Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Hayatın Kimyası
MBG 111 BİYOLOJİ I
Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Elementler ve Bileşikler
*Organizmalar farklı maddelerin, materyallerin bir araya gelmesinden oluşur.
Bu maddeler katı, metal, sıvı ve gaz yapıda olabilir.
•Maddeler-materyaller elementlerden oluşur.
•Günümüzde tanımlanmış 92 doğal element vardır. Örneğin altın, bakır,
karbon, oksijen vbg.
•Bunlar genellikle İngilizce, bazen Latince ve Almanca isimlerinin ilk iki
harfi kullanılarak oluşturulmuş kısaltmalarla tanımlanırlar. Örneğin sodyum,
Latince natrium’dan gelen Na kısaltması ile tanımlanır.
•Bileşik ise iki veya daha fazla elementin bir araya gelmesi ile oluşur. Ör:
Yemek tuzu NaCl, sodyum ve klor elementlerinin bir araya gelmesi ile oluşur
(Şekil 2.1).
•Yine benzer şekilde su Hidrojen ve Oksijen elementlerinin bir araya
gelmesi ile oluşur. .
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
*Bu 92 doğal elementten yaklaşık %20-25 Ana elementler (Essential elements) adını
alır. Bunlar canlıların hayatlarını sürdürmesi için muhakkak gerekli olan elementlerdir.
Canlılara göre bu elementlerin miktarları farklı olabilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
*Örneğin bitkiler için olmazsa olmaz elementlerin sayısı 17
iken, insanda bu gereklilikte elementlerin sayısı 25 tanedir.
•Bunlardan 4 tanesi canlıların %96sının yapısına girer. Bunlar
oksijen (O), karbon (C), hidrojen (H) ve azottur (N).
•Kalsiyum (Ca), fosfor (P), potasyum (K) ve kükürt (S) kalan
%4’ü oluşturan diğer önemli elementlerdir.
•Buna ek olarak iz elementler (Trace elements) dediğimiz
çok daha az miktarlarda ama bulunması gereken elementler
vardır.
•Bunlar arasında da demir (Fe) ve iyot (I) sayılabilir (Tablo
2.1).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Bir elementin yapısı onu oluşturan atomların yapısına bağlıdır.
Atomlar, elementleri oluşturan bilinen en küçük birimlerdir.
 Elementleri oluşturan atomlar, elementlerin simgeleri ile
gösterilirler.
 Çok detaylı bilinmemekle beraber, Atomlarda, subatomik
birimler adını alan daha küçük parçalardan oluşur.
 Fizikçiler; 100’den fazla subatomik partikülden bahsederler.
 Bunlar içinde en çok bilinenleri; yüksüz-nötr nötronlar, (+)
yüklü protonlar ve (-) yüklü elektronlardır.
 Proton ve nötronlar atomik çekirdekte yer alır. Elektronlar ise
bu çekirdek etrafında negatif yüklü bir bulut oluşturur (Şekil
2.5).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
• Nötron ve protonun eşit ağırlığa sahip olduğu
düşünülür ki bu yaklaşık olarak 1.7 x 10 -24 gram (g)
kadardır.
• Bu kütle birimi atom ve tüm atomik partiküller
için kullanılır.
• Bu birim aynı zamanda 1800’lü yıllarda atom
teorisini ortaya atan İngiliz araştırıcı John Dalton
adına atomik kütle birimi (amu) ve 1 Dalton
olarakta bilinir.
• Elektron ise çok daha küçük bir partiküldür.
Ağırlığı 1/2000 Daltondur. Dolayısıyla atom ağırlığı
hesaplanmasında ihmal edilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
• Atom numarası atomda yer alan proton sayısıdır.
Sembolün sol altına yazılır. Örneğin helyum için
2He, bu helyumda 2 proton var demektir.
• Proton (+) yüklü olduğu için dengeli bir atomda
aynı sayıda (-) yüklü elektron bulunmak
zorundadır.
• Atomun, proton ve nötron sayısı toplamına ise
atomun kütlesi, kütle ağırlığı denir.
• Yani helyumun 2 nötronu olduğu için kütlesi,
2+2=4 olur.
• Bu rakam da helyum elementinin simgesinde sol
üste yazılır .
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 En basit atom hidrojendir şeklinde yazılır. Eğer atom kütlesine 1 dalton
diye bakarsak.
 Sodyum (Na) atomu 23 dalton ağırlığında olmalıdır.
 Gerçektende hesaplanan atom ağırlığı 22,9898 dalton olarak
bulunmuştur.
 İzotop ise aynı elementin farklı nötron sayılarına sahip olmasıyla
oluşan, kararsız ve radyoaktif yapısına verilen isimdir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Elektronların Enerji Seviyeleri
 Enerji, iş yapabilme yeteneğidir. Enerji potansiyel ve kinetik olmak üzere





ikiye ayrılır.
Potansiyel enerji maddenin yapısında bulunan ve bir ivme ile aktif hale
geçen bir enerjidir. Örneğin suyun bir potansiyel enerjisi vardır. Bu yer
çekimi etkisiyle bir şelaleye dönüşürse bu potansiyel enerji aktive olmuş ve
kinetik enerjiye dönüşmüş olur.
Bunun gibi atomlarda, elektrik yüküne sahip partiküller içerdikleri için
enerjiye sahiptirler. Elektronlar (-) yüklü oldukları için, (+) yüklü protonu
taşıyan atomun çekirdeğine yakın olmak isterler.
Burada yer alan yörünge, orbital, kabuk (shell) sadece 2 elektron
barındırabilir ve buna 1 s kabuğu denir. Bunun dışında 2 s kabuğu vardır ve 8
elektron taşıyabilir. Sonra 1 p ve 2 p sonra 1q ve 2 q diye devam eden kabuklar,
yörüngeler yer alır.
Atomun çekirdeğine en yakın yer alan yörünge veya kabuk en düşük enerji
seviyesinde olandır (Şekil 2.8a ve b).
Çekirdekten uzaklaştıkça enerji seviyesi artar. Çünkü negatif yüklü elektron
çekirdeğe yakın olmak için daha fazla enerji harcamalı-dolayısıyla
bulundurmalıdır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Elektronların Düzenlenmesi ve Kimyasal Bağlar
•Atomların bu partiküllerine, dolayısıyla atom numaralarına göre yani yapılarına ve
kimyalarına bakarak, periyodik cetvel adını verdiğimiz bir diyagram yapılmıştır.
•En basit atom, hidrojendir, sonra helyum ve diğerleri gelir. İlk 18 atomun periyodik
cetveldeki dizilimi Şekil 2.9’da verilmiştir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
• Atomların kimyasal davranışları son
yörüngelerindekielektron sayısına bağlıdır.
Örneğin Lityumda son yörüngede 1
elektron vardır. Yani (+1) değerliklidir.
Oksijenin ise son yörüngesinde 6 elektron
vardır.
• Kararlı hale gelmek için 2 elektrona
ihtiyaç duyar. Dolayısıyla (-2) değerliklidir.
Buradaki değerlik kelimesi, son
yörüngesini dengelemesi, kararlı hale
gelmesi için gereken bağ yapabilme
sayısıdır.
• Buradaki elektron kabukları veya
yörüngeleri (orbitalleri) varlığı ve yapısı
1900’lü yıllarda ortaya atılmış ve
çalışılmıştır.
• Hala iki boyutlu çizimlerle gösterilse de
aslında üç boyutlu bir yapısı vardır (Şekil
Yrd.Doç.Dr.Yosun
MATER
2.10).
Atomlar Arasında oluşan Kimyasal Bağların Moleküller Üzerindeki
Etkisi ve Fonksiyonu
•Atomların son yörüngelerinde yer alan elektron değerlerine bağlı
olarak yapabilecekleri bağların sayısı moleküllerin ve iyonların yapısını
şekillendirir. Bu bağlar, Kimyasal Bağlar adını alır.
•Kimyasal bağlar güçlü ve zayıf bağlar olmak üzere temelde iki grupta
irdelenir. Güçlü bağlar, kovalent ve iyonik bağlardır. Zayıf bağlar ise
hidrojen bağları ve Van der Waals bağlarıdır.
•Buna göre güçlü bağlara kısaca bakarsak; kovalent bağlar; burada son
yörüngedeki bir elektronu ortak kullanmak durumu söz konusudur.
• Örneğin, hidrojen son yörüngesindeki tek elektronu bir diğer
hidrojen ile paylaşır. Böylece 2 hidrojen atomu, bir hidrojen molekülünü
oluşturur (Şekil 2.11).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Bu tek elektronla yapılmış bir kovalent bağdır, tek bağdır (single
bond). Yazım dilinde bu bağın gösterimi H-H şeklinde veya H:H
şeklinde olur.
Bunun bağlanma şeklinin iki değerlisini oksijen atomu için, çift
bağ (double bond) veya dört değerlisini karbon atomu için
gösterebiliriz (Şekil 2.12).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Kovalent bağların oluşmasında elektronların elektronegatifliği
birbirine eşitse, Ör: hidrojende olduğu gibi buna nonkovalent
bağ adı verilir.
 Eğer oksijen ve hidrojenler arasında olan, yani farklı atomlar
arasında oluşan bir kovalent bağdan bahsediyorsak bu durumda
elektronegatif kovalent bağdan söz ediyoruz demektir.
 Diğer bir değişle hangi atomun elektronegatif çekim yükü fazla
ise elektronlar ona yakın duracaklardır.
 Yani polar kovalent bağlar oluşturacaklardır (Şekil 2.13).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
İyonik bağlar; burada atomlardan biri elektron kaybeder ve (+) yüklenir.
Diğeri elektron alır ve (-) yüklenir. Tuz (NaCl) oluşumu buna örnek
verilebilir (Şekil 2.14).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Yüklenmiş bir atom veya molekül iyon adını alır. Eğer (+)
yüklendi ise katyon, (-) yüklendi ise anyon adını alır.
 İyonik bağ yapabilen yapılara, iyonik bileşikler veya tuzlar
adı verilir. En iyi bilinen örneklerinden biri sofra tuzudur.
 Doğada tuzlar genellikle kristal formda bulunur (Şekil 2.15).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Zayıf bağlara baktığımızda,
güçlü bağlar genellikle hücreyi
oluşturan birimler arasında
görülür.
 Zayıf bağlar ise hücrede yıkım
ve yapımda, görev alan, diğer
bir değişle hücre içindeki
metabolik birimlerin
şekillenmesinde görev alan
bağlardır.
 Bunlardan ilki hidrojen
bağlarıdır. Hidrojen molekülü
ve bir elektronegatif bileşen
arasında oluşan nonpolar
kovalent bağlardır.
 Canlılığın kimyasında çok
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
önemli bir yeri vardır. Canlılık
kimyasında en çok oksijen ve
azot molekülü ile hidrojen
arasında gözlenir. Su (H2O) ve
amonyak (NH3) olarak
karşımıza çıkar (Şekil 2.16).
 Van der Waals bağları da, bir
molekülün negatif veya pozitif
bir molekülle oluşturduğu
nonkovalent bağlardır. Birbirine
yakın moleküller arasında
oluşur.
Molekülerin Şekilleri ve
Fonksiyonları
 Her molekül kendine ait özel
bir şekle ve fonksiyona sahiptir.
Bu durum biyolojik görevi
açısından çok önemlidir. Bu
şekil molekülü oluşturan,
bağlandığı atomların yükleri ve
büyüklükleri ile ilgilidir.
Dolayısıyla bu şekilde ortaya
çıkar (Şekil 2.17).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Moleküllerin şekilleri
biyolojik görevleri
açısından önemlidir.
 Biyolojik işlevlerini
bu üç boyutlu yapıları
ile gerçekleştirirler
örneğin, endorfin ve
morfin aynı beyin
hücrelerinde aynı
reseptör moleküle
bağlanır (Şekil 2.18).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Kimyasal Bağların Yapılması ve Kırılması
Canlılarda kimyasal bağların yapılması ve kırılmasına kimyasal reaksiyon
adı verilir.
Reaksiyona girenlere reaktant, reaksiyon sonucunda oluşan yapıya ise
ürün adı verilir.
Canlılık, hayatın devamı suyun oluşması ve fotosentez gibi binlerce farklı
reaksiyonla desteklenir.
Giren maddeler ile çıkan maddelerin eşit olmasına kimyasal eşitlik adı
verilir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
SU VE HAYAT
 Su, dünyamız ve canlılık için çok önemli
bir bileşendir. Canlılarında dünyanın da
büyük bir kısmı (%70-95) sudan oluşur.
 Su molekülüne baktığımızda oksijen
molekülüne bağlı iki hidrojen
molekülünden oluşan polar kovalent
bağlı bir yapıdır. Bu ona benzersiz V
şeklinde yapısını sağlar.
 Kısmi negatif ve kısmi pozitif bir yükü
vardır. Bu nedenle diğer su
moleküllerinede belli bir mesafeden
bağlanır ve yine benzersiz bir dizilim
yapısı gösterir (Şekil 3.2). Bu benzersiz
yapısı su moleküllerinin benzersiz
özellikler göstermesine izin verir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Suyun kohezyon yani
bağlanma kuvveti, adezyon
yani yapışma kuvveti olması
suyun yüzeyinde bir yüzey
gerilimi, yüzey filmi
oluşmasını sağlar.
 Örneğin; bitkiler kohezyon,
kuvveti ile topraktan suyu
alıp, en uç yapraklarına,
noktalarına kadar
taşıyabilmesi, benzer
şekilde köklerin topraktan
suyun adezyon kuvveti
sayesinde suyu alabilmesi
bu eşsiz molekül yapısına ve
moleküllerinin birbirine
yönelimine bağlıdır (Şekil
3.3).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Benzer olarak, kohezyon özelliğine bağlı olarak oluşan yüzey filmi
canlılar için yine büyük öneme sahiptir(Şekil 3.4).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Suyun bir diğer özelliği de sıcaklığı düzenleme özelliğidir.
Canlılarda hareket enerji kinetik bir enerjidir. Sonuçta açığa ısı
çıkar. Ortaya çıkan sıcaklıktan yanmamak için bu sıcaklığın
düzenlenmesi gerekir. Su, 0 ˚C’ta donar, 100 ˚C’ta kaynar. İnsan
vücudunun ortalama ısısı 37 ˚C olarak kabul edilir. İdeal oda
sıcaklığı 20-25 ˚C’tır. 1 g suyun 1 ˚C ısınması için gereken ısıya 1
kalori (1 cal) adı verilir. 1 kilogram (kg) suyun 1 ˚C ısınması
için gereken ısıya 1000 cal (1 kcal) adı verilir. Bir diğer sıcaklık
birimi ise joule (J)’dur. 1 J = 0,239 cal, 1 cal= 4,184 J’e eşittir.
 Yine suyun özgül ısısı dediğimiz değer ise 1g suyun 1 ˚C ısıyı
absorbe etme veya kaybetme ısısıdır. Böylece su geç ısınır ve geç
soğur. Bunun avantajı ise, canlının ve yeryüzünün ısı
değişikliklerine daha dirençli olmasını sağlamasıdır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Bir diğer özelliği buharlaşma ve soğurma özelliğidir. 1 g suyun
25 ˚C’ta buharlaşması için gereken enerji 580 cal’dir. Böylece
yüksek enerjili bir aktiviteden sonra vücut hızla bu ısıyı
soğurur ve vücudu soğutur.
 Katı hali sıvı halinin üzerinde yüzer yani buzun özgül ağırlığı
sudan düşüktür. Çünkü su 4˚C tan 0˚C’ta doğru donmaya
başlar. Dolayısıyla 4˚C su donmasa da donma noktasına
yakındır ama su hala sıvıdır, bunun nedeni hidrojen
bağlarının bu sıcaklıkta yavaş yavaş kırılmaya başlamasıdır.
 İşte bu nedenle canlı aktivitesini de minumum değere indiği
bir sıcaklıktır ve buzdolabı da bu mantıkla yapılmıştır (Şekil
3.6).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
• Suyun bir diğer
vazgeçilmez özelliği
çözücü olmasıdır. Eğer bir
veya daha fazla madde bir
sıvı içinde tamamen
çözünürse buna
solusyon adı verilir ve bu
sıvıya da çözücü denir.
• Su bilinen en iyi ve
önemli çözücüdür.
Örneğin sofra tuzu su
içinde tamamen çözünür
(Şekil 3.7).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Diğer çözünen,
kısmen çözünen
veya çözünmeyen
iyonik, polar
ve/veya nonpolar
organik
bileşenlerde
canlıların
yapılarına girerler
(Şekil 3.8).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
• Hidrofobik ve hidrofilik özellik, su seven ve çözünen, bazı moleküller
hidrofilik, su sevmeyen ve çözünmeyen bazı moleküller de hidrofobik
moleküller adını alır.
• Bazı moleküllerde su sevmezler ve suyun içinde bir kitle yapısında dururlar.
Bunlar da kolloid adını alırlar.
• Sulu solusyonlarda çözünen madde miktarı mol değerini ve litredeki
miktarıda molerite değerini verir. Bunlar çözücü, su içeren solusyon ve
çözücü hazırlamada hayati öneme sahiptir.
• Suyun asitliği ve bazlığı; su molekülü yapısında hem hidrojen hem hidroksit
içerdiği için hem (+) hem de (–) değere sahip olaması nedeniyle bipolar bir
çözücüdür.
• Bazen iki suyun bağlanmasında bir hidrojen atomu daha bağlanırsa (H3O+)
hidroniyum denilen kararsız bir yapı ve hidroksit iyonu oluşur. Bu kararsız
bir yapıdır ve nispeten daha kararlı su yapısına dönüşmeye çalışır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Asitlik ve bazlık yapısında bileşiğin yapısında bulunan H+ ve OH- iyonlarının
miktarına bağlıdır. Eğer bileşiğin yapısında H+ açığa çıkıyorsa asidik, OH- iyonları
açığa çıkıyorsa bazik bir yapısı vardır. Su her iki bileşeni de içerdiği için genellikle
nötr olarak kabul edilir. Asitlik ve bazlık değeri suyun yapısı ile hesaplanmış 14
değerli bir skala ile tanımlanır. Bu özellik pH (product hidrojen= hidrojen ürünü=
pH) değeri olarak bilinir.
Kuvvetli Asit
Asit
Baz
Kuvvetli Baz
Olarak örneklenebilir. Kabac pH skalasını bildiğimiz ürünleri dahil ettiğimiz bir
şekilde kabaca gösterebiliriz (Şekil 3.10).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 Suyun Tampon solusyon olma özelliği, canlıların
canlılıklarını yada hücresel özelliklerini kaybetmeden
saklamada kullanılan tuz solusyonlarına tamponlar denir.
 Tampon solusyonları genellikle uygun pH’da hazırlanır.
Canlının kanında ve yapısında farklı pH’da pek çok tuz
solusyonu yer alır. Karbonik asit bunlardan doğada en sık
rastlananıdır.
 Bununla beraber insanların, teknolojik aktiviteleri de
canlılık için ciddi öneme sahiptir. Bu şekilde açığa çıkan
fazla CO2 doğada ve özellikle okyanuslarda asitleşmelere
yol açar.
 Yaklaşık 420.000 yıldır gerçekleşen bu hadis günümüzde
okyanusların pH’sını yaklaşık 0,1 oranında asite doğru
kaydırmıştır (Şekil 3.10).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Kaynaklar
 Campbell Biology 9th ed.(2011) Neil A. Campbell, Jane
B. Reece, Unit 1, Part:2-3, p: 30-57 Pearson Benjamin
Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco, CA 94111.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER