir

Polipeptit zincirinin omurgasındaki atomların 1/3’ünün hareketli, 2/3’ünün hareketsiz oluşu yüzünden omurgada bir yarı sertlik vardır

15

ECH Biyokimya

Bir proteinin sekonder (ikinci) yapısı, yarı sertleşmiş polipeptit zincirlerinin bükülmeler ve katlanmalarla oluşturdukları özgün kangallar biçimindeki yapısıdır.Bir proteinin sekonder yapısının oluşmasını ve sürdürülmesini sağlayan, primer yapı ile meydana gelen polipeptit omurgasının özelliği ve yan bağlardan özellikle hidrojen bağlarıdır.Bir proteinin primer yapısı yani polipeptit zinciri omurgası oluşur oluşmaz, özgün diziliş sırasındaki amino asit kalıntılarının R- yan gruplarından uzanan özel kimyasal gruplar, özgün katlanmalar yönetirler. Proteinler için, gelişigüzel sarmal (kangallanım, random coil), α-heliks yapısı ve β-konformasyonu veya kırmalı tabaka yapısı olmak üzere üç değişik sekonder yapı tanımlanır

Proteinlerin β-konformasyonu veya kırmalı tabaka yapısı tipi sekonder yapısında, molekülün şekli, kırmalı tabakalı görünümdedir

Proteinlerin kırmalı tabaka yapısı tipi sekonder yapısında, polipeptit zincirdeki amino asit kalıntılarının R- grupları, ya aynı yönde sıralanma ile paralel dizilme gösterirler, ya da zıt yönlerde sıralanma ile antiparalel dizilme gösterirler. Beta dönüşler küçük ve rijit aminoasitlerin varlığında oluşur. Parallel ve antiparallel yapılar arasında geçişi sağlayabilir.

16

ECH Biyokimya

Proteinlerin α-heliks yapısı tipi sekonder yapısında, polipeptit omurgası, oluşması mümkün olan bütün hidrojen bağlarının oluşması için, kıvrımları sağa dönen bir heliks biçiminde bükülmüştür

Bir proteinin tersiyer (üçüncü) yapısı, polipeptit zincirinin, sekonder yapı oluşumundan sonra, daha önce açıklanan bağlayıcı güçlerin hepsinin toplamı ile uzayda daha ileri katlanmalar veya lifler halinde düzenlenme sonucu oluşan globüler veya fibriler yapısıdır

Bir proteinin tersiyer yapısının oluşmasına ve bu yapının sürdürülmesine, primer ve sekonder yapının oluşmasına katılan bağlardan başka Van der Waals çekimleri ve iyon bağları da katılır. Böylece, üç boyutlu, tam konformasyonlu ve yoğunlaşmış protein molekülü meydana gelir.

Bir proteinin kuarterner (dördüncü) yapısı, primer, sekonder ve tersiyer yapıya sahip polipeptit zincirlerinin daha büyük yapılı agregatlar halinde biraraya gelmesiyle oluşan yapıdır:

Her proteinin kuarterner yapısı olmayabilir, fakat molekül ağırlığı 100.000’nin üzerinde olan bir protein genellikle kuarterner yapıya sahiptir. Bir proteinin kuarterner yapısını oluşturan polipeptit zincirlerinin her birine alt birim veya monomer denir; bu monomerler, hidrojen bağları, Van der Waals çekmeleri ve iyon bağları etkisiyle polimerize olmuşlardır. Bir proteinin kuarterner yapısını oluşturan monomerlerin reverzibl düzleşmeleri veya ayrılmaları, konformasyon değişikliğine yol açar. Proteinlerin spesifik

17

ECH Biyokimya

biyolojik fonksiyonları bunların konformasyonlarına bağlı olduğundan, konformasyonda meydana gelen değişiklik, proteinin biyolojik aktivitesinin kaybolmasına neden olabilir.

Proteinlerin özellikleri

1-Proteinler, çeşitli etkilerle denatüre olurlar. Bir proteinin denatürasyonu, molekülündeki yan bağların yıkılması ile polipeptit zincirin katlarının açılması, gelişigüzel kangallanım yapısına dönüşmesi, sonra yeni bir biçimde yeniden katlanması olayıdır.

Bir proteinin denatürasyonu, proteinin tersiyer yapısının bozulması, sekonder ve primer yapısının korunması biçiminde olursa reversibl (geri dönüşümlü)’dür. Denatüre olmuş bir proteinin tekrar eski haline dönmesine renatürasyon denir. Bir proteinin denatürasyonu, proteinin tersiyer ve sekonder yapısının bozulması, yalnızca primer yapısının korunması biçiminde olursa irreversibl (geri dönüşümsüz)’dür.

Bir proteinin denatüre olmasıyla fiziksel ve kimyasal özelliklerinde değişmeler görülür. Proteinin çözünürlüğü çok azalır, biyolojik aktivitesi kaybolur.

Bir proteinin denatürasyonu, çoğu kez hidrojen bağlarını yıkan etkilerle olur. Bir proteinin denatürasyonuna neden olan etkiler şunlardır: Isı, X-ışını ve UV ışınlar, ultrason, uzun süreli çalkalamalar, tekrar tekrar dondurup eritmeler, asit etkisi, alkali etkisi, organik çözücülerin etkisi, derişik üre ve guanidin-HCl etkisi, salisilik asit gibi aromatik asitlerin etkisi, dodesil sülfat gibi deterjanların etkisi.

2-Proteinler, amfoter maddeler yani amfoter elektrolit veya amfolittirler; hem asit hem baz gibi davranma özellikleri vardır.

Bir protein molekülü, her protein için farklı ve karakteristik olan, proteindeki elektriksel yüke sahip R- gruplarının sayıları ve elektriksel yüklerinin çeşidi tarafından belirlenen ve izoelektrik nokta diye tanımlanan bir pH değerinde iyonlaşmış fakat dış ortama karşı elektriksel yönden nötral bir yapıdadır

(H2N-⋅⋅⋅⋅⋅-COOH) ↔(H3N+-⋅⋅⋅⋅-COO− )

Proteinlerin yapılarına göre sınıflandırılmaları

A) Basit proteinler, yalnızca amino asitlerden oluşmuş; hidroliz olduklarında sadece amino asitleri veren, polipeptit zincirleri yapısındaki proteinlerdir. Basit proteinler, değişik niteliklerine göre alt gruplara ayrılarak incelenirler:

1) Globüler proteinler: Molekülünün üç boyutlu şekli rotasyon elipsoid biçiminde olan proteinlerdir. Globüler proteinler de albüminler, globülinler, globinler, glutelinler, prolaminler, protaminler, histonlar gibi alt gruplara ayrılırlar

18

ECH Biyokimya

2) Fibriler proteinler: Molekülünün üç boyutlu şekli çok gerilmiş elipsoid biçiminde olan proteinlerdir.

Boynuz, kıl, yün, saç ve tırnaklarda bulunan keratin; bağ doku, kemik, kıkırdak ve tendonlarda bulunan, organizma proteinlerinin yarısından çoğunu oluşturan kollajen; ligament ve diğer destek dokularda bulunan elastin; ipek fibroini, önemli skleroproteinlerdir.

B) Bileşik proteinler (Konjuge proteinler) amino asitlerden oluşmuş polipeptit zincirlerinin prostetik grup denen yapılara bağlanmasıyla oluşmuş; hidroliz edildiklerinde amino asitlerden başka değişik nitelikte kimyasal maddeler de veren proteinlerdir.

Glikoproteinler: Prostetik grubu karbonhidrat olan bileşik proteinlerdir; %1-80 arasında değişen oranda karbonhidrat içerirler. Glikoproteinlerin genellikle karbonhidrat oranı %4’ten az olanlarına glikoprotein; %10-20 arasında değişenlere mukoprotein, karbonhidrat oranı proteinden fazla olanlarına mukoid adı verilir.

Lipoproteinler: Proteinlerin lipidlerle oluşturdukları bileşik proteinlerdir; değişik oranlarda trigliserid, kolesterol ve fosfolipid içerirler. Lipoproteinler, önemli oranlarda lipid içermelerine karşın suda çözünürler; böylece kandaki lipidleri taşırlar. Lipoproteinin protein kısmına apolipoprotein veya apoprotein denir

Fosfoproteinler: Prostetik grup olarak fosfat içeren bileşik proteinlerdir. Fosfoproteinlerde, proteinin yapısındaki serin, tirozin ve treonin gibi amino asidi kalıntılarının hidroksil grupları fosforik asitle esterleşmiştir.

Nükleoproteinler: Protaminler, histonlar ve diğer basit proteinlerin nükleik asitlerle bağlanması sonucu oluşmuş bileşik proteinlerdir.

Metalloproteinler: Prostetik grup olarak Fe, Cu, Zn gibi ağır metalleri içeren bileşik proteinlerdir. Demirli metalloproteinlerden ferritin ve transferrin, bakırlı metalloproteinlerden seruloplazmin, önemli metalloprotein örnekleridirler.

Proteinlerin biyolojik rollerine göre veya fonksiyonel olarak sınıflandırılmaları 1) Katalitik proteinler: Biyokimyasal reaksiyonları katalize eden enzimler, yüksek derecede spesialize proteinlerdir. Amilaz, pepsin, lipaz önemli katalitik protein veya enzim örnekleridirler. 2) Taşıyıcı proteinler (transport proteinleri): Spesifik molekülleri veya iyonları bağlayıp bir organdan bir başka organa veya hücre membranının bir tarafından diğer tarafına transport eden proteinlerdir. Serum albümin, en iyi bilinen taşıyıcı proteindir; bilirubin, kalsiyum, yağ asitleri ve birçok ilaç serum albümine bağlanarak taşınır. Hemoglobin, oksijen taşıyan; lipoproteinler, lipid taşıyan; transferrin, demir taşıyan önemli taşıyıcı protein örnekleridirler. Bütün organizmaların plazma membranlarında ve intrasellüler membranlarında bulunan taşıyıcı proteinler, glukoz, amino asitler ve diğer maddeleri bağlarlar; bunları membranın bir tarafından diğer tarafına taşırlar. 3) Besleyici ve depo proteinler: Yumurta akının esas proteini ovalbümin, sütün esas proteini kazein besleyici proteinlerdir; bir çok bitki tohumu da

19

ECH Biyokimya

çimlenen tohumun büyümesi için gerekli besleyici proteinleri depolamıştır. Ferritin, demir depolayan proteindir. 4) Kontraktil proteinler: Kasılabilen veya kendiliğinden hareket edebilen proteinlerdir. Miyozin ve aktin, iskelet kaslarının kontraktil sisteminde ve aynı zamanda bir çok kas olmayan hücrede işlev görür. Tubulin, mikrotubilleri oluşturan proteindir. Hücrelerde bulunan mikrotubuller, hücreleri yürütmek için kamçı ve kirpiklerdeki dynein proteini ile birlikte hareket eder. 5) Yapısal proteinler: Tendonların ve kıkırdağın esas yapısını, çok yüksek gerilme gücüne sahip kollajen oluşturmuştur; kösele, hemen hemen saf kollajendir. Ligamentler, iki boyutta gerilme yeteneğinde bir yapısal protein olan elastin içerirler. Saç, tırnak ve tüyler, keratin içerirler. İpek liflerinin ve örümcek ağlarının esas komponenti fibroindir. Bazı böceklerin kanat eksenleri, resilinden yapılmıştır. 6) Savunma (defans) proteinleri: Organizmaları diğer türler tarafından istilaya karşı savunan, organizmayı hasardan koruyan proteinlerdir. İmmünoglobülinler, omurgalıların lenfositleri tarafından yapılan, spesialize (özgülleşmiş) proteinlerdir; organizmayı istila eden bakterileri, virüsleri veya başka türe ait yabancı proteinleri (antijenler) tanıyabilirler ve presipite edebilirler (çöktürebilirler) veya nötralize edebilirler. Fibrinojen ve trombin gibi kan pıhtılaşma proteinleri, vasküler sistem yaralandığında yaralanan yerin kan pıhtısı ile kapatılarak kan kaybının önlenmesini sağlarlar. Yılan zehirleri, bakteriyel toksinler ve risin gibi toksik bitki proteinleri, aynı zamanda savunucu fonksiyonlara sahip gibi görünmektedirler. Savunma proteinlerinin fibrinojen, trombin ve bazı zehirler dahil bazıları, aynı zamanda enzimdirler. 7) Düzenleyici proteinler: Sellüler düzenleme veya fizyolojik aktiviteye yardım eden proteinlerdir. İnsülin, büyüme hormonu gibi bazı hormonlar, düzenleyici proteinlerdir; insülin, şeker metabolizmasının düzenlenmesinde etkilidir; büyüme hormonu ise büyümenin düzenlenmesinde etkilidir. Bir çok hormonal sinyal için sellüler yanıta, sıklıkla G proteinler denen, GTP-bağlayan proteinler sınıfı aracı olur. Bazı düzenleyici proteinler, DNA’yı sarar; enzimlerin ve RNA moleküllerinin biyosentezini düzenlerler. 8) Diğer proteinler: Fonksiyonları henüz daha fazla bilinmeyen ve kolayca sınıflandırılmayan çok sayıda proteindir.ENZİMLER

Enzimler, biyolojik sistemlerin reaksiyon katalizörleridirler; biyokimyasal olayların vücutta yaşam ile uyumlu bir şekilde gerçekleşmesini sağlayan kimyasal ajanlardır.

Biyolojik katalizörler olarak da tanımlanan enzimler, biyomoleküllerin yıkıldığı, kimyasal enerjinin depolandığı ve şeklinin değiştirildiği, basit prekürsörlerden (öncül bileşiklerden) biyolojik makromoleküllerin yapıldığı metabolik yollarda yüzlerce reaksiyon basamağını katalize ederler. Enzimlerle katalize edilen tepkimeye katılan kimyasal moleküllere substrat adı verilir

20

ECH Biyokimya

Enzimler, spesifik kimyasal reaksiyonları hızlandırırlar; substratları için yüksek derecede spesifiteye sahiptirler; sulu çözeltilerde çok ılımlı sıcaklık ve pH durumları altında fonksiyon gösterirler.

Katalitik RNA moleküllerinin (ribonukleazlar gibi) küçük bir grubu hariç bütün enzimler proteindirler. Bu nedenle enzimler, proteinlere ait tüm yapısal özellikleri gösterirler. Bazı enzimler aktivite için, protein yapıyı oluşturan amino asit kalıntılarından başka kimyasal komponent gerektirmezler. Bazı enzimler ise kofaktör diye adlandırılan bir ek kimyasal komponent gerektirirler. Kofaktör, ya Fe2+,

Mg2+, Mn2+, Zn2+ gibi bir veya daha fazla inorganik iyon ya da koenzim denen organik veya metalloorganik kompleks bir moleküldür.Kofaktör olarak işlev gören inorganik iyonlar ve ilgili bazı enzimler şunlardır:

Kofaktör olarak işlev gören koenzimler, genellikle suda çözünen bir vitamin türevidir. Bazı enzimler amino asit kalıntılarıdışında aktivite için kimyasal gruplara gereksinmez. Diğerleri kofaktör olarak adlandırılan Fe+2, Mg+2, Mn+2veya Zn+2 gibi (Tablo 8-1) bir veya daha fazla inorganik iyona veya koenzim olarak adlandırılan kompleks organik ve metaflöorganik' moleküllere gereksinil-. Bazı enzim aktiviteleri için hem koenzime lıem de bir va da birden fazla metaliyonuna gereksinir. Enzim proteinine çok_sıkı olarak veya hatta kovalent olarak bağlanan bir koenzim veya metal iyonu bir prostetik grup olarak adlandırılır. Metal iyonlarıyla ve/veya koenzimiyle birlikte katalitik olarak aktif olan bir enzim holo enzim olarak

adlandırılır. Bu gibi enzimlerin protein kısmı apoenzim veya apoprotein olarak adlandırılır. Koenzim- ler özgül işlevsel gruplarm geçici taşıyıcısı olarak işlev yapar. Koenzimler çoğunlukla diyette küçük miktarlarda bulunan gerekli organik besinler olan vitaminlerden türer.

Birçok enzim, substratlarının adına veya aktivitelerini tanımlayan bir kelime veya sözcük grubuna “az” soneki ekleyerek adlandırılır. Üreaz, amilaz, arjinaz, proteaz ve lipaz, substratı tanımlayan; DNA polimeraz, laktat dehidrojenaz ve adenilat siklaz, tepkimeyi tanımlayan adlandırmalardır. Üreaz, ürenin hidrolizini katalize eden; DNA polimeraz ise DNA’nın sentezini katalize eden enzimdir. Pepsin, tripsin, amigdalin, pityalin, zimaz gibi, substratlarını veya aktivitelerini tanımlamayan, genel bir tanıma uymayan enzim isimleri de kullanılmıştır.

21

ECH Biyokimya

Karışık isimlendirmelerin sonucu olarak bazen aynı enzim için iki veya daha fazla ad kullanılmıştır; bazen de iki farklı enzim için aynı ad kullanılmıştır. Böyle belirsiz anlamlılıklar ve yeni olarak keşfedilen enzimlerin sürekli artan sayısı nedeniyle, uluslararası anlaşmalar vasıtasıyla, enzimlerin isimlendirilmesi ve sınıflandırılması için bir sistem

benimsenmiştir. Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği (IUBMB) tarafından önerilen ve benimsenen sistematik adlandırmada enzimler, altı büyük sınıfa ayrılırlar, her sınıfın da katalizlenen reaksiyon tipine dayanan alt sınıfları vardır:

Enzim katalizi Canlı sistemler için reaksiyonların enzimatik katalizi esastır; biyolojik olarak uygun şartlar altında katalizlenmeyen reaksiyonlar, yavaş olmak eğilimindedirler Biyomoleküllerin çoğu, hücre içinde bulunan nötral pH, ılımlı sıcaklık ve sulu çevrede oldukça stabildirler. Yiyeceklerin sindirilmesi, sinir sinyallerinin gönderilmesi veya kasların kasılması için gerekli reaksiyonlar, kataliz olmadan yararlı bir hızda meydana gelmez. Bir enzim, belli bir reaksiyon için enerjetik olarak daha uygun spesifik bir ortam sağlayarak bu problemleri atlatır.

Enzimle katalizlenen bir reaksiyonun ayırt edici özelliği, enzim üzerinde aktif merkez denen bir cep sınırları içinde meydana gelmesidir. Aktif merkez, enzim molekülü üzerinde, substrat bağlama özelliğine sahip özel bölgedir. Aktif merkez tarafından tutulan ve enzimin etki ettiği molekül, substrat diye adlandırılır.

Burada E enzimi, S substratı, P ürünü gösterir; ES enzim-substrat kompleksi, EP enzim-ürün

kompleksidir. Enzim-substrat kompleksi, enzim etkisi için temeldir.

Bir kimyasal reaksiyonda belirli bazı maddelerden (substratlar, S) belirli başka bazı maddeler (ürünler, P) oluşur. Geçiş düzeyi kuramına göre, her kimyasal tepkimede, substrat ve ürünler arasında kararsız bir ara ürün oluşumu öngörülür; geçiş durumundaki kararsız bileşik, kararlı temel bileşiklere göre daha çok serbest enerji içerir ve daima daha kararlı bir bileşiğe dönüşmek üzere parçalanır. Bir kimyasal reaksiyonda geçiş durumuna ulaşmak için gerekli enerji, aktivasyon enerjisi olarak bilinir.

Enzim kinetikleri Enzimatik reaksiyonların hızlarının deneysel parametrelerdeki değişmelerle nasıl değiştiklerinin incelenmesi, enzim kinetikleri olarak bilinir. Enzimler, hücrelerden

22

ECH Biyokimya

izole edilebilirler ve laboratuvarda bir test tüpünde özellikleri incelenebilir. Tıpta tanı ve hastalığı takipte vücut sıvı ve dokularındaki özgün enzim aktivitelerinin ölçümü, biyokimyasal analizlerin vazgeçilmez uygulamasıdır.Bir enzimatik reaksiyonun hızı, enzim etkisiyle zaman birimi başına (1 dakikada veya 1 saniyede) oluşan ürünün veya ürüne dönüşen substratın miktarına göre ifade edilir. Bir enzimin bir doku ekstratı veya biyolojik bir sıvı içindeki miktarını ölçmek için, örnek içinde bulunan enzimin katalize ettiği tepkimenin hızı ölçülür; ölçülen hız, var olan aktif enzimin miktarıyla doğru orantılıdır. Ancak birçok enzimin saf örnekleri olmadığından veya miktarlarını saptamak zor olduğundan bu enzimlerin miktarları yerine aktivite ünitesi kullanılır; çeşitli enzimatik reaksiyonların hızlarının farklı olması, ilgili enzimlerin aktivitelerinin veya etkinliklerinin farklı olmasıyla açıklanır. Bir enzimin aktivitesi, o enzim tarafından katalizlenen enzimatik reaksiyonun hızının, enzim etkisiyle optimal koşullarda belirli sürede ürüne dönüştürülen substrat miktarına göre ifadesidirEtkinliği veya aktivitesi fazla olan bir enzim, belirli bir sürede daha fazla substrat molekülünü ürün haline dönüştürür. Optimal pH, 25oC sıcaklık ve doyurucu substrat konsantrasyonunda bir tek enzim molekülü tarafından birim zamanda ürüne dönüştürülen substrat molekülü sayısına, enzime ait dönüşüm sayısı denir ve kısaca kcat sembolü ile gösterilir. En çok kullanılan enzim aktivitesi birimi, IU’dir. 1 IU enzim aktivitesi, optimal koşullarda, 1 dakikada 1μmol substratı değiştiren enzim etkinliğini ifade eder ki bu da 1 saniyede 16,67 nmol substratın ürüne dönüştürülmesine karşılıktır

Enzim aktivitesi, spesifik aktivite olarak da ifade edilir. Bir enzim için spesifik aktivite, 1 mg enzim proteini başına düşen enzim ünitesi (IU veya katal) sayısıdır. Aktivite tayini yapılan biyolojik örnekteki enzim saflığı arttıkça spesifik aktivite de yüksek olur.

Enzimatik bir reaksiyonun hızını etkileyen faktörler

Enzimatik bir reaksiyonun hızını etkileyen birçok faktörden bazıları şunlardır: Enzim konsantrasyonu, substrat konsantrasyonu, pH, ısı veya sıcaklık, zaman, ışık ve diğer fiziksel faktörler, iyonların doğası ve konsantrasyonu, hormonlar ve diğer biyokimyasal faktörler, reaksiyon ürünleri.

Her enzimin maksimum aktivite gösterdiği bir pH değeri vardır ki bu pH değerine enzimin optimal pH değeri denir.

Enzimatik reaksiyonun hızının maksimum olduğu sıcaklık derecesine optimal sıcaklık denir. Enzimlerin en büyük kısmı için optimal sıcaklık, ilgili enzimin bulunduğu hücre ortamının sıcaklığında veya onun biraz üzerinde olmak üzere 40-60oC’dir. Doğal sıcak su kaynaklarında çoğalmak üzere adapte olan mikroorganizmalardan elde edilen enzimler, suyun kaynama noktasına yakın optimal sıcaklık gösterirler.

Bir enzim tarafından katalizlenen bir reaksiyonun hızı, zamanla azalır. Bunun sebebi, reaksiyon ürünlerinin kendi aralarında birleşerek aksi yönde bir reaksiyon meydana getirmeleri, enzimin zamanla inaktive olması, reaksiyonu önleyen maddelerin oluşması ve substratın tükenmesidir.

23

ECH Biyokimya

Enzimlerle yapılan ölçümler, çoğu kez substratın yaklaşık %10 kadarının kullanıldığı reaksiyonun başlangıç kısmında yapılır.

LİPİTLER

Lipidler, biyolojik kaynaklı organik bileşiklerdir. Yapılarında C, H, O bulunur; ayrıca N, P, S gibi elementler de bazı lipidlerin yapısına girerler; O miktarı, C ve H atomlarına oranla daha azdır.

Yağ asitlerinin esterleridirler ya da esterleşebilen bileşiklerdir; temel yapı taşları yağ asitleridir.

Lipidler, suda çözünmeyen, apolar veya hidrofob bileşiklerdir. Ancak yapılarında hidroksil (−OH) ve karboksil (−COOH) grupları gibi polaritesi fazla olan hidrofilik grupları fazla miktarda içeren lipidler suda kısmen çözünebilirler.

Lipidler, kloroform, eter, benzen, sıcak alkol, aseton gibi organik çözücülerde çözünebilirler; bulundukları bitkisel ya da hayvansal dokulardan bu çözücülerle ekstrakte edilebilirler.

Lipidlerin enerji değerleri yüksektir; ancak yanma için karbonhidrat ve proteinlerden daha fazla oksijene gereksinim gösterirler

Yağ asitleri

Yağ asitleri, hidrokarbon zincirli monokarboksilik organik asitlerdir; yapılarında, 4-36 karbonlu hidrokarbon zincirinin ucunda karboksil grubu bulunur

Doğal yağlarda bulunan yağ asitlerinin karbon atomu sayısı çifttir. Yağ asitlerinin yapısında yer alan hidrokarbon zinciri karbonları, −COOH karbonundan itibaren isimlendirilir; −COOH karbonuna komşu ilk karbon atomuna α-karbon, ikinciye β-karbon, üçüncüye γ-karbon denir; en sonda yer alan metil grubunun karbonu ise ω-karbon olarak isimlendirilir

Ya ğ asitlerinin s ı n ı fland ı r ı lmalar ı Doymuş (satüre) yağ asitleri: Hidrokarbon zincirleri çift bağ içermeyen ve dallanmamış olan yağ asitleridirler. En basit doymuş yağ asidi, 2 karbona sahip asetik asittir

Doymamış (ansatüre) yağ asitleri: Hidrokarbon zincirinde bir veya daha fazla çift bağ içeren yağ asitleridirler

24

ECH Biyokimya

Hidrokarbon zincirinde bir çift bağ içeren doymamış yağ asitleri, monoansatüre (monoenoik) yağ asitleridirler; iki veya daha fazla çift bağ içeren doymamış yağ asitleri, poliansatüre yağ asitleridirler.

İnsan vücudunda en fazla bulunan yağ asitleri de şunlardır: %45-50 oleik asit, %25-27 palmitik asit, %7 palmitoleik asit, %8 linoleik asit ve linolenik asit, %6 stearik asit, %2 araşidonik asit ve daha yüksek poliansatüre yağ asitleri.Ek gruplu yağ asitleri: Hidrokarbon zincirlerinde hidroksil grubu veya metil grubu gibi ek gruplar içeren yağ asitleridirler

Trigliseridler (triaçilgliseroller, nötral yağlar, yağlar) Gerek hayvansal yağlar gerekse bitkisel yağlar, yağ asitlerinin gliserin (gliserol) ile oluşturdukları oldukça kompleks esterlerdir; bu esterlere gliserid adı verilir. Gliserinin bir alkol grubu bir molekül yağ asidi ile esterleşirse monogliserid meydana gelir; gliserinin iki alkol grubu iki molekül yağ asidi ile esterleşirse digliserid meydana gelir; gliserinin üç alkol grubu da üç yağ asidi ile esterleşirse trigliserid meydana gelir

NÜKLEOTIDLER VE NÜKLEIK ASITLERNükleotidler, bütün hücrelerdeki metabolik süreçleri (temel olarak biyosentezleri) yürüten enerjice zengin bileşiklerdir; hücre metabolizmasına çok önemli destekleyici rollerinin çokluğu ile bizzat katılan biyomoleküllerdir. Nükleotidler, aynı zamanda hormonlara ve diğer ekstrasellüler uyarılara cevap veren sellüler sistemlerde kimyasal sinyal olarak görev görürler; ayrıca bir grup enzim için kofaktör ve metabolik ara ürünlerin yapısal komponentleridirler.

25

ECH Biyokimya

Nükleik asitler, nükleotidlerin polimerleridirler ve bir hücrede meydana gelen her şey için önceden planlayıcıdırlar. Başlıca nükleik asitler, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)’dır.

Nükleotidlerin bileşenleri Nükleotidler, bir azotlu baz, bir pentoz ve bir fosfat olmak üzere üç karakteristik komponente sahiptirler. Azotlu baz ve pentozun birbirine β-N-glikozit bağıyla bağlanmasıyla nükleozid oluşur, nükleozide fosfatın bağlanmasıyla nükleotid (mononükleotid, nükleozid monofosfat) oluşur:

26

ECH Biyokimya

HORMONLAR

Hormon tanımı ve hormonların temel özellikleri Hormon terimi, yunanca kökenden gelmektedir; uyarmak, canlandırmak anlamındadır. Hormonlar, klasik anlamda, endokrin organlar diye bilinen hipofiz, böbrek üstü bezleri, tiroit, paratiroit, gonatlar gibi kanalsız iç salgı bezlerinde sentez edilen ve kanla taşınarak gittikleri belli hedef doku hücrelerinde etki gösteren organik bileşiklerdir. Klasik hormon tanımına uymayan, fakat hormon etkisi gösteren bileşikler de vardır: Hipotalamik düzenleyici hormonlar, hipotalamusta sentez edilirler, hipofizer portal sistem vasıtasıyla taşınırlar ve kısa mesafedeki hipofizin sekretuvar hücrelerini etkilerler. Antidiüretik hormon (ADH) ve oksitosin, hipotalamusta sentez edilirler, nöronlarla hipofize taşınırlar ve gerektiğinde salgılanmak üzere burada depolanırlar. Prostaglandinler, hemen hemen tüm dokularda sentezlenirler, yakında ve uzakta etkili olurlar. Gastrin, sekretin, somatostatin gibi bazı hormonlar gastrointestinal sistemin spesial hücrelerinde sentezlenirler, lokal diffüzyonla parakrin etki gösterirler. Anjiotensin, karaciğer kökenli prekürsörden spesifik enzimatik etki ile oluşur:

27

ECH Biyokimya

Hormonların kimyasal yapıları heterojendir. Tirotropin salıverici hormon (TRH, TRF) ve diğer hipotalamus hormon veya faktörleri, adrenokortikotropik hormon (ACTH, kortikotropin) ve diğer hipofiz ön lop hormonları, antidiüretik hormon (ADH, vazopressin), oksitosin, insülin, glukagon, parathormon, kalsitonin, hormon olarak kabul edilen gastrointestinal polipeptitler, peptit veya protein yapısında hormonlardır. Katekolaminler (adrenalin, noradrenalin, dopamin), tiroit hormonları (tiroksin, triiyodotironin), amino asit türevi hormonlardır. Glukokortikoidler (kortizol, kortizon), mineralokortikoidler (aldosteron), cinsiyet hormonları (östrojenler, progesteron, testosteron), steroid yapıda hormonlardır. Prostaglandinler, lökotrienler, tromboksanlar, eikozanoid yapıda hormonlardır.

Hormonların hepsi uyarıcı değildir; bazıları inhibitör etkilidir. Örneğin somatostatin, diğer bazı hormonların sekresyonunu azaltır; epinefrin (adrenalin), bazen stimulatör bazen inhibitör etkilidir. Hormonların sekresyon hızı sabit değildir; hormona duyulan gereksinim ve hormonun inaktivasyon hızı ile düzenlenir.Hormonların bazıları depolanma özelliği gösterir. Katekolaminler (adrenalin ve noradrenalin), adrenal medülla ve sinir uçlarında hormon-kromogranin a-ATP kompleksi şeklinde depolanırlar; tiroit hormonları, tiroit bezinde depolanırlar. Steroid hormonlar depolanma özelliği göstermezler. Hormonlar, dolaşımda serbest veya transport proteinlere bağlı olarak bulunurlar; peptit yapıda hormonlar ve katekolaminler serbest formdadırlar, steroidler ve tiroit hormonları transport proteinlere bağlı olarak taşınırlar. Hormonun sadece serbest formu biyolojik olayları regüle edebilir. Hormonların bazı etkileri, büyüme faktörleri, histamin, serotonin gibi bazı biyolojik aktif maddeler tarafından gösterilebilir ki endokrin organlardan salgılanmayan fakat hormon etkisi gösteren böyle maddeler doku hormonları olarak adlandırılırlar. Hormonların başlattıkları yanıt uzun sürelidir; hormon ortadan kaybolduktan sonra da devam eder. Hedef dokuların hormona fizyolojik yanıtı, yaş ve genetik yapıya bağlıdır.Hormonların salgılandıkları yere göre sınıflandırılmaları1) Hipotalamus hormonları2) Hipofiz hormonları3) Epifiz (pineal bez) hormonu: Melatonin. 4) Timus hormonları: Timik hormonlar. 5) Tiroit hormonları: Tiroksin (T4), triiyodotironin (T3), Kalsitonin. 6) Paratiroit hormonu: Parathormon (PTH, PH). Paratiroit hormonu ve kalsitonin, hormon olarak da kabul edilen 1,25-dihidroksikolekalsiferol (Aktif vitamin D3) ile birlikte kalsiyum ve fosfor metabolizmasını etkileyen hormonlar olarak bilinirler. 7) Pankreas hormonları: İnsülin, glukagon.8) Böbrek üstü bezi (sürrenal) hormonları

28

ECH Biyokimya

Korteks hormonları: Glukokortikoidler [Kortizon, Kortizol (Hidrokortizon), Kortikosteron], Mineralokortikoidler (aldosteron), Sürrenal korteks androjenleri [Androstenedion, Dehidroepiandrosteron (DHEA)]. Medülla hormonları: Katekolaminler [Adrenalin (Epinefrin), Noradrenalin (Norepinefrin)].9) Cinsiyet bezleri hormonları Erkek cinsiyet hormonları: Androjenler (Testosteron, Dehidroepiandrosteron (DHEA), Androstenedion). Dişi cinsiyet hormonları: Östrojenler [Östradiol (E2), Östriol (E3)], Gestajenler (Progestron).Hormonların kimyasal yapılarına göre sınıflandırılmaları1) Peptid veya protein yapısındaki hormonlar: Hipotalamus hormonları, hipofiz ön lop ve arka lop hormonları, pankreas hormonları, parathormon, kalsitonin, hormon olarak kabul edilen gastrointestinal polipeptidler. 2) Amino asit türevi hormonlar: Adrenal medülla hormonları (Katekolaminler), tiroit hormonları (T4 ve T3) 3) Steroid hormonlar: Adrenal korteks hormonları (Kortikosteroidler), cinsiyet hormonları. 4) Eikozanoidler: Prostaglandinler, lökotrienler, tromboksanlar.

Hormonların etki mekanizmalarına göre sınıflandırılmaları Bazı hormonlar, etkilerini hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanarak gösterirler; bazı hormonlar ise nükleer düzeyde veya gen aktivasyonu suretiyle gösterirler:Endokrin, parakrin ve otokrin hormonlar olarak adlandırılırlar.Gastrointestinal polipeptitler, kanla taşınarak uzaktaki hedef hücreye etkili olabilirler (endokrin etki); yakındaki hedef hücreye etkili olabilirler (parakrin etki); nöronla taşınarak hedef hücreye etkili olabilirler (nörokrin etki); üretildikleri hücrede etkili olabilirler (otokrin etki).

29