Canlıların Temel Bileşenleri

Canlılar iki temel bileşen grubundan oluşur: inorganik bileşikler ve organik bileşikler. Bu iki grup arasındaki farkları anlamak çok önemlidir.

İnorganik bileşikler $su, asit-baz-tuz, mineraller$ enerji vermezler, canlı vücudunda üretilmezler ve dış ortamdan hazır alınırlar. Sindirime uğramazlar çünkü yapıları zaten küçüktür. Düzenleyici olarak görev yaparlar ve vücuttaki birçok yapıya katılırlar.

Organik bileşikler ise (karbonhidratlar, lipitler, proteinler, enzimler, vitaminler, ATP, nükleik asitler, hormonlar) canlılar tarafından üretilebilir ve enerji verirler. Yapılarında mutlaka C, H ve O atomları birlikte bulunur.

Dikkat! Minerallerden bazıları kemosentez yapan canlılarda kimyasal enerji verebilir, ancak bu durum istisnaidir.

Su (H₂O), yaşam için vazgeçilmez bir inorganik bileşiktir. İyi bir çözücü, seyreltici ve taşıyıcıdır. Vücut sıcaklığını dengeler, enzimlerin çalışması için ortam sağlar ve fotosentez için gereklidir. Su, 4°C'de en yoğun halindedir ve donduğunda buz olarak üstte kalır, bu sayede su altındaki yaşam korunur.

Su ve İnorganik Bileşikler

Suyun iki önemli özelliği adhezyon (suyu yüzeye yapışması) ve kohezyon (su moleküllerinin birbirini çekmesi) olaylarıdır. Bu özellikler bitkilerde suyun taşınmasına yardımcı olur ve bazı böceklerin su üzerinde yürüyebilmesini sağlar.

Canlılarda iki önemli su tepkimesi vardır:

1. Dehidrasyon sentezi: Küçük moleküllerin (monomerlerin) birleşerek büyük moleküller (polimerler) oluşturması ve su açığa çıkarması
2. Hidroliz: Büyük moleküllerin su ile parçalanması

Bu tepkimeler birbirine zıttır. Her ikisinde de enzimler kullanılır, ancak hidrolizde ATP harcanmaz. Monomerler küçük olduğundan hidrolize uğramaz ve hücre zarından doğrudan geçebilirken, polimerler önce hidroliz edilmelidir.

Asitler, bazlar ve tuzlar, vücut içi sıvıların yoğunluğunu dengede tutarlar:

• Asitler: Suda çözündüğünde H⁺ veren maddeler (CO₂, laktik, karbonik, amino asitler)
• Bazlar: Suda çözündüğünde OH⁻ veren maddeler (NH₃, bikarbonat, NaOH)

Bir ortamın asidik mi bazik mi olduğu pH metre ile ölçülür. Asitler ve bazlar birleştiğinde nötrleşme gerçekleşir ve tuz ile su oluşur.

Önemli! Tampon çözeltiler sayesinde, asitli içecek içtiğimizde bile kanımızın pH değeri dengede kalır.

Mineraller ve Özellikleri

Mineraller inorganik yapılı maddelerdir ve tüm canlılar tarafından dış ortamdan hazır alınır. Hiçbir canlı mineralleri üretemez. Organik moleküllere bağlanabilirler ve enzimlere kofaktör olarak yardımcı olurlar.

Bir mineral eksikliği başka bir mineral ile giderilemez. Örneğin, demir eksikliğiniz varsa iyot alarak bunu çözemezsiniz. Mineraller yeterince alınmazsa vücutta çeşitli hastalıklar ortaya çıkar.

Önemli mineraller ve görevleri şunlardır:

Kalsiyum (Ca): Kemik ve diş yapısına katılır, kas kasılmasını sağlar, kanın pıhtılaşmasına ve sinir sisteminin çalışmasına yardımcı olur. Eksikliğinde çocuklarda raşitizm, yetişkinlerde osteomalazi ve tetani görülebilir.

Sodyum (Na) ve Potasyum (K): Sinir hücrelerinde impuls oluşturur ve kalp ritmini düzenlerler. Eksikliklerinde halsizlik, iştahsızlık ve dikkat dağınıklığı görülür.

Magnezyum (Mg): Bitkilerde klorofil pigmentinin yapısına katılır. İnsanda kemik ve dişlerin yapısına katılır. Eksikliğinde sinir sistemi hastalıkları ve titreme görülür.

Klor (Cl): Midede HCl (mide özsuyu) üretiminde kullanılır. Eksikliğinde sindirim bozuklukları görülür.

Not: Demir (Fe), kana kırmızı rengini veren hemoglobinin yapısında bulunur ve oksijen-karbondioksit taşınmasında görev alır. Eksikliğinde anemi (kansızlık) görülür.

Organik Bileşikler ve Karbonhidratlar

Organik bileşikler enerji verebilen, canlılar tarafından sentezlenebilen ve yapılarında C, H, O atomları bir arada bulunan bileşiklerdir. Bazılarında N, S, P atomları da bulunabilir.

Karbonhidratlar (Şekerler), organik bileşiklerin önemli bir grubunu oluşturur. CHO atomlarından oluşurlar, enerji verirler ve çeşitli yapılara katılırlar. Hücre zarı, hücre duvarı, DNA, RNA, ATP gibi yapılarda bulunabilirler.

Karbonhidratlar monomer sayısına göre üçe ayrılır:

1. Monosakkaritler: Tek şekerli yapılardır ve karbonhidratların yapıtaşıdır. Küçük oldukları için sindirilmeden hücre zarından geçebilirler. Protein ve yağlarla bileşik oluşturabilirler (glikoprotein, glikolipit). Genel formülleri C₆H₁₂O₆'dır ve adları genelde "-oz" ile biter.

Monosakkaritler, karbon sayısına göre:

• Trioz (3C): Hücresel solunumda oluşan ara bileşiklerdir
• Pentoz (5C): Riboz (RNA ve ATP yapısında) ve Deoksiriboz (DNA yapısında)
• Heksoz (6C): Glikoz (üzüm şekeri), Fruktoz (meyve şekeri), Galaktoz (süt şekeri)

İlginç Bilgi: Sinir hücreleri enerji üretmek için sadece glikoz kullanır. Glikoz sentezleyen canlılar bitkilerdir, ancak glikoz bulunduran canlılar hem bitki hem de hayvan olabilir.

Disakkaritler ve Monosakkaritlerin Detayları

Heksozlar (glikoz, fruktoz, galaktoz) birbirlerinin izomeridir. Yani kapalı formülleri aynı, açık formülleri (dizilişleri) farklıdır.

Glikoz (üzüm şekeri), bitkilerde sentezlenir, hayvanlar ise besin yoluyla alır. Sinir hücreleri enerji üretmek için sadece glikozu kullanabilir.

Fruktoz (meyve şekeri) de bitkiseldir, hayvanlar fruktozu besin yoluyla alır.

Galaktoz ise süt şekerinin yapısında bulunur ve hem bitkilerde hem de hayvanlarda üretilebilir ve bulunabilir.

Disakkaritler, iki monosakkaritin birleşmesi ile oluşan şekerlerdir. Yapılarında glikozit bağı bulunur ve hücre zarından doğrudan geçemezler. Üç çeşit disakkarit vardır:

1. Maltoz (arpa şekeri): Glikoz + Glikoz → Maltoz + H₂O. Bitki hücrelerinde üretilir ve tüketilir, hayvanlarda sindirim kanalında sindirilir.

2. Sükroz (çay şekeri): Glikoz + Fruktoz → Sükroz + H₂O. Bitki hücrelerinde üretilir ve tüketilir, hayvanlarda sindirim kanalında sindirilir.

3. Laktoz (süt şekeri): Glikoz + Galaktoz → Laktoz + H₂O. Hayvan hücrelerinde üretilir ve tüketilir, bitki hücrelerinde üretilmez.

Unutma! Disakkaritler dehidrasyon tepkimesiyle oluşur ve hidroliz ile parçalanır. Dehidrasyon sırasında su açığa çıkar, hidroliz sırasında ise su tüketilir.

Polisakkaritler

Polisakkaritler (çok şekerli), çok sayıda glikozun dehidrasyon tepkimesi ile birleşmesinden oluşur. Hücre zarından doğrudan geçemezler ve yapılarında glikozit bağı bulunur. Hücredeki ozmotik basıncı ayarlarlar.

Dört çeşit polisakkarit vardır:

1. Nişasta: Bitkilerde üretilen ve depolanan polisakkarittir. Kloroplast ve lökoplastta üretilir, kök, gövde, tohum ve meyvede depolanır. Nişasta iyot ile mavi-mor renk verir. Hayvan hücrelerinde üretilmez ama sindirim kanalında hidroliz edilebilir.

2. Selüloz: Bitkilerde sentezlenen yapı polisakkarittir ve hücre duvarının yapısına katılır. Suda çözünmez. İnsanda selüloz sindirimi olmaz ve dışkı ile atılır, ancak otçul memelilerin sindirim sisteminde yaşayan bakteriler selülozu glikoza çevirebilir.

   Sağlık İpucu: Lifli gıdalar bağırsak duvarını aşındırır ve mukus üretimini artırır. Bu durum sağlık için faydalıdır!

3. Glikojen: Hayvansal depo polisakkarittir. Karaciğer ve kaslarda depolanır. Kas glikojeni depoladığı glikozları hareket için harcar, karaciğer glikojeni ise kan şekeri düştüğünde depoladığı glikozları kana verir.

4. Kitin: Yapı polisakkarittir ve yapısında azot (N) bulunur. Eklembacaklıların dış iskeletinde ve mantarların hücre duvarında bulunur.

Karbonhidratlar pH'ı etkilemez ve enzim yapısına katılmazlar.

Yağlar (Lipitler)

Yağlar (Lipitler) organik bileşiklerdir ve yapılarında C, H, O atomları bulunur. Bazılarında N ve P de olabilir. Suda çözünmezler ve enerji eldesinde karbonhidratlardan sonra, proteinlerden önce kullanılırlar. Yağlar çok enerji verirler çünkü çok fazla hidrojen atomu içerirler.

1 gram yağ yakıldığında 9.5 kcal enerji verirken, aynı miktarda karbonhidrat 4.3 kcal, protein ise 4.2 kcal enerji verir.

Yağların vücuttaki görevleri:

• Vücut ısısının korunması
• Oksijenli solunumda yıkıldıklarında bol metabolik su oluşturmaları
• İç organları darbelere karşı korumaları
• Yağda eriyen vitaminlerin emilimini kolaylaştırmaları

Yağlar 3 çeşittir:

1. Nötral Yağ (depolama)
2. Fosfolipit (yapı)
3. Steroit (düzenleyici)

Nötral Yağ (Trigliserit), vücutta depolanan yağdır ve yapıtaşları 3 yağ asiti ve 1 gliseroldür. Nötral yağ sentezlenirken dehidrasyon tepkimesi gerçekleşir ve ester bağı oluşur.

Önemli Ayrım: Yağlar iki çeşit monomer içerdiği için polimer değildir. Polimerler özdeş veya benzer monomerlerin birleşmesi ile oluşur (polisakkarit, polipeptit, polinükleotid gibi).

Yağ Asitleri ve Lipitlerin Çeşitleri

Yağ asitleri iki çeşittir:

1. Doymuş yağ asidi: Karbon atomları arasında tek bağ bulunur. Oda sıcaklığında katıdır ve genellikle hayvansaldır (tereyağı, kuyruk yağı, iç yağı).

2. Doymamış yağ asidi: Karbon atomları arasında çift bağ bulunur. Oda sıcaklığında sıvıdır ve genellikle bitkiseldir (zeytinyağı, mısır yağı, ayçiçek yağı).

Balık yağı hayvansaldır ancak doymamış yağ içerdiği için sıvı haldedir. Doymamış yağ asitleri, yüksek basınç etkisi ile hidrojenle doyurularak "margarin" elde edilir.

İnsan vücudunda üretilemeyip dışarıdan hazır alınması zorunlu yağ asitlerine esansiyel (temel) yağ asitleri denir (Omega yağ asitleri).

Fosfolipitler, hücre zarının yapısını oluşturur. Yapılarında 1 fosfat grubu, 1 gliserol ve 2 yağ asiti bulunur. Hidrofilik (suyu seven) ve hidrofobik (suyu sevmeyen) kısımları vardır. Yağda eriyen ADEK vitaminleri fosfolipitlerin kuyruk kısmından daha kolay geçer.

Steroidler metabolik olayları düzenleyici yağlardır. Östrojen ve testosteron yapısına katılıp eşeysel karakter oluşumunu sağlarlar.

Dikkat! Kolesterol, yağ asidi benzeri bir lipittir ve gliserol taşımaz. Hayvansal gıdalarda bulunur. Kolesterol kullanılarak D vitamini, miyelin kılıf ve safra tuzu üretilebilir. Fazla tüketimi ateroskleroza neden olabilir.

Proteinler ve Aminoasitler

Proteinler organiktir ve yapılarında C, H, O, N atomları bulunur (bazen S ve P de bulunabilir). Tüm canlılarda ribozom organelinde sentezlenirler. Enerji verirler ve yapıya katılırlar ancak enerji eldesinde son sırada kullanılırlar. Ayrıca düzenleyicidirler; hücredeki metabolik olayları düzenleyen enzimler protein yapılıdır.

Proteinlerin yapıtaşı aminoasitler (aa)'dir. Tüm aminoasitlerin yapısında amino grubu (NH₂), karboksil grubu (COOH) ve radikal grup (R) bulunur. Radikal grup değiştikçe aminoasitin çeşidi değişir. Doğada 20 çeşit aminoasit bulunur.

Hem bitkiler hem hayvanlar aminoasit sentezleyebilir. Hayvanlarda sentezlenemeyen 8 çeşit aminoasite temel (esansiyel) aminoasit denir. Hayvanlar bu temel aminoasitleri besin yoluyla alıp kullanabilir, ancak temel olmayan aminoasitleri temel aminoaside dönüştüremezler.

Aminoasitler peptit bağı ile birbirine bağlanır. Peptit bağı, COOH ve NH₂ grupları arasında kurulur ve C-N atomları arasında oluşur.

Proteinlerde isimlendirme aminoasit sayısına göre yapılır:

• Tek aminoasit → Peptit bağı yok
• 2 aminoasit → Dipeptit (1 peptit bağı, 1 su)
• 3 aminoasit → Tripeptit (2 peptit bağı, 2 su)
• n aminoasit → Polipeptit/Protein $n-1 peptit bağı, n-1 su$

Merak Ettiysen: Bir dipeptit sentezinde en az 1, en çok 20 çeşit aminoasit kullanılabilir. İki dipeptit sentezinde 2 peptit bağı kurulur ve 2 su oluşur.

Protein Yapısı ve Görevleri

Canlılarda sentezlenen proteinlerin birbirlerinden farklı olmasının nedenleri:

• Aminoasit sayısı
• Aminoasit çeşidi
• Aminoasit sırası (dizilişi)
• Aminoasit kullanım sıklığı
• Üç boyutlu yapının farklılığı

Aminoasitlerin birbirine bağlanma şekli (peptit bağı) protein çeşidini etkilemez.

Denaturasyon, sıcaklık ve basınç gibi değişimlerle proteinlerin üç boyutlu yapısının bozulmasıdır. Bu durumda polipeptit zincir yapısı bozulur ve işlevsellik kaybolur ancak besin değeri kaybedilmez. Peptit bağları kopmadığı için aminoasit sayısı, çeşidi ve sırası değişmez.

Denaturasyona örnekler:

• Etin kızartılması
• Yumurtadan omlet yapılması

Renatürasyon ise proteinlerin tekrar eski haline dönmesidir. Örneğin, saçını düzleştiren kıvırcık saçlı birinin düğün sonrası tekrar kıvırcık saçlı olması.

Proteinlerin görevleri:

• Vücut savunması, bağışıklık → Antikor
• O₂-CO₂ taşınması → Hemoglobin
• Kas kasılması → Aktin, Miyozin
• Kan ozmotik basıncının ayarlanması → Albümin, Globulin
• Enzim ve hormonların yapısına katılma
• Hücre zarının yapısına katılma → Glikoprotein
• Kanın damar dışında pıhtılaşması → Fibrinojen

Unutma! Proteinler, DNA bilgisine göre sentezlenen tek organik moleküldür. Canlılar arasındaki protein benzerliği arttıkça akrabalık derecesi de artar.