Canlıların Temel Bileşenleri

Canlılar iki temel bileşen grubundan oluşur: Anorganik ve organik bileşikler. Bu iki grup arasında önemli farklılıklar vardır.

Anorganik bileşikler (su, asitler, bazlar, tuzlar ve mineraller) düzenleyicidir ve enerji vermezler. Canlılar tarafından sentezlenemezler, dışarıdan hazır alınırlar. Bu bileşikler hücre zarından direkt geçebilirler.

Su, tüm canlılar için vazgeçilmezdir. Çok iyi bir çözücüdür ve hidroliz olaylarında kullanılır. Enzimler, su oranı %15'in altına düştüğünde çalışamazlar. Su, vücut sıcaklığını korur ve maddelerin taşınmasını sağlar.

Dikkat! Suyun iki önemli özelliği vardır: Kohezyon, su moleküllerinin kopmadan bir arada kalmasıdır. Adezyon ise suyun bulunduğu yüzeye tutunma kuvvetidir.

Asitler suda çözündüğünde H+ iyonu verir ve kırmızı turnosolü asit rengine boyar. Bazlar ise OH- iyonu verir, mavi turnosolü baz rengine boyar. Tuzlar ise asit-baz tepkimesi sonucu oluşan bileşiklerdir.

Mineraller ve Organik Bileşikler

Mineraller canlılar için çok önemli düzenleyicilerdir. ATP enerjisi vermezler, yapıcı-onarıcıdırlar. Bazı bileşik enzimlerin kofaktör (yardımcı kısmı) olarak görev alırlar. Hücre zarındaki porlardan (deliklerden) geçebilirler ve sindirilemezler.

Minerallerin eksikliği birçok hastalığa neden olabilir. Örneğin iyot (I) eksikliği guatra, flor (F) eksikliği diş çürümesine, kalsiyum (Ca) eksikliği kemik erimesine, demir (Fe) eksikliği ise anemiye neden olur.

Organik bileşikler, yapılarında karbon atomu bulunduran ve canlılar tarafından sentezlenebilen bileşiklerdir. Vücutta kullanım sırası karbonhidrat-yağ-protein şeklindedir. Enerji verim sırası ise yağ-protein-karbonhidrat şeklindedir.

Bilgi Notu: Görevlerine göre bileşenler üçe ayrılır: Enerji verici (karbonhidratlar, lipitler, proteinler), düzenleyici (enzimler, hormonlar, su, vitamin, mineral) ve yapım-onarım (protein, lipit, su, mineral) görevleri olanlar.

Karbonhidratlar

Karbonhidratlar, (CH2O)n genel formülüne sahip organik bileşiklerdir. Üç ana gruba ayrılırlar: monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler.

Monosakkaritler en basit şekerlerdir. Hücre zarından geçebilirler ve sindirilmeden kana karışırlar. Beş karbonlu (pentoz) ve altı karbonlu (heksoz) olabilirler. Riboz (RNA, ATP'de), deoksiriboz (DNA'da), glikoz (üzüm şekeri), fruktoz (meyve şekeri) ve galaktoz (süt şekeri) önemli monosakkaritlerdir.

Disakkaritler iki monosakkaritin birleşmesiyle oluşur. Maltoz $glikoz+glikoz$, sükroz $glikoz+fruktoz$ ve laktoz $glikoz+galaktoz$ önemli disakkaritlerdir. Hücre zarından geçemezler ve her monosakkaritin birleşiminde bir glikozit bağı oluşur.

Polisakkaritler çok sayıda glikozun glikozit bağıyla bağlanmasıyla oluşur. Glikojen (hayvanlarda depo), nişasta (bitkilerde depo) ve selüloz (bitki hücre duvarında) önemli polisakkaritlerdir. Tek çeşit monomer (glikoz) bulundururlar.

Aklında Olsun: Bitkisel kaynaklı bir disakkarit insan-hayvan vücudunda sindirilebilir ancak insan-hayvan hücresinde bulunmaz!

Lipitler (Yağlar)

Lipitler $CH2O+N$ önemli enerji depolarıdır. Hücre zarının yapısında bulunurlar, bazı vitaminlerin (D vitamini) ve hormonların (eşey hormonları) yapısına katılırlar. Deri altına yerleşerek ısı yalıtımını sağlarlar ve suda çözünmezler.

Trigliseritler, üç yağ asidi ve bir gliserolün esterleşmesiyle oluşur. Doymuş yağlar karbonlar arasında tek bağ içerir, genellikle hayvansal kaynaklıdır ve oda sıcaklığında katıdır. Doymamış yağlar ise karbonlar arasında çift bağ içerir, bitkisel kaynaklıdır ve sıvıdır.

Fosfolipitler hücre zarının yapısında bulunur. Bir gliserol molekülü, iki yağ asidi ve bir fosfat grubundan oluşurlar. Su ile temas eden kısımda hidrofilik (su seven) fosfat grubu, yağ ile temas eden kısımda hidrofobik (su sevmeyen) yağ asitleri bulunur.

Unutma: Yağların vücuttaki önemi sadece enerji depolamak değildir! Hücre zarı yapısı, vitamin taşınması ve hormonal işlevler için de gereklidir.

Stenoitler ve Proteinler

Stenoitler, hücre zarının geçirgenliğini ve dayanıklılığını artırır. Sinir hücrelerinde yalıtım görevi yapar, eşey hormonlarının yapımına katılır ve D vitamini yapımında kullanılır. En önemlilerinden biri kolesteroldür. Kolesterol hayvan hücrelerinin zarında bulunur ve zar geçirgenliğini yavaşlatır. Bitkilerde kolesterol yoktur.

Proteinler, monomerlerinin amino asitler olduğu organik bileşiklerdir. 20 çeşit amino asit vardır. Amino asitler birbirine peptit bağı ile bağlanır. Düzenleyici işlevi vardır, bileşik enzimler apoenzim kısmını oluştururlar. Enerji vermede 3. sırada yer alır, ribozomda sentezlenir.

İnsan ve hayvanlar 8 çeşit amino asiti üretemez, dışarıdan almak zorundadır. Bu amino asitlere temel (esansiyel) amino asitler denir. Tüm canlı hücrelerde 20 çeşit amino asit bulunmasına rağmen üretilen protein çeşitlerinde farklılık olmasının sebebi, amino asit sayısı, çeşidi ve dizilişinin farklı olmasıdır.

Önemli Not: Protein çeşitliliği, amino asitlerin bağlanma biçimlerinden kaynaklanır. Aynı 20 amino asit farklı sıralamalarla milyonlarca farklı protein oluşturabilir!

Enzimler

Enzimler, canlı sistemlerinde gerçekleşen tepkimeleri hızlandıran biyolojik katalizörlerdir. Aktivasyon enerjisini düşürerek tepkimelerin daha hızlı gerçekleşmesini sağlar.

Enzimler yapısına göre iki gruba ayrılır: Basit enzimler sadece proteinlerden oluşur (örn: pepsin, üreaz). Bileşik enzimler ise protein kısmı (apoenzim) ve yardımcı gruptan (kofaktör) oluşur. Kofaktörler inorganik (mineraller: Mn, Mg, K, Ca) veya organik (koenzim: B grubu vitaminleri) olabilir.

Enzimlerin özellikleri:

• Biyolojik katalizörlerdir
• Etki ettiği maddeye substrat denir
• Enzim ve substrat arasında anahtar-kilit uyumu vardır
• Enzim-substrat kompleksi oluşur
• Tekrar tekrar kullanılabilirler
• Genellikle çift yönlü çalışırlar

İlginç Bilgi: Enzimler çok hızlı çalışır! Bir katalaz enzimi saniyede 5 milyon hidrojen peroksit molekülünü parçalayabilir.

Enzimlerin çalışmasına etki eden faktörler: Su, sıcaklık, enzim yoğunluğu, substrat yoğunluğu, pH, substrat yüzeyi ve kimyasal maddelerdir.

Vitaminler ve Enzim İşlevleri

Enzimler genellikle takım halinde çalışır ve aktivitelerini geri besleme mekanizmasıyla düzenlerler. Enzimler isimlendirilirken genellikle substratlarının sonuna "-az" eki getirilir $Maltoz-Maltaz, Lipit-Lipaz$. Bir enzimin sonuna gelen "-jen" eki ise o enzimin aktif olmadığını gösterir (Pepsinojen, Tripsinojen).

Vitaminler iki ana grupta incelenir: Yağda çözünen (A, D, E, K) ve suda çözünen (B ve C) vitaminler.

Yağda çözünen vitaminlerin fazlası karaciğerde depolanır:

• A vitamini: Gece körlüğü
• D vitamini: Raşitizm
• E vitamini: Kısırlık
• K vitamini: Kanın pıhtılaşamaması

Suda çözünen vitaminlerin fazlası idrar-ter ile dışarı atılır:

• B vitamini grubu
• C vitamini

Hatırlatma: İnsanların kalın bağırsağında yaşayan bazı bakteriler K vitamini üretir. Bu, simbiyotik ilişkiye güzel bir örnektir.

Vitaminler enerji vermez, hücre yapısına katılmazlar ama enzimlerin yapısına koenzim olarak katılırlar. Düzenleyici olan vitaminler, basit moleküllerdir ve hidroliz edilmezler. Sindirilmeden kana karışırlar ve hücre zarından doğrudan geçebilirler.

Nükleik Asitler

Nükleik asitler (C, H, O, N, P) iki çeşittir: DNA ve RNA. DNA, ökaryot hücrelerde çekirdek, mitokondri ve kloroplastta; prokaryot hücrelerde sitoplazmada bulunur. RNA ise ökaryot hücrelerde çekirdek, mitokondri, kloroplast, ribozom ve sitoplazmada bulunur.

Nükleik asitler üç temel bileşenden oluşur:

1. Azotlu baz: Pürin (çift halkalı: Adenin, Guanin) ve pirimidin (tek halkalı: Sitozin, Timin, Urasil)
2. Şeker: Deoksiriboz (DNA'da) ve Riboz (RNA'da)
3. Fosfat: Fosforik asit (H₃PO₄)

Şeker, azotlu baz ve fosfat gruplarının birleşmesiyle nükleotitler oluşur. Nükleotidler ise nükleik asitleri meydana getirir.

DNA çift sarmal yapıdadır ve ökaryotlarda çekirdekte (doğrusal DNA), mitokondri ve kloroplastta (halkasal DNA) bulunur. DNA'da Adenin ile Timin arasında ikili, Guanin ile Sitozin arasında üçlü zayıf hidrojen bağı bulunur. DNA'nın görevleri kalıtım ve yönetimdir.

İlginç Bilgi: DNA-RNA yapısında protein ve yağ yoktur! Karbonhidrat vardır.

RNA tek zincirlidir ve görevi protein sentezidir. Ribozomal RNA (rRNA), mesajcı RNA (mRNA) ve taşıyıcı RNA (tRNA) olmak üzere üç çeşidi vardır.

Adenozin Trifosfat (ATP) ve Hormonlar

Adenozin Trifosfat (ATP), hücrelerdeki enerji taşıyıcısıdır. Adenozin ve üç fosfat grubundan oluşur. ATP molekülleri şu şekilde sınıflandırılır:

• Adenozin mono fosfat (AMP)
• Adenozin di fosfat (ADP)
• Adenozin tri fosfat (ATP)

ATP'nin enerji döngüsü iki temel reaksiyonla gerçekleşir:

1. Fosforilasyon $dehidrasyon-endotermik$: ADP + P → ATP + H₂O
2. Defosforilasyon $hidroliz-ekzotermik$: ATP → ADP + P + Enerji

Bu tepkimelerde ATP, hücrede gerçekleşen enerji gerektiren olaylar için kullanılır ve tekrar oluşturulur.

Hormonlar, büyüme, gelişme, üreme ve homeostazi (iç denge) sağlar. Düzenleyici olan hormonlar; amino asit, protein ve steroit yapılı olabilir. Vücutta belirli hedef organlar üzerinde etkili olur ve çok düşük konsantrasyonlarda bile büyük etkiler gösterebilirler.

Unutma: ATP, hücrenin enerji para birimidir! Hücredeki tüm enerji gerektiren işlemler ATP'nin defosforilasyonu ile açığa çıkan enerji ile gerçekleşir.