Bölüm 28: Canlıların Kimyası Chemistry 140 Fall 2002 General Chemistry Principles and Modern Applications Petrucci • Harwood • Herring 8th Edition Bölüm 28: Canlıların Kimyası 040050030 Philip Dutton University of Windsor, Canada N9B 3P4 Prentice-Hall © 2002

General Chemistry: Chapter 28 Chemistry 140 Fall 2002 Konular 28-1 Yaşayan Sistemlerin Kimyasal Yapısı:Kısa Bir Bakış 28-2 Lipitler 28-3 Karbonhidratlar 28-4 Proteinler 28-5 Metabolizma Olayları 28-6 Nükleik asitler Özel Konu Protein Sentezi ve Genetik Şifre Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

28-1: Yaşayan Sistemlerin Kimyasal Yapısı: Kısa Bir bakış Tek hücreli bitki ve hayvanlardan insanoğluna kadar bütün canılar oldukça karmaşık maddeler içerirler. Bu yaşayan sistemlerde varlığı bilinen elementlerden yaklaşık kadarı ölçülebilir derişimlerdir.İnsan vücudunun kütlece % 96 sı dört elementten (karbon,hidrojen, oksijen ve azot) oluşturmuştur.Canlılarda bulunan belli başlı elementler şekil 28-1 de verilmiştir. Şekil 28-2 de görüldüğü gibi canlıların karmaşık yapıları birkaç basit çevresel kaynaktan – N2 , H2 ,ve CO2 – birkaç aşama ile sentezlenir. Canlı organizmalarda en çok bulunan sudan sonra, en bol bulunan bileşikler lipitler,karbonhidratlar, proteinler ve nükleik asitlerdir. Bu bölümün başlıca konusu işte bu makromoleküllerdir. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Şekil 28-1: Canlılarda bulunan elementler Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Şekil 28-2: Hücrenin düzenlenmesi Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-2: Lipitler Lipitler yapılarına göre değil, fiziksel özelliklerine göre daha iyi tanımlanır.Bitki ve hayvan dokularının bileşilenleri olan lipitler kloroform, karbon tetra klorür, dietil eter ve benzen gibi polarlıgı az çözücülerde çözünebilirler. Pek çok bileşik bu tanıma uyarsa da biz burada yalnızca en yaygın lipitleri, yani trigliseritleri inceleyeceğiz. Trigiseritler gliserin ile uzun zincirli ve bir değerli karboksilli asitlerin (yağ asitleri) verdiği esterlerdir. Bazı yaygın yag asitleri çizelge 28-1 de verilmiştir. Trigliserit bir genel isimdir; triglseritlerin sistematik adı triaçilgliserinlerdir. Gliserin üclü karbon iskeletini, yağ asitleri de açil gruplarını oluşturur. Eğer bütün açil grupları aynı ise, tirgiliserit, basit trigilserit, aksi halde karısık trigliserittir.bir gliseridin adlandırılmasında, önce gliseril adı, takiben üç açil grubu icin bileşiğin adı yazılır. Açil grupları, gliseril iskeletine baglandıkları sıraya göre adlandırılır.İlk iki isim o ile biterken,üçüncü ad at ile biter. Bütün açil grupları aynı ise, tri ön eki ile birlikte sadece at son eki kullanılır. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-2 Lipitler Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Table 29.1 Some Common Fatty Acids Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Sabunlaşma Trigliseritler bazik çözeltilerde gliserine ve yag asidi tuzlarına hidroliz olurlar. Bu hidroliz işlemine sabunlaşma oluşan yag asidi tularına ise sabun adı verilir Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Yağlar Katı sıvı ve yağların her ikisi de trigliseritlerdir fakat bunlar, trigliseritlerdeki asit bileşeninin niteliği bakımından farklıdır. Katı yağlar, doymuş yağ asidi bileşenlerinin fazla olduğu gliseril esterleri olup, oda sıcaklığında katıdırlar. Sıvı yağlar ise fazlaca doymamış yağ asitlerine sahiptir ve oda sıcaklıgında sıvıdır.Yağların bileşimleri değişkendir ve yalnızca belirli bitki yada hayvan türlerine değil, beslenme ve iklim koşullarına da bağlıdır. Yağlar saf iken renksiz, kokusuz ve tatsızdırlar. Karakteristik koku, renk ve tatları içlerinde bulunan organik safsızlıklardan ileri gelir. Fosfolipitler Fosfolipitler bütün hayvan hücrelerinde bulunur ve sinir dokularında özellikle etkilidir. Bunlar gliserin, yağ asitleri, fosforik asit ve bir azot içeren bazdan türetilir.hücre zarları, hidrofilik başları sulu ortamda ve hidrofobik kısımları kolesterol ve proteinlere batmış durumda olan çift tabakalı fosfolipitlerden oluşur Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Butter Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Table 28.2 Some Common Fats and Oils Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Kalorisiz yağlar Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Fosfolipitler Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Fosfolipitler Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-3 Karbonhidratlar Karbonhidratın sözlük anlamı sulu karbondur : Cx(H2O)y.Buna göre, sakkaroz yada şeker kamışı şekeri (C12H22O11), C12(H2O)11 e eşdeğerdir. Daha anlamlı bir şekilde tanım şöyledir: karbonhidratlar polihidroksi aldehitler, polihidoksi ketonlar, bunların türevleri yada hidroliz olduklarında bunları veren bileşiklerdir. Keton yapısında olan karbonhidratlara ketozlar, aldehit yapısında olanlara aldozlar denir. Beş karbonlu karbonhidratlar pentoz, altı karbonlular heksoz, vb. adını alırlar. En basit karbonhidratlar monosakkaritlerdir. İkiden ona kadar monosakkaritin birbirine baglanmasıyla oluşan karbonhidratlara oligosakkaritler denir. Bunlar, taşıdıkları monosakkarti birimlerinni sayısına göre disakkarit, trisakkarit gbi adlar alırlar. Mono ve oligosakkaritlere şekerler de denir. 10 dan fazla monosakkarit birimi iceren karbonhidratlara polisakkaritler adı verilir Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Gliseraldehin optik izomerleri Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-3 Karbonhidratlar Asimetrik bir karbona baglı grubun düzenine mutlak konfigürasyon denir. Bir yada iki kiral merkezli bileşiklerin bu yöntemle göstermek nispeten kolaydır. Ama kiral merkez sayısı artıkça bu yöntem in kullanılması zorlaşır. Örneğin, karbonhidratlarda zorlukla karsılaşılır.Alman kimyacı Emil Fischer, üç boyutlu yapıları iki boyutlu yapılar halinde çizmenin yolunu bulmuştur. Bu yeni formule Fischer izdüşüm formülü diyoruz. Bu yöntem iki bakımdan önemlidir: birincisi, kiral bir karbonun stereokimyasının nasıl iki boyutlu gösterileceğini belirtir; ikincisi, karbon zincirinin sayfa üzerinde nasıl çizileceğini kurallara baglar. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Fischer yöntemi Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Diastereomerik ilişki Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Monosakkaritler Dogada 16 aldoheksoz olasıysa da dogada daha çok üçü (D-galaktoz, D-glukoz ve D- manoz) bulunmaktadır. Bu üç şeker molekülünün cok azı acık zincir yaprısda bulunur. Herbirinin en cok bulundugu yapısal hali halkalı yapılardır. Halka selkindeki monosakkaritlerin adlandırılması karısktır,fakat adlardaki her terim kesin bir anlam içerir.Buna göre , D-(+)- glukoz adı acık zincirli, D konfigürasyonunda ve saga ceviren (+) glukozu belirtir. İndirgen şeker denen bazı şekerlerde, Cu2+ (aq) ile indirgenme – yükseltgenme tepkimesi verebilen acık incirli şeklin, halkalı şekil ile dengede olan miktarı önemli bir büyüklük oluşturur.bu redoks tepkimesinde Cu2+ (aq) kırmızı Cu2O çökeligine indirgenirken,şekerin aldehit grubu ait grubuna yükseltgenir.Bir çözeltinin indirgen olup olmadığı Fehling çözeltisi yada Benedict çözeltisi ile denenebilir. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Glukoz molekülündeki halka kapanması Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

D- Glukozun  ve  yapıları Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Disakkaritler İki monosakkarit molekülünden bir su molekülü ayrılırsa bir disakkarit molekülü oluşur. Bir disakkarit tanımlanırken iki önemli noktayı gözönüne almalıyız: birincisi, monosakkairt birimleri nelerdir ?,ikincisi bu birimlerin baglanması  mı, yoksa  mıdır?Doğal yollarla meydana gelen disakkaritlere şunlar örnek verilebilinir: maltoz,sellobiyoz,laktoz ve sakkaroz. Maltozda, bir glukoz biriminin C-1 hidroksil grubundaki bir H atomu ikici bir glukoz biriminin C-4 atomu üzerindeki hidroksil grubu ile tepkimeye girer.İki birim  halinde bağlanır. Maltozun halkalı yapısı ve acık zincir yapısı arasında denge olasıdır, bu yüzden maltoz bir indirgen şekerdir.Maltoz malt enziminin nişasta üzerine etkisiyle elde edilir.Maya varlığında, maltoz fermantasyona uğrar,önce glukoza ve sonra da etanol ve karbondioksite dönüşür. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Bazı yaygın disakkaritler Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Polisakkaritler Polisakkaritler, monosakkaritlerin oksijen köprüsü ile birbirine bağlandığı uzun zincirlerdir.Hububat,pirinç,mısır ve patateste bol miktarda bulunan nişasta, 20 bin ile 1 milyon aka molekül kütlesine sahip bir polisakkarittir.bir çok bitkinin karbonhidrat deposudur. Glikojen, hayvanların karbonhidrat deposu olup, karaciğer ve kas dokularında birikir.Molekül kütlesi nişastadan daha büyüktür ve polisakkarit zinciri daha çok dallanmıştır. Selüloz bitkilerin temel yapı taşıdır.odun hamuru, pamuk ve samanın başlıca birleşenidir. Tamamen hidroliz edilirse, glukoz verir. Selülozun molekül kütlesi 300 bin ile 500 bin akb arasında olup, buda 1800- 3000 glukoz birimine karşılık gelir.İnsan dahil bir cok hayvan  bagını koparacak enzime sahip olmadığından selüloz sindirilemez. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Yaygın İki Polisakkarit Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Fotosentez Fotosentez olayı, karbondioksit ve suyun bitkiler tarafından karbonhidrata dönüştürülmesidir.bu olayda anahtar klorofil ve güneş ışığıdır. Calvin tarafından önerilen ve günümüzde halen kabul edilen mekanizmaya göre 6 mol karbon dioksitin 1 mol glukoza dönüşmesi 100 kadar basamak üzerinden yürür. Bu mekanizma karbon -14 radyoaktif izi kullanarak büyük ölçüde açıklanmıştır.fotosentez iki basamağa ayrılmıştır: 1.güneş enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşmesi(ışık tepkimesi) 2.enzimler tarafından karbonhidrat ara ürünlerin sentezi. Bu tepkime ışık olmadan yürüyebilir ve karanlık tepkime adını alır. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Biyokütle Biyokütle, yaşayan herhangi bir maddedir.. Fotosentezle üretilen selüloz,nişasta ve şekerler biyokütlenin önemli bir bileşenidir.Bitki biyokütlesi doğrudan bir aykıt olarak kullanılabilinir yada yakıt veya kimyasal ham madde olarak kullanılabilen diğer gaz, sıvı ve katı maddelere dönüştürülebilir. En çok bilinen en yaygın uygulanan dönüşüm yöntemi şekerin etanole fermantasyonudur.Fermantasyon, havasız ortamda bir mikroorganizma etkisi ile organik maddenin bozunmasını içerir. Bitkiyi fosil yakıtlara dönüştürmek, jeolojik işlemler ve jeolojik zaman ölçeği gerektirir. Bu nedenle , bu yakıtların enerji kaynağı ve ham madde olarak gelecekteki bulunabilirlikleri sınırlıdır. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-4 Proteinler Proteinler -amino asitlerden oluşmuş, büyük molekül ağırlığına sahip polimerlerdir. Bilinen -amino asitlerin yaklaşık 20 kadarı pek çok bitki ve hayvan protein in ana bileşenidir. Bu asitlerden bazıları Çizelge 28-4 de verilmiştir. Proteinler protoplazmanın temelini oluştururlar ve bütün yaşayan organizmalarda bulunurlar.Protein kas, deri, saç ve diger dokular biçiminde , vücudun iskelet dışındaki kısmını oluştururlar. Enzim şeklinde biyokimyasal tepkimler katalizler, hormon olarak metabolik olayları düzenlerler ve yabancı organizma ve yabancı maddelerle savaşırlar. Amino asitlerin mutlak konfigürasyonlarının saptanmasında referans bileşik yine gliseraldehittir. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-4 Proteinler Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Amino asitlerdeki izoelektonik form Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Table 28-3 Some Common Amino Acids Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Peptitler İki amino asit molekülü bir su molekülü kaybederek birbirlerine bağlanabilir ve dipeptitleri oluştururlar.Amino asitler arasındaki bağa ise peptit bağı denir. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Tripeptitler N-terminal C-terminal Gly-Ala-Ser Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Sıralama Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Protein yapıları Bir proteini oluşturan polipeptit zincirindeki amino asitlerin gerçek sıralanmasını gösteren yapıya birincil yapı adı verilir. Bir protein zincirinin biçimine ikincil yapı denir. X ısınları altında incelenen polilisinin, polipeptidin sarmal yapıda olduğu, dolaysıyla diğer protein zincirlerinin de bu şekilde olabileceği düşünülmüştür. Bir protein molekülünün sekli ise ile ilgili ifade ise ücüncü yapı ile açıklanır. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Bir proteinin ikincil yapısı: -sarmal Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

-keratinin pileli tabaka modeli Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Proteinin üçüncül yapısına katkıda bulunan bağlanmalar Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Proteinin dört yapısı Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

28-5 Metabolizma Olayları Canlı organizmaların dış görünüşleri farklı olmasına karsın, yaşamlarını sürdürebilmelerini sağlayan kimyasal olayların çok benzer olması şaşırtıcıdır. Canlılarda görülen kimyasal tepkimelerin hepsine birden metabolizma denir.maddenin parçalandığı metabolik tepkimler yıkım(katabolizm), basit maddelerden karmasık maddelerin oluşan tepkimelere ise sentez (anabolizm) reaksiyonları denir.matabolizma da yer alan maddelere matabolitler denir. Karbonhidrat metabolizması: insanların başlıca enerji kaynağı olan nişastanın çeşitli reaksiyonlardan geçerek glukoza dönüşmesinin gerçekleştiği matabolizmadır. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Karbonhidrat metabolizması Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Metabolizmalar Lipit Metabolizması: Yağlar ince bağırsakta lipaz enzimleri yardımıyla sindirilir.ürün olarak gliserin, mono ve digliseritlerin karışımları ve yag asitleri oluşur.Yağ asitleri bir seri tepkime ile ,enerji açığa çıkararak karbondioksite ve ya suya yükseltgenirler. Protein metabolizması: proteinlerin bir çok tepkimeye uğrayarak serbest amino asitlere dönüşmesini sağlayan metabolizmadır.Oluşan serbest amino asitler protein sentezinde kullanılır. Enzimler: enzim protein içeren biyolojik bir katalizördür.Her biyolojik dönüşümün kendine özgü bir enzimi vardır ve her enzim, sıcaklık yada pH değişimine gerek duymadan kendi tepkimesini katalizler.Enzimler girdikleri reaksiyondan girdikleri şekilde aynen çıkarlar Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Metabolizmadaki enerji ilişkileri Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Enzimler E + S  ES → E + P Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Enzim mekanizması → → Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Enzim mekanizması → Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-6 Nükleik asitler Canlı organizmasındaki lipitler, karbonhidatlar, proteinler ve su dısındaki %1 lik kısmı olusturan yaşamın temel maddeleri nükleik asitler olarak tanımlanır.hücrenin metabolik etkinliklerini yönlendiren bilgi taşıyıcılardır.bunlar DNA ve RNA dır. DNA hücre cekirdegi icinde ,protein de iceren ve kromozom adı verilen cubuk seklinde yapılar üzerinde bulunur.DNA kusaktan kusaga gecen kalıtsal bilgileri icerir. Kromozomlar boyunca belirli bölgeler genler olup belirli özellikleri denetleyen DNA sırasıdır.DNA, pentoz sekeri 2 deoksiriboz, purin bazları adenin ve guanin, primidin bazları sitosin ve timinden olusur.RNA , deoksiriboz yerine riboz ve timin yerine urasil bazı icerir. Hem DNA hem de RNA fosfat grupları icerir. Bazlar eşleme kuralı ile eşitlenir. A=T G=C A+G=C+T Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 28-6 Nükleik asitler DNA nıjn kabul edilen bicimi ikli sarmal seklindedir. DNA moleküllerini kopyalanabilme yetenegi vardır. Yani kendilerinin tam kopyalarını yapabilirler. Bir DNA molekulunun kopyalanmasında kritik basamak, molekülün seritlere acılmasıdır. Acılma olurken, hücre cekirdegindeki serbest nükleotitler, iki tek seridin acılmıs kısımlarına baglanır.Her biri, bir eski, bir yeni serit iceren yeni bir DNA ikili sarmalı olusturur. Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Nükleik asitlerin bileşenleri Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Nükleik asit zincirinin bir kısmı Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 DNA Modeli Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 DNA nın kopyalanması Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

Özel konu Protein sentezi ve genetik şifre Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28

General Chemistry: Chapter 28 Protein sentezi Prentice-Hall © 2002 General Chemistry: Chapter 28