İnorganik ve organik moleküller, enzimler, hücre yapısı, organeller ve madde geçişleri üzerine kapsamlı konu anlatımı
Canlı hücrelerde organik moleküllerin yanı sıra inorganik moleküller de bulunur. Bunlar genellikle karbon içermez ve hücresel işlevler için hayati öneme sahiptir. Başlıca inorganik moleküller su ve minerallerdir.
Su, canlılarda en bol bulunan moleküldür ve yaşamın temelini oluşturur. Hücrenin %70-90’ı sudur. Suyun kendine özgü özellikleri onu vazgeçilmez kılar:
Mineraller, vücudun üretemediği, besinlerle veya suyla alınması gereken inorganik elementlerdir. Kemik oluşumu, sinir iletimi, kas kasılması, enzim aktivitesi, ozmotik denge gibi birçok işlevde rol oynarlar. Kalsiyum, fosfor, potasyum, sodyum, magnezyum, demir, iyot, çinko gibi minerallerin eksikliği çeşitli hastalıklara yol açar. Örneğin demir eksikliği anemisi, iyot eksikliği guatr, kalsiyum eksikliği kemik erimesine neden olur.
Önemli Mineraller ve Görevleri:
Organik moleküller, karbon iskeleti içeren ve canlılar tarafından sentezlenen veya besinlerle alınan moleküllerdir. Karbohidratlar, lipitler, proteinler, nükleik asitler ve vitaminler olarak sınıflandırılır.
Karbon, hidrojen ve oksijen içerirler. Genel formülleri (CH₂O)n’dir. Enerji kaynağı ve yapısal malzeme olarak görev yaparlar.
En basit karbohidratlardır. Beş karbonlu (riboz, deoksiriboz) ve altı karbonlu (glikoz, fruktoz, galaktoz) olabilir. Glikoz, hücrenin enerji ihtiyacını karşılayan temel moleküldür. Riboz ve deoksiriboz nükleik asitlerin yapısına katılır.
İki monosakkaritin glikozit bağıyla birleşmesiyle oluşur. Sükroz (glikoz + fruktoz), maltoz (glikoz + glikoz), laktoz (glikoz + galaktoz) başlıcalarıdır. Laktoz intoleransı, laktozu parçalayan enzimin yetersizliğidir.
Çok sayıda monosakkaritin polimerleşmesiyle oluşur. Depo polisakkaritleri: nişasta (bitkiler), glikojen (hayvanlar). Yapısal polisakkaritler: selüloz (bitki hücre duvarı), kitin (mantar hücre duvarı ve eklem bacaklı dış iskeleti). Selüloz insanlar tarafından sindirilemez ancak lif olarak bağırsak çalışmasını destekler. Geviş getiren hayvanlar selülozu mikroorganizmalar sayesinde sindirir.
Su içinde çözünmeyen, hidrofobik organik moleküllerdir. Yapı taşları yağ asitleri ve gliseroldür. Enerji depolama, hücre zarı yapısı, hormon sentezi, ısı yalıtımı gibi görevleri vardır. Polimer oluşturmazlar.
Önemli Not: Lipitler, karbohidratlara göre daha fazla enerji verir (1 gr yağ ≈ 9 kcal). Ayrıca vücutta ısı yalıtımı ve organ koruması sağlar.
Amino asitlerin peptit bağlarıyla birleşmesiyle oluşan polimerlerdir. 20 çeşit amino asit bulunur; esansiyel olanlar vücutta sentezlenemez. Proteinler; enzim, antikor, taşıyıcı, hormon, yapısal protein (kollajen, keratin), kas proteini (aktin, miyozin) olarak görev yapar.
Enzimler, protein yapılı biyokatalizörlerdir. Substratına özgü çalışır, aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyon hızını artırır. Enzimler koenzim (vitamin türevi) veya kofaktör (mineral) gerektirebilir.
Örnek: Pepsin midede (pH≈2) çalışırken, tripsin ince bağırsakta (pH≈8) çalışır. Bu, enzimlerin pH'a özgüllüğünü gösterir.
Nükleotitlerin polimerleridir. Her nükleotit; fosfat, pentoz şekeri ve azotlu bazdan oluşur. Azotlu bazlar pürin (adenin, guanin) ve pirimidin (sitozin, timin, urasil) olarak sınıflandırılır.
Önemli: DNA’daki baz eşleşmesi (A=T, G≡C) kalıtsal bilginin doğru kopyalanmasını sağlar. RNA’da ise A=U, G≡C şeklindedir.
Vücutta yeterli miktarda sentezlenmeyen, dışarıdan alınması gereken organik moleküllerdir. Enerji vermez, düzenleyicidir. İki gruba ayrılır:
A, D, E, K vitaminleri.
B grubu vitaminler ve C vitamini.
Hücre, yaşamın temel yapı ve işlev birimidir. Prokaryot ve ökaryot olmak üzere iki ana hücre tipi vardır.
Zarlı çekirdek ve organel içermez. Genetik madde sitoplazmada nükleoid bölgede bulunur. Halkasal DNA, plazmit, ribozom, hücre zarı, hücre duvarı (peptidoglikan veya farklı yapı) bulunur. Bakteri ve arkeler prokaryottur.
Zarlı çekirdek ve organellere sahiptir. Doğrusal DNA, histon proteinleri ile paketlenir. Bitki, hayvan, mantar, protist hücreleri ökaryottur.
Karşılaştırma: Prokaryot ve ökaryot hücreler arasındaki en temel fark, ökaryotlarda zarlı çekirdek ve organellerin bulunmasıdır. Prokaryotlarda ise bu yapılar yoktur.
Zarlı (çift kat), kromatin (DNA), çekirdekçik (ribozom üretimi), nüklear porlar. Hücreyi yönetir.
Granüllü ER: Ribozomlu, protein sentezi, zar üretimi. Düz ER: Lipit sentezi, detoksifikasyon, kalsiyum depolama.
Proteinleri işler, paketler, taşıma kesecikleri (vezikül) oluşturur, salgı ürünlerini hücre dışına gönderir.
Sindirim enzimleri içerir, hücre içi sindirim, yaşlı organelleri temizler. Bitki ve mantarlarda yoktur.
Hidrojen peroksit oluşturan reaksiyonları katalaz enzimiyle detoksifiye eder. Yağ asitlerini oksitler.
Enerji üretimi (ATP) yapar, çift zarlı, kendi DNA’sı vardır.
Bitki ve alglerde, fotosentez yapar, çift zarlı, kendi DNA’sı.
Depolama, sindirim, su dengesi. Bitkilerde büyük merkezi koful, hayvanlarda küçük. Kontraktil koful tatlı su protistlerinde su atar.
Önemli: Mitokondri ve kloroplast, çift zarlı olmaları, kendi DNA ve ribozomlarına sahip olmaları nedeniyle yarı özerk organellerdir.
Hücre zarı seçici geçirgen olduğundan bazı maddeler geçer, bazıları geçmez. Pasif taşıma, enerji (ATP) harcanmadan gerçekleşir.
Moleküllerin yüksek yoğunluktan düşük yoğunluğa doğru kendiliğinden hareketi. Yağda çözünen (A, D, E, K) ve küçük yüksüz moleküller doğrudan geçer. Suda çözünen büyük/yüklü moleküller için kanal veya taşıyıcı proteinler gerekir.
Suyun seçici geçirgen zardan az yoğun ortamdan (çok su) çok yoğun ortama (az su) doğru hareketi. Kanal proteinleri (akvaporinler) ile hızlanır. Osmotik basınç, suyun emilme gücüdür.
Hücre içi ve dışı yoğunluk eşit, su net hareket etmez.
Dış ortam daha az yoğun (çok su), su hücreye girer, bitki hücresi turgor, hayvan hücresi patlayabilir (hemoliz).
Dış ortam daha yoğun (az su), su hücreden çıkar, bitki hücresi plazmoliz (büzüşme), hayvan hücresi büzüşür (krenasyon).
Plazmoliz: Su kaybıyla hücre büzüşmesi. Deplazmoliz: tekrar su alarak eski haline dönme. Bu olaylar bitki hücrelerinde gözlenir.
Moleküllerin az yoğundan çok yoğuna taşınması. Taşıyıcı protein pompaları kullanılır (örneğin Na-K pompası). Sadece canlı hücrelerde olur.
Örnek: Sodyum-potasyum (Na⁺/K⁺) pompası, hücre içine K⁺ alırken, hücre dışına Na⁺ verir. Bu işlem ATP harcar.
Karşılaştırma: Aktif taşıma, küçük moleküllerin pompalarla taşınmasıdır; veziküler taşıma ise büyük moleküller veya partiküller için kullanılır.