Canlıların Temel Bileşenleri

Canlılar hem inorganik hem de organik bileşenlerden oluşur. Bu iki grup arasında temel farklar vardır.

İnorganik bileşikler $su, asit-baz-tuz ve mineraller$ enerji vermezler, canlı vücudunda üretilmezler ve dış ortamdan hazır alınırlar. Bu maddeler yapıya katılır ve vücut işlevlerini düzenler. Sindirime uğramazlar çünkü küçük yapıda olduklarından hücre zarından doğrudan geçebilirler.

Organik bileşikler ise karbonhidratlar, lipitler (yağlar), proteinler, enzimler, vitaminler, ATP, nükleik asitler ve hormonlar gibi karmaşık yapılardır. Bunlar genellikle canlılar tarafından üretilir ve enerji verirler.

Bilgi Kutusu: İnorganik moleküller genellikle C, H ve O'dan oluşmazken, organik moleküllerde bu üç atom birlikte bulunur!

Su (H₂O)

Su, canlılar için hayati önem taşıyan inorganik bir bileşiktir. İyi bir çözücü, seyreltici ve taşıyıcıdır. Vücut sıcaklığını dengede tutar (terleme sayesinde) ve enzimlerin çalışabilmesi için uygun ortam oluşturur.

Suyun özellikleri yaşamı mümkün kılar:

• +4°C'de en yoğun haldedir (bu sayede buzun altında hayat devam eder)
• Özısısının yüksek olması sayesinde denizler geç ısınır ve soğur
• Yüksek yüzey gerilimi vardır (böcekler su üzerinde yürüyebilir)

Su ile ilgili iki önemli reaksiyon vardır:

1. Dehidrasyon sentezi: Monomerlerin birleşerek polimer oluşturması
2. Hidroliz: Büyük moleküllerin su ile parçalanması

Hidroliz ve Asit-Baz-Tuzlar

Hidroliz büyük moleküllerin su ile parçalanmasıdır. Dehidrasyonun tam tersi bir tepkimedir.

Hidrolizde:

• ATP harcanmaz (enerji tüketilmez)
• Enzimler kullanılır
• Polimerler monomerlere parçalanır

Monomerler zaten küçük oldukları için hidroliz edilmez ve hücre zarından sindirilmeden geçebilirler. Polimerler ise hücre zarından doğrudan geçemez, önce hidroliz edilmeleri gerekir.

Bunu biliyorsun: Hidroliz ve dehidrasyon tepkimelerinde enzim kullanılır, ama hidrolizde ATP harcanmazken, dehidrasyon sentezinde ATP harcanır.

Asitler, Bazlar ve Tuzlar

Asitler: Suda çözündüğünde H⁺ iyonu verir. Önemli asitler: CO₂, laktik asit, karbonik asit, aminoasit, yağ asidi, nükleik asit ve mide asidi (HCl).

Bazlar: Suda çözündüğünde OH⁻ iyonu verir. Önemli bazlar: NH₃ (amonyak), HCO₃⁻ (bikarbonat), NaOH, KOH.

Bir ortamın asidik mi yoksa bazik mi olduğunu pH metre ile ölçeriz. pH değeri 7'den küçük olan ortamlar asidik, 7'den büyük olanlar baziktir.

Nötralleşme reaksiyonu: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Asitler, bazlar ve tuzlar vücut içi sıvıların yoğunluğunu dengede tutar. Asitli içecek içen bir kişinin kan pH'ı tampon çözeltiler sayesinde dengede tutulur.

Mineraller

Mineraller inorganik bileşiklerdir ve tüm canlılar mineralleri dış ortamdan hazır alır, üretemezler. Organik moleküllere bağlanabilirler (fosfolipit, bileşik enzim) ve kofaktör olarak enzimlere yardım ederler.

Bir mineral eksikliği başka bir mineralle giderilemez. Yeterli alınmazsa vücutta hastalıklar oluşur.

Önemli Mineraller ve İşlevleri

Kalsiyum (Ca) kemiğin ve dişin yapısına katılır, kas kasılmasını sağlar, kanın pıhtılaşmasına yardım eder ve sinir sisteminin çalışmasını düzenler. Eksikliğinde raşitizm (çocuklarda bacak eğriliği), osteomalazi (yetişkinlerde kemik yumuşaması) ve tetani (ağrılı kas kasılması) görülür.

Sodyum (Na) ve Potasyum (K) sinir hücresi zarında impuls oluşturur ve kalp ritmini düzenler. Eksikliğinde halsizlik, iştahsızlık ve dikkat dağınıklığı görülür.

Magnezyum (Mg) bitkilerde klorofil pigmentinin yapısına katılır, insanda kemik ve dişlerin yapısına katılır. Eksikliğinde sinir sistemi hastalıkları ve titreme görülür.

Klor (Cl) midede HCl (mide özsuyu) üretiminde kullanılır. Eksikliğinde sindirim bozukluğu oluşur.

İpucu: Demir minerali klorofil yapımında kullanılır ama yapısında bulunmaz!

Demir (Fe) kana kırmızı rengini veren hemoglobinin yapısına katılır. Hemoglobin, kanda O₂-CO₂ gazlarını taşır. Eksikliğinde anemi (kansızlık) görülür. Hemofili (kanın pıhtılaşmaması) ise kalıtsaldır, demir eksikliğiyle ilgisi yoktur.

İyot (I) tiroit bezinde üretilen tiroksin hormonu yapısına katılır. Eksikliğinde guatr (tiroit bezinin büyümesi) görülür.

Fosfor (P) ATP, DNA, RNA ve hücre zarı yapısına katılır. Eksikliğinde büyüme bozukluğu, kemik ve dişlerde zayıflık görülür.

İnorganik bileşikler enerji vermez, canlı vücudunda üretilmez, dış ortamdan hazır alınır. Yapıya katılır, düzenleyicidir ve sindirime uğramaz. Eksik alındıklarında hastalıklar oluşur.

Organik Bileşikler ve Karbonhidratlar

Organik bileşikler enerji verebilir, canlılar tarafından sentezlenebilir ve yapıya katılırlar. Yapılarında C, H, O atomları bir arada bulunur (bazen N, S, P da içerebilirler).

Organik bileşikler:

• Karbonhidratlar (CHO)
• Lipitler/Yağlar (CHO~NP)
• Proteinler (CHON~SP)
• Enzimler (CHON~SP)
• Vitaminler (CHO~NSP)
• ATP (CHONP)
• Nükleik asitler/DNA (CHONP)
• Hormonlar (CHO~NSP)

Karbonhidratlar (Şekerler)

Karbonhidratlar organiktir ve CHO atomlarını içerir. Enerji verirler ve yapıya katılırlar. DNA, RNA, ATP, hücre zarı, hücre duvarı, böcek dış iskeleti gibi yapılarda bulunabilirler.

Not: Monosakkaritler hücre zarından doğrudan geçebilirken, disakkarit ve polisakkaritler önce hidroliz edilmelidir.

Monosakkaritler (Tek şekerli):

• Karbonhidratların yapıtaşıdır (monomer)
• Küçük oldukları için sindirilmeden hücre zarından geçebilirler
• Protein ve yağlarla bileşik oluşturabilirler (Glikoprotein, Glikolipit)
• Genel formülleri C₍ₙ₎H₂ₙOₙ'dir

Monosakkaritler karbon sayısına göre ayrılır:

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

Heksozlar ve Disakkaritler

Heksozlar birbirinin izomeridir, yani kapalı formülleri aynı, açık formülleri (dizilimleri) farklıdır. Üç çeşit heksoz vardır:

1. Glikoz (Glukoz): Üzüm şekeri veya kan şekeri olarak bilinir. Bitkiseldir, yani bitkilerde sentezlenir. Hayvanlar glikozu besinlerle alır. Sinir hücreleri enerji üretmek için sadece glikoz kullanır.

2. Fruktoz: Meyve şekeridir. Bitkiseldir, yani bitkilerde sentezlenir. Hayvanlar fruktozu besinlerle alır.

3. Galaktoz: Süt şekerinin yapısında bulunur. Hem bitkilerde hem de hayvanlarda üretilir ve bulunabilir.

Biliyor muydun? Sinir hücreleri enerji için sadece glikoz kullanabilir, başka bir enerji kaynağı kullanamazlar!

Disakkaritler (İki şekerli):

• İki monosakkaritin dehidrasyon sentezi ile birleşmesi sonucu oluşur
• Hücre zarından doğrudan geçemezler
• Yapılarında glikozit bağı bulunur

Üç çeşit disakkarit vardır (MaSaL):

1. Maltoz: İki glikozun birleşmesiyle oluşur
2. Sükroz (Sakkaroz): Glikoz ve fruktozun birleşmesiyle oluşur
3. Laktoz: Glikoz ve galaktozun birleşmesiyle oluşur

Disakkaritler, hidroliz tepkimesi ile monomerlere ayrılırlar:

Disakkarit + Su → Monosakkarit + Monosakkarit

Dehidrasyon sonucu su açığa çıktığı için oluşan molekülün ağırlığı azalır. Yani 2 glikoz ile 1 maltozun ağırlığı eşit değildir.

Polisakkaritler

Polisakkaritler çok sayıda glikoz molekülünün dehidrasyon ile birleşmesiyle oluşan büyük moleküllerdir. Yapıtaşları glikozdur ve tek çeşit monomerden oluşurlar. Hücre zarından doğrudan geçemezler ve yapılarında glikozit bağı bulunur.

Dört çeşit polisakkarit vardır:

Nişasta:

• Bitkilerde üretilir ve depolanır
• Hayvan hücrelerinde üretilmez
• Hayvanlarda sindirim kanalında hidroliz edilir
• Bitkide kloroplast ve lökoplastta üretilir
• Kök, gövde, tohum ve meyvede depolanır
• Nişasta iyot ayıracı ile karıştırıldığında mavi-mor renk verir

Pratik bilgi: Dehidrasyon tepkimelerinde "n" tane glikoz birleşirse, $n-1$ tane su molekülü ve $n-1$ tane glikozit bağı oluşur.

Selüloz:

• Bitkilerde sentezlenir (yapı polisakkariti)
• Hücre duvarının yapısına katılır
• Suda çözünmez
• Otçul memelilerin sindirim sisteminde yaşayan bakteriler selülozu hidroliz edebilir
• İnsanda selüloz sindirimi olmaz, dışkı ile dışarı atılır
• Lifli gıdalar yemek bağırsak duvarını aşındırır ve mukus üretimini artırarak sağlığa fayda sağlar

Glikojen:

• Hayvansal depo polisakkaritidir
• Karaciğer ve kaslarda depolanır
• Kas glikojeni: Depoladığı glikozları hareket için harcar
• Karaciğer glikojeni: Kan şekeri düştüğünde depoladığı glikozları kana verir

Kitin ve Yağlar

Kitin:

• Yapı polisakkaritidir ve yapısında azot $+N$ bulunur
• Eklembacaklıların (böcekler, karidesler gibi) dış iskeletinde bulunur
• Mantarların hücre duvarında bulunur

Karbonhidratlar PH değerini etkilemez ve enzim yapısına katılmazlar.

Yağlar (Lipitler)

Yağlar organiktir ve CHO atomlarından oluşur (bazen N ve P de içerebilirler). Suda çözünmezler ve enerji eldesinde 2. sırada kullanılırlar (1. Karbon, 2. Yağ, 3. Protein).

Yağlar çok enerji verirler çünkü çok fazla hidrojen atomu içerirler. Bir gram yağ yakıldığında 9.5 kcal enerji açığa çıkar (karbonhidrat 4.3 kcal, protein 4.2 kcal).

Yaşamsal önemi: Göçmen kuşlar, çöldeki develer ve kış uykusuna yatan ayılar vücutlarında enerji için yağ depolarlar!

Yağların işlevleri:

• Vücut ısısının korunmasını sağlar (izolasyon)
• Oksijensiz solunumda bol metabolik su oluşturur
• İç organları darbelere karşı korur
• Yağda eriyen vitaminlerin emilimini kolaylaştırır

Yediğimiz besinlerin fazlası yağa dönüştürülüp depolanır.

Yağlar üç çeşittir:

1. Nötral Yağ (Depo)
2. Fosfolipit (Yapı)
3. Steroit (Düzenleyici)

Nötral Yağ (Trigliserit):

• Yapıtaşı 3 yağ asiti ve 1 gliseroldür
• Vücutta depolanan yağlardır
• Sentezi sırasında ester bağı oluşur

Yağ Çeşitleri

Yağ asitleri iki çeşittir:

1. Doymuş yağ asidi:

   • Karbon atomları arasında tek bağ bulunur
   • Oda sıcaklığında katıdır
   • Genellikle hayvansal kaynaklıdır
   • Örnek: Tereyağı, kuyruk yağı, iç yağı

2. Doymamış yağ asidi:

   • Karbon atomları arasında çift bağ bulunur
   • Oda sıcaklığında sıvıdır
   • Genellikle bitkisel kaynaklıdır
   • Örnek: Zeytinyağı, mısır yağı, ayçiçek yağı

İlginç not: Balık yağı hayvansal kökenlidir ama sıvı haldedir, doymamış yağ asitleri içerir!

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

Fosfolipit:

Hücre zarının yapısını oluşturan bu yağda:

• 1 fosfat grubu
• 1 gliserol
• 2 yağ asiti bulunur

Fosfolipitler çift katlı bir yapı oluşturur:

• Hidrofilik (suyu seven) kısım: Fosfat grubu + gliserol
• Hidrofobik (suyu sevmeyen) kısım: Yağ asitleri

Yağda eriyen ADEK vitaminleri fosfolipitlerin kuyruk kısmından daha kolay geçer.

Steroitler:

• Metabolik olayları düzenleyici yağlardır
• Östrojen ve testosteron gibi hormonlar yapısına katılıp eşeysel karakter oluşumunu sağlar

Kolesterol:

• Yağ asidi benzeri, gliserol taşımayan bir lipittir
• Hayvanlarda bulunur (bitkilerde bulunmaz)
• Hücre zarından geçebilir ve zarın dayanıklılığını artırır
• Sinir hücrelerinde D vitamini, miyelin kılıf ve safra tuzu üretiminde kullanılır
• Çok fazla hayvansal gıda tüketmek ateroskleroza (damar sertliği) neden olabilir

Proteinler

Proteinler organiktir (CHON~SP) ve tüm canlılarda ribozom organelinde sentezlenirler. Enerji verirler, yapıya katılırlar ve enerji eldesinde son sırada kullanılırlar (1. Karbon, 2. Yağ, 3. Protein). Ayrıca düzenleyicidirler ve hücredeki metabolik olayları düzenleyen enzimler protein yapılıdır.

Proteinlerin yapıtaşı aminoasitlerdir (aa).

Aminoasit Yapısı

Tüm aminoasitler şu yapıdadır:

    H
    |
NH₂-C-COOH
    |
    R

• NH₂: Amino grubu
• COOH: Karboksil grubu
• R: Radikal grup

Önemli: Aminoasitlerin çeşidini radikal grup belirler. Doğada 20 çeşit aminoasit bulunur!

Bitkiler ve Hayvanlar

Hem bitkiler hem de hayvanlar aminoasit sentezleyebilir. Ancak:

• Bitkiler 20 çeşit aminoasidi de sentezleyebilir
• Hayvanlar 12 çeşit "temel olmayan" aminoasidi sentezleyebilir
• Hayvanlar 8 çeşit "temel (esansiyel)" aminoasidi sentezleyemez, besinlerle almalıdır

Peptit Bağı

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

Proteinlerde isimlendirme aminoasit sayısına göre yapılır:

aa < dipeptid < tripeptid < polipeptid < protein

Peptit bağı oluşumu:

• 2 aa → 1 peptit bağı, 1 su
• 3 aa → 2 peptit bağı, 2 su
• (n) aa → $n-1$ peptit bağı, $n-1$ su

Protein Yapısı ve Görevleri

Canlılarda sentezlenen proteinlerin birbirinden farklı olmasının nedenleri:

• Aminoasit sayısı
• Aminoasit çeşidi
• Aminoasit sırası (dizilişi)
• Aminoasit kullanım sıklığı

Önemli: Polipeptit zincir yapısının bozulması işlevselliğin kaybolmasına neden olur, ancak besin değerini kaybetmez.

Denaturasyon ve Renatürasyon

Denaturasyon: Sıcaklık, basınç gibi değişimlerle proteinlerin 3 boyutlu yapısının bozulmasıdır. Örneğin, etin kızartılması veya yumurtadan omlet yapılması.

Renatürasyon: Proteinlerin tekrar eski haline dönmesidir. Örneğin, saçını düzleştiren kıvırcık saçlı kızın düğün sonrası tekrar kıvırcık saçlı olması.

Tersiyer yapıdaki polipeptid, pH, sıcaklık ve basınç etkisiyle primer yapıya döndüğünde peptit bağları kopmadığı için:

• Aminoasit sayısı değişmez
• Aminoasit çeşidi değişmez
• Aminoasit sırası (dizilişi) değişmez

Proteinlerin Görevleri

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

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