BİYOKİMYA I Prof.Dr. Nazlı ARDA Doç.Dr. Evren ÖNAY UÇAR Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü 2016 (1. Ders)

Yararlanılabilecek kaynaklar: Ders notları Lehninger Biyokimyanın İlkeleri, Üçüncü Baskının Çevirisi, D.L. Nelson, M.M. Cox, 2005, Palme Yayıncılık Lippincott’s Illustrated reviews serisinden: Biyokimya İkinci Baskı, P.C. Champe, R.A. Harvey, 1997 Genel ve Klinik Biyokimya I, Muzaffer Üstdal ve ark. İstanbul Tıp Kitabevi, 2011 Biochemistry Third Edition, Christopher K. Mathews, K.E. van Holde, Kevin G. Ahern, 2000 Biochemistry Fourth Edition, L. Stryer, 2002

MİKROORGANİZMALARDAN

ARKELERE Pasifik Okyanusu’ndaki Magic Mountain adlı hidrotermal çukurdan arke örneği alınması (2002)

BİTKİLERDEN

HAYVANLARA

VE İNSANA DEK

TÜM CANLILARDA YER ALAN BİYOLOJİK MOLEKÜLLERİ ELE ALACAĞIZ.

FENİLETİLAMİN (Aşk Molekülü)

Feniletilamin: Kalp atışlarında hızlanma, Kan basıncında artış, Kanda glukoz düzeyinin yükselmesi Ellerde terleme, Aşırı üretimi: İştahsızlık, Uykusuzluk,

Biyolojik bilimler büyük bir gelişim içindedir. Biyokimya da bu gelişimin merkezinde yer alır. Kimya, tıp veya fizyoloji alanındaki sayısız Nobel ödülü biyokimyacıların olmuştur.

Nükleik asitlerin ve vitaminlerin analoglarını (benzerlerini) geliştirdiler. Bu maddeler günümüzde LÖSEMİ, BAKTERİ İNFEKSİYONLARI, MALARYA, GUT, HERPES VİRAL İNFEKSİYONLARI ve AIDS tedavisinde kullanılmaktadır Tıp ve Fizyoloji Nobel Ödülleri: YENİ İLAÇLARIN KEŞFİ Elion-Hitchings(USA) Black(UK) Beta bloker’ları geliştirdi. Bu maddeler KALP KRİZİ riskini azaltan ve ASTIM tedavisinde kullanılan ilaçların bileşiminde yer alır.

6-merkaptopürin, nükleik asit sentezini önleyen bir hipoksantin analoğu Hipoksantin, DNA ve RNA’daki pürin bazlarının öncülü Ana DNA Uzayan kopyası 6-merkaptopürinin yapıya girmesi, DNA sentezini durdurur. Timidin, DNA’nın normal bir bileşeni 3’-azido-2’,3’- dideoksitimidin (AZT), AIDS virüsünün RNA’ya bağımlı DNA sentezini durdurur. RNA Uzayan DNA kopyası AZT türevi, DNA sentezinden sorumlu enzimi inhibe eder Epinefrin (adrenalin), pek çok hücresel işlevi kontrol eden bir adrenal hormon İzoproterenol, epinefrine özgü zar reseptörlerine bağlanarak bu hormonun etkisini taklit eder. İzoproterenolün hedef hücreye bağlanmasıyla hormonun bağlanması, böylece stimülasyon engellenir. Normal biyolojik molekülİlaç olarak kullanılan analogUygulama Hormon reseptörü Hormon

6-Merkaptopürin Lösemide, beyaz kan hücrelerinin kontrol dışı çoğalmasına yol açan DNA replikasyonunu önler. 3'-Azido-2',3' -dideoksitimidin (AZT) Timidin nükleozitinin analoğudur. Başlangıçta kanser ilacı olarak düşünülmüştür, ancak bugün AIDS tedavisinde kullanılmaktadır. İzoproterenol Epinefrin (adrenalin) analoğu bu madde, kalp, akciğer vb. hayati organlara sinyal ileten bu hormonun etkisini önler.

DELİ DANA Stanley Prusiner, 1997 Nobel Tıp-Fizyoloji Ödülü Bu hastalığa, PRİON adı verilen ve birkaç şeker kalıntısı içeren bir glikoproteinin yol açtığını buldu.

1997 Kimya Ödülü Paul Boyer (USA) John Walker (UK) Jens Skou (Danimarka) Enerji taşıyıcısı ATP’yi üreten aygıtı keşfettiler. Na+,K+- pompasıyla ilgili çalışmalar yaptı.

The Nobel Prize in Chemistry 2008 Osamu Shimomura (1928-) Martin Chalfie (1947-) Roger Y. Tsien (1952-) Marine Biological Laboratory (MBL) Woods Hole, MA, USA Columbia University New York, NY, USA University of California San Diego, CA, USA 1/3 of the prize

"for the discovery and development of the green fluorescent protein, GFP"

Işık saçan canlılardan biri de kuzeybatı Pasifik sahillerinde yaşayan Aequoria victoria (Jellyfish) denizanasıdır. Bu denizanasındaki aequorin isimli bir proteinin (Yeşil Floresan Protein, GFP - Green Fluorescent Protein) etrafa yeşil ışık verdiği keşfedilmiş. Yeşil floresan proteini 238 amino asit molekülünden meydana gelmektedir. Bu 238 molekülün meydana getirdiği üç boyutlu yapı silindire benzer. Silindirin ortasındaki molekülün ışık vermesini sağlayan bölümü çok özel bir şekilde zararlı dış etkenlere karşı korunmaya alınmıştır. Ortadaki 3 amino asit içeren özel bölüm oksijen molekülünün de yardımıyla şekil değiştirdiğinde ortama yeşil ışık vermektedir.

Genelde ışık verme özelliği gösteren proteinler tek başlarına değil yardımcı molekül veya proteinlerin varlığı ile çalışabilirler. Yeşil floresan proteini ise başka bir proteine, moleküle veya kimyasal reaksiyona ihtiyaç duymadan etrafına floresan yeşil ışık vermesi sebebiyle, keşfinden hemen sonra biyolog ve biyoteknoloji uzmanlarının ilgisini çekmiştir. Bu protein üzerinde pek çok çalışmalar yapılmış ve sadece yeşil değil, kırmızı veya mavi gibi diğer renklerde de ışık verebilen proteinler bulunmuş, ayrıca yalnızca mavi ışıkla değil, morötesi gibi değişik ışıklarla da aktif hale gelen, uyarılan floresan proteinler yapılmıştır. Photograph taken from purified fluorescent proteins excited by UV. From left to right; blue fluorescent protein (BFP), cyan fluorescent protein (CFP), green fluorescent protein (GFP), yellow fluorescent protein (YFP), monomeric Kushibara Orange (mKO) and mCherry. mKO from Kawasara et al. (2004), mCherry from Shaner et al. (2004).

DNA ve protein araştırmalarında farklı renklerdeki floresan proteinlerin kullanılması molekül görüntüleme tekniklerinin daha verimli kullanılmasına imkan tanımıştır. Yeşil floresan proteini canlı hücreler içerisinde işaretleyici olarak da kullanılabilmektedir. Bakteri, maya hücreleri, bazı bitkiler, zebra balığı ve fareler üzerinde yapılan deneyler olumlu sonuçlar vermiştir. Bu canlılara genetik mühendisliği metodları ile floresan proteinini kodlayan gen aktarılmıştır. Genetik yapılarına eklenen bu kod gereğince floresan proteini sentezleyen canlılar, kullanılan floresan proteini cinsine göre mavi veya morötesi ışığa tabi tutulduklarında yeşil ışık saçarak parlarlar. Aynı şekilde gelecekte kanserli hücrelere bağlanması sağlanan floresan protein sayesinde ameliyat sırasında kanserli hücreler gözle görülür hale gelecek ve ameliyatların çok daha hassas yapılması sağlanacaktır.

Ülkemizin ilk klon canlıları olan Oyalı ve Zarife’yi üreten, İÜ Veteriner Fakültesi Öğretim Üyesi Prof. Dr. Sema Birler başkanlığındaki ekip, Hawaii Üniversitesi araştırıcılarıyla ortaklaşa bir çalışma gerçekleştirerek ülkemizin ilk transgenik tavşanlarını üretti. Yavrular, İÜ Veteriner Fakültesi, Dölerme ve Suni Tohumlama Ana Bilim Dalı’nda 24 Temmuz 2013 tarihinde doğdu. Şu an gayet sağlıklı olan yavrulara, anneleri bakmaktadır.

Harald zur Hausen (1936-) Françoise Barré-Sinoussi (1947-) Luc Montagnier (1932-) 1/2 of the prize German Cancer Research Centre Heidelberg, Germany 1/4 of the prize Regulation of Retroviral Infections Unit, Virology Department, Institut Pasteur Paris, France World Foundation for AIDS Research and Prevention Paris, France 1/4 of the prize "for his discovery of human papilloma viruses causing cervical cancer" "for their discovery of human immunodeficiency virus (HIV)" The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2008

1828 : Friedrich Wöhler, laboratuvarda amonyum siyanat hazırlarken yanlışlıkla üre sentezledi. + NH 4 NCO -  H 2 N  C  NH 2 O 19. yüzyılda Alman kimyacı Wöhler: "Ne bir insan ne de bir başka hayvan veya böbreğe gerek olmadan üre elde edebileceğimi sizlere söylemek zorundayım.", demişti. Bu sözler, canlılığın çok özel bir hayat enerjisi (vitalizm) ile açıklandığı o yıllarda, bilim çevrelerinde bile şüphe ile karşılanmıştı.

1897-Eduard & Hans Buchner kardeşler Ölü maya hücreleriyle şekerin etanole fermente olabildiğini gösterdiler. Bu keşif, biyokimyasal reaksiyonların sadece canlı içinde (in vivo) değil, bir test tüpünde de (in vitro, Latincede cam kabın içinde demektir) gerçekleşebileceğinin kanıtı oldu. Bu tarihten sonra pek çok metabolik reaksiyonun in vitro analizi gerçekleştirildi ve pek çok reaktan, ürün ve enzimin varlığı ortaya konuldu. Vitalistler, enzimlerin (yani, “ferment”lerin) kimya terimleriyle tanımlanamayacak kadar karmaşık olduğunu savundular Sumner Üreaz enzimini kristallendirmeyi başardı. “Proteinlerin yapısı büyük ve karmaşık olmakla birlikte, bunlar da sonuçta organik bileşiklerdir ve yapıları kimyasal yöntemlerle belirlenebilir” BU BULUŞ VİTALİZMİN SONU OLDU.

Hücre Biyolojisi: Robert Hooke’un 17. yüzyılda hücreleri tanımlamasıyla başlar Kromozomların keşfi (Walter Flemming) Elektron mikroskobunun geliştirilmesiyle hücre içi organeller tanımlandı. 19. Yüzyılda Gregor Mendel gen fikrini ortaya attı. 1900’de genlerin protein ve nükleik asitlerden oluşan kromozomlarda yer aldığı anlaşıldı James Watson ve Francis Crick DNA’nın ikili sarmal yapısını ortaya koydular. Bu yıldan itibaren biyokimya-hücre biyolojisi ve genetiğin bir bileşkesi olan moleküler biyoloji doğdu.

Tüm canlılar basit kimya ve fizik kurallarına uyan kimyasal bileşiklerden meydana gelirler. BİYOKİMYA: HÜCRENİN İÇİNDE MEYDANA GELEN KİMYASAL OLAYLARI ve HÜCRE İLE ÇEVRESİ (diğer hücreler ve dış ortam) ARASINDA MEYDANA GELEN ETKİLEŞİMLERİ MOLEKÜLER DÜZEYDE İNCELEYEN BİR BİLİM DALIDIR !!! Hücre içine giren ve çıkan tüm organik ve inorganik maddeler, karbohidratlar, proteinler, lipidler, vitaminler, enzimler, hormonlar vb. biyomoleküller biyokimya dersinin temelini oluşturur. Ayrıca, tüm kimyasal reaksiyonlar sulu ortamlarda meydana geldiğinden su ve yine bu reaksiyonların oluşmasında etkili olan önemli fizikokimyasal olaylar biyokimyanın konuları içinde yer alır.

BİLİM DALLARI ORGANİZMANIN YAPISINI İNCELEME DÜZEYLERİ ANATOMİMAKROSKOPİK HİSTOLOJİMİKROSKOPİK FİZYOLOJİMAKROSKOPİK – MİKROSKOPİK BİYOKİMYAMOLEKÜLER Temel bilim dallarının organizmanın yapısını inceleme düzeyleri

Biyokimya, canlı maddelerin yapı, organizasyon ve fonksiyonlarını moleküler düzeyde tanımlamayı hedefler.  Canlıyı oluşturan bileşenlerin yapısı nedir?  Bunlar birbirleriyle etkileşerek nasıl düzenli supramoleküler yapılar, hücreler, çok hücreli dokular ve organizmalar oluştururlar?  Canlı hayatta kalabilmek için çevresinden nasıl enerji sağlar?  Büyümek ve üremek için gerek duyduğu bilgiyi nasıl saklar? Bu bilgiyi döllerine nasıl aktarır?  Üreme, yaşlanma ve hücre ölümü sırasında gerçekleşen kimyasal değişiklikler nelerdir?  Canlı hücrelerin içinde gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar nasıl kontrol edilir? Biyokimyacılar bu gibi soruların cevaplarını araştırırlar !

BİYOKİMYA Yapısal Kimya Metabolizma Moleküler Genetik