BİY 315 BİYOKİMYA GİRİŞ

BİY 315
BİYOKİMYA GİRİŞ
Yrd. Doç. Dr. Ebru SAATÇİ
2008-2009 Güz Yarı Dönemi
1
Anlatım Planı
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Makromoleküller ve Su
Amino asitler ve Peptidler
Proteinler
Enzimler
Karbohidratlar
Nükleik Asitler
Lipitler
Biyolojik Zarlarda Taşınma ve Biyosinyal İletimi
Biyoenerjetikler ve Metabolizma
Karbohidrat Metabolizması - Glikoliz ve Glikoneogenesis
Karbohidrat Metabolizması - Sitrik asit döngüsü
Lipid metabolizması – Yağ asitlerinin oksidasyonu ve Lipit
Biyosentezi
Azot metabolizması – Amino asitlerin oksidasyonu ve Üre
Amino asitler ve Nükleotidlerin Biyosentezi
Metabolizma Entegrasyonu
2
Kaynaklar
„
„
„
Lehninger Biyokimyanın İlkeleri, 3. Baskıdan
Çeviri; Ed. Nedret Kılıç, Palme Yayınları, 2005
Principles of Biochemistry, 2nd Ed.; Lehninger
A., Nelson D. And Cox M., Worth Publishers,
1993.
Boyer: Concepts in Biochemistry, 3rd Ed.;
Boyer R. F., Wiley Publishers, 2006.
3
Biyokimya;
canlı hücre ve organizmalarda bulunan çeşitli
moleküller ve bunların biyolojik ve kimyasal tepkimleriyle ilgilenen
bilimdalıdır.
Biyolojik Organizma;
„
Kimyasal olarak karmasık ve çok iyi organize bir sistemdir:
atom →moleküller →monomerler →biyopolimerler →organeller
→hücreler →dokular →organlar →sistemler →birey
„
Organik moleküller, makromoleküllerin (proteinler, nükleik
asitler, lipitler ve polisakkaritler) monomerik alt birimleri olarak
görev yaparlar.
4
Biyoenerjetik
„
„
„
Canlı organizma açık bir sistemdir; hem madde hem
de enerji alışverişi; “izotermik” kimyasal enerji
kullanır.
Canlılarda enerji dönüşümü ve bu dönüşümün
gerçekleşmesini sağlayan biyokimyasal olayların
tümü biyoenerjetikler olarak adlandırılmaktadır.
Biyoenerji termodinamik yasalarına bağlı kalarak
kontrol edilmekte ve üretilmektedir.
5
Termodinamik
„
„
„
Isı devinimi
Isı hareketlerini, sistemlerin iç enerjileri ve ısı ile iş
arasindaki iliskileri inceler.
Termodinamikte bir organizma, bir hücre veya
birbiri ile reaksiyona giren iki madde, sistem olarak
tanımlanır. Sistem, çevre içinde yer alır ve birlikte
evreni oluştururlar.
6
Termodinamik Özellikler
„
„
„
„
enerji (E)
entalpi (H)
entropi (S)
serbest enerji (G)
Kimyasal reaksiyonlar sırasında reaksiyona katılan
maddeler (reaktantlar, substratlar) ve reaksiyon
sonunda oluşan maddelerin (ürünler) enerjilerinde,
entalpilerinde, entropilerinde, serbest enerjilerinde
değişimler olmaktadır.
7
„
•
„
•
Enerji (E), iş yapma kabiliyetidir.
Birimi jouledür (J). Kalori (cal) de enerji birimi olarak
kullanılır. (1 cal=4,187 J)
Kimyasal reaksiyonlar sırasında substratlar ve
ürünlerdeki enerji değişimi (∆E) olarak ifade edilir.
E2-E1=∆E
Entalpi (H), enerji ile ilişkili bir durum fonksiyonudur.
Kimyasal reaksiyonlarda reaksiyon sisteminin ısı
değişimini tanımlar.
Entalpi değişikliği (∆H), çevreden alınan veya çevreye
verilen ısı miktarıdır.
H2-H1=∆H
8
„
Bir kimyasal reaksiyon
sırasında çevreye ısı
yayılıyorsa, ∆H negatif (−)
ve reaksiyon ekzotermik
reaksiyondur.
„
Bir kimyasal reaksiyon
sırasında çevreden ısı
alınıyorsa, ∆H pozitif (+)
ve reaksiyon endotermik
reaksiyondur.
9
Termodinamiğin Yasaları
1. Yasası; Bir sistemin enerjisinde herhangi bir değişiklik çevrede
„
•
eşit ve zıt bir değişikliği gerektirir.
Entropi (S), kimyasal bir sistemin komponentlerinin
rasgelelik veya düzensizliğidir.
Sistemin düzensizliğinde herhangi bir değişiklik entropi
değişikliği (∆S) olarak ifade edilir.
S2-S1=∆S
•
•
Sistemin düzensizliğinin artması (düzenliliğin
azalması) durumunda ∆S’nin değeri pozitifdir (+).
Sistemin düzensizliğinin azalması (düzenliliğin
artması) durumunda ∆S’nin değeri negatifdir (-).
10
2. Yasası; Kendiliğinden gerçekleşen herhangi bir süreçte sistem ve
çevrenin total entropisi artar.
3. Yasası: 0oK sıcaklıkta entropi sıfırdır.
„
Serbest enerji (G), sistemin iş yapmak için
kullanılabilir enerjisidir. Serbest enerji değişikliği ∆G sembolü ile
ifade edilir.
•
Sistemin serbest enerjisinde değişiklik bir iş yapılmasıyla
birlikte olur. Bu iş kimyasal iş veya kimyasal enerji
şeklinde olabilir.
G2-G1=∆G
11
∆G
„
Gibbs serbest enerjisi olarak da bilinen serbest enerji, entalpi
(H) ve entropinin (S) bir fonksiyonu olarak ifade
edilebilir. T mutlak sıcaklık (oK) olduğu yerde:
„
Kimyasal reaksiyonlar için 298oK (25oC) sıcaklık, 1
atmosfer basınç, pH=0 ([H+]=1M) ve her komponent
için 1 M konsantrasyon şartları, standart şartlar olarak
belirlenmiştir.
12
o
∆G
„
Bir reaksiyon için standart şartlar altında serbest
enerji değişikliği standart serbest enerji değişikliği
olarak tanımlanır ve bu, ∆Go sembolü ile gösterilir.
13
Hücrede kimyasal enerjinin oluşumu
Hücresel Solunum (oksidasyon)
Kimyasal Bağ Enerjisi
NAD+, FAD++ (okside koenzim)
NADH, FADH2 (redükte koenzim)
ATP rejenerasyonu (oksidatif fosforilasyon)
ATP~Pi
14
Canlılarda moleküllerin
yıkılımının olduğu ekzergonik
tepkimeler katabolizma olarak
adlandırılmaktadır.
Yeni bileşiklerin yapıldığı sentez
tepkimeleri anabolizma olarak
adlandırılmaktadır.
Anabolik ve katabolik olaylar
birlikte metabolizmayı
oluşturmaktadırlar.
15
Glukoz + Pi →Glukoz-6-fosfat + H2O ∆Goı = 13, 8 kJ/mol
ATP + H2O → ADP + Pi
∆Goı = −30, 5 kJ/mol
Glukoz + ATP →Glukoz-6-fosfat + ADP
∆Goı = −16, 7 kJ/mol
ƒ Toplam reaksiyon
ekzergoniktir.
ƒ ATP’nin
bağlarında
depolanmış olan enerji,
glukoz
ve
fosfattan
oluşumu
endergonik
olan Glukoz-6-fosfatın
sentezini sürdürmek için
kullanılabilmektedir.
16
Biyokimyada Kimyasal Bağlar
„
„
İki atom veya atom grubu aralarında herhangi bir kuvvetle tutunuyor ve
belirli uzaklıkta kalıyorsa bu kuvvete kimyasal bağ denir.
Organizmada bulunan elementlerin büyük çogunlugu düsük atom
numaralıdır; H, O, N, C, S ve P. Bu elementlerin yapı taşı olarak
kullanılmalarının diğer nedenleri: a) atom çaplarının küçük olması, ve b)
kuvvetli bağ oluşturma yetenekleridir.
17
Redükte
Karbon
Atomunun
Oksidasyonu
Okside
Biyomoleküller karbon bileşikleridir.
18
A- Molekül içi bağlar
1. İyonik bağlar: Düşük iyonlaşma enerjili iyonlarla yüksek enerjili
iyonlar arasında meydana gelmektedir. (örn: NaCl)
2. Metalik Bağlar: Elektron bulutu ile pozitif metal iyonları
arasındaki elektriksel çekimdir.
3. Kovalent Bağlar: iki atom arasında, bir veya daha fazla
elektronun paylaşılmasıyla karakterize edilen kimyasal bağ ’dır.
‰
‰
Eğer paylaşılan elektronlar aynı atomlara ait ise apolar kovalent bağ, H2
Eğer paylaşılan elektronlar farklı atomlara ait ise polar kovalent bağ
olusur, H2O
B- Moleküller arası bağlar
1. Hidrojen Bağı
2. Van der Waals Bağı
Metan
19
SU
İşlevleri:
„
Çözücü
„
Taşıma
„
Vücut sıcaklığının
düzenlenmesi
„
Elektrolit dengesi
H2O molekülünün dipolar yapısı: iki
hidrojen atomu kısmi pozitif yük (δ+) ve
oksijen atomu kısmi pozitif yük (2δ-)
taşır.
20
Su Molekülünün Oluşumu
21
İyonların Sudaki Çözünürlük Durumları
(Su ile oryantasyonu)
22
Moleküller Arası Bağlar
1. Hidrojen Bağı
„
„
„
Tek bir hidrojen atomu ile azot, flor ve oksijen
gibi iki elektronegatif atomlar arasında hidrojen
bağı olusur.
Su molekülleri arasında mevcuttur. Hidrojen
Bağları moleküllerin suda çözünürlüğünü arttırır.
DNA, RNA, Protein gibi biyomoleküllerin
kararlı yapı oluşumların da hidrojen bağlarının
fonksiyonu çok önemlidir.
23
Hidrojen Bağları
24
Su polar katılarla hidrojen bağları oluşturur.
Biyolojik olarak önemli
hidrojen bağları:
(a) Alkollerin hidroksil
grubu ve su arasında
(b) Ketonun karbonil
grubu ve su arasında
(c) Polipeptitlerin peptit
grupları arasında
(d) DNA’nın bazları
arasında
25
Su polar bir çözücüdür.
„
„
„
Hidrofilik, suda çözünen biyomoleküller (polar)
Hidrofobik, suda çözünmeyen biyomoleküller (apolar)
Amfipatik bileşikler yapılarında polar ve polar olmayan
gruplar taşır.
Miçeller: Amfipatik bileşiklerin apolar kısınlarının su
içerisinde birleşip kümeleşmesiyle oluşan kararlı
yapılardır. Moleküllerin hidrofobik kısımlarını bir arada
tutan kuvvet, hidrofobik etkileşim.
26
27
2.Van Der Waals Bağı
„
„
„
„
Hidrofobik bağlar
Bağdan ziyade etkileşimdir.
Nonpolar gruplar arasında meydana gelir.
Biyomoleküllerin bazı grupları (yağların
hidrokarbon zinciri, DNA da bazlar, bazı amino
asitlerin hidrofobik yan grupları gibi)
biyomolekülün şeklini almasında önemli katkıda
bulunur.
28
Fonksiyonel Gruplar
„
Organik moleküllerin birbirleri ile etkileşimi üzerlerinde
bulundurdukları fonksiyonel gruplardan meydana gelir.
29
Biyolojik Makromoleküller
30
31
Amino asitler ve Proteinler
Amino asitlerin yapısı
32
33
34
Peptit Bağı
35
36
Protein Yapısı
Hemoglobin
Proteinin konformasyonu ve
kararlılığında rol alan kimyasal bağlar
37
Bazlar, nükleozitler, RNA ve DNA
nükleotitleri
38
Nükleotit Yapısı
39
Adenozin’in Fosforile Formu
40
Nükleik Asitlerin Yapısı
41
Çift Sarmal DNA’da Hidrojen Bağları
42
Monosakkaritler
43
Disakkaritler
α-1
β-1
β-2
4 glikozidik bağ
4 glikozidik bağ
1 α glikozidik bağ
44
45
46
Yağ Asitlerinin Adlandırılması
47
Lipidler
48
Doymuş ve Doymamış Yağ Asitleri
49
Fosfogliseritler
50
Steroit Hormonlar
51