Biyokimya: Doğanın Kimyasal Bağlarına Yolculuk

Kimya, doğadaki maddelerin yapılarını, özelliklerini, bileşenlerini ve birbirleriyle olan etkileşimlerini inceleyen bir bilim dalıdır.^[1] Kimya bilimi; elementlerin, bileşiklerin ve karışımların özelliklerini atom ve molekül düzeyinde inceler. Ayrıca kimya, endüstride yeni malzemelerin tasarlanması, tıpta yeni ilaçların ve aşıların geliştirilmesi ve diğer birçok alanda önemli uygulamalara sahiptir. Kimyanın alanları arasında organik kimya, inorganik kimya, fizikokimya, biyokimya ve analitik kimya bulunur. Bu yazıda sizlere biyokimyanın temel ilkelerini detaylıca anlatacağız.

1. Biyokimya Nedir?

Biyokimya; hayvanlar, bitkiler, mantarlar ve mikroorganizmalar gibi canlıların yapısında bulunan kimyasal bileşikleri ve canlının yaşamı boyunca süregelen kimyasal süreçleri ve tepkimeleri inceleyen kimya dalıdır.^[2] Biyokimya esas olarak proteinler, karbonhidratlar, lipitler, enzimler ve nükleik asitler gibi makro bileşiklerle ilgilenir. Biyolojik organizmalardaki protein sentezi, besinlerin enerjiye dönüşmesi, fotosentez ve hücresel solunum olayları, kalıtsal özelliklerin kimyasal süreçlerle iletilmesi gibi yaşam süreçleri de biyokimyanın ilgi alanına girer. Biyokimya yaşamın temel kimyasal süreçlerini ve bu süreçlerin moleküler düzeyde nasıl gerçekleştiğini anlamak için oldukça önemli bir disiplindir. Bu disiplin biyoloji ve kimyanın bir sentezidir ve organizmaların içindeki kimyasal tepkimeleri araştırır. Bu bağlamda biyokimyanın önemi pekçok açıdan gözlenebilir. Biyokimya, hastalıkların nedenlerini anlama ve tedavilerin geliştirilmesinde kritik bir rol oynamaktadır. Örneğin; kanser, şeker ve kalp hastalıkları gibi birçok hastalığın temelinde moleküler ve atomik düzeydeki bozukluklar yatar. Biyokimyadaki bilimsel çalışmalar, bu hastalıkların anlaşılmasını ve tedavi yöntemlerini mümkün kılar. Ek olarak biyokimya, kalıtsal hastalıkların nedenlerini anlamamız için de kullanılır. 21. yüzyılın biyoteknoloji çağı olacağı kabul edilmektedir. Çünkü bilim ve teknolojinin öncelikli amacı insanlara sağlıklı bir çevre ve sağlıklı bir yaşam sunmaktır, bu da büyük oranda moleküler biyoloji ve genetik ve biyokimya alanındaki çalışmalarla mümkün oluyor. Son yıllarda nobel ödüllerinin büyük oranda biyokimya çalışmalarına verilmiş olması bunun en güzel kanıtıdır.

1.1. Biyokimyadaki Temel Kavramlar

Yazının bu bölümünde, biyokimyadaki temel kavramlardan (protein, karbonhidrat, enzim, vitamin, hormon, lipit, nükleik asit vb.) ve canlılarda gerçekleşen biyokimyasal süreçlerden bahsedilecektir.

Protein

Proteinler, bir ya da daha uzun amino asit zincirinden oluşan biyomoleküllerdir. Proteinler ilk olarak 19. yüzyılın başlarında kimyagerler tarafından keşfedilmiştir. Protein terimi 1838 yılında İsveçli kimyager Jöns Jacob Berzelius tarafından Yunanca’da “birinci sırada yer alan” anlamına gelen prōteios sözcüğünden türetilmiştir.^[3] Proteinlerin insan vücudunda birçok işlevi bulunmaktadır. Örneğin, kemik oluşumunda görev alan kalsiyum ve fosfor elementleri proteinlerin yapısında bulunurlar dolayısıyla proteinler kemikleri güçlendirir. Ayrıca bağ dokusunun oluşumunda da etkilidir. Kolajen olarak bilinen yapısal bir protein, tıpkı bir zamk gibi davranarak dokuların bir arada tutulmasını sağlar. Örneğin; dişlerin diş etine tutulması, kan damarlarının sağlam kalması ve eklemlerin bir arada tutulması kolajen sayesinde mümkün olur. Proteinler açlık halinde en son tüketilirler. Kimyasal sindirimleri midede başlar. Hayvansal ve bitkisel proteinler olmak üzere 2’ye ayrılırlar:

Hayvansal Proteinler, yoğurt, süt, yumurta, çökelek, lor peyniri, az yağlı peynir, tavuk eti, balık eti, diğer hayvan etleri gibi yiyeceklerde yüksek oranda bulunur.

Bitkisel Proteinler, mercimek, fasulye, bezelye, kenevir, chia, karabuğday, ıspanak gibi yiyeceklerde bulunur.

Proteinler, amino asitlerin uzun zincirler halinde uç uca birleşmesiyle oluşurlar. Her proteinin kendine has özelliklerinin olmasını sağlayan özel amino asit dizilimleri vardır. Protein sentezinde en çok kullanılan 20 çeşit aminoasit vardır. Amino asitler, “amino” grubu (H₂N) ile “karboksil” grubunun (COOH) bağlanmasıyla oluşur. Amino kelime anlamı olarak "azot içeren" demektir; karboksil ise "karbon içeren" demektir. Amino asitlerin amfoter özelliği vardır. Yani asit gördüğünde baz, baz gördüğünde asit gibi davranırlar.

Aşağıda 20 temel amino asidin moleküler yapıları gösterilmektedir.

Her bir amino asit, bir karbon atomu (α karbon olarak da bilinir), bu karbon atomunun bağlı olduğu karboksil (COOH) grubu, bir amino (H₂N) grubu, bir hidrojen atomu ve belirli bir yan grup içerir. Bu yan grup değişken yani radikal grup olarak da bilinir ve R ile gösterilir. Bitkiler bu 20 çeşit amino asidin tamamını üretebilir. İnsanlar 12 amino asidi dönüşüm reaksiyonlarıyla birlikte karaciğerde üretebilirken 8 çeşit amino asidi üretemez. Üretilemeyen bu amino asitlere esansiyel (zorunlu) amino asitler denir. İnsanlar esansiyel amino asitleri besinlerle hazır almak zorundadır. Hayvansal proteinler bitkisel proteinlerden daha kalitelidir, bunun sebebi hayvansal proteinlerin esansiyel amino asitleri yeterli miktarda içermesidir. Bitkisel proteinler yeterli miktarda esansiyel amino asit içermediği için düşük kaliteli kabul edilir. Görsel 3’te gösterildiği gibi bir amino asidin karboksil grubuyla diğer amino asidin amino grubunun birleşmesi sonucu peptit bağı oluşur.

Protein oluşumunu sağlayan bu reaksiyonlar peptitleşme olarak adlandırılır. Proteinler genellikle birden fazla polipeptit zincirinin birleşiminden oluşur. Yüksek sıcaklık, Ph, basınç gibi faktörler proteinlerin 3 boyutlu yapısını bozabilir. Bu duruma denatürasyon denir. Denatürasyona uğramış proteinler eski haline dönemez. Örneğin, yumurta pişirildiğinde yüksek sıcaklıktan ötürü yumurtadaki proteinlerin yapısı bozulur yani denatüre olur.

Enzim

Canlılarda biyokimyasal tepkimelerin gerçekleşmesinde görev alan biyolojik katalizörlere enzim adı verilir.^[4] Katalizörler, kimyasal tepkimelerin hızını artıran fakat tepkime sonunda kimyasal herhangi bir değişikliğe uğramayan maddelerdir. Bu bağlamda enzimler biyolojik katalizörler gibi çalışır. Kimyasal tepkimeler enerji bakımından incelendiğinde endotermik yani ortamdan enerjı alan ve ekzotermik yani ortama enerji veren olmak üzere 2’ye ayrılır. Fakat kimyasal tepkimelerin başlaması için dışarıdan mutlaka belli miktarda enerji verilmesi gerekmektedir. Canlılarda gerçekleşen biyokimyasal tepkimelerin başlaması için alınması gereken minimum enerji aktivasyon enerjisi olarak adlandırılır.^[5] Örneğin 300 amino asitten oluşan bir protein molekülünün enzim olmayan ortamda hidrolizi 7 yıl sürerken karboksipeptidaz enziminin varlığında 5 dakikada parçalanır. Dolayısıyla enzimler kimyasal tepkimeleri büyük ölçüde hızlandırır. Ayrıca Görsel 4’de görüldüğü üzere enzimler herhangi bir biyokimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürme özelliğine de sahiptir. Böylece canlılar daha az enerji harcayarak aynı tepkimeyi gerçekleştirebilir. Enzimlerin aktivasyon enerjisini düşürmesi canlı hücrelerde biyokimyasal tepkimelerin daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşmesini sağlar. Örneğin, 1 molekül glikozu enzim olmadan yakarak karbondioksit ve suya dönüştürmek için gereken sıcaklık yaklaşık 160°C iken bu tepkime canlılarda enzim varlığında 36,5-37°C’de gerçekleşir.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor. Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak... Daha fazla göster

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Enzimler yapılarına göre basit enzim ve bileşik enzim (holoenzim) olmak üzere 2’ye ayrılır:

Basit Enzim: Sadece protein yapılı kısımdan oluşan enzimlerdir. Enzim, aktif olarak çalışmak için yardımcı kısma ihtiyaç duymaz. Pepsin, üreaz ve nükleaz gibi enzimler örnek verilebilir.

Bileşik Enzim: Protein yapılı kısımlarla birlikte yardımcı kısımlar da barındıran enzimlerdir. Holoenzim olarak da bilinirler. Bileşik enzimlerin protein yapılı kısımlarına apoenzim denir. Protein olmayan yardımcı kısım ise kofaktör olarak adlandırılır. Enzimlerin yardımcı kısımları inorganik ya da organik yapıda olabilir. Eğer bir enzimin yardımcı kısmı vitaminler gibi organik bileşik ise buna özel olarak koenzim denir. Örneğin, eritrositlerde karbondioksidin bikarbonat (HCO₃^-) iyonlarına dönüşümünü katalizleyen karbonik anhidraz enzimi (görsel 5) yardımcı kısım olarak çinko (Zn) elementine ihtiyaç duyar. Alkol fermentasyonunda pirüvik asidin (C₃H₄O₃) asetaldehit (C₂H₄O) ve karbondiokside (CO₂) karboksile edilmesini katalizleyen pirüvat dekarboksilaz enzimi (görsel 6) ise yardımcı kısım olarak organik bir bileşik olan B7 vitaminine (biyotin) ihtiyaç duyar.^[6]

Enzimin etkilediği maddeye substrat adı verilir ve her enzim substratına özgüdür. Enzim ile substrat arasında tıpkı bir anahtar-kilit uyumu vardır. Substrat enzimin aktif bölgesine bağlanır. Substrat tepkime sonucunda ürüne dönüşür ve enzim tepkimeden değişmeden çıkar.

Enzimler protein yapılı olduklarından dolayı hangi enzimin sentezleneceği DNA kontrolüyle belirlenir. Örneğin, ciltte pigment oluşumunu sağlayan tirozinaz enzimini kodlayan DNA bölgesi hasar gördüğünde bu enzim üretilemez ve bunun sonucunda deri ve saçların beyaz olmasına sebep olan albinizm hastalığı görülür. Ayrıca her apoenzim yalnızca bir kofaktör veya koenzim ile birlikte çalışabilirken bir koenzim veya kofaktör birden fazla apoenzimle çalışabilir. Bu nedenle apoenzim çeşidi kofaktör ve koenzim çeşidinden fazladır. Enzimlerin çalışmasını etkileyen faktörler; sıcaklık, Ph değeri, su miktarı, enzim-substrat yoğunluğu, substrat yüzey alanı, aktivatör ve inhibitör maddelerdir. Enzimatik reaksiyonlarda enzimlerin aktifliğini artıran maddelere aktivatör denir. Örneğin, mide öz suyunda bulunan hidroklorik asit (HCl) mide boşluğunda bulunan pasif enzimlerin aktivatörüdür. İnhibitör ise enzimlerin etkinliğini yavaşlatan hatta durduran maddelerdir.^[7] Cıva, kurşun, kadmiyum, arsenik gibi ağır metaller; tarım ve böcek ilaçları inhibitörlere örnek olarak verilebilir. Bunlardan kurşun; kana kırmızı rengini veren hemoglobin sentezinde görev alan protoporfirin IX’u inhibe ederek kanda taşınan oksijen miktarının azalmasına sebep olur. Protoporfirin IX, mitokondride protoporfirinojen oksidazın varlığında protoporfirinojen IX’dan sentezlenir (Görsel 8).^[8]

Karbonhidrat

Makromoleküllerin yapısında sayıca en çok bulunan ve çeşitliliği sağlayan karbon, kendisi de dahil birçok atomla çeşitli bağlar yaparak yeni bileşikler oluşturur. Bu bileşiklerden biri de hidrojen (H) ve karbon (C) atomlarının oluşturduğu hidrokarbon bileşikleridir. Hidrokarbonlar yapılarına oksijeni (O) de katarak canlılık için en önemli organik bileşiklerden birisi olan şekerleri yani karbonhidratları oluştururlar.^[9]Karbonhidratların bir diğer ismi de “sakkarit”tir. Şekerler; özellikle de glikoz ve fruktoz gibi basit şekerler canlılar için oldukça büyük bir öneme sahiptir. Bu şekerlere aynı zamanda monosakkarit (tek şeker) de denmektedir ve canlıların yapısında bulunabilen nişasta, selüloz, kitin ve glikojen gibi kompleks bileşikleri oluştururlar. Karbonhidratların genel formülleri C_n(H2O)_n’dir. Karbonhidratlar içerdikleri birim şeker sayısına göre monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olmak üzere 3’e ayrılırlar:

Monosakkaritler: Sindirime uğramadan hücre zarından geçebilen monomer yapılı şekerlerdir. İçerdikleri karbon atomu sayısına göre isimlendirilirler. Monosakkaritlerden 3 karbonlu olanlarına trioz, beş karbonlu olanlara pentoz, altı karbonlu olanlarına heksoz denir. Fosfogliseraldehit (PGAL) üç karbonlu şekerlerin en bilinen örneğidir. Bu bileşik fotosentez tepkimelerinde birleşerek glikozu oluşturur, ayrıca hücresel solunum tepkimelerinde glikozun parçalanması esnasında oluşan ara üründür. Beş karbonlu pentozların en bilinen örnekleri ise riboz ve deoksiriboz şekerleridir.^[10] Bunlar DNA ve RNA gibi nükleik asitlerin yapısına katılır. Riboz şekeri, RNA, ATP, NAD, FAD ve NADP’nin yapısına katılır. Deoksiriboz ise canlılarda kalıtsal materyalin büyük kısmını oluşturan DNA’nın yapısına katılır. Ribozdan farklı olarak bir oksijen atomu eksiktir. 6 karbonlu heksozlar, monosakkaritler arasından en bilinenleridir. Fruktoz, glikoz ve galaktoz gibi şekerler heksozların üyeleridir.

Fruktoz, meyve şekeri olarak da bilinir. Basit şekerler arasından tatlılık derecesi en yüksek şekerdir. Bitkiler tarafından üretilir. Glikoz üzüm şekeri olarak bilinir. Açlık sırasında ilk başta tüketilen şekerdir. Ayrıca kanda ölçülebilen tek şeker olduğu için kan şekeri olarak da bilinir. Galaktoz ise bitkilerde kloroplastın yapısında, yosunlardan elde edilen agarın yapısında, şeker pancarı, reçine ve keçiboynuzu özütünde bulunur. Bu 3 molekülün de kimyasal formülleri aynı ve C₆H₁₂O₆’dır. Peki, bunları birbirinden ayıran unsur nedir? 3 bileşiğin de molekül formülleri aynı olsa da bağlanma şekilleri farklı olduğundan farklı karakteristik özelliklere sahiptirler.

Disakkaritler: İki monosakkaritin glikozit bağıyla birleşmesi sonucu oluşur. Bu tepkime bir dehidrasyon tepkimesidir ve tepkime sonucunda 1 molekül su açığa çıkar. Gerçekleşen bu tepkimenin özel adı glikozitleşmedir. Monosakkaritlerin aksine disakkaritler hücre zarından geçemezler. Maltoz, sükroz (sakkaroz) ve laktoz en bilindik disakkaritlerdir.^[11]İki glikoz molekülünün glikozit bağlarıyla birleşmesi sonucu maltoz oluşur. Glikoz ve fruktozun birleşmesiyle sükroz ya da diğer adıyla sakkaroz oluşur. Sükroz çay şekeri olarak da bilinir, şeker pancarı ve şeker kamışının yapısında bulunur. Glikoz ile galaktozun birleşmesiyle de laktoz yani süt şekeri oluşur. Laktoz, memeli hayvanların sütünde bulunur ve yavrular için besin kaynağıdır.

Polisakkaritler: Çok sayıda glikozun glikozit bağlarıyla birleşmesi sonucunda oluşan polimerlerdir. Canlılar için önemli bazı polisakkaritler; nişasta, glikojen, selüloz ve kitindir.^[12]Polisakkaritlerin bu denli çeşitli olması yapısına katılan monosakkaritlerin farklı bağlanmalarından kaynaklanmaktadır. Polisakkaritler canlılarda hem depo maddesidir hem de yapıya katılmaktadır. Canlılarda depo edilen polisakkaritler nişasta ve glikojendir. Yapısal polisakkaritler ise selüloz ve kitindir.

Depo Polisakkaritleri

Nişasta

• Bitkilerde fotosentez sonucu üretilen glikozun fazlası nişastaya dönüştürülür.
• Nişasta; bitkinin kök, gövde vb. yerlerinde depolanır.
• Suda az da olsa çözünür.
• Hayvan hücrelerinde bulunmaz.
• Hayvanların besin yoluyla aldıkları nişasta gastrointestinal kanalda glikoza kadar parçalanır.

Glikojen

• Bakteri, arke, mantar ve hayvan hücrelerinde glikoz glikojene dönüştürülerek depo edilir.
• İnsanlar besin yoluyla aldıkları glikozun fazlasını karaciğerde depo ederler.
• Suda çok az çözünür.
• Açlık durumunda karaciğerdeki glikojen depoları tükenmeye başlar.

Yapısal Polisakkaritler

Selüloz

• Bitki hücrelerinin hücre çeperine katılır ve suda çözünmez.
• Herbivorlar selülozu sindirirken insanlar ve karnivorlar selülozu sindiremez.
• Epitel doku da mukus üretilmesini sağlar bu sayede bağırsakların daha sağlıklı çalışmasını sağlar.
• Endüstride kağıt üretiminde kullanılır.

Kitin

• Diğer polisakkaritlerin aksine içeriğindeki glikozlar azot içeren bir yan grup taşır.
• Mantarlarda hücre çeperinin yapısına katılır; kelebek, yengeç, ıstakoz gibi eklembacaklıların dış iskeletinde bulunur.
• Kitin oldukça esnek ve güçlü bir yapıya sahip olduğundan ameliyat ipliği yapımında kullanılır.

Lipitler

Lipitler, yapılarında karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) bulunduran organik bileşiklerdir. Bazı lipitlerin yapısında bu elementlerin yanı sıra fosfor (P) ve azot (N) elementleri de bulunur. Hidrojen atomu miktarı proteinler ve karbonhidratlara kıyasla daha fazla olduğundan enerji verimliliği en yüksek moleküllerdir.^[13] Suda çözünmezler. Lipitler; benzen, kloroform, eter ve alkol gibi organik çözücülerde çözünürler. Yapılarına göre nötral yağlar (trigliserit), fosfolipitler ve steroitler olmak üzere 3’e ayrılırlar.

Nötral Yağlar (Trigliserit)

Bitkilerde ve hayvanlarla lipitlerin depolanmış şeklidir.^[14]İnsan vücuduna alınan lipitlerin fazlası trigliseritlere dönüştürülerek deri altında ve organların etrafında depo edilir. Nötral yağlar 3 yağ asidinden ve 1 gliserol molekülünden oluşur. Yağ asitleri ile gliserol arasında ester bağları oluşur.

Yağ asitleri doymuş yağ asitleri ve doymamış yağ asitleri olmak üzere 2’ye ayrılır:

Agora Bilim Pazarı

8.SINIF AKIL YÜRÜTME MATEMATİK VİDEO ÇÖZÜMLÜ

Devamını Göster

₺260.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Doymuş Yağ Asitleri: Yağ asitleri hidrokarbon zincirinden oluşur. Eğer bu zincirdeki tüm karbonlar tekli bağ yapmışsa bu bileşiklere doymuş yağ asidi denir. Oda sıcaklığında genellikle katı halde bulunur. Genelde hayvansal kaynaklıdır. Tereyağ ve kuyruk yağı gibi besinlerde bulunur.

Doymamış Yağ Asitleri: Hidrokarbon zincirinde bulunan karbon atomları arasında 1 ya da daha fazla çift bağ varsa bu bileşikler doymamış yağ asitleri olarak tanımlanır. Oda sıcaklığında sıvı halde bulunur. Genellikle bitkisel kaynaklıdır. Zeytinyağı ve Ayçiçek yağı gibi besinlerde bulunur.

Tıpkı amino asitlerde olduğu gibi yağ asitlerinin de tamamı insan vücudunda sentezlenemez. İnsan vücudunda sentezlenemeyen bu yağ asitlerine esansiyel (zorunlu) yağ asitleri denir. Mesela omega 3 ve omega 6 dışarıdan hazır alınması gereken temel yağ asitleridir. Fındık, ceviz, keten tohumu, lahana, ıspanak, soya fasulyesi ve balık gibi besinlerde bol miktarda bulunur.

Fosfolipitler

Hücre zarının yapısında bulunan lipit çeşididir. Fosfolipitler, trigliseritlerden farklı olarak 2 yağ asidi, 1 fosforik asit, 1 gliserol molekülü ve kolin bazından oluşur.^[15] Bu moleküller suya bırakıldığı zaman çift katlı bir tabaka oluşturur. Fosfolipitler hücre zarının yapısına katılarak hücre zarının iki tabakalı bir yapıya sahip olmasını sağlar. Fosfolipit moleküllerinin dış ortama ve hücrenin içine bakan baş kısımları hidrofilik yani suyu seven, hücre zarının iç kısmındaki kuyruk bölgeleri ise hidrofobik yani sudan hoşlanmayan yapıdadır.

Steroitler

Östrojen ve testosteron gibi cinsiyet hormonlarının yapısına katılan lipit çeşididir.^[16] Ayrıca safra salgısı sayesinde A ve D vitaminlerinin de yapısına katılır. Hücre zarından doğruca geçebilirler. En yaygın steroit çeşitlerinden biri de kolesteroldür. Kolesterol hayvansal kaynaklı bir steroid olmakla birlikte hücre zarının geçirgenliği ve dayanıklılığında etkilidir. Kolesterolün normalden fazla bulunması başta koroner arter hastalığı gibi kardiyovasküler hastalıklara sebep olur. Kolesterolün nöronlarda yalıtımı sağlama özelliği de vardır.

Vitaminler

Canlıların yaşamlarını devam ettirebilmeleri için sadece protein, karbonhidrat ve yağ almaları yetmez. Bunları kullanabilmeleri için bazı yardımcı maddelere ihtiyaç duyarlar. İşte bu yardımcı maddelerin bir kısmı vitaminlerdir. Vitaminler düzenleyici maddelerdir ve bileşik enzimlerin (holoenzim) koenzim bölümünü oluştururlar.^[17] Vitaminler enerji vermez ve yapıya katılmazlar. Hücre zarından geçebilecek büyüklükte olduklarından sindirilmeden kan dolaşımına katılır. Vitaminler yağda çözünen ve suda çözünen vitaminler olmak üzere 2’ye ayrılırlar. Suda çözünen vitaminler (B grubu ve C vitaminleri) vücutta depo edilmediğinden günlük olarak alınır ve fazlası idrar yoluyla vücuttan atılır.^[18]Yağda çözünen vitaminler (A, D, E ve K vitaminleri) vücutta depo edilir ve dokularda fazla birikimi toksik etki gösterir. Bu durumda vitamin zehirlenmesi (hipervitaminoz) adını verdiğimiz bir komplikasyon gelişir.

Suda Çözünen Vitaminler

B Grubu Vitaminler

• Toplam 9 adet üyesi vardır: B1 (tiamin), B2 (riboflavin), B3 (niasin), B5 (Pantotenik asit), B6 (piridoksin), B7 (biyotin), B9 (folat ya da folik asit) ve B12 (siyanokobalamin)
• Genellikle et, süt, karaciğer, kuru yemiş, yeşil sebzeler ve meyvelerde bulunur
• Bazı bileşik enzimlerde koenzim olarak görev yapar (örneğin, pirüvat dekarboksilaz enziminde yardımcı kısım B7 vitamininden oluşur.)
• Bazı B vitaminleri insanların kalın bağırsağında yaşayan bakteriler tarafından üretilir.
• B vitamini eksikliğinde beriberi, pellegra, kas krampı, saç dökülmesi ve anemi gibi hastalıklar meydana gelir.

C Vitamini

• Kimyasal adı askorbik asittir, taze sebzelerde ve meyvelerde bulunur.
• Isı, ışık, oksijen gibi etkenler nedeniyle dehidroaskorbik asit gibi başka maddelere dönüşerek zamanla işlevini yitirmektedir.
• Antioksidan özellik gösterir, bağışıklığın ve diş sağlığının korunmasında etkilidir.
• C vitamini eksikliği diş eti kanamasına, halsizliğe, eklemlerde ağrıya ve skorbüt hastalığına sebep olabilir.
• Kan hücrelerinin yapımı için gerekli olan demir ve folik asidin kana geçmesini kolaylaştırıp anemiyi önler.

Yağda Çözünen Vitaminler

A Vitamini

• Et, karaciğer, balık, süt ve yumurta gibi hayvansal kaynaklı besinlerde bol miktarda bulunur. Turuncu ve yeşil renkli sebzelerde de bolca bulunur.
• Besinler yoluyla provitamin A şeklinde alınıp karaciğerde A vitaminine dönüştürülür.
• Eksikliğinde derideki keratin miktarı artar ve deride pul pul dökülmeler meydana gelir.
• İmmün sistemi güçlendirir.
• Uzun süreli A vitamini eksikliğinde gece körlüğü meydana gelebilir.
• Hücre farklılaşmasındaki rolünden dolayı A vitamini sperm ve yumurta oluşumu ile embriyonun gelişimi için oldukça önemlidir.

D Vitamini

• Et, karaciğer, balık, süt, yumurta ve tereyağı gibi hayvansal gıdalarda bulunur.
• Besinler yoluyla alınan ya da Güneş yardımıyla deride üretilen provitamin D, önce karaciğerde daha sonra böbreklerde çeşitli tepkimeler yoluyla D vitaminine dönüştürülür.
• Sıcaklığa dayanıklı olan D vitamini havayla temas ettiğinde veya ışık altında yapısı bozulabilir.
• D vitamini eksikliğinde besinlerle alınan kalsiyum ve fosfor gibi mineraller ince bağırsakta yeterince emilemez, bunun sonucunda raşitizm ve osteomalazi gibi hastalıklar meydana gelir.
• D vitaminin vücuda normalden fazla alınması eklemlerin ve yumuşak dokuların kireçlenmesine sebep olur.

E Vitamini

• Genellikle tahıllarda, yumurtada, kuru yemişlerde ve yeşil yapraklı sebzelerde bulunur.
• Tıpkı C vitamini gibi antioksidan özellik gösterir. Hücre metabolizması sonucu oluşan toksik özellikteki hidrojen peroksidin (H₂O₂) parçalanmasında görevlidir.
• Eksikliğinde erkeklerde sperm üretiminin azalmasına, kadınlarda rahim fonksiyonlarının bozulmasına, kasların zayıflamasına, eritrositlerin parçalanmasına ve hücre zar yapısının bozulmasına sebep olur.

K Vitamini

• Genellikle karaciğer ve yeşil sebzelerde bulunur.
• İnsanların kalın bağırsağında yaşayan bazı bakteriler tarafından üretilir.
• Aerobik (oksijenli) solunum ve kanın pıhtılaşmasına görev alan bazı enzimlerin koenzimi olarak çalışır.
• Eksikliğinde kanın damar dışında pıhtılaşması zorlaşır.

Nükleik Asitler

Nükleik asitler, ilk olarak 1869 yılında İsviçreli biyolog Friedrich Miescher tarafından keşfedilmiştir. Nükleik asitler biyolojik organizmaların hücreleri içinde bulunan genetik materyali depolayan ve bu bilgileri gelecek nesillere aktaran büyük moleküllerdir. Nükleik asit kavramındaki “nükleik” kelimesi çekirdek anlamına gelmektedir. Nükleik asitler yapılarına ve fonksiyonlarına göre DNA (Deoksiribo Nükleik Asit) ve RNA (Ribo Nükleik Asit) olmak üzere 2’ye ayrılır.^[19] Nükleik asitlerin yapı birimine nükleotit denir. Nükleotitler, bir adet azotlu organik bazdan (adenin, timin, guanin, sitozin veya urasil), 5 karbonlu bir pentozdan (deoksiriboz ya da riboz) ve bir adet fosfat grubundan (PO₄) oluşur.

Azotlu organik bazlar kimyasal olarak tek halkalılar (pirimidin) ve çift halkalılar (pürin) olmak üzere 2’ye ayrılırlar. Adenin (A) ve guanin (G) çift halkalıdır. Timin (T), urasil (U) ve sitozin (C) tek halkalıdır. Adenin, guanin, sitozin hem DNA hem de RNA’nın yapısında bulunur. Timin sadece DNA, urasil ise sadece RNA’nın yapısında bulunan azotlu organik bazlardır. Bir nükleotidde azotlu organik baz ile beş karbonlu şeker arasında glikozit bağı bulunmaktadır. Fosfat grubu ile beş karbonlu şekerin arasında ise fosfoester bağları bulunur. Nükleik asitlerin yapısında bulunan pentoz yani beş karbonlu şeker iki çeşittir. Bunlardan riboz şekeri RNA’nın, deoksiriboz şekeri de DNA’nın yapısına katılır. DNA ve RNA yapısında bulunan beş karbonlu şekerlere göre adlandırılır. İki komşu nükleotid birbirlerine fosfodiester bağlarıyla bağlanırlar. Fosfodiester bağı, iki nükleotidin beş karbonlu şekerini, fosfat grubu ile birbirine bağlar. Bu sayede oluşan nükleotid zincirleri nükleik asitleri meydana getirir. DNA; prokaryot hücrelerin sitoplazmasında, ökaryot hücrelerin çekirdeğinde yer alır. Ayrıca ökaryot hücrelerinin mitokondri ve plastitlerinin kendilerine özgü DNA’ları vardır. Amerikalı bilim insanı James Watson ve İngiliz bilim insanı Francis Crick, 1953-1962 yıllarında yaptıkları araştırmalarla DNA’nın günümüzde kabul gören yapısını bulmuşlardır. Buna göre DNA’nın yapısı; karşılıklı iki nükleotit zincirinin yan yana, tıpkı iki örgü ipliğinde olduğu gibi birbirinin üzerine bükülmüş bir sarmal şeklindedir. DNA’yı oluşturan nükleotid zincirlerinin karşılıklı bölgelerinde pürin ve pirimidin bazları bulunur. Bu azotlu organik bazlardan adenin ile timin arasında ikili hidrojen bağı, sitozin ile guanin arasında üçlü hidrojen bağı kurulur. Dolayısıyla DNA’daki adenin ile timin sayısı, guanin ile sitozin sayısı birbirine eşittir.

RNA molekülü; prokaryotların sitoplazmasında ve ribozomunda, ökaryotların ise çekirdeğinde, sitoplazmasında, mitokondride ve kloroplastta bulunur. Çift zincirli bir molekül olan DNA’nın aksine RNA tek zincirli bir moleküldür. RNA, DNA gibi kendini kopyalayamaz. Canlılardaki tüm RNA çeşitleri DNA tarafından sentezlenir. Biyokimyada DNA’nın RNA’yı sentezlemesi transkripsiyon, RNA’nın ribozomlarda protein sentezlemesi işlemi de translasyon olarak adlandırılır. Mesajcı RNA (mRNA), taşıyıcı RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA) olmak üzere 3 çeşit RNA molekülü vardır.

Mesajcı RNA (mrRNA): Protein sentezi için DNA’dan aldığı genetik bilgiyi ribozom organeline ulaştırır. Bu genetik kod sentezlenecek proteindeki amino asitlerin çeşidini, dizilimlerini ve sayılarını belirler. Her canlının DNA’sı farklı olduğundan üretilen mRNA’lar da birbirinden farklılık gösterir. Dolayısıyla her canlıda üretilen proteinlerin de farklı olmasını sağlar. Hücrede bulunan toplam RNA’nın %5’ini oluşturur. Canlılarda protein sentezi esnasında DNA tarafından mesajcı RNA sentezlenir. Mesajcı RNA ribozoma bağlanarak burada amino asitleri oluşturur ve protein sentezini mümkün kılar. Bu durum biyokimyada santral (merkezi) dogma olarak adlandırılır. DNA RNA’yı, RNA’da proteinleri kodlar!

Taşıyıcı RNA (tRNA): Protein sentezi sırasında serbest amino asitlere bağlanıp bu amino asitleri uygun sırayla ribozom organeline taşır. RNA tek zincirli bir yapı gösterdiği için hidrojen bağı içermez. Fakat tRNA bir nükleotit zincirinin kıvrımlar yapmasıyla oluştuğu için kıvrımlar, hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur. Bu durumda da tRNA diğer RNA çeşitlerinden farklı olarak hidrojen bağı içerir. Hücrede bulunan toplam RNA’nın %15’ini oluşturur.

Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozom organelinin yapısını oluşturur. rRNA hücrede çekirdekçikte üretilir. Hücrede bulunan toplam RNA’nın %80’ini oluşturur.

ATP (Adenozin Trifosfat)

Canlıların en önemli enerji kaynağı güneştir. Tüm canlılar doğrudan veya dolaylı yoldan güneş enerjisini kullanır. Güneş enerjisi, fotosentez yapan canlılar tarafından organik besinlerin yapısındaki kimyasal bağ enerjisine dönüştürülür. Canlılar kendi yapısına ve ihtiyacına göre organik moleküllerden hücre içinde enerji üretir. Açığa çıkan serbest enerjiyi depolayan molekül ATP (Adenozin trifosfat) olarak adlandırılır. Hücrede enerji veren ve enerji gerektiren neredeyse bütün olaylar ATP sayesinde gerçekleştirilir. ATP nükleotit yapıda bir organik moleküldür. Yapısı adenin azotlu organik bazı, riboz şekeri ve üç fosfat grubundan oluşur. Adenin azotlu organik bazı ile riboz şekeri arasında glikozit bağı, riboz şekeri ile fosfat grubu arasında ester bağı, fosfatlar arasında ise yüksek enerjili fosfat bağları bulunur.^[20] Aşağıda bir ATP molekülünün yapısı gösterilmiştir.

Eğer beş karbonlu şekere 1 fosfat grubu bağlanırsa oluşan molekül AMP (Adenozin monofosfat) olarak adlandırılır. 2 fosfat grubu bağlanırsa ADP (Adenozin Difosfat), üç fosfat grubu bağlanırsa ATP (Adenozin Trifosfat) adını alır. ATP molekülünün üretimi ve tüketimi hücre içinde gerçekleşir. ATP hücre dışına çıkamadığı için ATP enerjisi gerektiren reaksiyonlar hücre içinde gerçekleşir. ATP depolanamayan bir moleküldür. Bu nedenle üretimi ve tüketimi birbirini takip eden döngü şeklinde süreklilik gösterir. ADP’nin yapısına fosfat molekülünün katılmasıyla ATP molekülünün üretilmesine fosforilasyon, ATP’nin yapısından bir fosfat molekülünün ayrılmasına yani tüketilmesine ise defosforilasyon denir. Fosforilasyon ve defosforilasyon reaksiyonları aşağıda gösterilmiştir.