Canlıların Yapısındaki Temel Bileşikler ve Özellikleri

Canlıların Yapısında Bulunan Temel Bileşikler

Canlıların vücut kütlesinin yaklaşık %98'i karbon, hidrojen, oksijen, azot, fosfor ve kükürt elementlerinden oluşur. Bu altı elementin yanı sıra, 32 doğal elementin %20-25'i canlının sağlıklı gelişmesi için gereklidir.

İnorganik bileşikler karbon içermeyen, canlıların yapısına katılan ve sindirilmeden hücre zarından geçebilen maddelerdir. Su, tüm organizmalarda en çok bulunan bileşendir ve vücut kütlesinin %20'den fazlasını oluşturur. Yaşamsal faaliyetlerin gerçekleşmesi için olmazsa olmazdır.

Asit ve bazlar da canlılar için hayati öneme sahiptir. Suda çözündüğünde hidrojen iyonu $H+$ veren bileşiklere asit, hidroksit veren bileşiklere baz denir. pH değeri 7'den büyük olanlar baz, küçük olanlar asittir. Mineral ve tuzlar ise asit ve bazların tepkimesi sonucu oluşur ve vücudun birçok fonksiyonu için gereklidir.

Biliyor muydun? Demir, alyuvarlarda bulunan hemoglobinin yapısına katılır ve vücuda az alındığında kansızlık (anemi) görülür. Bu yüzden demir eksikliği yaşayan kişilerin et, ıspanak gibi demir açısından zengin besinler tüketmesi önemlidir.

Tepkimeler ve Organik Bileşikler

Dehidrasyon tepkimesi, küçük moleküllerin birleşerek büyük moleküller oluşturmasıdır. Bu sırada moleküller arasında bağ kurulur ve su açığa çıkar. Hidroliz tepkimesi ise tam tersidir: Büyük moleküllerin yapısındaki bağlar koparılarak küçük moleküller açığa çıkar ve bu sırada su kullanılır.

Enerji veren organik bileşiklerin solunum tepkimelerinde kullanım sırası karbonhidrat - yağ - protein şeklindedir. Eşit miktarda kullanıldıklarında en çok enerji yağlardan, sonra proteinlerden, en az da karbonhidratlardan elde edilir.

Karbonhidratlar, hücrelerde birincil enerji kaynağıdır ve hücre zarının yapısına katılır. En basit karbonhidratlar olan monosakkaritler, üç ve yedi arasında karbon atomu içerebilir. İki adet heksoz molekülünün dehidrasyon tepkimesiyle birleşmesi sonucu disakkaritler oluşur.

İlginç Bilgi: Lipitler suda çözünemeyen hidrokarbonlardır ve yapıcı, onarıcı ve düzenleyici görevleri vardır. Fosfolipitler (2 yağ asidi + fosfat + gliserol) hücre zarının yapısında önemli rol oynar.

Proteinler

Proteinler, canlıların yapısında en bol bulunan organik moleküllerdir. Yapılarında C, H, O, N elementlerinin yanı sıra S elementi de bulunduran bu polimerler, organizmanın tüm yaşamsal olaylarında görev alır. Oksijensiz solunumda karbonhidrat ve yağlardan sonra tercih edilirler.

Proteinlerin yapı taşı amino asitlerdir. Amino asitler monomer olup sindirilmez, yıkımları hücresel solunumla gerçekleşir. Amino asitlerin yapısında peptit bağı yoktur! Amino asitlerin yapısında bulunan radikal grup (R), her amino asitte farklıdır ve bu farklılık onları sınıflandırmada kullanılır.

Amino asitler amfoter bileşiklerdir, yani asit karşısında baz, baz karşısında asit gibi davranır. Bu sayede hücre içi pH değişimlerini dengelerler. Amino asitler depolanamadığı için ya ototroflarda sentezlenmeli ya da heterotroflarda besinlerle hazır alınmalıdır.

Dikkat! Yetişkin insan vücudunda bulunan 20 çeşit amino asitten 8 tanesi vücutta sentezlenemez, dışarıdan hazır alınması gerekir. Bu amino asitlere esansiyel (zorunlu/elzem) amino asitler denir.

Peptitleşme ve Protein Yapısı

Peptitleşme, bir tür dehidrasyon (su kaybı) sentezidir. İki amino asit peptitleşirse bir peptit bağı taşıyan dipeptit oluşur. Üç amino asit peptitleşirse iki peptit bağı taşıyan tripeptit oluşur. Çok sayıda amino asit peptitleşirse, yapısındaki amino asit sayısının bir eksiği kadar peptit bağı taşıyan polipeptit oluşur.

Peptit bağı tüm canlılarda aynı şekilde bulunduğundan çeşitlilik sağlamaz. Peptit bağı, amino asitin -COOH grubu ile -NH₂ grubunun birleşip su oluşturması ile meydana gelir. Kısmen sindirilmiş protein parçalarına pepton denir.

Canlıların birbirinden farklı olma sebepleri, DNA'ların farklı olması ve DNA kontrolünde sentezlenen protein moleküllerinin farklı olmasından kaynaklanır. Proteinlerin farklı olma sebepleri ise amino asitlerin dizilişi, sayısı, çeşidi ve sentezde bulunan bağ sayısının farklı olmasıdır.

Bunu Bilmek İşine Yarar: İki farklı tür arasında protein benzerliğine bakarak akrabalık derecesini ortaya koyabilirsiniz. Protein benzerliği ne kadar fazlaysa, türler arasındaki akrabalık ilişkisi o kadar yakındır.

Protein Şekli ve Değişimleri

Protein moleküllerinin dört farklı yapısal seviyesi vardır: Birincil yapı (işlevsel değil), ikincil yapı (işlevsel), üçüncül yapı (işlevsel) ve dördüncül yapı (işlevsel). Bu yapılar, proteinin doğru işlev görebilmesi için gereklidir.

Denatürasyon, proteinlerin işlevsel olmalarını sağlayan yapılarının yoğun tuz, yüksek pH, radyasyon, UV gibi etkenlerle bozulması ve işlevselliğini kaybetmesidir. Örneğin yumurta pişirildiğinde, içindeki proteinler denatüre olur ve yapıları bozulur.

Renatürasyon ise çevresel değişimlerin protein üzerindeki etkisi fazla değilse, olumsuzluk ortadan kalkınca proteinin yeniden eski işlevsel formuna dönmesidir. Bu süreçte protein, denatürasyon öncesi yapısını yeniden kazanır.

Harika Bilgi: Proteinlerin işlevsel olabilmeleri için doğru katlanmaları şarttır. Yanlış katlanan proteinler, Alzheimer, Parkinson ve Huntington hastalığı gibi birçok nörodejeneratif hastalığa neden olabilir.

Enzimler

Enzimler, canlı sistemlerde gerçekleşen biyolojik katalizörlerdir. Kimyasal bir tepkimenin başlayabilmesi için gereken minimum enerji miktarına aktivasyon enerjisi denir. Enzimler bu enerjiyi düşürerek tepkimenin daha kolay başlamasını sağlar.

Enzimler tepkime sırasında şekil değiştirir ancak tepkimeden sayı ve yapısı değişmeden aynen çıkar. Bu sayede aynı çeşit tepkimede tekrar tekrar kullanılabilirler. Bazı tepkimeler aktivasyon enerjisini ısı enerjisiyle aşarken, bazı tepkimeler ise ATP enerjisiyle aşar.

Enzimler hakkında bilinmesi gerekenler:

• Organik yapılıdır
• Kimyasal tepkimeyi başlatmazlar, sadece kolaylaştırırlar
• Tepkime hızını artırıp tepkime süresini azaltırlar
• Tepkimenin yönünü belirlemezler

Not Et: Enzimler, belirli tepkimeler için özelleşmiştir ve sadece belirli bir substratla çalışırlar. Bu özgüllük, enzimin aktif bölgesi ile substratın birbirine anahtar-kilit ilişkisi gibi uymasıyla açıklanır.

Hormonlar ve Vitaminler

Hormonlar, belirli hücre tiplerinden salgılanan ve hedef hücreler üzerinde düzenleyici etki gösteren amino asit, protein ve steroit yapılı organik bileşiklerdir. Büyüme, gelişme, üreme ve homeostaziyi (iç dengeyi) sağlama gibi önemli görevleri vardır.

Vitaminler insan bağışıklığı için çok önemli maddelerdir. Genelde insan vücudu tarafından üretilemez ve dışarıdan hazır alınır. Bitkiler ise kendi vitaminlerini üretebilir. Vitaminler ikiye ayrılır: Yağda çözünenler (A, D, E, K) ve suda çözünenler (B, C).

Yağda çözünen vitaminler vücutta depolandığından eksiklikleri geç hissedilir. Bu vitaminlerin emilimi için yağların sindiriminde ve emiliminde sorun olmaması gerekir. Çünkü bağırsaklarda emilebilmeleri için yağlara ihtiyaç duyarlar.

Hayatına Kat: C vitamini eksikliği skorbüt hastalığına neden olur. Günlük C vitamini ihtiyacını karşılamak için düzenli olarak portakal, limon, kivi veya yeşil biber gibi C vitamini açısından zengin besinler tüketmelisin!

Vitaminler ve Nükleik Asitler

Vitaminlerin eksikliğinde çeşitli hastalıklar görülür. A vitamini eksikliğinde gece körlüğü, D vitamini eksikliğinde raşitizm ve osteoporoz, E vitamini eksikliğinde kısırlık, K vitamini eksikliğinde kanın pıhtılaşmaması, B vitamini eksikliğinde anemi ve C vitamini eksikliğinde skorbüt görülür.

Nükleik asitler, hücre çekirdeğinde bulunan DNA'lar ve DNA'ların üstünde yer alan genlerdir. Nükleotitler, nükleik asitlerin yapısal birimleridir ve her biri üç alt birimden oluşur: azotlu organik baz, 5 karbonlu şeker ve inorganik fosfat grubu.

Azotlu organik bazlar, pürin ve pirimidin bazları olmak üzere ikiye ayrılır. Pürin bazları adenin ve guanindir. Pirimidin bazları ise timin, sitozin ve urasildir. Fosfat grubu, DNA ve RNA'ya asidik özellik kazandırır.

İyi Bilgi: Nükleozit, azotlu baz ile şekerin glikozit bağı ile birleşmesidir. Nükleotit ise bir nükleozite fosfat grubunun ester bağı ile bağlanmasıdır. DNA'da deoksiriboz şekeri, RNA'da ise riboz şekeri bulunur.

DNA ve RNA

DNA (Deoksiribonükleik Asit), canlıların genetik bilgisini taşıyan ve bu bilgileri sonraki döllere aktaran sarmal yapılı polinükleotittir. Ökaryot hücrelerde çekirdekte, mitokondri ve kloroplastta; prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada bulunur.

DNA, adenin, timin, sitozin ve guanin bazlarını içerir ve yapısında deoksiriboz şekeri bulunur. Çift iplikli olan DNA, kendi kendini eşleyebilir ve onarabilir. DNA'da pürin/pirimidin oranı 1'e eşittir ve A/T ile G/C eşleşmesi görülür.

RNA (Ribonükleik Asit) ise DNA'dan aldığı genetik bilgi ile protein sentezini gerçekleştirir. RNA, adenin, guanin, sitozin ve urasil bazlarını içerir ve yapısında riboz şekeri bulunur. Tek iplikli olan RNA, kendini eşleyemez ve onaramaz. Tüm RNA çeşitleri DNA tarafından sentezlenir.

Unutma: DNA'nın kendini eşleyebilmesi ve onarabilmesi, genetik bilginin doğru bir şekilde aktarılmasını sağlar. Bu sayede, hücre bölünmesi sırasında genetik bilgi korunur ve kalıtsal özellikler sonraki nesillere aktarılır.