Canlıların Temel Bileşenleri

Canlıları yapısında bulunan temel bileşikler bir araya gelerek canlıyı oluştururlar. Canlıların temel bileşenleri, inorganik ve organik bileşikler olmak üzere iki grupta incelenir.

Canlılardaki İnorganik Bileşikler

Canlıların yapısına katılan temel bileşiklerden inorganik olanların özellikleri şöyledir:

• Genellikle karbon içermezler.
• Metabolik faaliyetlerin düzenlenmesinde ve yıpranan dokuların onarımında görev yaparlar. Ayrıca hücrelerin yapı­sına da katılırlar.
• Canlı vücudunda sentezlenmeyip dışarıdan besinlerle alınırlar.
• Sindirime uğramadan hücre zarından geçebilir ve hücrede enerji sağlamak amacıyla kullanılmazlar.

Su

Canlıların yaşaması için hayati öneme sahip bir maddedir. Hücrenin, dolayısıyla da canlıların büyük bir kısmı sudan oluşur. 

Su moleküllerinin hidrojen bağları sayesinde kopmadan bir arada kalması kohezyon olarak adlandırılır. Kohezyon, bitkilerde su ileten kılcal borular içindeki suyun yukarıya doğru çekilmesine yardım eder. Kohezyon, suyun yüzey geriliminden de sorumludur. Bazı böceklerin su üzerinde yürümesi yüzey geriliminin etkisiyle gerçekleşir.

Suyun öz ısısı yüksektir. Hidrojen bağları kırıldığında ısı soğurulurken, hidrojen bağları kurulduğunda ısı açığa çıkar. Bu özellik, sıcaklığın canlıların yaşamasına izin veren sınırlar içinde tutulmasına yardımcı olur Su buharlaştığında geride kalan suyun yüzeyi soğur. Bu durum karasal organizmaların aşırı ısınmasını önlemeye yarayan bir mekanizmadır.

Buz, sıvı sudan daha az yoğun olduğu için suyun dibine batmayıp üzerinde yüzer. Bu durum su içindeki canlıların donmuş haldeki yüzeyin altında yaşamalarına olanak sağlar.

Su, eriyebilen birçok madde için çok iyi bir çözücüdür. Metabolizma sonucu oluşan birçok zararlı atığın seyreltile­rek vücuttan atılması, kandaki bileşenlerin çözünmesi ve taşınması, bitkilerin kökleriyle mineral maddeleri alması suyun çözücü özelliği sayesinde gerçekleşir.

Asitler ve Bazlar

Su içinde çözündüğü zaman hidrojen iyonu (H⁺) veren maddelere asit, hidroksil iyonu (OH^-) veren maddelere baz denir.

Bir çözeltinin asitlik ve bazlık derecesi hidrojen iyonu konsantrasyonunun bir ölçümü olan pH şeklinde ifade edilir. Hücredeki biyokimyasal reaksiyonlar belirli bir pH'de meydana gelir. pH'deki küçük değişikliklere bile canlılar çok duyarlıdır.

Canlılardaki pH dengesinin kurulmasında çeşitli mekanizmalar bulunur. Bunlardan biri vücuttaki proteinlerin tam­pon özelliğidir. Çok hücreli organizmalarda hücre içi ve hücre dışı sıvıların pH dengesini korumada bazı maddeler önemli rol oynar. Bunlara amonyak (NH₃) ve karbonik asit (H₂C0₃) örnek verilebilir. Karbonik asit kan pH'si düştü­ğünde H⁺ iyonu alıcısı, arttığında H⁺ iyonu vericisi olarak görev yapar.

Toprağın pH değeri de bitkilerin gelişimi için önemlidir. Bitkilerin çoğu için uygun pH değeri 6 ile 7 arasıdır. Bataklık yosunu, hindiba, yaban mersini gibi bitkiler asidik topraklarda; kırmızıbiber, atlas sediri gibi bitkiler ise bazik top­raklarda yetişir.

Mineraller ve Tuzlar

Canlıların yapısında az da olsa minerallere gereksinim duyulur.

Vücuttaki minerallerin en önemli fonksiyonları aşağıda özetlenmiştir.

• Vitamin ve hormon gibi moleküllerin yapısına katılırlar.
• Kanın ozmotik basıncının ayarlanmasında görev yaparlar.
• Kas kasılmasında ve sinirlerde uyartı iletiminde rol oynarlar.
• Bazı enzimlerin yapılarına katılarak onların katalizör görevine yardımcı olurlar.

Mineral içeren besinlerin düzenli olarak vücuda alınması gereklidir. Çünkü ter, idrar ve dışkı ile vücuttan sürekli mineral kaybı olur.

Tuzlar, asitlerle bazların birleşmesi ve aradan bir molekül su çıkmasıyla oluşurlar. Mineraller, hücreler ve hücre dışı sıvılarda mineral tuzları şeklinde bulunur.

Sodyum, klor, potasyum, fosfor, magnezyum ve kalsiyum gibi minerallere vücudun daha fazla ihtiyacı varken; demir, manganez, bakır, çinko, iyot gibi minerallere daha az miktarda gereksinim duyulur.

Canlılardaki Organik Bileşikler

Karbon içeren bileşiklere "organik bileşik" adı verilir.

Organik bileşiklerin yapısında karbona ilaveten genellikle hidrojen (H), oksijen (O), azot (N), kükürt (S) ve fosfor (P) da bulunur. Ancak organik moleküllerdeki çeşitliliğin asıl sorumlusu karbondur.

Canlıların yapısında bulunan organik bileşiklerin başlıcaları; karbonhidratlar, lipitler, proteinler, vitaminler, enzimler, hormonlar, nükleik asitler ve ATP'dir.

Organik bileşikler yapı maddesi olarak kullanılışa göre proteinler, yağlar, karbonhidratlar; enerji ham maddesi olarak kullanılışa göre karbonhidratlar, yağlar, proteinler; enerji verimi açısından ise yağlar, proteinler, karbonhid­ratlar şeklinde sıralanır.

Karbonhidratlar

• Canlıların enerji ihtiyaçlarını öncelikle karşıladıkları organik bileşiklerdir.
• Karbon, hidrojen ve oksijen atomu içerirler. Genel formülleri (CH₂O)_n ile gösterilir.
• Enerji vermelerinin yanı sıra yapı maddesi olarak da görev yaparlar.
• Monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olmak üzere üç grupta incelenirler.

1. Monosakkaritler

Basit şekerler olarak da adlandırılan monosakkaritler sindirime uğramazlar ve hücre zarından doğrudan geçerler. Monosakkaritlerin en önemlileri beş karbonlu pentoz ve altı karbonlu heksoz şekerleridir.

Pentozlara, RNA'nın yapısına katılan riboz ve DNA'nın yapısına katılan deoksiriboz şekerleri örnek olarak verile­bilir. Bunlar enerji kaynağı olarak kullanılmazlar.

Heksozlara, glikoz (üzüm şekeri, kan şekeri), fruktoz (meyve şekeri) ve galaktoz (süt şekeri) örnek olarak verile­bilir. İnsan kanında belirli miktarda glikoz bulunur. Beyin hücrelerinin çalışması glikoz varlığına bağlıdır.

2. Disakkaritler

İki molekül monosakkaritin dehidrasyon senteziyle birleşmesi sonucu oluşan şekerlerdir. (Küçük moleküllerin birle­şirken su açığa çıkarması şeklindeki tepkimelere dehidrasyon sentezi denir.)

Disakkaritlerin oluşumu sırasında monosakkaritler birbirlerine glikozit bağı ile bağlanır.

Canlılarda en çok bulunan disakkaritler maltoz, sakkaroz (sükroz) ve laktozdur.

Disakkaritler insan ve hayvanların sindirim sisteminde monosakkaritlere ayrılarak kullanılır. Bu olay hidrolizle gerçekleşir. (Büyük moleküllerin su katılarak kendisini oluşturan yapı birimlerine yani monomerlerine ayrılmasına hidroliz denir.)

3. Polisakkaritler

Kompleks şeker olarak da adlandırılan polisakkaritler çok sayıda monosakkaritin dehidrasyon senteziyle birleşmesi sonucu oluşurlar. Polisakkaritlerin temel yapı birimi glikozdur. Glikozların farklı şekillerde bağlanması, polisakkaritlerde çeşitliliğe neden olur.

Nişasta, glikojen, selüloz ve kitin birer polisakkarittir. Nişasta bitkilerin besin maddesi olarak depo ettikleri karbon­hidrattır. Glikojen karbonhidratların insan ve hayvanlardaki depo şeklidir. Özellikle karaciğer ve kas hücrelerinde depolanır. Selüloz bitkilerde hücre duvarının yapı maddesidir. Kitin eklembacaklı hayvanlarda dış iskeletin ve mantarlarda hücre duvarının yapı maddesidir.

Karbonhidratların Canlılar İçin Önemi

• Karbonhidratların vücuttaki en önemli görevi, kimyasal reaksiyonlar için gerekli enerjiyi sağlamaktır. Glikozun oksi­jenli solunumla parçalanması sonucu karbondioksit ve su oluşurken önemli miktarda da enerji açığa çıkar.
• Glikoz, kan şekerini oluşturur. Beyinin en önemli yakıt maddesidir. Kandaki glikoz miktarının düzenlenmesinde pankreasın salgıladığı insülin ve glukagon hormonları önemli rol oynar. İnsülin, glikozun kandan hücrelere geçerek enerjiye dönüşmesini (kan şekerinin düşmesini) sağlar. Glukagon ise karaciğerdeki glikojenin glikoza dönüşmesini hızlandırarak kan şekerini artırır.
• Karbonhidratlar, glikoprotein ve glikolipit halinde hücre zarının yapısına katılır.
• Riboz şekeri RNA ve ATP’nin, deoksiriboz şekeri ise DNA’nın yapısına katılır.
• Memeli hayvanların sütünde bulunan laktoz, yavrunun beslenmesinde önemlidir.
• Kitin, tıpta ve endüstriyel işlemlerde kullanılan bir karbonhidrattır. Elastik ve sağlam bir madde olduğundan ameliyat ipliğinin yapımında kullanılır. Gıdalarla ilaçlarda koruyucu; boya, kumaş ve yapıştırıcılarda bağlayıcı olarak kitinden yararlanılır. Ayrıca kağıdı sertleştirmek ve sağlamlaştırmak için de kitin kullanılmaktadır.
• Vücudun ihtiyacından daha fazla alınan karbonhidratlar karaciğerde yağa dönüştürülür. Fazla karbonhidratla bes­lenen insanların şişmanlamasının nedeni budur.
• Karbonhidratlar bakterilerin üremesini hızlandırarak dişlerin çürümesine yol açar.

Karbonhidrat Bakımından Zengin Besinler

Karbonhidratlar, proteinlere ve yağlara göre insanın beslenmesinde miktar bakımından daha ön planda gelirler. Karbonhidratların sindirimi protein ve yağlarınkinden daha kolaydır. Ekmek, pasta, tahıllar (buğday, arpa, pirinç vs.), baklagiller (mercimek, bakla vs.) ve patates karbonhidrat bakımından zengin bazı besin maddeleridir. İncir, hurma, üzüm gibi çok tatlı meyve­lerde de karbonhidratlar bulunur.

Lipitler

Yapılarını karbon, hidrojen ve oksijen atomları oluşturur. Ayrıca fosfor ve azot da içerebilirler.

3u gruba giren moleküller suda çözünmeyen ya da çok az çözünen; buna karşılık eter, kloroform, benzen, aseton gibi organik çözücülerde çözünebilen heterojen bir grubu kapsar.

Polosakkaritler, proteinler ve nükleik asitlerden farklı olarak birbirlerine bağlı monomerlerden oluşan uzun zincirler seklinde değildirler. Bu nedenle polimer olarak kabul edilmezler.

Biyolojik yönden önemli lipitler; fosfolipitler, steroitler ve trigliseritlerdir.

FosfoIipitler hücre zarının önemli bir bileşenidir.

Steroitler bazı vitamin ve hormonların yapısına katılırlar. Örneğin D vitamini, erkek ve dişi eşey hormonları steroit yapıdadır. Kolesterol, hayvansal hücrelerde zarın yapısına katılan bir steroittir.

Trigliseritler (nötr yağlar) hücrede parçalandığı zaman karbonhidrat ve proteinlere göre daha çok enerji veren moleküllerdir. Ayrıca bitki ve hayvan hücrelerinde depo edilen lipit çeşididir. Trigliseritler, üç molekül yağ asidi ve bir molekül gliserolün ester bağlarıyla bağlanması sonucu oluşurlar.

Trigliseritlerin yapısında yer alan yağ asitleri, doymuş yağ asitleri ve doymamış yağ asitleri olmak üzere ikiye ayrılır. Doymuş yağ asitlerinden meydana gelen yağlara "doymuş yağ" denir. Bunlar genellikle hayvansal kökenli katı yağlardır. Doymamış yağ asidi bulunduran yağlar "doymamış yağ" olarak adlandırılır. Bunlar genellikle bitkisel kökenli sıvı yağlardır. Bazı doymamış yağ asitleri vücutta sentezlenemez ve besinlerle alınır. Bunlara "temel (esansiyel) yağ asitleri" denir.

Lipitlerin Canlılar İçin Önemi

• Yağlar vücudun en ekonomik enerji kaynağıdırlar. Enerji kaynağı olarak karbonhidratlardan sonra kullanılırlar.
• Hücrede yapı maddesi olarak kullanılırlar. Özellikle hücre zarının yapısına büyük ölçüde katılırlar. Ayrıca vitamin ve hormon olarak da görev yaparlar.
• Yağların hücresel solunumla yıkılması sonucu fazla miktarda metabolik su oluşur. Bu yolla kış uykusuna yatan hayvanların, çöl hayvanlarının ve göçmen kuşların su ihtiyacı karşılanır. Ayrıca hafif olup az yer kapladıkları için göçmen kuşların uçmasında kolaylık sağlarlar.
• Vücudun yağda çözünen vitaminlerden (A, D, E, K) yararlanmasını sağlarlar.
• Vücutta sentezlenemeyen esansiyel yağ asitleri yağlarla alınır.
• Aşırı yağlı besinlerle beslenme damar sertliği ve dolaşım bozukluklarına yol açabilir. Damar sertliğinde kan damarlarının iç yüzeylerini kaplayan yağ birikintisi, damar iç dokusunun sertleşmesine yol açar. Esnekliği azalan damarlarda kan akışı zorlaşır, damar çapları küçüldüğü için de kan basıncı artar ve tansiyon yükselir.
• Vücuda fazla miktarda alman yağlar, yağ hücrelerinde depo edilerek yağ dokusunu oluşturur. Yağ dokusu, iç or­ganlara desteklik ettiği gibi deri altında birikerek vücut sıcaklığını korumaya da yarar. Örneğin kutup ayıları derile­rinin altına büyük miktarda yağ depo etmek suretiyle soğuk ortamda yaşamlarını sürdürebilmektedir.

Yağ Bakımından Zengin Besinler

Besinlerle alman yağlar, bitkisel veya hayvansal kaynaklı olabilir. Bitkisel kaynaklı besinlerden zeytin, ayçiçeği, soya fasulyesi, fındık ve cevizde yağ miktarı fazladır. Hayvansal kaynaklı yağlar et, süt, süt ürünleri, tereyağı, kuyruk yağı ve yumurta gibi besinlerle alınır.

Proteinler

Yapılarında karbon, hidrojen, oksijen ve azot atomları bulunur. Genellikle kükürt ve fosfor da içerirler. Organizmaların gerçekleştirdiği işlevlerin çoğunda yer alırlar. Örneğin enzimatik proteinler kimyasal tepkimeleri hızlandırır. Diğer bazı proteinler ise savunma, depolama, taşıma, hücresel haberleşme, hareket ya da yapısal destek sağlamada rol oynar.

Proteinlerin yapı taşları aminoasitlerdir. Hücreler binlerce proteini sentezlemek için 20 çeşit aminoasit kullanır. Aminoasidin merkezin­deki karbon atomuna bir karboksil grubu, bir amino grubu, hidrojen atomu ve R ile sembolize edilen değişken bir grup bağlanmıştır. R grubunun farklı olması amino asitlerin çeşitliliğini sağlar.

Amino asitler proteinleri oluşturmak için birbirlerine peptit bağları ile bağlanırlar. İki aminoasit birleşirse oluşan bileşik dipeptit, üç aminoasit birleşirse tripeptit, çok sayıda aminoasit birleşirse polipeptit adını alır.

Polipeptit kavramı protein kavramının eş anlamlısı değildir. Bir protein, bir ya da birkaç polipeptidin çok özel bir şekilde bükülüp kıvrılarak özgül biçim kazanmasıyla işlevsel hale gelir. Hücrede protein sentezi ribozom denilen organelde gerçekleşir. Protein sentezi sırasında amino asitlerin dizilişini DNA belirler.

Aminoasitlerin çeşidi, sayısı ve dizilişlerinin farklı olması her canlıdaki protein çeşitlerinin de birbirinden farklı ol­masına yol açar.

Vücutta üretilemeyen ve besinlerle alınması gereken amino asitlere "temel (esansiyel) amino asitler" denir. Sıcaklık, pH, tuz derişimi gibi etkenler proteinlerin üç boyutlu yapısını bozar. Bu olaya denatürasyon denir.

Proteinlerin Canlılar İçin Önemi

• Vücut dokularının onarım ve yapımında kullanılırlar.
• Enzim ve hormon gibi yaşamsal olayları düzenleyen moleküllerin yapısına katılırlar.
• Kas, kemik, kıkırdak gibi dokuların yapısına katılırlar.
• Kanın pıhtılaşmasında rol oynarlar. Çünkü pıhtılaşmayı sağlayan fibrinojen molekülü protein yapılıdır.
• Vücuttaki asit-baz dengesini korumada rol oynarlar. Çünkü proteinleri oluşturan amino asitlerin amino grubu bir baz gibi, karboksil grubu da bir asit gibi davranır (amfoterlik özelliği). Böylece hücrede meydana gelen pH değişiklikleri tamponlanmış olur.
• Alyuvarlardaki hemoglobinin yapısında bulundukları için oksijenin dokulara taşınmasında görev yaparlar.
• Vücutta bağışıklığın sağlanmasında görev yaparlar. Çünkü mikroplara karşı vücudun savunmasında görevli anti­korlar proteinden yapılmıştır.
• Albumin ve globulin gibi kan proteinleri kan plazmasının ozmotik basıncını dengelemede rol oynarlar. Kasların kasılmasında görev alırlar.
• Hücre zarının yapısına katılırlar ve madde geçişlerinde görev yaparlar.
• Uzun süren açlık durumlarında (karbonhidrat ve yağlar tükendikten sonra) enerji kaynağı olarak kullanılırlar.

İnsan vücudunda önemli bir protein deposu bulunmaz. İhtiyaçtan fazla alınan proteinler vücutta karbonhidrat ve yağa dönüştürülerek depo edilir. Besinlerle alınan protein miktarı az olduğunda protein yetersizliği görülür. Protein yetersizliğinde ortaya çıkan belirtiler aşağıda verilmiştir.

• Büyüme yavaşlar ve zamanla durur.
• Zihinsel gelişim geriler.
• Bağışıklık sistemi zayıflar.
• Yaralar geç iyileşir.
• Alyuvar yapımında bozukluklar ortaya çıkar.
• Karaciğer işlevinde bozukluklar ortaya çıkar ve siroz hastalığı daha fazla görülür.
• Vücutta su toplanır (ödem).

Protein Bakımından Zengin Besinler

Besinlerle aldığımız proteinler hayvansal ve bitkisel kay­naklı olabilir. Hayvansal kaynaklı proteinler süt, yoğurt, pey­nir, tüm et çeşitleri, yumurta gibi besinlerde bulunur. Bitkisel kaynaklı proteinler soya fasulyesi, kuru fasulye, fındık, fıstık, badem, ceviz ve tahıl gibi besinlerde yer alır.

Genellikle hayvansal besinlerden elde edilen proteinler, temel aminoasitleri yeterince içerdiği ve kolay sindirildiği için üstün kaliteli olarak değerlendirilir. Bitkisel besinlerden sağla­nan proteinler, temel aminoasitleri az bulundurduğu ve zor sin­dirildiği için düşük kalitelidir.

Vitaminler

• Hücrenin normal metabolizması için az miktarlarda gerekli olan düzenleyici ve direnç artırıcı maddelerdir.
• Bitkiler ihtiyaç duydukları vitaminleri sentezleyebilirler. Hayvanlarda vitaminler sentezlenemediği için besinlerle alınır.
• Hayvanlarda vitaminler besinlerle ya doğrudan ya da provitamin olarak alınırlar. Provitaminler, vitaminlerin ön maddesidirler ve vücutta vitamine dönüştürüldükten sonra etkili olurlar.
• Vitaminler; hücrenin yapısına katılmazlar, enerji kaynağı olarak kullanılmazlar ve sindirilmeden hücre zarından geçebilirler.
• Büyük bir bölümü enzimlerin çalışmasını sağlayan koenzim kısmının yapısını oluşturur.
• Yağda ve suda çözünenler olarak iki gruba ayrılırlar.

A, D, E, K vitaminleri yağda çözünen vitaminlerdir. Bunlar fazla alındıklarında özellikle karaciğerde depo edilirler. B grubu vitaminler ve C vitamini suda çözünen vitaminlerdir. Vücutta uzun süre depolanamayan (B₁₂ hariç) bu vitaminlerin fazlası idrarla atılır.

Düzenli ve Dengeli Beslenme

Tüketilmesi gereken besin miktarı kişinin yaşına, cinsiyetine, boy ve ağırlığına, hastalık durumuna, yaptığı işe göre değişir. Ancak tüm insanların sağlıklı beslenmesi için; karbonhidrat, protein, yağ, vitamin, mineral ve posa (lif) içe­ren besinleri yeterli miktarda ve öğün içinde dengeli bir şekilde almaları gerekir.

Öğünlerin planlanmasında "beslenme piramidi" denilen bir yöntem vardır. Gerekli besin öğelerini içeren bu piramit­te ekmek ve tahıllar grubu; sebze ve meyve grubu; süt ve süt ürünleri grubu; et, yumurta ve kuru baklagiller grubu yer alır.

Aşırı beslenme obezite denilen aşırı şişmanlığa yol açar. Yüksek yağ içerikli besinler ile obezite arasında pozitif bir ilişki bulunur.

Obezite, insülin direnci ve şeker hastalığı gibi birçok hastalığın ortaya çıkışını kolaylaştırır. Pankreastan salgılanan insülin hormonu kandaki şekerin hücre içine girmesini sağlar. İnsülin hormonunun doku veya hücrelerde yeterince etkili olamamasına insülin direnci denir. İnsülin direnci yıllar içinde şeker hastalığının bir çeşiti olan Tip 2 diyabet gelişimini tetikler. Bu diyabet tipinde pankreastan insülin üretilmesine rağmen, insülinin etkisi yetersiz kalır. Böylece hücreye giremeyen şeker kanda yükselir.

Enzimler

Bir kimyasal reaksiyonun başlayabilmesi için gerekli olan en düşük enerji miktarına aktivasyon enerjisi (eşik ener­jisi) denir. Enzimler aktivasyon enerjisini düşüren biyolojik katalizörlerdir.

Çoğunlukla protein yapısındadırlar. Bununla birlikte az sayıda enzim RNA'lardan meydana gelmiştir. (Biz bu bö­lümde protein yapılı olan enzimler üzerinde duracağız.)

Bazıları sadece proteinden oluşur. Birçok enzim ise etkinlik gösterebilmek için apoenzim adı verilen protein kısım ile birlikte protein olmayan moleküllere ihtiyaç duyar. Enzimin protein olmayan kısmına kofaktör adı verilir. Kofaktörler organik veya inorganik moleküller olabilir. Kofaktörler organik bir molekül ise koenzim olarak adlandı­rılır.

Enzimlerin Özellikleri

• Canlı sistemlerde gerçekleşen hemen her reaksiyon enzimlerin denetiminde olur.
• Enzimlerin etkilediği maddeye substrat ya da etkinen madde denir.
• Enzimler kimyasal reaksiyonlardan değişmeden çıkarlar ve defalarca kullanılırlar.
• Enzimin protein kısmında aktif merkez (aktif bölge) denilen özel bir bölüm bulunur. Reaksiyon sırasında enzim substratına geçici olarak aktif merkezden bağlanır. Aşağıda sükrozun enzim etkisiyle yapı birimlerine ayrılması gösterilmiştir.
• Enzimlerin çoğu belirli bir kimyasal reaksiyona özgü olduğundan her hücrede genellikle reaksiyon çeşidi kadar enzim çeşidi vardır.
• Enzimler genellikle çift yönlü (tersinir) çalışırlar.
• Enzimler sadece hücre içinde değil, uygun ortam sağlandığında hücre dışında da çalışabilirler.
• Enzimlerin etkinlikleri son derece hızlıdır. Örneğin sığır karaciğerinden elde edilen katalaz enzimi, bir dakikada 5 milyon hidrojen peroksit (H₂O₂) molekülünü su ve oksijene parçalayabilir.
• Enzimler hücrede genellikle takım halinde çalışırlar. Bir enzimin son ürünü, kendisinden sonraki enzimin substratı olabilir.

Takım halinde çalışan enzimlerin aktiviteleri “geri besleme mekanizması” ile sağlanır. Reaksiyon ürünlerinden bir kısmı substrat ile yapısal benzerlik gösterir. Son ürün miktarı yeterli düzeye ulaştığında bunların bazıları ilk enzime bağlanarak onun çalışmasını durdurur ve böylece takımdaki diğer enzimler de çalışamaz. Son ürünün tükenmesiyle birlikte takımdaki enzimler yeniden çalışmaya başlar.

Vücutta hangi tip enzimlerin sentezleneceğine ait bilgileri genler belirler.

Enzim Reaksiyonlarının Hızına Etki Eden Faktörler

Sıcaklık: Enzimler protein yapılı moleküller oldu­ğundan proteinleri etkileyen sıcaklık değişimlerine duyarlıdırlar. Her enzimin en fazla aktivite gösterdiği bir sıcaklık derecesi vardır. Buna optimum sıcaklık denir. Bu değer pek çok canlıda 30 - 40 °C arasında­dır (İnsanda 37°C). Sıcaklık derecesi optimum değe­rin altına düştüğünde veya üstüne çıktığında enzimatik reaksiyon hızı azalır. Yüksek sıcaklıkta (genellikle 55 - 60°C de) enzimlerin yapısı bozulur. Düşük sıcak­lıkta enzimlerin etkinliği azalır. Bu durumda sıcaklığın belirli bir dereceye kadar artırılması, enzimin etkinliğini de artırır. Yani düşük sıcaklık enzimlerin yapısını boz­maz.

Not: Sütün kaynatılmasındaki amaç, bakteri enzimlerinin etkisiz hale getirilmesi ve böylece ekşimenin önlenmesidir. Besin maddelerinin dondurulduğunda bozulmaması, yine enzimlerin etkisiz hale getiril­mesiyle sağlanır.

PH derecesi: Enzimler pH değişimlerine karşı çok duyarlıdır. Enzimlerin büyük çoğunluğu optimum ola­rak nötre yakın pH’larda çalışırken bazıları farklılık gösterebilir. Örneğin midede proteinleri sindiren pep­sin enzimi pH = 2’de, yani oldukça asidik bir ortamda en iyi çalışır. Buna karşılık pankreastan ince bağırsa­ğa salgılanan ve yine protein sindiriminde görev alan tripsin enzimi pH = 8,5’ta, yani bazik ortamda etkilidir. Kuvvetli asit ve bazlar enzimlerin yapısını bozar.

Enzim yoğunluğu: Eğer pH ve sıcaklık uygunsa yeterli miktarda substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunluğu arttıkça reaksiyon hızı da artar. Sınırlı mik­tarda substrat bulunan bir ortamda, enzim yoğunlu­ğu artırılırsa reaksiyon bir süre devam eder ve son­ra durur. Bunun sebebi ortamda enzimin etkileyeceği substratın kalmamasıdır.

Substrat yoğunluğu: Enzim miktarı sabit tutulup substrat yoğunluğu artırılırsa, reaksiyon hızı en yük­sek noktaya ulaştıktan sonra sabit kalır. Bunun nede­ni enzimlerin bir süre sonra substrata doymuş hale gelmeleri ve hiç boş kalmaksızın çalışmalarıdır. Yani enzimlerin hepsi bir substrata bağlı durumda bulunur­lar ve birini bıraktıklarında diğerine bağlanırlar. Sonuç­ta daha fazla substrat eklense bile reaksiyon hızı art­maz.

Substrat yüzeyi: Enzimler etkilerini substratın dış yüzeyinden başlayarak gerçekleştirdikleri için, subs­trat yüzeyi arttıkça reaksiyon hızı da artar. Substratın küçük parçalara bölünmesi, toplam yüzeyi artıraca­ğından enzimin etkinliğinde de artışa yol açacaktır. Bu yüzden kıyılmış et aynı miktar parça etten daha kolay sindirilir.

Su: Enzimlerin büyük bir kısmı işlevlerini su içinde gösterirler. Çünkü moleküllerin birbirine çarparak reaksiyonu gerçekleştirebilmesi için hareketi sağlayacak sıvı bir ortamın olması gerekir. Bu nedenle su miktarı enzim etkinli­ğinde önemlidir. Genellikle su miktarı % 15’in altında olduğu zaman enzimler işlev göstermezler.

Not: Sulandırılan reçel ve balın bozulmasının ya da besinlerin kurutularak saklanmasının nedeni, enzimle­rin etkinlik gösterebilmeleri için belirli miktarda suya ihtiyaç duymalarıdır.

Aktivatör ve inhibitör maddeler: Enzimlerin etkinliğini artıran maddelere aktivatör denir. Bazı aktivatörler enzimin substratı ile birleşmesini kolaylaştırırken, bazıları enzimin aktif merkezini daha da aktif hale getirerek enzim etkinliğini artırırlar. Aktivatörlere örnek olarak klor ve magnezyum gibi bazı iyonlar verilebilir. Enzim etkinli­ğini yavaşlatan veya engelleyen maddelere inhibitör denir. Bazı inhibitörler enzimin aktif merkezine bağlanarak bazıları da aktif merkezi bozarak enzim etkinliğini durdururlar. Kurşun, cıva, bakır gibi ağır metaller inhibitör mad­delere örnek olarak verilebilir. Bir diğer inhibitör madde olan siyanür solunumda görev yapan bir enzimin etkinliği­ni durdurarak zehirlenmeye neden olmaktadır.

Hormonlar

Metabolizma, büyüme ve gelişme, üreme, davranış, su ve mineral dengesi gibi fonksiyonların düzenlenmesinde rol oynayan kimyasal uyarıcılardır. Bilgi taşıyıcı bu maddeler organizmanın kendisi tarafından üretilir.

Hayvanlarda hormon salgılayan hücrelerin tümüne endokrin sistem, hormon salgılayan organlara ise endokrin bezler denir.

Endokrin bezlerden salgılanan hormonlar kana verilir. Hormonlar kan dolaşımı yoluyla vücudun her tarafına ula­şabilmelerine rağmen genellikle belirli hücreleri veya organları etkiler. Hormonlar tarafından etkilenen bu yapılara hedef hücreler veya hedef organlar adı verilir.

İnsanlarda hormon salgılayan endokrin bezlerin en önemlileri hipofiz bezi, tiroit bezi, paratiroit bezi, böbrek üstü bezleri, pankreas ve eşeysel bezlerdir.

İnsanlarda hormon sisteminin bozulması birçok hastalığa yol açar. Örneğin şeker hastalığının temelinde hormon sistemindeki bozukluk yatmaktadır. Hormon yoğunluğundaki en küçük bir değişiklik bile vücudun normal işlevlerin­de bozukluk ortaya çıkarır.

Hormonlar hayvanlarda olduğu kadar bitkilerde de önem taşır. Örneğin tohum çimlenmesi, çiçek açma, meyve verme, yaprakların güneşe yönelmesi gibi olaylar hormonların düzenleyici etkisiyle gerçekleşir.

Nükleik Asitler

Azotlu organik bazlar kimyasal yapılarına göre pürin ve pirimidin olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Pürin grubu bazlar çift halkalı olup Adenin (A) ve Guanin (G) olmak üzere iki çeşittir. Adenin ve Guanin bazları hem RNA'nın hem de DNA'nın yapısında bulunur. Pirimidin grubu bazlar tek halkalı olup Sitozin (C), Timin (T) ve Urasil (U) bazlarını içerir. Bu bazlardan sitozin, hem DNA hem de RNA'da bulunur. Buna karşılık timin sadece DNA'da, urasil ise sadece RNA'da yer alır.

Nükleotitlerin yapısına katılan beş karbonlu şekerler riboz ve deoksiribozdur. Riboz şekeri RNA'nın, deoksiriboz şekeri ise DNA'nın yapısına katılır.

Şeker ve bazla birlikte nükleotitin yapısına katılan fosfat grubu DNA ve RNA'da ortak olarak bulunur.

Nükleotitler taşıdıkları bazlara göre isimlendirilir. Örneğin yapısında adenin bazı bulunan nükleotite adenin nükleotit denir. DNA'nın bazlarına deoksiriboz şekeri bağlı olduğundan nükleotitlerine deoksiribonükleotit, RNA'nın bazla­rına ise riboz şekeri bağlı olduğundan nükleotitlerine ribonükleotit adı verilir.

DNA ve RNA molekülleri çok sayıda nükleotitin birbirine bağlanarak uzun bir zincir (polinükleotit zinciri) oluşturma­sıyla meydana gelir. Nükleotitier birbirlerine şeker ve fosfat birimleri arasındaki fosfodiester bağlarıyla bağlanarak molekülün ana omurgasını oluştururlar. (Azotlu bazlar, şeker-fosfat omurgasına dahil değildir.)

DNA (Deoksiribonükleik Asit)

Sarmal oluşturan iki nükleotit zincirinden meydana gelmiş merdivene benzer bir moleküldür.

Şeker-fosfat omurgaları sarmalın dışında yer alırken, azotlu bazlar sarmalın iç kısmında birbirleriyle eşleşirler. İkili sarmal içinde belirli bazlar birbirlerine uygunluk gösterir. Adenin bazı daima timin bazıyla, guanin bazı ise daima sitozin bazıyla eşleşir.

Adenin bazı ile timin bazı arasında iki, guanin bazı ile sitozin bazı arasında üç tane zayıf hidrojen bağı kurulur.

DNA’yı oluşturan zincirlerden birinin baz sırası bilinirse, bunu tamamlayan ikinci zincirin baz sırası da bulunabilir. Örneğin birinci zincirin baz sırası ATTCGACG şeklinde ise, diğer zincirin baz sırası TAAGCTGC şeklinde olur.

DNA’nın başlıca iki önemli fonksiyonu vardır. Bunlardan birincisi hücre bölünmesinden önce kendisini eşlemesidir. Bu olaya replikasyon denir. Böylece genetik bilginin yavru hücrelere aynen geçmesi sağlanmış olur. DNA’nın ikinci fonksiyonu, sentezlediği RNA sayesinde her hücrenin kendine özgü protein oluşturmasını sağlamaktır.

DNA molekülü ile ilgili olarak aşağıdaki eşitlikler kurulabilir.

A = T ve G = C

Pürin miktarı = Pirimidin miktarı (A + G = C + T)

A + G / C + T = 1 veya A + C / G + T = 1

A+G+C+T = Toplam nükleotit sayısı

Nükleotit sayısı = Baz sayısı = Şeker sayısı = Fosfat sayısı

RNA (Ribonükleik Asit)

RNA, prokaryot hücrelerin sitoplâzmasında bulunur. Ökaryot hücrelerde ise çekirdek, sitoplâzma ve organellerin bazılarında (mitokondri, kloroplast, ribozom) yer alır.

RNA’nın en önemli özellikleri şu şekilde özetlenebilir:

• RNA molekülü de DNA gibi çok sayıda nükleotitin birleşmesiyle olu­şur.
• RNA’nın nükleotitlerinde DNA’dan farklı olarak deoksiriboz yerine riboz şekeri, timin bazı yerine urasil bazı bulunur.
• RNA molekülü tek nükleotit zincirinden meydana gelir. Bu nedenle RNA’da, G = C ve A = U olma zorunluluğu yoktur.
• RNA molekülü kendini eşleyemez. DNA’nın bir zinciri üzerinden sen- tezlenir.
• RNA’nın işlevi, DNA’dan aldığı genetik şifreye göre protein sentezini gerçekleştirmektir. Hücrede yeni proteinlere ihtiyaç duyulduğunda DNA’dan RNA’lar sentezlenir.
• RNA’nın her hücredeki miktarı az çok farklıdır. Protein ve enzim sen­tezinin yüksek olduğu hücrelerde RNA miktarı da fazladır.
• Görevlerine göre hücrede üç çeşit RNA bulunur.
  • Mesajcı RNA (mRNA): DNA'dan aldığı genetik bilgiyi, belirli şifreler halinde sitoplazmadaki ribozomlara taşır. Bu bilgi sentezlenecek proteinin amino asit diziliş sırasını belirler.
  • Taşıyıcı RNA (tRNA): Sitoplazmadaki amino asitleri tanır ve ribozomlara taşır.
  • Ribozomal RNA (rRNA) : Proteinlerle birlikte ribozomların yapısını meydana getirir.

Canlıların Enerji Molekülü ATP (Adenozin Trifosfat)

ATP, hücrede oluşan metabolik olaylar için gerekli enerjiyi sağlayan moleküldür. ATP, bir nükleotittir. Adenin bazı, riboz şekeri ve üç fosfat grubundan meydana gelir.

ATP molekülündeki üç fosfat grubundan sondan iki tanesi yüksek enerjilidir. Bu bağlar (~) işaretiyle gösterilir. ATP'de en uçtaki fosfat bağı su eklenerek kırılır (hidroliz) ve bir molekül inorganik fosfatın ayrılmasıyla ATP ADP'ye dönüşür. Bu sırada enerji açığa çıkar ve bu enerji de hücresel olaylarda kullanılır.

ATP yenilenebilen bir kaynaktır. Bunun için ADP'ye fosfat eklenmesi gerekir. ADP'nin fosforilasyonu için gerekli enerji, hücre içindeki organik bileşiklerin oksijenli ya da oksijensiz solunumla parçalanması sonucu açığa çıkan enerjiden sağlanır.

ATP sentezi oksijenli solunum, oksijensiz solunum ve fotosentez olmak üzere başlıca üç yolla gerçekleşir. Hücrede gerçekleşen enerji dönüşümleri sırasında ATP’nin rolü aşağıda gösterilmiştir.

ATP'nin asıl kaynağı güneş enerjisidir. Üreticiler, fotosentezin başlangıç reaksiyonlarında güneş enerjisini kullana­rak ATP üretir. Fotosentezin daha sonraki reaksiyonlarında bu ATP enerjisinden yararlanılarak besin sentezlenir. Bitkilerin depo ettikleri besinler, besin zinciri yoluyla tüketici canlılara aktarılır. Üretici ve tüketici canlıların yaptıkları solunum olayı ile besinlerin kimyasal bağ enerjisi ATP enerjisine dönüşür. Kas kasılması, yeni moleküllerin sentezi (biyosentez) gibi olaylarda da ATP enerjisi harcanır.