Malzeme nedir ne değildir??? - AVES

Biyokimayanın konusu.
Fizikokimyasal prensipler
İstanbul Üniversitesi
Eczacılık Fakültesi
Biyokimya Anabilim Dalı
Doç. Dr. Nurten Özsoy
BİOKİMYA
Biokimya canlı sistemin yapısını ve işlevlerini kimyasal
bakımdan inceleyen bir bilim dalıdır.
Bio = yaşam
1903 yılında Alman kimyager Carl Neuberg’in önerisiyle
Fizyolojik kimya bilim dalına biokimya adı verilmiştir.
Biyokimya bilgisi, tüm yaşamla ilgili Bilim Dalları için gereklidir
Biokimya
Mikro
biyoloji
İnorganik
kimya
Fizik
Fizyoloji
Farmakoloji
Toksikoloji
Biokimya alanında insan biokimyası ile ilgili elde edilen başarılar:
• Hücrelerin, dokuların ve vücudun genel kimyasal bileşimi belirlenmiş ve
başlıca bileşikler izole edilerek yapıları ortaya konmuştur.
• Belli başlı kompleks biomoleküllerin fonksiyonları ortaya konmuştur.
 DNA’nın genetik bir materyel olduğu
 İçerdiği bilgiyi RNA’ya (mRNA) aktardığı
 mRNA ile proteindeki amino asid dizisinin belirlendiği bulunmuştur.
• Hücrelerde gerçekleşen reaksiyonların hemen hepsinin enzimler
tarafından kataliz edildiği saptanmış, birçok enzim saflaştırılmış ve
incelenmiştir.
• Belli başlı basit ve kompleks biomoleküllerin sentezi ve parçalanması
ile ilgili metabolik yollar belirlenmiştir.
• Genel olarak temel hormonların etki mekanizmaları ile ilgili bilgiler
elde edilmiştir.
• Birçok hastalığın biokimyasal mekanizması açıklığa kavuşmuştur.
polisakkaridler
heksozlar
pentozlar
pentoz fosfat yolu
aromatik amino
asdidler
katekolaminler
purinler
glikoliz
fotosentez
lipidlerin biyosentezi
amino asidler
lipidlerin oksidasyonu
TCA siklusu
fosfolipidler
iziprenoidler
solunum zinciri
steroidler
porfirinler
üre siklusu
Biokimyanın konusu
Canlı sistem
• Makroskopik (bir-birkaçyüz mm) ⇒ ANATOMİ
• Fonksiyonları ⇒ FİZYOLOJİ
• Mikroskopik (1 mm – 2 x 10 - 4 mm) ⇒ HİSTOLOJİ
• Ültramikroskopik < 200 nm (2 x 10 - 4 mm) ⇒ BİOKİMYA
Biokimya
Morfolojik yönü
Canlı yapıyı meydana getiren
molekülleri, iyonları ve
bunların canlı sistemdeki
dağılışını inceler.
Fonksiyonel yönü
Molekül ve iyonların canlı sistemde
oluşumunu, organizmada uğradıkları
kimyasal değişiklikleri ve hangi son ürün
halinde atıldıklarını araştırır.
BİOKİMYANIN ECZACILIK MESLEĞİ BAKIMINDAN ÖNEMİ
A- Biokimya klinik eczacılık bakımından önem taşır
a) Hastalık tanısında biokimyasal analizler.
b) İlaçların hastaya uygulanması sırasında ilaç metabolizmasının ve kan
düzeylerinin takibi.
B- Biokimya eczane eczacılığı bakımından önem taşır
a) İlaç olarak kullanılan biokimyasal maddeler:
- Vitaminler ve mineraller
- Enzimler:
 Sindirim için kullanılanlar (sindirim enzimlerini içeren ilaçlar)
 Yara tedavisinde kullanılanlar (kollajenaz, hiyaluronidaz vb.)
- Hormonlar (östrojenler, doğum kontrol hapları, kortizon, kalsitonin vb.)
- Parenteral solüsyonlar (serumlar; dekstroz, elektrolitler, amino asid
solüsyonları)
b) Biokimyasal reaksiyonları etkileyerek etki gösteren ilaçlar:
- Antihipertansifler: Anjiotensin I hormonunun sentezini durdurarak
etki eden ACE (Angiotensin Converting Enzyme) inhibitörleri
(kaptopril).
- Antibiotikler:
 Bakterilerin salgıladığı enzimleri etkisiz hale getirirler
(β-laktamaz inhibitörleri).
 Hücre duvarındaki mukopeptid (glikoprotein) sentezini inhibe ederek,
bakteriyi eritirler (penisilin türevleri).
- Kolesterol düşürücüler: Kolesterol sentezindeki bir enzimi etkisiz hale
getirerek sentezi durdururlar (statinler).
- Antiürisemik ilaçlar: Ürik asid sentezinin son basamağındaki bir enzimi
durdurarak etki ederler (allopurinol).
c) Bioteknoloji ile hazırlanan ilaçlar:
Rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak yapılan ilaç üretimi.
insulin hormonu,
somatotropin hormonu,
immunoglobulinler,
kanser tedavisinde kullanılan interferon,
çeşitli aşılar ve serumlar elde edilmektedir.
Belirli bir gen parçasınının diğer bir DNA molekülüne integre olmasına
rekombinasyon ve bu özelliği taşıyan DNA’ya da rekombinant adı verilir
EcoRI restriksiyon enzimi
Restriksiyon endonukleaz (EcoRI)
tarafından DNA’nın sadece belirli baz
dizilerinin
bulunduğu
yerlerden
bölünür.
yabancı DNA
DNA parçacıkları yapışkan
uçlarında birleşirler
yapışkan uç
yapışkan uç
rekombinant DNA
Küçük
dairesel
DNA’lar
bakterilerin sitoplazmasında
bulunurlar. Bunlara plazmid
denir ve sayıları 20-50 kadar
olabilir.
Klonlama vektörleri
plazmid
EcoRI ile DNA
oklarla gösterilen
yerlerden kesilir
Oluşan DNA parçaların
yapışkan
(komplementer) uçları
var.
Rekombinant
DNA
Yapışkan uçlar DNA
ligaz ile birleştirilir
Klonlanması düşünülen geni
içeren bir DNA parçası bakteri
içersinde
kendi
kendine
çoğalabilen bir plazmide aktarılır
İnsulin hormonunun geni (insulin sentezi için gerekli genetik kodu
taşıyan DNA parçası) insan DNA’sından izole edilir.
protein
sentezi
bakteri
kromozomu
Bakteri
Bakteri
hücrelerinden
(genellikle Escherichia coli)
elde edilen bakteri DNA’sının
arasına yerleştirilir (klonaj).
Böylece oluşan hibrid
adı verilen bakteri
DNA’sı, bakterinin
çoğalması sırasında,
bakterinin kendi
proteinlerinin yanında
insan insulinini de
sentezler.
rekombinant
DNA
replikasyon
bakteri
klonları
HÜCRENİN
YAPISI
Deri Hücresi
Kas Hücresi
Kan Hücresi
Hücre
Doku
Sinir Hücresi
Organ
Sistem
Organizma
Aynı türden milyonlarca hücre birleşerek dokuları oluşturur. Çeşitli
dokular bir araya gelerek organları; organlar sistemleri; sistemler de
organizmayı meydana getirir.
Bütün canlıların yaşayan en küçük birimi hücredir. Hücre
terimi ilk defa 1665 yılında İngiliz bilim adamı Robert
Hooke tarafından basit bir mikroskopla ölü mantar doku
kesitinde görülen boşluklar için kullanılmıştır.
Robert Hooke'un mikroskobunda elde ettiği hücre görüntüsü.
Canlı sistemin bazı kısımları doğrudan doğruya gözle görünebilir.
Daha küçük bazı kısımları ise ancak ışık veya elektron mikroskobu
ile görülebilir. En küçük boylu hücreler gametler, bakteriler ve
parazit tek hücrelilerdir. Bu hücreler 0.2-0.5 mikron (1 mikron =
0.001 mm) çapındadır.
Işık mikroskobu
ELEKTRON MİKROSKOBU
Bitki ve
T2 fajı
hayvan
Atom
hücreleri
Lipit
Protein
Küçük moleküller
Kloroplast
Bakteriler
Gözle görünür
Balina
Balık yumurtası
Ağaç
Kuş
İnsan
En büyük hücre, kuş yumurtasıdır. Bugün yaşayanlardan devekuşunun
yumurtası bilinen en büyük hücrelerdir. Bilinen en uzun hücreler ise
aksonlarıyla beraber 1 m kadar uzunluktaki bazı sinir hücreleridir.
Hayvan hücresi aşağıda belirtilen
kısımlardan oluşur
• Hücre zarı
•Hücre çekirdeği (nukleus)
- Çekirdek zarı
- Nukleoplazma
- Kromozomlar
- Çekirdekçik (nukleolus)
• Sitoplazma
- Mitokondriler
- Endoplazmik retikulum
- Ribozomlar
- Lizozomlar
- Golgi cisimleri
- Sitoskeleton (sitoplazma iskeleti)
- Peroksizomlar
- Sentrioller
Canlı hücrelerin bilinen kimyasal yapı taşları
Organik maddeler
• Karbohidratlar
• Proteinler ve peptidler
• Enzimler
• Lipidler
• Nukleotidler ve nukleik asidler
• Porfirinler
• Hormonlar
• Vitaminler
İnorganik maddeler
İnsan organizması,
% 65 su,
% 20 protein,
• Mineraller
% 12 lipit,
• Su
% 1 karbohidrat içerir.
Hücre membranı (zarı)
Hücre membranı, hücreyi ve hücre organellerini sararak
dış ortamlarından ayıran, hücreye yapısal ve mekanik
bütünlük sağlayan seçici geçirgen bir yapıdır.
- Hücre membranı 6-10 nm kalınlığında dinamik bir yapıdır.
-Tüm
hücrelerin
membranları
karbohidratlardan oluşur
proteinler,
lipidler
ve
-Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşın
hücre membranında:
• Proteinler ……………………. % 55
• Lipidler ……………………….. % 41
- Fosfolipidler …… % 25
- Kolesterol …….…% 12
- Glikolipidler …….. % 4
• Karbohidratlar …………… % 3
Fosfolipidler
Fosfolipidler, iki hidrofobik yağ asidi ve bir hidrofilik fosfat içeren
baş kısmı ile amfipatik bir moleküllerdir.
Gliserol
Fosfat
Yağ asidleri
Yağ asidleri
Fosfolipid
Sitoplazma
Hücre membranı
Fosfolipitlerin polar baş kısmı suda kolayca çözünürken,
polar olmayan kuyruk kısmı (hidrokarbon zinciri) suda
çözünmez. Bu nedenle, polar baş kısımların sulu ortamla
ilişkili olacak şekilde, polar olmayan hidrokarbon
kuyrukların ise suyun az bulunduğu orta kısmında birbiri
ile ilişkili olacak şekilde dizilmesiyle lipit çift tabakası
oluşur.
Lipit çift tabakası biyolojik membranların temel yapısıdır
Hidrofilik baş
Fosfat grubu
Yağ asidi
kuyruğu
Hidrofobik kuyruk
Sıvı mozaik modeli
Lipitler ve proteinler membranda, 1972 yılında Singer ve Nicolson
tarafından "sıvı mozaik modeli“ olarak tanımlanan bir düzende
yerleşmektedir: Fosfolipid tabaka membranın sıvı bölümünü
oluştururken, bu sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler
ise mozaik bölümünü oluştururlar.
Proteinin hidrofilik bölgesi
Fosfolipit çift tabaka
Proteinin hidrofobik bölgesi
Membran Proteinleri
• Membran proteinleri, membranın yapısal bütünlüğü ve spesifik
fonksiyonlarından sorumludur.
• Membran proteinleri, membrandaki yerşleşim yerlerine göre:
– Periferal membran proteinleri
• Membran proteinlerinin yaklaşık % 30 kadarını
oluştururlar ve genellikle integral membran proteinlerine
nonkovalent olarak bağlanırlar
– İntegral membran proteinleri
• Membran proteinlerinin % 70 kadarını oluştururlar
• Lipit çift tabakaya gömülmüş haldedir,
• Çoğu tüm membran boyunca uzanır ve bazı maddelerin
karşı tarafa geçtiği kanalları oluşturur ((transmembran
proteinler)
Glikolipit
Oligosakkarit
İntegral protein
Hidrofobik
α-heliks
Fosfolipit
Kolesterol
FONKSİYONEL SINIFLANDIRMA:
TRANSMEMBRAN PROTEİNLERİ:
a. İyon kanalı: özel iyonları su dolu porlar aracığı ile
membranın diğer tarafına taşır. Birçok plazma membranı çeşitli
iyonlar için spesifik kanallar içerir
b. Taşıyıcılar: Şekillerini
membranın diğer tarafına taşır.
değiştirerek
özel
maddeleri
c. Reseptör: Çeşitli moleküllerden aldıkları sinyalleri hücre
içine ileterek hücredeki reaksiyonları başlatır veya durdururlar.
d. Enzim: Hücre içinde veya dışında reaksiyonları katalizler.
e.Bağlayıcı: Hücre içinde ve dışında filamentlere bağlanarak
hücrenin yapısal bütünlüğünü ve şeklini korumaya yardımcı olur.
Aynı zamanda, hücrenin hareketine de etkisi vardır.
Membran Proteinlerin fonksiyonları
Dış taraf
Plazma
membranı
İç taraf
Taşıyıcılar
Enzim
Hücre yüzey antijenleri
Hücre adhezyonu
Hücre yüzey reseptörleri
Sitoskeletona bağlanma
Hücre Zarının İşlevleri:
1. Seçici Geçirgenlik
a. Pasif Difüzyon (Maddelerin enerji gerektirmeden geçişi)
b. Kolaylaştırılmış Difüzyon (Maddelerin bir zar bileşeni yardımıyla geçişi)
c. Aktif Taşıma (Maddelerin enerji harcanarak taşınması)
2. Sinyal iletimi
a. İyon Kanalına Bağlı Reseptörler
b. G Proteinine Bağlı Reseptörler
c. Steroid Hormon Reseptör Ailesi
3. Endositoz
a. Fagositoz
b. Pinositoz
c. Reseptör aracılı endositoz
4. Ekzositoz
5. İzolasyon ve Bölmelendirme
6. Metabolik süreçlerin uzaysal organizasyonu
7. Depolama, Taşıma ve Salgılama
Yüksüz molekül
Yüklü molekül
Makromolekül
Plazma
membranı
Membran yarı geçirgendir, yani bazı maddelerin membrandan serbestçe
geçmesine (diffüze olmasına) izin verir. Membran büyük moleküllere geçirgen
değilken, yüklü iyonları çok az geçirir, ve yağda eriyen küçük moleküllere oldukça
geçirgendir.
HÜCRE ZARI TAŞIMA SİSTEMLERİ
ENERJİ GEREKSİNİMİ
Enerji
gerektirmeyen
Enerji
gerektiren
Difüzyon
Endositoz
Basit
difüzyon
Kolaylaştırılmış
difüzyon
Molekül lipid çift katmandan
drek olarak geçer
Sekonder
Primer
aktif taşıma aktif taşıma
Aracılı taşıma
membran proteini
gerektirir
Fiziksel gereksinim
Ekzositoz
Membranda vezikül
oluşumu gerektirir
Basit difüzyon
Pasif taşıma
Kolaylaştırılmış difüzyon
Aktif taşıma (transport)
Taşıma Modelleri
Pasif ve Aktif Transport
Taşıyıcı proteinler: pasif ve aktif transport
Kanallar: sadece pasif
Taşınan molekül
Kanal proteini
Taşıyıcı protein
Lipit çift
Konsantrasyon
gradiyenti
tabaka
Basit difyüzyon
Kanallar
aracılığı ile
Taşıyıcı protein
aracılığı ile
PASİF TRANSPORT
AKTİF TRANSPORT
Aracısız transport
Pasif difüzyon
İki ortam arasındaki konsantrasyon farkına, konsantrasyon
gradienti denir. Pasif difüzyon, moleküllerin konsantrasyon
gradienti yönünde kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarıdır. Sisteme
dışarıdan enerji eklenmediği için moleküllerin bu hareketi zarın her
iki tarafındaki madde konsantarsyonu eşitleninceye (sistem dengeye
ulaşıncaya) kadar devam eder.
• Diffüzyon
– yüksek → düşük konsantrasyonu
Yarı geçirgen membran
Boya molekülleri
su
denge
Yüksek geçirgenlik
HİDROFOB
MOLEKÜLLER
benzen
KÜÇÜK, YÜKSÜZ
POLAR
MOLEKÜLLERİ
üre
gliserol
BÜYÜK, YÜKSÜZ
glukoz
POLAR
MOLEKÜLLERİ sakkaroz
üre
gliserol
Geçirgenlik
katsayıları
(cm/sec)
triptofan
glukoz
İYONLAR
Sentetik lipit çift tabaka
Taşınacak türler geçirgenlik katsayılarına göre
membran lipit tabakaları arasındaki geçitlerden hücre
içine veya dışına taşınmaktadır.
Düşük geçirgenlik
Eğer iki sıvı kompartmanı arasındaki bir zar suya geçirgen, fakat su
içinde çözünmüş bazı maddeler için geçirgen değilse (yarı geçirgen
membran) ve diffüzyona uğramayan maddelerin konsantrasyonu zarın
bir yanındaki sıvı bölümünde diğer taraftakinden daha fazla ise, su
yüksek yoğunlukta diffüze olmamış madde içeren bölüme doğru zardan
geçer.
Suyun difüzyonu, osmoz olarak adlandırılır
Suyun
difüzyonu
osmoz
Tonisite
Bir solüsyonun osmotik basıncını plazmanınki ile
karşılaştırmak için kullanılır.
Hipotonik solüsyonlar –plazmadan düşük osmotik
basınçları nedeniyle hücrelerin hacmini arttırırlar.
(eritrositlere net su girişi →hemoliz)
İzotonik solüsyonlar – plazma ile aynı basınçları
nedeniyle hücre hacmini etkilemezler (eritrositlerle sıvı
arasında net su hareketi yok)
Hipertonik solüsyonlar ise plazmadan yüksek osmotik
basınçları sonucunda hücre suyunun intravasküler
sıvısına çekilmesine ve hücrenin hacim kaybına neden
olurlar.(eritrositlerde büzüşme)
İzotonik
Hipotonik
izotonik hipotonik hipertonik
Hipertonik
Klinikte kullanılan izotonik çözeltiler
• % 0.9 NaCl
• % 4.8 Glukoz çözeltisi
• % 3.8 Sodyum sitrat
• Ringer: NaCl, KCl ve CaCl2 içeren çözelti
• Tyrode çözeltisi: NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2,
NaHCO3, NaH2PO4 ve glukoz içeren çözelti
Kolaylaştırılmış diffüzyon
Kanallar veya taşıyıcı proteinler aracılığıyla, konsantrasyon
gradienti yönünde, enerji harcanmadan gerçekleşir.
kolaylaştırılmış = yardım ile
açık kanal = hızlı transport
yüksek
düşük
İyon kanalları
Na+
Cl-
K+
K
K
Konsantrasyon gradiyentlerine ve
elektriksel yüklerine göre akış
Kolaylaştırılmış difüzyonda, membranda yerleşik taşıyıcı
proteinler (transmembran proteinler), kanal proteinlerinden
farklı olarak
1. Taşınan bileşiği özgül olarak bağlamakta ve bağlanma sonrası
proteinde konformasyon değişikliği meydana getirmektedirler.
2. Bu değişiklikle bağlanma sırasında hücre dışına yönelmiş protein
bağlanma sonrası hücre içine (sitozole) yönelmekte
3. Bağladığı bileşiği sitozole bırakmaktadır
Kolaylaştırılmış difüzyondaki taşıma proteinleri hareketlidirler.
Konformasyonel değişiklik
conformation
change
Konformasyonel değişiklik
conformation
change
Carrier-mediated solute transport
Glukoz
Bağlanma
Konformasyon değişikliği
Dissosiyasyon
sitozol
Transport (taşıma): uniport/kotransport
 Uniport sistemi tek bir molekülü çift yönde taşıyabilir.
 Kotransport sistemlerinde, bir molekülünün membran boyunca
taşınması, bir diğer molekülün taşınmasına bağımlıdır.
Simport sistemi: molekülleri aynı yönde taşıyabilir
Antiport sistemi: iki molekülü zıt yönde taşıyabilir
Dış membran
İç membran
Simport
Uniport
Antiport
Kotransport
Aktif taşıma (transport)
• Hücre membranından, molekül ve iyonların,
metabolik
enerji
kullanarak,
konsantrasyon
gradiyentine karşı yönde taşınması işlemine aktif
transport denir.
Primer aktif taşıma
Na+K+ ATP az: Na+K+ transportu
Enerji kaynağı - ATP
Ekstrasellüler sıvı
Sodyum
ATP
İntrasellüler sıvı
Potasyum
ADP
Pi
Potasyum
K+
Sekonder aktif taşıma
simport
Primer aktif taşıma
Sekonder aktif taşıma
• Enerji olarak doğrudan ATP değil, iyon konsantrasyon
gradientini kullanır.
• Taşıyıcı protein üzerinde asıl taşınacak madde haricinde bir de
enerjiyi sağlayacak olan iyonu bağlayan bölge vardır
• Bu iyon genellikle sodyumdur
Primer ve sekonder aktif taşıyıcılar birbiriyle koordine
bir şekilde çalışırlar
Hücre dışı
Hücre içi
Sekonder aktif taşıma
Na+/amino asid simportu
Na+/glukoz simportu
Ca2+/ Na+ antiportu
Ekstrasellüler sıvı
İntrasellüler sıvı
Amino asid
Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi
Endositoz ve Ekzositoz
• Büyük moleküller hücre içine ve dışına membrandan
tomurcuklanan veya membranla kaynaşan veziküllerle
taşınır
Ekstrasellüler sıvı
Plazma membranı
Endositoz
Ekzositoz
İntrasellüler sıvı
Hücre dışından içine madde alımı pinositoz, reseptör-aracılı endositoz
ve fagositoz olmak üzere üç değişik yolla olmaktadır. Her üç yol hücre
gereksinimlerinin karşılanmasında veya korunmasında kullanılmaktadır.
Endositoz
Fagositoz
= “hücre yutumu”
Pinositoz
= “hücre içimi”
Receptör-aracılı endositoz
Transferrin ve LDL, reseptör aracılı
endositozla hücre içine alınır.
Ekstrasellüler sıvı
Sitozol
bakteri
fagozom
Fagositoz
Plazma
membranı
genç endozom
Endositoz
geç endozom
lizozom
mitokondri
otofagozom
Otofaji
Çekirdek (Nukleus)
Çekirdek, çekirdek membranları adı verilen çift membrandan
oluşan bir yapı ile çevrelenerek hücre sitoplazmasından ayrılmıştır.
Dış ve iç membran olarak adlandırılan bu çift membran yapısı ile
nükleoplazma (çekirdek özü) ve sitoplazmanın içeriği birbirinden
ayrılmakta ve çekirdek yapısı şekillenmektedir.
Çekirdekçik: ribozomal RNA Dış membran
kodlayan genlerin birçok
İç membran
kopyasını içermektedir
Nukleoplazma
Çekirdekçik
Kromatin
Nuklear
membran
Porlar
Çekirdeğin dış membran sistemi sitoplazmaya doğru GER olarak
devam etmekte, dış ile iç membran arasında kalan membranlar
arası bölge, ER lümeni ile doğrudan ilişki halinde bulunmaktadır.
Ayrıca fonksiyonel olarak ER ile benzerlik gösteren dış membranın
sitoplazmik
yüzeyinde
protein
sentezi
için
ribozomlar
bulunmaktadır. İç membran ise, çekirdeğe özgü olan proteinleri
taşımaktadır.
Çekirdek zarı
Çekirdek
Ribozomlar
Granüllu ER (GER)
Düz ER (DER)
Dış ve iç membranlar arasında bulunan dar alanda iki
membran birbirine çapları yaklaşık 90 nm olan geçitler ile
bağlanmaktadır. Protein yapısındaki bu geçitler belirli
makromoleküllerin sitoplazma ile nukleoplazma arasında
seçici geçişini sağlamaktadır.
Çekirdekçik
Nukleoplazma
Nüklear
porlar
İç membran
Nükleer por
Dış membran
Çekirdek
membranı
nukleer porlar
Ökaryotik DNA organizasyonu
Çekirdeğin büyük bir kısmını
kromatin iplikleri oluşturmaktadır.
Hücre bölünme fazlarına girmediği
zaman
kromatin
iplikleri
nukleoplazma içinde gelişigüzel
dağılmış olarak bulunmaktadır.
Hücre bölünmesinden hemen önce
kromatin iplikleri kalınlaşarak
granüllü bir yapıda görünen
kromozom
almaktadır.
Diploid (2n) halini
bir insan
hücresinde herbiri tek molekül DNA içeren 46
kromozom 23 çift halinde bulunmaktadır.
Diploid (2n) bir insan hücresinde herbiri tek molekül DNA
içeren 46 kromozom 23 çift halinde bulunmaktadır.
sentromer
kromozom
gen
kromatid
Sitoplazma: Plazma membranının iç boşluğu, sulu bir çözelti olan
sitozol ile çözünmeyen ve çeşitli parçacıkların süspansyon
oluşturduğu sitoplazma ile doldurulmuştur.
Glikoliz, glukoneojenez, pentoz fosfat yolu, yağ asidi sentezi gibi
metabolizma reaksiyonları sitosolde cereyan eder.
Ribozomlar
Ribozomlar, protein sentez organelleridir ve
bütün canlı hücrelerde bulunurlar. Ribozomların
% 60-65’i rRNA lar, % 35-40’ı ise proteinlerden
oluşur. Proteinlerin biosentezi sırasında birçok
ribozom ayni bir mRNA ya bağlanmış olurlar ve
elektron mikroskobunda inci dizisi gibi
görünürler. Bunlara polizom denir.
Ribozomlar ültrasantrifüjde 70s (prokaryot
hücresinin) ve 80s (ökaryot hücresinin) lik bir
sedimentasyon sabitesi gösterirler (Svedberg
ünitesi).
80s Ribozomu 60s ve 40s alt biriminden oluşur
(ökaryot hücreler).
60s ribozom büyük alt birimi = 28s rRNA+5,8s
rRNA+5s rRNA+50’den fazla polipeptid zinciri
40s ribozom küçük alt birimi = 18s rRNA+30
polipeptid zinciri
Ribozom
Polipeptid zinciri
Düz ER
DER
Çekirdek
Endoplazmik retikulum
(DER)
Çekirdek porları
Çekirdek zarı
GER
Transport
vezikülü
Golgi
Plazma membranı
Lizozom
Vakuol
Granüllu ER (GER)
Sisternalar
Ribozomlar
Bir ökaryotik hücrede toplam hücre membranlarının % 50 kadarını
oluşturan endoplazmik retikulum (ER) membranı, tübül ve yassıtılmış
keseciklerden bir labirent oluşturarak çekirdekten plazma membranına
kadar bütün sitoplazmayı doldurmaktadır. ER lümenini sitozolden ayıran
ER membranı, bu iki bölme arasında seçici geçirgenliği sağlayan bir
yapıdır. ER membranının bazı kısımları granüllü, diğer bazı kısımları ise
düzdür.
Agranüler (Düz) endoplazmik retikulum
FONKSİYONLARI:
Fonksiyonları:
 Membran lipitlerinin biyosentezi ve toksik
bileşiklerin metabolizmasından sorumludur
 Karaciğer hücrelerinde bulunan düz ER, çeşitli
ilaç ve toksik bileşiklerin metabolizmasından
sorumludur
ve
lümeninde
bileşiklerin
hidroksilasyonunu katalizleyen
sitokrom P450
sistemini içermektedir.
Kas hücrelerinde sarkoplazmik retikulum (SR)
adlandırılan düz ER, kas kasılması sırasında Ca2+
salınımını sağlayan bir Ca2+ deposu olarak görev
yapmaktadır.
Steroid hormonları sentezleyen hücreler olan
adrenal korteks, yumurtalık ve testis hücrelerinde
daha fazla oranda bulunmaktadır.
Hücre içinde taşınacak olan büyük moleküller için
taşıma vesikülleri oluşturmaktadır.
Granüllü (pürtüklü) endoplazmik retikulum
FONKSİYONLARI:
 Granüllü ER’a (GER)
sentezlenmektedir.
bağlı
ribizomlarda
ER lümeni adlandırılan bölgede: proteinlerin
ileri modifikasyonlarını sağlayan pek çok enzim
yer almaktadır
proteinler
Golgi sistemi
Endoplazmik retikulumdan gelen proteinlerin ileri modifikasyonları
(sülfat, lipit, karbohidrat bağlanması) ve hücre içinde gideceği organele
göre ayrımlanması (lizozomlar, plazma membranı veya salgı vezikülü),
morfolojik olarak yassılaşmış membranlardan ve veziküllerden oluşan
Golgi sisteminde gerçekleşmektedir.
Hayvan hücrelerinde hücre çekirdeğinin, sentrozomun veya hücre
merkezinin yakınına asimetrik olarak yerleşen Golgi sistemi cis,
medial ve trans bölümlerinden meydana gelmektedir. Bunlardan ER
en yakın bölüm cis, en uzak olan ise trans bölümüdür. Farklı
işlevleri bulunan Golgi sistemindeki bu bölümlerde değişik enzimler
yer almaktadır.
Lizozomlar
Golgi sisteminden meydana gelen, membranla çevrili veziküllerdir.
taşıyıcı
Sitozol
Asid hidrolazlar
Nukleazlar
Proteazlar
Glikozidazlar
Lipazlar
Fosfatazlar
Sulfatazlar
Fosfolipazlar
pompası
Peroksizomlar
Katalaz
H2O2 → H2O + ½ O2
Ürik asit, amino asitler ve yağ asitleri oksidatif tepkimeler ile
peroksizomlarda yıkılmaktadır
Mitokondri
Mitokondri, hücrenin enerji merkezi olarak tanımlanmıştır.
Yunanca “iplik şeklinde granül“ anlamına gelir. Genellikle
5-6 tanesi uç uca gelerek bir iplik şekli meydana getirir.
Mitokondri ökaryotik hücrelerin, enerji üretimi görevini
üstlenen ve kendi halkasal DNA’ sına sahip sitoplazmik bir
organeldir. Sayıları enerji ihtiyacına göre değişir.
Membranlararası boşluk ile ayrılmış iki membrandan
oluşmaktadır. Mitokondri iç membranının çevrelediği
bölge matriks adını alır.
Dış membran: Küçük moleküller ve iyonlar porin adı
verilen proteinler tarafından oluşturulan transmembran
kanallardan serbestçe girer ve çıkarlar.
matriks krista
İç membran Dış membran
İç membran:
• Krista (Latince, cristae tarak demektir) adı verilen kıvrımları
iç membranın yüzey alanını artırırlar, membran bağımlı
reaksiyonların daha fazla sayıda olmasını sağlar
• Seçici geçirgenlik gösterir.
• ATP, ADP, piruvat gibi küçük moleküllerin çoğuna ve H+,
Na+, K+ gibi iyonlara karşı geçirgen değildir. İç membranı özel
taşıyıcısı olanlar geçebilir.
Matriks
Piruvat dehidrojenaz kompleksi
ATP, ADP, Pi,
Sitrik asid siklusunun enzimleri
Mg2+, Ca2+, K+, NAD+, FAD
Yağ asidi β-oksidasyon enzimleri
Birçok çözünür metabolit
Sitoplazmadaki ağ yapısı
hücre iskeleti (sitoskeleton)
olarak tanımlanmaktadır
Hücre yüzeyinin
şeklinin
belirlenmesinde ve
hücre hareketinde rol
alır.
(Aktin filamentleri)
7 nm
Hücreye mekanik
destek sağlar ve yükün
dağılmasına yardım
ederler
8-11 nm
Mikrotübüller, etrafı zarla çevrili
organellerin sitoplazmadaki
konumlarının belirlenmesinde ve
sabitlenmesinde görevlidir.
25 nm
Mikrotübüller
Tübulin dimer
Sentriyoller: mikrotübül demetleri
mikrotübüller
Sentriyoller çekirdeğe yakın olarak yer alan bir çift silindrik
yapıdır. Her biri üçerli gruplar halinde dokuz tübülden
oluşmuştur. Sentriyoller hücre bölünmesi sırasında kromatidlerin
hücre kutuplarına çekilmesini sağlarlar.
Büyüklük
kütle
homojenat
→ differansiyel santrifüj
mitokondri
nükleus
mikrozom
peroksizom
hücre debrisi lizozom
sitozol
• Homojenat, gittikçe artan santrifüj kuvvetine maruz bırakılarak
fraksiyonlarına ayrılır
• Kütle büyüdükçe, çökmesini sağlayan santrifüj gücü azalır
Dansite-Gradient Santrifüj
numune
ultrasantrifüj
100,000 x g
24 h
sakkaroz
gradienti
(% 5-20) Tüpün dibi delinir
fraksiyonlar toplanır
en yoğun
en hafif
Hücrenin kısmı
Endoplazmik retikulum
(düz yüzeyli)
Glikojen granülleri
Metabolizma reaksiyonu
Hidroksilasyon reaksiyonları, Lipid sentezi,
Ksenobiyotiklerin zehirsizleştirilmesi
Glikojen sentezi ve yıkımı enzimleri
Golgi cisimleri (salgı vezikülleri)
Glikoprotein deposu, Salgı kesecikleri
Hücre zarı
Aktif transport
Lizozom
Hidrolitik enzimler
Mitokondri (enerji kutusu)
β-Oksidasyon, Solunum zinciri, TCA siklusu
Nukleus (arşiv) - Kromozomlar
DNA replikasyonu, RNA sentezi
Nukleolus
rRNA sentezi
Peroksizom
Oksidasyon reaksiyonları
Ribozom (kaba yüzeyli endoplazmik
retikulum)
Sitoplazma
Protein sentezi
Glikoliz, Glukoneojenez, Pentoz fosfat yolu, Yağ
asidi sentezi, Transaminasyon
BİOKİMYASAL OLAYLARLA İLGİLİ BAZI
FİZİKOKİMYASAL PRENSİPLER
Moleküller arası kuvvetler
Atomlar
Moleküller
Lifler ve hücre zarları
Moleküller arası kuvvetler
Canlı organizma
Doku ve organlar
Biyolojik yapıyı meydana getiren molekülleri bir arada tutan
kuvvetler moleküllerarası kuvvetler’dir.
Moleküler Bağların Özellikleri
Bağ
Gücü
Özellikleri
Örnekler
İyonik
Kuvvetli
Zıt yüklü iyonize
gruplar arasındaki
çekim.
Tuz molekülünün yapısı veya
proteinlerin amino asit yan
zincirleri arasındaki çekim.
Kovalent
Çok
kuvvetli
Atomlar arasında
Moleküllerin oluşumunda
paylaşılan elektronlar. atomları birbirine bağlayan
çoklu bağlar.
Hidrojen
Zayıf
Hidrojen ve oksijenin
polarize bağları
arasındaki çekim.
Protein yan zincirlerinin
polar grupları arasındaki
çekim veya su moleküllerinin
çekimi.
Van der
Waals
Çok zayıf Çok yakın nonpolar
moleküller ve gruplar
arasındaki çekim.
Proteinlerdeki nonpolar
gruplar arasındaki veya lipid
moleküllerindeki çekim.
Hidrofobik
etkileşim
İyonik bağ
Kovalent bağı
Hidrojen
bağı
N-terminal
C-terminal
Moleküllerarası Kuvvetler
 Van der Waals çekmeleri – Elektrik yükü olmayan
moleküller arasındaki çekme kuvvetlerine denir.
Apolar çekmeler (London kuvvetleri): Atomların geçici
polarizasyonundan ileri gelen çekmelerdir.
Anlık dipol - indüklenmiş dipol moleküller arası çekim
kuvvetlerin oluşmasına neden olur. Bu etkileşime yaygın olarak
London kuvvetleri denir.
Dipol-dipol
(Atomların
devamlı
polarizasyonundan ileri gelir (Özel durum hidrojen bağı)
çekmeleri
Polar moleküllerin negatif ve pozitif uçlarının (elektonegatiflik
farkı) birbirini çekmesi sonucu oluşur.
 Hidrojen bağları: Hidrojen atomunun N ve O gibi elektronegatif
atomlara ilgisi sonucu oluşan bağlardır.
Biyomoleküllerde bulunan hidrojen bağlarına örnek:
- polipeptid zincirlerindeki amino asitler arasında,
- DNA ve RNA’daki guanin sitozin arasındaki üçlü hidrojen bağı.
 Kovalan bağlar: Bir elektron çiftinin iki atom arasında
ortaklanmasından ileri gelen kuvvetli bir bağdır. Bazı
proteinlerdeki disülfür bağları (-S-S-) bunlara örnektir.
sistein
sistin
sistein
Disülfid
köprüsü
 İyon bağları:
(+) yüklü gruplarla (–) yüklü grupları
elektrostatik çekme kuvvetleri ile bir arada tutan bağlardır.
Protein molekülleri
C
O-
…… H N
+
3
(CH2)4
Anyonik
Katyonik
(glutamat, aspartat ve (arginin, histidin, lizin ve
molekülün ucundaki molekülün diğer ucundaki
serbest karboksilat)
serbest amonyum)
Dispers sistemler
Bir veya birkaç maddenin diğer bir madde içerisinde
dağılmasına dispersiyon denir.
Dağılmış parçacıklara – dispers faz
Bunların içinde dağıldığı maddeye – dispersiyon ortamı
Fiziksel yönden hücre içeriği ne gerçek katı ne de gerçek
sıvıdır. Katı ile sıvı karışımdan oluşan bir sistemdir. Bu tür
sistemler, dağılan parçacıkların büyüklüğüne göre 3 gruba
ayrılırlar;
-Gerçek çözelti - parçacık büyüklüğü 10 nm (10-8 cm) den
daha küçüktür. Parçacıklar iyon ya da molekül halinde
çözücü sıvı içinde tamamen çözülmüşlerdir. Çözeltiler
berraktır.
Örnek: NaCl ve glukoz çözeltileri
- Süspansiyon - parçacıkların çapı 200 nm den daha
büyüktür. Parçacıklar büyük olduğundan daima
karıştırılmazsa dibe çöker.
Örnek: sütte yağ damlacıklarının ve kanda eritrositlerin
dağılışı
- Kolloidal çözeltiler – parçacıkların büyülüğü 10-200 nm
arasında değişir. Parçacıklar gerçek çözelti oluşturmak
için büyük, dibe çökmek için ise küçüktür.
Kolloidal çözeltilerin en önemli özelliği sol denen sıvı
halden jel denen yarı sıvı-yarı katı hale geçebilmesidir. Sol
halden jel hale geçen kolloid sistemde parçacıklar su
alarak şişmeye başlar ve çözünen faz genişleyerek çözücü
içinde daha çok yer kaplar. Bu olay tersinirdir. Jelatinde
ısıtma ve soğutmada olduğu gibi.
- Protoplazma da kolloid sistemdir. Kas hücrelerinin
kontraksiyonu ile protoplazma sol halden jel hale döner.
Dializ
Bir karışımdaki çözünmüş taneciklerin, yarı geçirgen
(semipermeabl) bir zardan difüzyonu.
Yarı geçirgen zar: kolloid tanecikleri giremez, daha
küçüklerini geçirir.
Örnek:
NaCl içeren protein çözeltisinin dializi.
Uygulama: Hemodializ
İntraperitoneal dializ
(zehirlenmeler, aşırı ilaç alma)
Semipermiabl
membran
homojenat
tampon
Diyaliz başı
Diyaliz sonu
Dializde, kan yarı geçirgen özellikteki selofandan yapılmış bir boru
sistemine pompalanır. Bu boru sistemi dializ sıvısı denilen ve kanın
normal elektrolitlerini içeren bir sıvı içinde bulunur. Bu şekilde
kandaki çözünmüş tanecikler, bu arada zararlı maddeler, selofan
zardan dializ sıvısına geçer. Bu arada dializ sıvısındaki elektrolitler
(Na+, K+, HCO3- v.s.) kana geçerek kanın elektrolit düzeyini istenilen
seviyede tutar. Böylece böbreğin yapması gereken işlem, kanın vücut
dışında dializiyle yapılmış olur.
Hemodializ
Kan girişi
Dializ sıvısı
çıkışı
Selofandan yapılmış
boru sistemi
(filtre)
filtre
Dializ sıvısı girişi
Kan çıkışı
Arterovenöz
fistul
Arter
Atık ürünleri
Yarıgeçirgen
membran
Dializ sıvısı
Ven
Hemodializ
Periton
Periton boşluğu
Atık ürünler
Periton dializi