Canlılığın incelemesi Konu 1 Canlılığın incelemesi

Biyoloji Nedir? Canlıları inceleyen bilim dalıdır Mikroskobik seviye Makroskobik seviye Küresel seviye Yapı,fonksiyon,büyüme,evrim,dağılım, taksonomi, filogeni, çeşitlilik

Biyolojik Organizasyon Düzeyleri Biyosforden - Organizmaya Figür 1.4 1 Biyosfer 1 Ekosistem Komünite Populasyon Organizmaa

Organdan - Hücre - Moleküle Cell 8 Hücre 6 Organ 7 Doku 10 Moleküller 9 Organeller 50 µm 10 µm 1 µm Atoms Figür 1.4

Hücreye yakın bir bakış - yaşam için gerekli olan tüm aktivitelerin gerçekleştiği, biyolojik organizasyonun en küçük seviyesi 25 µm Figür 1.9

Hücre’nin iki önemli formu Tüm hücreler Membran tarafından çevrilmiş Genetik bilgi olarak DNA İki form hücre Ökaryotik Prokaryotik EUKARYOTIC CELL Membrane Cytoplasm Organelles Nucleus (contains DNA) 1 µm PROKARYOTIC CELL DNA (no nucleus) Ö:Are subdivided by internal membranes into various membrane-enclosed organelles P: Lack the kinds of membrane-enclosed organelles found in eukaryotic cells

Yaşam en üst seviyede 3 domain’den oluşur Yaşamın üç Domain’i Yaşam en üst seviyede 3 domain’den oluşur Bakteri Archaea Eukarya Protista Bitki Mantar Hayvan Prokaryotik canlılar

3 domain Figür 1.15 DOMAIN ARCHAEA 4 µm 100 µm 0.5 µm Bacteria are the most diverse and widespread prokaryotes and are now divided among multiple kingdoms. Each of the rod-shaped structures in this photo is a bacterial cell. Protists (multiple kingdoms) are unicellular eukaryotes and their relatively simple multicellular relatives.Pictured here is an assortment of protists inhabiting pond water. Scientists are currently debating how to split the protists into several kingdoms that better represent evolution and diversity. Kingdom Plantae consists of multicellula eukaryotes that carry out photosynthesis, the conversion of light energy to food. Many of the prokaryotes known as archaea live in Earth‘s extreme environments, such as salty lakes and boiling hot springs. Domain Archaea includes multiple kingdoms. The photo shows a colony composed of many cells. Kindom Fungi is defined in part by the nutritional mode of its members, such as this mushroom, which absorb nutrientsafter decomposing organic material. Kindom Animalia consists of multicellular eukaryotes that ingest other organisms. DOMAIN ARCHAEA

Canlıların kimyasal içeriği Konu 2 Canlıların kimyasal içeriği Element Bileşik

Element Kimyasal tepkimelerle başka bileşiklere parçalanamayan maddelerdir 92 element Atomlar’dan oluşmuştur carbon C, hydrogen H, oxygen O ve nitrogen N bir organizmanın 96% oluşturan zorunlu elementlerdir

Diğer elementler

İz element Çok az miktarda olsa da organizmaın ihtiyaç duyduğu element Fe ve Zn

Elemetlerinden farklı karakterlere sahip Bileşik Belirli bir oranda bir araya gelen iki veya daha fazla element içeren madde NaCl (1:1), H2O (2:1) Elemetlerinden farklı karakterlere sahip Sodium Chloride Sodium Chloride + Figür 2.3 Sodyum Klor Sodyum klörür

? Atom Maddenin en küçük parçası Her elementin belirli atom çeşidi var Nötron Proton Elektron ?

Kimyasal Bağ Kovalent İyonik Zayıf Kimyasal Bağlar Hidrojen bağı kuvvetli

Kovalent Bağ O H H H H C H H Figür 2.12 Name Electron- Structural (molecular formula) Electron- shell diagram Structural formula Space- filling model (c) Water (H2O). Two hydrogen atoms and one oxygen atom are joined by covalent bonds to produce a molecule of water. O H H (d) Methane (CH4). Four hydrogen atoms can satisfy the valence of one carbon atom, forming methane. H H C H H Figür 2.12

Sodium chloride (NaCl) Iyonik Bağ Atomlar arasında elektron transferi Cl– Chloride ion (an anion) – The lone valence electron of a sodium atom is transferred to join the 7 valence electrons of a chlorine atom. 1 Each resulting ion has a completed valence shell. An ionic bond can form between the oppositely charged ions. 2 Na Cl + Sodium atom (an uncharged atom) Chlorine atom Na+ Sodium on (a cation) Sodium chloride (NaCl) Figür 2.15

Hidrojen Bağı (Zayıf) H O  +  – N d+ + Figür 2.16 Water (H2O) Ammonia (NH3) O H  +  – N A hydrogen bond results from the attraction between the partial positive charge on the hydrogen atom of water and the partial negative charge on the nitrogen atom of ammonia. + d+ Figür 2.16

Biyolojik Moleküllerin yapısı Konu 3 Biyolojik Moleküllerin yapısı

Makromoleküller Küçük moleküllerden oluşan büyük moleküller Yapısal olarak kompleks Kovalent bağ Figür 5.1

Makromoleküller Çoğu Makromolekül monomerlerden oluşmuş polimerlerdir Dört önemli organik molekül (ilk 3 polimerdir) Karbohidrat Protein Nucleik asid Lipid

Polimer Monomer olarak bilinen ve tekrarlanan birimlerin bir araya gelmesi Her monomer kendine özgü polimeri oluşturur Örn: amino acidler proteinlerin monomeri

Polimerlerin oluşumu ve parçalanması Monomerler dehidrasyon tepkimesi ile daha büyük molekülleri oluşturur H2O çıkışı Hidroksil (-OH) ve Hidrojen (-H) grubu Dehydration reaction in the synthesis of a polymer HO H 1 2 3 4 H2O Short polymer Unlinked monomer Longer polymer Dehydration removes a water molecule, forming a new bond Figür 5.2a

Polimerlerin oluşumu ve parçalanması Polimerler monomerlerine ortama H2O ilavesi ile (Hidroliz) parçalanabilir -H bir monomere, -OH diğer monomere Hydrolysis of a polymer HO 1 2 3 H 4 H2O Hydrolysis adds a water molecule, breaking a bond Figür 5.2b

Şeker ve bunların polimerlerini (nişasta, selüloz) içerir Karbohidratlar Şeker ve bunların polimerlerini (nişasta, selüloz) içerir Monosakkaritler en basit şeker İki mososakkarit+kovalent bağ= Disakkarit

Örnek monosakkaritler Triose sugars (C3H6O3) Pentose sugars (C5H10O5) Hexose sugars (C6H12O6) H C OH H C OH HO C H H C OH C O HO C H H C O Aldoses Glyceraldehyde Ribose Glucose Galactose Dihydroxyacetone Ribulose Ketoses Fructose Figür5.3

Monosakkaritler Doğrusal (linear) Halkasal (ring) 4C 3 2 OH Figür 5.4 H C OH HO C H H C O C 1 2 3 4 5 6 OH 4C 6CH2OH 5C H OH 2 C 1C 3 C 2C 1 C CH2OH HO 3 2 (a) Linear and ring forms. Chemical equilibrium between the linear and ring structures greatly favors the formation of rings. To form the glucose ring, carbon 1 bonds to the oxygen attached to carbon 5. Figür 5.4

Disakkaritler İki monosakkarit Glikozidik bağ

Maltoz &Sükroz Figür 5.5 CH2OH O H H OH HO OH H2O Dehydration reaction in the synthesis of maltose. The bonding of two glucose units forms maltose. The glycosidic link joins the number 1 carbon of one glucose to the number 4 carbon of the second glucose. Joining the glucose monomers in a different way would result in a different disaccharide. Dehydration reaction in the synthesis of sucrose. Sucrose is a disaccharide formed from glucose and fructose. Notice that fructose, though a hexose like glucose, forms a five-sided ring. (a) (b) H HO H OH OH O CH2OH H2O 1 2 4 1– 4 glycosidic linkage 1–2 glycosidic linkage Glucose Fructose Maltose Sucrose Figür 5.5

Polisakkaritler Şeker polimeri Organizmada çeşitli rol Depo polisakkaritleri Yapısal polisakkaritler

Depo polisakkaritleri Nişasta Glikoz monomerlerinden oluşan polimer Bitkilerde glikozun depo edilmesini sağlar Plastid Chloroplast Starch Amylose Amylopectin 1 m (a) Starch: a plant polysaccharide Figure 5.6

(b) Glycogen: an animal polysaccharide Glikojen Glikoz monomerlerini içerir Hayvanlarda ana depo maddesi, dallanma Mitochondria Giycogen granules 0.5 m (b) Glycogen: an animal polysaccharide Glycogen Figure 5.6

Yapısal Polisakkaritler Selüloz Glikoz polimeri Bitki hücreleri Nişastadan farkı?? (-OH) Doğrusal, dallanmaz

Selüloz&Nişasta Figure 5.7 A–C  glucose  glucose H O C CH2OH OH HO (c) Cellulose: 1– 4 linkage of  glucose monomers H O CH2OH OH HO 4 C 1 (a)  and  glucose ring structures (b) Starch: 1– 4 linkage of  glucose monomers  glucose  glucose Figure 5.7 A–C

Bitki hücre duvarında dayanıklılığı sağlayan yapı Plant cells 0.5 m Cell walls Cellulose microfibrils in a plant cell wall  Microfibril CH2OH OH O Glucose monomer Parallel cellulose molecules are held together by hydrogen bonds between hydroxyl groups attached to carbon atoms 3 and 6. About 80 cellulose molecules associate to form a microfibril, the main architectural unit of the plant cell wall. A cellulose molecule is an unbranched  glucose polymer. Cellulose molecules Figure 5.8

Selülozu sindirmek zordur İnek’lerin midelerinde bu işlemi kolaylaştıracak mikroplar bulunur Figure 5.9

Kitin (diğer önemli polisakkarit) Eklem bacaklıların dış iskeleti Ameliyat ipi Azot yan grubu (a) The structure of the chitin monomer. O CH2OH OH H NH C CH3 (b) Chitin forms the exoskeleton of arthropods. This cicada is molting, shedding its old exoskeleton and emerging in adult form. (c) Chitin is used to make a strong and flexible surgical thread that decomposes after the wound or incision heals. Figure 5.9 A–C

Polimer içermeyen büyük biyolojik molekül Lipidler Hidrofobik Polimer içermeyen büyük biyolojik molekül Yağ Fosfolipit Steroid

Yağlar İki tip küçük molekül, bir gliserol ve genelde üç yağ asidi Ester bağı

(a) Saturated fat and fatty acid Doymuş yağ asitleri mümkün olan maksimum hidrojen çift bağ yok (a) Saturated fat and fatty acid Stearic acid Figure 5.11

(b) Unsaturated fat and fatty acid Doymamış yağ asidi Bir veya birden fazla çift bağ Çift bağ olan herbir karbonda bir hidrojen eksik (b) Unsaturated fat and fatty acid cis double bond causes bending Oleic acid Figure 5.11

Fosfolipidler Sadece iki yağ asidi Üçüncü yağ asidi yerine fosfat bulunur

Fosfolipitlerin yapısı Sulu ortamda oluşan hücre membranındaki çift tabakalı yapı Hydrophilic head WATER Hydrophobic tail Figür 5.13

Birbirleriyle kaynaşmış dört adet halka içeren karbon iskeleti Steroidler Birbirleriyle kaynaşmış dört adet halka içeren karbon iskeleti Kolestrol Eşey hormonları

Kolestrol hücre membranında bulunur bazı hormonların öncüsüdür CH3 H3C Figür 5.14

Proteinler Proteinler çeşitli fonksiyonlara neden olan farklı yapılara sahiptir Enzim Hücrelerde çeşitli görev Monomer; amino asit

Protein görevlerine genel bakış

Enzimler Katalist (kimysal reaksiyonları hızlandırıcı) olarak görev yapan proteinler Substrate (sucrose) Enzyme (sucrase) Glucose OH H O H2O Fructose 3 Substrate is converted to products. 1 Active site is available for a molecule of substrate, the reactant on which the enzyme acts. Substrate binds to enzyme. 2 4 Products are released. Figure 5.15

Polipeptid Polipeptid protein a.a oluşmuş polimer (zincir) Bir veya birden fazla polipeptid içerebilir

Amino acid Karboksil (C terminal) ve amino (N terminal) grupları içeren organik molekül R grup (yan zincir) farklı a.a.’leri oluşturur

20 different amino acids make up proteins Yirmi Amino Asid O O– H H3N+ C CH3 CH CH2 NH H2C H2N Nonpolar Glycine (Gly) Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile) Methionine (Met) Phenylalanine (Phe) Tryptophan (Trp) Proline (Pro) H3C Figure 5.16 S 20 different amino acids make up proteins

Polar Electrically charged OH CH2 C H H3N+ O CH3 CH SH NH2 Polar Electrically charged –O NH3+ NH2+ NH+ NH Serine (Ser) Threonine (Thr) Cysteine (Cys) Tyrosine (Tyr) Asparagine (Asn) Glutamine (Gln) Acidic Basic Aspartic acid (Asp) Glutamic acid (Glu) Lysine (Lys) Arginine (Arg) Histidine (His)

Amino Asid Polimerleri Amino asidler Peptid bağlarıyla bağlanırlar

Protein konformasyonu ve Fonksiyonu Bir protein’in spesifik konformasyonu (şekil) onun ne işe yarayacığına (fonksiyon) karar verir

Protein yapısındaki dört seviye Birincil yapı (Primary structure) a.a.’lerin polipeptid yapısında oluşturduğu eşsiz (spesifik) düzenlenme Figure 5.20 – Amino acid subunits +H3N Amino end o Carboxyl end c Gly Pro Thr Glu Seu Lys Cys Leu Met Val Asp Ala Arg Ser lle Phe His Asn Tyr Trp Lle

İkincil yapı (Secondary structure) Polipeptid’de tekrar eden katlanma yada kıvrılmalar  helix ve  pilili tabaka O C  helix  pleated sheet Amino acid subunits N H R H Figure 5.20

Üçüncül yapı (Tertiary structure) Polipeptidin üç boyutlu yapısı a.a’lerin ve R gruplarının etkileşimi CH2 CH O H O C HO NH3+ -O S CH3 H3C Hydrophobic interactions and van der Waals interactions Polypeptide backbone Hyrdogen bond Ionic bond Disulfide bridge

Dördüncül yapı (Quaternary structure) Proteini oluşturan iki veya daha fazla polipeptid’in oluşturduğu yapı Polypeptide chain Collagen  Chains  Chains Hemoglobin Iron Heme

Protein yapısına genel bakış +H3N Amino end Amino acid subunits helix

Orak-hücre hastalığı: proteinin birincil yapısında olan basit bir değişim Hemoglabin proteininde bulunan bir a.a’in değişimi

Sickle-cell hemoglobin Primary structure Secondary and tertiary structures Quaternary structure Function Red blood cell shape Hemoglobin A Molecules do not associate with one another, each carries oxygen. Normal cells are full of individual hemoglobin molecules, each carrying oxygen   10 m Hemoglobin S Molecules interact with one another to crystallize into a fiber, capacity to carry oxygen is greatly reduced.  subunit 1 2 3 4 5 6 7 Normal hemoglobin Sickle-cell hemoglobin . . . Figure 5.21 Exposed hydrophobic region Val Thr His Leu Pro Glul Glu Fibers of abnormal hemoglobin deform cell into sickle shape.

Protein konformasyunu etkileyen faktörler Proteinin bulunduğu fiziksel ve kimyasal çevrenin durumu sıcaklık, pH, tuz (denatürasyon)

Denatürasyon; potein’in doğal yapısını kaybetmesi Denaturation Renaturation Denatured protein Normal protein Figure 5.22

Protein-katlanma Problemleri Çoğu proteinler Kararlı yapıya ulaşmadan önce birkaç ara basamaktan geçerler Denatüre olmuş protein aktif olarak görev yapamaz Sıcaklık ve pH’ta ani değişimler denatürasyona sebeb olur

Proteinlerin düzgün katlanması için gerekli olan protein molekülleri Şaperoninler Proteinlerin düzgün katlanması için gerekli olan protein molekülleri Hollow cylinder Cap Chaperonin (fully assembled) Steps of Chaperonin Action: An unfolded poly- peptide enters the cylinder from one end. The cap attaches, causing the cylinder to change shape in such a way that it creates a hydrophilic environment for the folding of the polypeptide. The cap comes off, and the properly folded protein is released. Correctly folded protein Polypeptide 2 1 3 Figure 5.23

Nucleik acidler kalıtımsal bilgiyi taşır ve transfer eder Gen Nucleik Asid Nucleik acidler kalıtımsal bilgiyi taşır ve transfer eder Gen Kalıtımsal yapının ana ünitesi Polipeptidlerdeki a.a’leri belirler Nükleik asitlerden oluşur

Nukleik Asidlerin rolü İki nükleik asit Deoxyribonucleic acid (DNA) Ribonucleic acid (RNA)

Deoksiribonükleik asid DNA Genetik materyal Kendini replike edebilir Spesif proteinlerin sentezi için gerekli bilgileri taşır (RNA sentezi) Hücrelerin çekirdeğinde

Synthesis of mRNA in the nucleus DNA görevleri RNA sentezi (transkripsiyon) RNA’dan protein sentezi (translasyon) 1 2 3 Synthesis of mRNA in the nucleus Movement of mRNA into cytoplasm via nuclear pore Synthesis of protein NUCLEUS CYTOPLASM DNA mRNA Ribosome Amino acids Polypeptide Figure 5.25

Nucleik Acid yapısı Nucleic acid 5’ end 5’C 3’ end OH Figure 5.26 O Nucleic acid Polinükleotid denilen polimerler halinde bulunur (a) Polynucleotide, or nucleic acid

nükleotid Polinükleotid monomeri Şeker + fosfat + azot içeren baz Fosfodiester bağı Nitrogenous base Nucleoside O O O P CH2 5’C 3’C Phosphate group Pentose sugar (b) Nucleotide Figure 5.26

(c) Nükleozid kısımları CH Uracil (in RNA) U Ribose (in RNA) Nitrogenous bases Pyrimidines C N O H NH2 HN CH3 Cytosine Thymine (in DNA) T HC NH Adenine A Guanine G Purines HOCH2 OH Pentose sugars Deoxyribose (in DNA) 4’ 5” 3’ 2’ 1’ Fosfat içermeyen nükleotid kısmıdır Figure 5.26 (c) Nükleozid kısımları

Nükleotid Polimerleri bir nükleotidin (şekerinin) 3´ karbonundaki -OH ile diğer nükleotidin 5´ karbonunda bulunan fosfat arasında oluşan fosfodiester bağı ile bağlanan nukleotidler

DNA double helix (çift sarmal) iki antiparalel nükleotid dizisi 3’ end Sugar-phosphate backbone Base pair (joined by hydrogen bonding) Old strands Nucleotide about to be added to a new strand A 5’ end New strands Figure 5.27