Biyokimya, adından da anlaşılacağı gibi canlı organizmalar ve bu organizmaları meydana getiren hücrelerde meydana gelen metabolik faaliyetleri inceleyen bilim dalıdır. Biyokimya, bitki, hayvan ve mikroorganizma biçimindeki bütün canlıların yapısında yer alan kimyasal maddeleri ve canlının yaşamı boyunca sürüp giden kimyasal süreçleri inceleyen bilim dalıdır. Biyokimyanın amacı her şeyden önce, hücrenin temel bileşenleri olan protein, karbonhidrat, lipit gibi organik bileşiklerin ve yaşamsal önem taşıyan kimyasal tepkimelerde en büyük rolü oynayan nükleik asitlerin, vitaminlerin ve hormonların yapısal ve nicel çözümlemesini yapmaktır. Canlılardaki protein bileşimi, besinlerin enerjiye dönüşmesi, kalıtsal özelliklerin kimyasal mekanizmalarla iletilmesi gibi yaşam süreçlerinin araştırılması da yine biyokimyanın ilgi alanına girer. Her yaşam bilimi ve kimya ile uğraşmakta olan fakültede (tıp, eczacılık, biyoloji,ziraat, veterinerlik vs.) ilgili biyokimya kürsüsü bulunur . İnsan sağlığıyla ilgili bilimlerde iki alanda incelenir: 1. Temel Biyokimya 2. Klinik Biyokimya

Aynı zamanda biyokimya, moleküler biyoloji ile sıkı bir ilişki içerisindedir. Biyokimya bilim dalının incelediği sayısız metabolik reaksiyon vardır.Örneğin karbonhidrat metabolizması, fotosentezin izlediği alternatif yollar, yağların yıkımı, proteinlerin yıkımı gibi.

Amino Asitler
Canlı organizmaların temelini nasıl hücreler meydana getiriyor ise, hücrelerin temelini de proteinler meydana getirir.Protein molekülleri hücreyi inşaa eden birer tuğla gibidir.Amino asitler ise proteinleri meydana getiren daha küçük moleküllerdir.Yani amino asitler uzun zincirler oluşturarak proteinleri, proteinlerde kompleks bir şekilde organize olarak hücreyi meydana getirir.

Tabii karmaşık bir yapıya sahip olan hücre yalnızca proteinlerden oluşmaz.Bunun yanında karbonhidratlar, yağlar, glikolipidler, fosfolipidler ve DNA - RNA molekülleri gibi kimyasal maddelerde hücrenin yapısına katılırlar.Fakat proteinsiz bir hücre düşünmek mümkün değildir.

Amino asitler üzerlerinde belirli miktarlarda elektrik yükü taşırlar. Bu elektrik yükleri (+ veya -), asit veya baz özelliği gösteren bir ortama girdiklerinde nötrleşmeye başlarlar. Fakat bu nötrleşme ortamın pH ' ına bağlıdır. Bir amino asit ancak belirli bir pH noktasında nötr hale gelebilir ki bu pH seviyesine o amino asidin " İzoelektrik noktası " denir. Örneğin Histidin amino asidi, ancak pH ' ı 7,47 olan bir sıvı içerisinde nötr hale gelebilir. Yani bazik bir ortamda.

Dikkat edilecek en önemli nokta moleküllerdeki atomlardır. Bu atomlardan C (karbon), N (azot) ve H (hidrojen) molekülün yapısına en çok giren atomlardır. Fakat aralarındaki en önemli atom ise karbon atomudur. Karbon, atom numarası 6 olan eşsiz bir yapıya sahiptir. Doğada saf olarak grafit ve elmas halinde bulunan karbonun yapısına girmediği bileşik hemen hemen yok gibidir. Bu özelliği sayesinde yüz binlerce kimyasal bileşik oluşturduğu bilinmektedir. Elimizdeki deriden arabalarımızın lastiklerine, bilgisayarımızdan ayakkabılarımıza kadar her yerde karbonlu bileşikler vardır.

İkinci dikkat edilecek nokta ise lösin ve izolösin amino asitlerin molekül formülleri ve molekül ağırlıkları birbirinin aynı olmasına rağmen isimlerinin farklı olmasıdır. Bunun nedeni ise bu moleküllerin 3 boyutlu yapılarının birbirinden farklı olmasıdır.

Lösin ve izolösin, doğada var olan amino asitlerin D ve L konfigürasyonlarına bir örnektir. Çünkü doğada amino asitler iki konfigürasyonda bulunabilirler. Bunlardan birinci konfigürasyon D, ikinci konfigürasyon ise L adını alır. Bu şekilde adlandırılmasının nedeni, aynı yapıya ve formüle sahip moleküllerin arasındaki farkın yalnızca H ve 0H atomlarının yerlerinin değişik olmasından dolayıdır.

Şekilde " Alanin " amino asidinin doğada bulunan iki konfigürasyonunu görmektesiniz. Her iki molekülün yapısı aynı olmasına karşın H ve NH2 (amino grubu) molekülünün yerleri değişiktir. Bu şekilde özellik gösteren yani kapalı formülleri aynı fakat üç boyutları farklı olan moleküllere " İzomer " molekülleri adı verilir. Canlı organizmaların yapısında ise yalnızca L konfigürasyonundaki amino asitler bulunmuş olup çok ender olarak bazı hücrelerde D konfigürasyonuna sahip amino asitlere de rastlanılmıştır.

Amino asit molekülleri, bir ucunda " Amino grubu (NH2) " diğer ucunda ise " Karboksil (COOH) " grubu taşırlar. İşte amino asitlerin yan yana gelip zincirler oluşturarak proteinleri sentezlemesi, bu iki grubun aralarında kovalent veya iyonik bağ yapmasıyla gerçekleşir.

İki amino asit yan yana geldiklerinde COOH ve NH2 grupları arasında bağlanma meydana gelir ve bu bağa " Peptid " bağı adı verilir. Bağlanma sırasında ise bir su molekülü serbest kalır. İki amino asidin yalnızca uç kısımlarını yani karboksil ve amino gruplarının nasıl bağlandığını bir de reaksiyon şeklinde görelim.

COOH + NH2 <--------------------> CO -- NH + H2O (su)

Denklemimizde COOH 1. aminoasidin bir ucu, NH2 ise 2. amino asitimizin diğer ucunu temsil etmektedir. Bu uçlar yanyana geldiklerinde COOH grubundan bir oksijen ve NH2 grubundan bir hidrojen serbest kalır. Böylelikle serbest kalan bu atomlar aralarında bağ yaparak suyu oluşturur.

CO ile NH arasındaki bağ ise " Peptid " bağıdır. İki amino asidin yan yana gelmesiyle oluşan peptid bağına " Dipeptid", üç veya daha fazla (yüzlerce yada binlerce) amino asidin yan yana gelmesiyle oluşan zincirdeki peptid bağlarına ise " Polipeptid " adı verilir.

Proteinler düz amino asit zincirlerinden meydana gelmesine rağmen oldukça karmaşık yapılara sahiptir. Bunun nedeni ise zincirdeki bazı amino asitlerin birbirleriyle ikinci veya üçüncü bir bağ yapmasındandır. (Bkz. Temel bilgiler sayfası "Proteinler" bölümü). Proteinler hücre için mutlaka gerekli moleküller olup bazı proteinler enzim yapısındadırlar ve hücre içerisinde sürekli olarak kimyasal reaksiyon basamaklarına katılarak metabolik faaliyetleri düzenlerler.

Hücre amino asitleri yan yana getirip proteinleri sentezlediği gibi aynı şekilde vücuda alınan proteinleride en küçük birimlerine kadar ayırır. Örneğin gıda olarak tüketilen et, yumurta, süt ve yoğurt gibi besinler bol miktarda protein içerir. Fakat hücrelerin her zaman proteine ihtiyacı olmaz ve bu proteinleri amino asitlerine kadar parçalarlar.

Moleküllerin vücuda alındıktan sonra parçalanması olayına " Katabolizma ", vücuttaki küçük moleküllerden daha büyük başka moleküller sentezlenmesi olayına ise " Anabolizma " denir.

Proteinlerin Yapısı Ve Yıkımı

Proteinler fiziksel yapıları itibariyle iki ana gruba ayrılırlar.

Birinci grup " fibröz " proteinlerdir. Bu proteinler özellikle deri, tendon (kasları kemiğe bağlayan sert doku) ve kemik dokularda bulunur. Fibröz protein suda çözünmemekle birlikte fiziksel olarak oldukça dayanıklı bir yapıya sahiptir.

İkinci grup ise " Globular " proteinlerdir. Globular proteinlerde fibröz proteinin aksine suda çözünebilirler ve fiziksel olarak dayanıklı değillerdir. Globular proteinler ekseri olarak " Enzim " yapısındadırlar. Enzimler ise hücre içerisindeki sitoplazmada kimyasal reaksiyonarı katalizlerler.

Bunun yanı sıra proteinler 3 boyutlu yapıları itibariyle dört farklı konfigürasyonda bulunurlar.
Bu konfigürasyonlar sırasıyla ;
Primer
Segonder
Tersiyer
Kuaterner yapılarıdır.

1-) Primer yapı :
Bir proteinin primer yapısı yanlızca amino asit moleküllerinin yan yana gelip zincir oluşturmalarından ibarettir.

Şekilde de gördüğünüz gibi polipeptid zinciri yalnızca amino asit moleküllerinin yan yana dizilmesinden oluşmaktadır. Yapıda R harfiyle gösterilen bölge " Radikal " grubunu temsil ediyor olup amino asitten amino aside bu molekül grubu değişmektedir.

Mesela Alanin amino asitinde R grubu CH3 yani metil grubudur. Fakat İyodotronin amino asidinde metil grubunun yerini iyotlu bir bileşik alır.

2-) Segonder yapı :
Segonder yapı, primer yapıdan sonra gelen biraz daha kompleks bir yapıdır. Bu yapı tıpkı DNA zinciri gibi heliks dönümleri yapar ki bu şekline de Alfa - heliks adı verilir.

Şekilde Alfa - heliks kıvrılmasının ilk aşamasını görmektesiniz. Bu aşamada zincir bükülmeye başlar ve COOH yani karbonil grubu ile NH' yani amino grubu arasında H bağı oluşmaya başlar. Bu bağ fiziksel olarak kuvvetli bir bağ değildir ve dışarıdan verilen ısı veya fiziksel bir hareket ile koparılabilir. Kopmanın etkisiyle zincir yine eski düz halini almaya başlar.

Heliks yapısındaki bir zincirin enerji verilerek düz zincir haline gelmesi olayına " Denatürasyon " denir. Isı veya kimyasal etkiler ortadan kaldırılınca düz zincirin tekrar heliks yapısını kazanması olayına ise " Renatürasyon " denir.

Fakat proteinler yapılarının bozulması için verilen ısıya belli bir dereceye kadar tolerans gösterebilir. Yaklaşık 60 derecenin üstünde bir sıcaklık uygulanırsa protein denatüre olduktan sonra tekrar renatüre olamaz.

Zincir yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi kıvrılmaya başladıktan sonra yandaki gibi heliks halini almaya başlar.

Proteinlerin önce düz zincir halinde oluşmaları ve daha sonra heliks yapısını kazanmaları tamamen enzimatik kontrol altındadır.

Eğer üretilecek protein bir enzim olacaksa, enzimden enzim üretme gibi bir durum ortaya çıkmaktadır.

Üstteki şekilde görülen yapı ise proteinin segonder formunun daha değişik bir şekli olan ve ß - tabakası adı verilen bir konfigürasyondur. Bu konfigürasyonda primer zinciri meydana getiren amino asitler heliks yapmak yerine kıvrılmalar yaparak akordiyon gibi bir hal almıştır. Proteinler ayrı ayrı konfigürasyonlara sahip olabildiği gibi her iki konfigürasyona sahip proteinlerde vardır.

Örneğin bazı proteinlerin % 70 ' i Segonder Alfa - heliks yapısından, geri kalan % 30 ' nu ise segonder ß - tabakasından meydana gelebilir.

3-) Tersiyer yapı :
Segonder yapıyı takip eden bu konfigürasyonda proteinin yapısı dahada kompleks bir hal almaya başlar. Tersiyer yapı ise, amino asitlerin yukarıda belirttiğimiz R (radikal) yan zincirleri arasında meydana gelen bağlar ile şeklini kazanmaya başlar.

Tersiyer yapı segonder yapının kıvrılmış halidir. Segonder yapı içerisinde heliks düzeni ve beta düzeninin her ikisi de bulunabilir. Hatta bunlara ilave olarak bazı bölgeler, primer ve " Kangal " adı verilen daha değişik konfigürasyonlara sahip olabilir.

Protein zincirinin R yan molekülleri arasındaki bağlar ise iyonik, disülfit, H bağı ve hidrofobik (su sevmeyen) bağları olabilir.

4-) Kuaterner yapı :
En karmaşık şekillere sahip olan kuaterner konfigürasyonundaki proteinler, şekillerini, alt birimler olan radikal ve diğer gruplara bağlı diğer alt gruplar arasındaki bağlar ile kazanır.

Şekilde kuaterner yapıda bir protein görülüyor.

Polipeptid (protein) zincirlerini meydana getiren amino asitlere bağlı R gruplarının kendileri de alt birimlere ayrılırlar. Kuaterner yapıyı meydana getiren yapı ise, bu alt grupların arasında meydana gelen iyonik veya H (hidrojen) bağları ile şekillenir.

Kuaterner yapıya sahip proteinler oldukça karmaşık olmasına karşın enzimler tarafından titizlikle meydana getirilmiş mükemmel moleküllerdir.

Enzimlerin en ilginç görevleri de şüphesiz protein sentezlerinde üstlendikleri görevlerdir. Birincil enzimler primer yapıyı meydana getirdikten sonra devreye ikincil enzimler girer ve primer dizisini sanki matematik hesabı yapmayı biliyorlarmış gibi belirli sıralar atlayarak birbirine bağlamaya başlarlar. Örneğin birinci amino asidin R grubunu, 4 amino asit sırası atlayarak 5. amino aside bağlaması gibi.

Devreye başka başka enzimler girerek en sonunda proteini tersiyer ve kuaterner yapısına kavuştururlar. Sadece bir molekül olan enzimlerin bu mükemmel görevi kusursuz bir biçimde yerine getirmesi, küçük bir dev olan hücre içerisindeki mucizelerden yalnızca birisidir.

Proteinlerin yıkımı :

Polipeptid zincirleri çok uzun olup yıkılmaları yine enzimler vasıtasıyla olur. Peptid bağlarını kıran enzim ise
" Peptidaz " enzimidir.

Proteinlerin ayrılma işlemine ise " Hidroliz " denir. Protein zincirleri " Tam hidroliz " yada " Tam olmayan hidroliz " yoluyla parçalanırlar. Tam hidroliz işlemiyle proteinler, kendilerini meydana getiren amino asitlere kadar ayrılırlar. Fakat tam olmayan hidroliz işlemiyle proteinler belirli uzunluklarda kesilirler.

Şekilde tam olmayan hidroliz olayına bir örnek verilmiştir. 8 amino asitlik bir polipeptid zinciri, tam olmayan hidrolizle yıkıma uğratılarak biri 3 amino asitten, diğeri 8 amino asitten oluşan iki ayrı zincire ayrılmıştır.

Proteinlerin parçalanması ve sindirilmesi ise mide de gerçekleşir. Midede çalışan enzimler, ancak pH ' ı 1 - 2 gibi çok asidik ortamlarda aktivite gösterebilirler. Bu yüzden mide çeperindeki özelleşmiş salgılama hücreleri pepsin adı verilen asit tabiatlı bir sıvı salgılar ki bu sıvı mide sıvısının pH 2 ını enzimlerin çalışacağı noktaya, yani pH ' ı 1 - 2 seviyesine kadar düşürür.

Mide bu derece güçlü asidik bir sıvıya yataklık yapmasına rağmen zarar görmez çünkü mideye zarar gelmemesi için mükemmel bir şekilde önlem alınmıştır. Yine mide çeperlerinde bulunan özelleşmiş salgı hücreleri, mukus adı verilen bir tür sıvı salgılarlar. Bu sıvı asitli ortam ile mide arasında bir kalkan gibi ödev görerek mideyi korur.

Sakkarit (şeker) Metabolizması
Şeker molekülleri, karbonhidrat adı verilen uzun zincirli moleküllerin yapıtaşlarını meydana getirirler. Şeker molekülleri genelde 6 karbonlu bir yapıya sahip olup tıpkı amino asitler gibi D ve L konfigürasyonlarına sahiptir.

Şeker molekülü tek başına bulunduğu hallerde " Monosakkarit ", ikili bulunduğu hallerde " Disakkarit ", 3 lü veya daha fazla gruplar halinde bulundukları zaman ise " Polisakkarit " adını alır. Öncelikle bir şeker molekülünün yapısını inceleyelim.

Şekilde görüldüğü gibi " Glikoz ", yapısında toplam 6 adet karbon atomu (siyah noktalar) içerir. Sırasıyla tüm karbonlara H ve OH molekülleri, birbirlerine zıt yönde bağlanma göstermişlerdir.

Molekülün 1. karbonu kırmızı noktanın hemen yanındaki karbondur. Hemen altındaki karbon ise 2. karbondur. Molekülün 6. karbonu ise CH2-OH molekülünün karbonudur. O ile gösterilen ilk sıradaki atom ise oksijendir. Molekülümüz bir monosakkaritdir. Disakkarit ve polisakkaritler bunun gibi yüzlerce yada binlerce glikoz (veya fruktoz, sukroz, laktoz vs. olabilir) molekülünün yan yana gelip bağ yapmasıyla meydana gelir.

Şeker molekülleri arasındaki bağlar ise tıpkı amino asitlerde olduğu gibi kuyruk ve baş bölgelerinde meydana gelir.

İki şeker molekülü bağ yaparken (örneğimizde glikoz molekülünü ele alıyoruz), kırmızı nokta ile gösterilen 1. karbonun üzerindeki H atomu ile 2. glikoz molekülünün 4. karbonunun (yani kırmızı noktanın tam karşısına gelen bölgedeki karbon atomunun) altındaki OH molekülü ile bağ yapar. Bu bağa ise " Glikozidik " bağı adı verilir. Glikoz molekülleri bu şekilde artarda bağ yaparak karbonhidrat zincirlerini meydana getirirler.

Şeklimizde görülen glikoz molekülü Alfa - Glikoz adını alır. Molekülün Alfa veya Beta olması ise 1. karbondaki H ve OH ın konumlarına bağlıdır. Eğer H atomu karbonunun alt tarafından bağ yapmış ise molekülümüz Beta konfigürasyonu, üst taraftan bağ yapmış ise Alfa konfigürasyonu adını alır.

Şekerlerin 5 karbon atomundan oluşan formları da vardır. 5 karbon atomu içeren şeker molekülüne ise " Pentoz " adı verilir. Bunların dışında değişik yapılara sahip şeker moleküllerine örnek olarak maltoz, sukroz, laktoz ve fruktoz örnek verilebilir.

Şeker moleküllerinin yıkımı :

Karbonhidratların büyük çoğunluğunun uzun şeker moleküllerinden meydana geldiğini belirtmiştik. Vücuda alınan besin maddelerinin ise % 70 e yakını karbonhidratlardan meydana gelir.

Karbonhidratların sindirimi ağızda başlar. Tükürük sıvısında karbonhidrat zincirlerini parçalayan enzimler bulunmaktadır. Kısmen parçalanan bu moleküllerin sindirimi ise ince bağırsakta sonlanır. Şeker molekülleri kana karıştıktan sonra kan basıncının yükselmesine neden olur. Fakat kan basıncı, glikoz molekülüne müdahale eden enzimler vasıtasıyla dengede tutulur.

Şeker molekülleri monosakkarit formları şeklinde bağırsaklardan emildikten sonra kan yoluyla karaciğere gider. Monosakkaritler burada glikoz, fruktoz, maltoz gibi değişik yapıdaki şeker moleküllerine çevrilirler. Glikoz moleküllerinin fazlası ise enzimler vasıtasıyla " Glikojen " adı verilen başka bir şekle dönüştürülüp depo edilir.

Glikozun glikojene çevrilmesinde rol oynayan enzimin adı ise " Glikokinaz " enzimidir. Bu enzim karaciğer tarafından üretilir ve bu üretim, pankreastan salınan ve " İnsülin " adı verilen bir hormonun kontrolü altındadır.

Glikokinaz (enzim) --------> Glikoz (molekül) --------> Glikojen (son ürün)

Eğer bir insanın pankreası yeteri kadar insülin hormonu salgılayamıyorsa, kişinin karaciğeri, kandaki insülin miktarının azalmasına paralel olarak yeteri kadar Glikokinaz enzimi üretemez. Glikokinaz enzimi ise glikoz moleküllerine müdahale edemeyince glikoz moleküllerinin kandaki miktarı süratle artmaya başlar. Glikozun kanda artış göstermesi nedeniyle kan basıncı artmaya başlar ve sonunda yüksek tansiyon denilen rahatsızlık ortaya çıkar.

Glikozun parçalanması kısaca şu şekilde meydana gelir ;

6 karbonlu glikoz molekülü, yapılarında 3 er tane karbon atomu bulunduran 2 molekül Piruvat ' a dönüşür. Piruvat, ortamda oksijen olma veya olmama durumuna göre 2 yol izleyebilir.

Eğer ortamda oksijen yoksa (anaerob) piruvat molekülleri son ürün olarak Laktat ve daha sonra Laktik asit ' e dönüşür. Laktik asit, kaslara yeteri kadar oksijen taşınamadığı hallerde birikir ve yorgunluğa neden olur.

Fakat fermantasyon bakterileri ve bazı maya türleri, ortamda oksijen olmadığı hallerde laktat yerine Etanol adını alan bir çeşit alkol ve su üretirler.

Eğer ortamda oksijen varsa (aerob) Piruvat oksijenle reaksiyona girerek öncelikle bir ara ürün olan Asetil CoA ' ya dönüşür.
Asetil CoA ara ürünü daha sonra sitrik asit halkası adı verilen bir seri kimyasal reaksiyon basamaklarına girer ve nihayetinde son ürün olarak karbondioksit ve su ya dönüşür.

Glikoz moleküllerinin parçalanma reaksiyonları sırasında hücre ATP kazanır. ATP ise enerji gereksinimleri için kimyasal reaksiyonlarda kullanılır.

Moleküller adlandırılırken aralarına tire konularak, hangi radikalin kaçıncı karbona bağlı olduğu da virgüllerle belirtilir. Örnek verelim ;

Bir molekül " Glikoz - 6 - Fosfat " olarak isimlendirilmiş ise, bu, molekülün 6. karbonunda bir tane fosfat grubu taşıdığı gösterir

Başka bir örnek olarak ; Eğer molekül " Fruktoz - 1,6 - Difosfat " olarak isimlendirilmiş ise, buda Fruktoz molekülünün 1. ve 6. karbon atomlarının Fosfat molekülü taşıdığı anlamına gelir. Fruktoz üzerinde toplam 2 tane fosfat grubu olduğundan " Difosfat " olarak yazılır. Glikoz yıkıma uğrarken, hem parçalanmakta hem de bazı karbon atomlarına fosfat ve diğer kimyasal gruplar eklenmektedir.

Bu kısa bilgiden sonra Glikozun yıkımı sırasında hangi basamaklarda ATP harcandığını ve hangi basamaklarda ATP üretildiğini görelim.

Glikozun metabolik faaliyetlerle yıkılması olayına " Glikoliz ", küçük moleküllerden tekrar sentezlenmesi olayına ise " Glikogenez " denir. Vücuda yeteri kadar glikoz alınmaz ise hücreler bu sefer glikoz üretmeye başlarlar.

Yağ (Lipid) Metabolizması
Besinlerle alınan yağ moleküllerinin büyük kısmını trigliserid adı verilen moleküller oluşturmaktadır. Bunun yanında fosfolipid, ve kolestrol molekülleri yağlı besinlerde daha az miktarlarda bulunurlar.

Lipidler yapı itibariyle gliserin ve yağ asitlerinin teşkil ettiği moleküllerdir. Lipid molekülleri hidrofobik özellik göstermelerine karşın organik eriticilerde çözünürler. Örneğin alkol, eter, aseton ve klorofom gibi uçucu sıvılar içerisinde çözünebilir.

Yağ molekülleri çok uzun bir yapıya sahip olup, biri " Hidrofobik " diğeri " Hidrofilik " iki kutba sahiptir. Yağlar, vücudun ince bağırsağında pankreas ve safra kesesinden gelen enzimlerle küçük parçalara ayrılırlar. Yağların parçalanması ise " Lipaz " adı verilen bir enzim ile olur.

Yağlar parçalanıp yağ asitlerine kadar ayrıştırıldıktan sonra ince bağırsaklardan emilir ve kana karışır. Yağ asitleri hücreler tarafından enerji ihtiyacını karşılamak için kullanılırlar. Yağ asitleri bazı hücrelerde sitoplazma içerisinde okside olarak ATP üretimine katılırken, çoğu hücrede mitokondri içerisine girerek ATP sentezlenmesini sağlar.

Yağ asiti moleküllerinin yapısını gösteren şekilde, molekülün hidrofilik ve hidrofobik kısımları görülmektedir. Yağlar vücuda girip yağ asitlerine kadar ayrıştıktan sonra ya depo edilirler yada enerji ihtiyacı için kullanılırlar. Yağ asitleri vücutta fazla miktarlarda bulunduğu zaman trigliserid şekline dönüştürüldükten sonra yağ dokularında depo edilirler. İnsanların şişmanlamasının nedeni de budur. Fakat aksine, kaslar fazla çalıştığı zaman kas hücrelerindeki mitokondriler ATP üretmek için ortamda bulunan yağ asitlerini, depo edilmesine fırsat bırakmadan kullanarak enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.

Şişman bir kimse elinden geldiğince spor yapıp hareket ederse, yağ dokularındaki trigliserid molekülleri, enerji gereksinimi olduğu için yağ asitlerine kadar parçalanacak ve mitokondrilere ulaştırılacaktır.

Yağ asitlerinin mitokondriye girişi direk değildir. Öncelikle Asetil CoA ile bileşik kurarak " Yağ Asil - CoA " kompleksini kurar. Bu aşamadan sonra hücre içerisinde bulunan ve " Kornitin " adı verilen bir enzim eşliğinde mitokondri membranından geçerek mitokondri matrix ' ine ulaşır.

Yağ asidi + CoA + ATP <---------------> Yağ asil - CoA + AMP + PPi

Denklemde yağ asitinin CoA (Koenzim A) ile komleks oluştururken ATP harcamaktadır. ATP enerjisi kullanılınca ATP (Adenin trifosfat) AMP (Adenin monofosfat) ' a dönüşmektedir.

Yağların kan sıvısında taşınması ise ortak çalışan iki protein ile gerçekleşmektedir. Bu proteinlerden birisi
" Lipoprotein " diğeri ise " Apolipoprotein " adını alır. Yiyeceklerle alınan yağ ve kolestroller önce lipoprotienler ile paketlenirler. Lipoprotinlerin üzerilerinde ise apolipoprotein molekülleri vardır. Apolipoprotein ise ise lipide bağlanan kısmı oluşturmaktadır. Yani Lipoprotein apolipoproteini taşır, apolipoprotein ise yağa bağlanır. Böylelikle yağ molekülü dokulara kan yoluyla taşınmış olur.

Yağların yıkımı :

Yağların yapıtaşlarının yağ asitleri olduğunu belirtmiştik. Yukarıdaki şekilde görülen yağ asidi molekülünün hidrofilik ve hidrofobik uçları, yağların suya döküldüklerinde misel oluşturmalarına neden olur.

Şekilde yağ asitlerinin su içerisinde oluşturdukları micel yapısı görülmektedir.

Yağ asitleri, hidrofilik uçları dışa, hidrofobik uçları ise iç tarafa gelecek şekilde dizilirler. Mavi bölge yağ asidinin hidrofilik bölgesi, kırmızı ince bölge ise molekülün hidrofobik kuyruğunu temsil etmektedir.

Besinlerle alınan büyük yağ molekülleri, bağırsakta sindirilirken önce misellerine kadar ayrıştırılmakta ve daha sonra bu miselleri parçalayan enzimler iş görmektedir.

İnce bağırsağa gelen büyük yağ molekülleri, öncelikle safra kesesinden salgılanan tuzlarla etkileşime girerek kendilerinden daha küçük yapıya sahip misellere dönüşürler. Bu şekilde küçültülüp misele dönen yağ molekülleri daha sonra pankreastan salgılanan lipazlar vasıtasıyla parçalanmaya ve yağ asitlerine kadar ayrışmaya başlar. Ayrışan yağ asitleri difüzyon yolu ile bağırsak mikrovilluslarından emilir. Fakat emilim esnasında yağ asitlerinden trigliseridler sentezlenerek bu haliyle kana karışır ve lipoproteinler vasıtasıyla paketlenerek gerekli yerlere ulaştırılır.

Dokulara ulaşan trigliseridler genel olarak 3 aşamada yıkılarak enerji ihtiyacı için kullanılırlar.

Trigliseridlerin hidrolizi
Alfa - oksidasyonu
Beta - oksidasyonu

1-) Trigliseridlerin hidrolizi :
Trigliseridler Lipaz enziminin etkisiyle digliserid, monogliseridserbest gliserol ve yağ asitlerine kadar ayrışırlar.

2-) Alfa - oksidasyonu :
Trigliseridlerin hidrolizi ile serbest kalan yağ asitleri, alfa - oksidasyon kimyasal reaksiyonlarına girerek yıkılmaya başlar. Alfa - oksidasyonunda yağ asitleri, hücrenin Endoplazmik Retikulumunda aktive olmadan direk olarak parçalanırlar.

3-) Beta - oksidasyonu :
Beta - oksidasyonu, yağ asitlerinin parçalandığı diğer bir kimyasal reaksiyon basamaklarıdır. Parçalanma mitokondride gerçekleşmekte ve aynı zamanda yağ asidinin Asetil - CoA ile kompleks oluşturup aktive olması gerekmektedir.

Vücuda alınan karbonhidratlar, fruktoz, mannoz ve sukroz gibi şekerlere, glikoz şekeri ise glikojene çevrilip depo edilir. Fakat karbonhidrat fazla miktarda alınırsa bu kez glikozun fazlası glikojene çevrilemeyeceğinden, öncelikle yağ asitlerine ve daha sonrada trigliseridlere dönüştürülüp depo edilir.

Hücrede aynı zamanda " Peroksizom " adı verilen yapılarda da yağ asitleri parçalanmaktadır. Peroksizomlar yağ asitlerini parçalarken ürün olarak H2O2 (Hidrojen peroksit) meydana getir. H2O2 nin fazlası hücre için toksik etki yapacağından, " Katalaz " enzimi ile parçalanarak H2O ve H2 ye dönüştürülür. Mitokondride ise yağ asidi parçalanırken direk olarak H2O meydana gelir.

Solunum ve Fotosentez
Canlı organizmalar temel olarak üç yolla enerji elde edebilirler.

A-) Mitokondriyal solunum zincirileri ile.
B-) Glikozun, glikozliz basamaklarında yıkılması sırasında.
C-) Fotosentetik fosforilasyon ile.

Mitokondri, içerisinde oldukça kompleks kimyasal reaksiyonları meydana getiren mükemmel bir organeldir. Fotosentez yapamayan canlı organizmalarda ATP üretimi kemosentez yoluyla yapılır. Yani kimyasal moleküllerin enzimlerle işlenmesiyle. Fotosentez yapabilen canlılar ise ATP lerini, ışık fotonlarından absorbe ettikleri enerjiyi kullanarak sentezlerler. Fotosentezde ise iki devre vardır. Bu devrelerden birisinde ışık kullanılırken diğerinde kullanılmaz.

Solunum :

Solunum ile ATP elde edilmesi üç fazda gerçekleşir.

1. fazda protein, karbonhidrat ve yağları Asetil - CoA ' ya kadar parçalanır. Bu parçalanma reaksiyonları sitoplazma içerisinde meydana gelir.
2. fazda Asetil - CoA moleküllerini mitokondri matrixine girerek " Krebs " çemberine katılır.
3. fazda ise mitokondri içerisinde Dehidrogenaz enzimleri tarafından koparılan elektronlar, elektron transfer zincirinden geçirilerek mitokondri zarında ATP sentezlenmesini sağlar.

Solunumun ilk fazında protein, karbonhidrat, yağ ve şekerlerin nasıl yıkıma uğradıklarını en genel haliyle özetlemeye çalıştık. Şimdi ise 2. faz olan krebs çemberinde yıkıma uğrayan moleküllerden nasıl ATP üretildiğini şekil üzerinde görelim.

Şekilde, krebs çemberiyle birlikte solunumun en genel hali özetlenmiştir.

Krebs çemberini ara ürünleriyle birlikte ayrıntılı olarak görmek için tıklayınız!

Solunumda özet olarak vücuda alınan yağ, karbonhidrat ve proteinler Asetil - CoA ya dönüşmekte ve ardından Asetil - CoA nın krebs çemberinde enzimlerle katalizlenmesiyle ATP oluşmaktadır. Krebs çemberinde reaksiyonlar devam ederken enzimler, reaksiyona giren moleküllerden elektron (-) ve proton (H+) koparırlar.

3. fazda ise mitokondriyal membranda bulunan enzimler vasıtasıyla koparılan elektron ve protonlardan ATP sentez edilir. Membranda ATP nin nasıl sentezlendiğini şekil üzerinde görelim.

Krebs çemberinde reaksiyonlar başladıktan sonra H(+) iyonu matriksin dışarısına yani sitoplazmaya pompalanır. Çemberdeki kimyasal reaksiyonlarda koparılan elektronlar mitokondri zarının iç tarafında birikmeye başlayınca, dış zar ile iç zar arasında bir elektriksel gradiyent meydana gelir.

Bu elektrik gradiyenti H(+) iyonlarının mitokondri zarından tekrar matriks içerisine girmesine neden olur. Fakat H(+) iyonu, zarın içerisine gömülü olan kanal şeklindeki ATPaz enziminin içerisinden geçer.

Bu geçiş esnasında ADP (Adenin tri fosfat) molekülü yapısına bir tane daha fosfor (P) bağlayarak ATP (Adenin tri fosfat) ' ye dönüşür. ADP den ATP sentezini gerçekleştiren enzim ise ATPaz dır. Bu enzim, membrana bağlı bir protein olup zarın bir yüzünden diğer yüzüne kadar uzanır.

Bu tip proteinlere (burada proteinimiz enzim yapısındadır)
" İntegral protein " denir. Bunun dışında membrana kısmen gömülü proteinlerde vardır ki bu tip proteinlere de " Periferal protein " adı verilir.

Elektronların ETS (Elektron transfer zinciri) ' de taşınması ise 3 türlü olur.

1-) Redoks çiftleri ile :

Fe(+2) + Cu(+2) --------> Fe(+3) + Cu(+)

Fe (demir) ve Cu (bakır) redoks çiftleri olup Fe ' den 1 elektron Cu ' ya geçmiştir. Redoks çiftleri arasında elektron alıp verme potansiyeline " Redoks potansiyeli " denir. Elektron transfer zincirinde ise redoks çiftleri, potansiyeli küçük olandan büyük olana doğru sıralanmıştır. Böylelikle elektron seri bir şekilde akmaktadır. Redoks çiftleri ile elektron akımı, bitkilerin kloroplastlarındaki " Sitokrom " moleküllerinde de görülür. ATP ise, elektronun bir redoks çiftinden diğerine geçişi sırasında sentezlenir.

2-) Hibrid iyonu şeklinde taşınma :

H + C7N2H3O -------> C7N2H40

Denklemdeki hidrojen atomu, organik bir bileşiğe bağlanarak taşınmaktadır. Fakat buradaki hidrojen atomumuz yalnızca çıplak protondan ibaret değil, (-) yükünü yani orbitalinde elektronunu da taşımaktadır.

3-) Hidrojen çiftleriyle taşınma :

AH2 + B --------> A + BH2

Hidrojen atom çiftleri, başka atomlara veya moleküllere bağlanarak beraberlerindeki elektronları da bu atom veya moleküllerle ETS de taşırlar.
Vücudumuza soluduğumuz oksijenin az bir kısmı kandaki oksijen bağlayıcı enzimler tarafından kullanılırken, oksijenin % 90 ' na yakını ETS de kullanılır. Solunum mekanizmasında oksijen atomları, elektron alış verişinde bulunarak ETS ' nin devamlılığını sağlar. Eğer ortamda oksijen yoksa ETS mekanizması ve de dolayısıyla solunum reaksiyonları durur.

Fotosentez :

Canlıların enerji elde etmek için izledikleri diğer bir yol ise fotosentezdir. Fotosentezin kimyası oldukça karışıktır. Fotosentezin ATP üretme sisteminin temeli, ışık enerjisinin klorofil molekülleri tarafından absorbe edilerek enerji isteyen kimyasal reaksiyonlarda kullanılması şeklindedir. Yani ışık enerjisi kimyasal enerjiye dönüşmektedir.

Fotosentez denklemlerini " Işık tepkimesi " ve " Karanlık tepkimesi " olmak üzere en sade haliyle aşağıdaki şekildeki gibi özetleyebiliriz.

Aydınlık devrede, klorofil tarafında absorbe edilen ışık enerjisi, ATP üretiminde kullanılır. ATP üretimi için gerekli H (+) iyonları ise su moleküllerinden karşılanır. Suyun özel enzimlerle parçalanmasıyla açığa çıkan oksijen gazı serbest kalırken H (+) iyonları ise NADPH ve ATP üretimi için reaksiyonlara katılır.

Karanlık devre, aydınlık devrede üretilen NADPH ve ATP moleküllerinin enerji gereksinimi için kullanıldığı devredir. Bu devrede ışık enerjisi rol oynamadığı için bu devreye karanlık devre denir. Yani karanlık devrede yalnızca kimyasal enerji iş görmektedir. ATP ve NADPH ların kullanımıyla elde edilen enerji, karbonhidrat ve glikoz sentezi için kullanılır (Glikozun kapalı formülü C6H12O6 dır).

Fotosentez reaksiyonları " Kloroplast " adı verilen yeşil renkli pigmentler içerisinde gerçekleşir. Bu pigmentin içerisinde en önemli yeri " Klorofil " molekülü tutmaktadır. Klorofil, ortasında Mg (magnezyum) atomu bulunan karmaşık yapılı bir organik bileşiktir. Kloroplastın içerisinde lamelli yapılar, bu yapıların membranlarının içerisinde ise klorofil molekülü gruplar halinde bulunurlar. Bu klorofil grupları, ışık enerjisini absorbe ettiği zaman elektron fırlatır ve asıl sentezleme işlemi bu noktadan sonra başlar. Bu karmaşık işlemlerin nasıl meydana geldiğini şekillerle görelim.

Kloroplast şekildeki gibi kanallı bir yapıya sahiptir.

Bu kanallar aslında kloroplastın çift katlı zarının iç tarafındakinin katlanmalarıyla meydana gelmiştir. Bu yassı keseciklere " Lamel ", lamellerin üst üste gelerek grup oluşturmuş haline ise " Grana " adı verilir. Fotosentezin reaksiyonları, ince lamel (tilakoid) zarının içerisinde meydana gelir.

Klorofil molekülleri lamel zarları içerisinde birbirinden bağımsız olarak konumlanmazlar. Klorofil molekülleri 200 - 300 er gruplar halinde kümelenirler ki bu kümelere " Kuantozom " adı verilir.

Kuantozom yani klorofil molekül grupları, ışık enerjini absorbe ederek molekül grubunun ortasında bulunan ve
" P680 " olarak adlandırılan bir çeşit moleküle kadar iletir. Bu molekül klorofil molekülleri tarafından kendisine iletilen ışık enerjisinin etkisiyle elektron fırlatır.

Bundan sonraki basamakları şekil üzerinde görelim.

Şekildeki reaksiyonlar tilakoid zarının içerisinde cereyan etmektedir.

Stroma bölgesi kloroplastın iç bölgesidir. Tilakod zar, lamelin etrafını saran zar olup lamelin iç tarafına ise " Lümen " denir. Işık fotonları sol tarafta görülen 1. kuantozoma çarpınca (Bu kuantozom fotosistem 2 dir. ), klorofil molekülleri (yeşil noktalar) molekülleri ışık enerjisini absorbe ederek merkezdeki P680 molekülüne (kırmızı renkli) kadar iletirler. P680, suyun parçalanması ile serbest kalan 2 elektronu, henüz keşfedilememiş bir aracı moleküle iletir.

Elektronlar bu molekül üzerinden " Plastokinon (PQH) " ' a gelir. Plastokinon kendini redükte etmek için stromadan yani tilakoid membranının dış tarafından yada diğer bir deyimiyle kloroplastın iç tarafından H (+) iyonunu alır. Elektronlar plastokinondan çıktıktan sonra Sitokrom - f ' ye giderken ATP senezine katılır. Sitokfom - f ye gelen elektron ardından merkezinde P700 molekülü bulunan diğer kuantozoma gelir (Bu kuantozomda fotosistem 1 dir). Fotosistem 1 e ulaşan elektronlar buradan, yapısında demir ve sülfür bulunduran protein kompleksine gelir. Elektronların buradan sonra izleyebileceği iki yol vardır.

Ya Sitokrom - b6 üzerinden plastokinona geri döner, yada ferredoksin molekülüne giderek NADPH sentezini gerçekleştirir.

P680 molekülü P700 molekülüne göre daha kısa dalga boyuna sahip ışınları absorbe eder. Eğer P680 sistemi çalışmaz ise su parçalanamayacağı için H (+) iyonu serbest kalamayacak ve NADP redüklenemeyecektir. Dolayısıyla P700 sistemi elektronunu demir sülfürlü protein üzerinden sitokrom - b6 ya fırlatarak bir döngü oluşmasını sağlar. İşte bu şekilde bir elektron döngüsüyle ATP sentezlenmesi olayına " Devresel
fotofosforilasyon " denir.

Eğer P680 sistemi aktif ise, suyun parçalanmasıyla serbest kalan 2 elektronu kazandığı gibi plastokinona ve oradanda P700 sistemine gönderir. P700 den fırlatılan elektronlar, demir sülfürlü protein üzerinden " Ferredoksin " ' e ulaşır ve ortamdaki serbest H (+) iyonlarını kullanılarak NADPH sentezini gerçekleştirilir. P680 tarafından verilen elektronlar molekülün bulunduğu kuantozoma bir daha dönmediği için bu şekilde NADPH sentezlenmesi olayına ise " Devresel olmayan fotofosforilasyon " adı verilir.

Stromadan plastokinon (PQH) ' a gelen hidrojen, yine plastokinon üzerinden lümene geçer. Plastokinon burada H (+) iyonunu ileten bir mekik görevi üstlenmiştir. H (+) iyonları lümene geçtikten sonra aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi ATP sentezlenir.

Bu mükemmel sistem sayesinde bitki kendi bünyesi için ATP üretip enerji sağlarken, aynı zamanda yaşamımız için gerekli olan oksijenide atmosfere serbest bırakmış olur.

Doğada atmosfere serbest bırakılan oksijenin % 80 ' i deniz bitkileri ve fotosentez yapan mikroorganizmalar tarafından üretilir. Geriye kalan % 20 lik kısım ise kara bitkileri tarafından üretilir. Bitkiler ürettikleri ATP enerjisini kullanarak glikoz ve karbonhidrat moleküllerini sentezlemektedir. Üretilen bu maddelerin yalnızca % 10 luk kısmı besin kaynağı olarak doğaya sunulurken, % 90 lık kısmını ise bitki, kendi yapısal organizasyonunu kurmak için kullanır. Mesela gövdenin odunlaşması gibi.

Fotosentezin hızı ise çeşitli faktörlere bağlıdır. Bu faktörler arasında ortamın CO2 konsantrasyonu, sıcaklık, bitkinin topraktan çektiği su miktarı, nemlilik ve yaprak yapısı bu faktörlerin başında gelir.

Fotosentezde yukarıda anlattığımız sisteme alternatif olarak değişik yollarda vardır. Bitkiler normalde gündüzleri yaprak stomalarını açarak CO2 yi absorbe eder ve aynı anda güneş ışığıyla birlikte fotosentez reaksiyonlarını gerçekleştirir. Fakat çöl bitkilerinde durum böyle değildir.

Çöllerde sıcaklık yüksek olduğu için bitki, stomalarını gündüz vakitlerinde kapalı tutar. Çünki açık tutması halinde bitki aşırı miktarda su kaybedecek ve ölecektir. Fakat stomalar açılmadan atmosferden CO2 absorbe etmekte mümkün değildir.

Bitki bu problemin üstesinden nasıl gelmiştir ?

İnsanoğlu olarak kolay kolay çözüm bulamayacağımız bu büyük problemi, bitki kendisine verilen mükemmel enzimler sayesinde rahatlıkla çözmekte ve tıpkı diğer bitkiler gibi fotosentez yapıp ATP gereksinimini karşılamaktadır.

Sistem şu şekilde çalışır ;

Şekilde bitkilerde CAM metabolizmasını anlatan çizim görülmektedir.

Bitkinin yaprakları gündüzleri kapalı olmasına karşın geceleri açıktır. Geceleri atmosferden absorbe ettiği CO2 gazını PEP (Fosfoenol pirüvik asit) ile reaksiyona sokarak " Malik asit " üretmektedir. Ürettiği malik asidi hücrelerindeki vakuollerde biriktirip depo eder.

Gündüzleri ise stomaları kapar ve bu nedenle artık hücrelere CO2 girişi durur. Fakat bitki CO2 gazını malik asiti parçalayarak elde eder. NADP, malik asiti dekarboksile eder ve NADPH ' a dönüşür. Malik asit dekarboksile olurken hem yapısındaki CO2 yi serbest bırakır hem de pirüvik aside dönüşür.

Pirüvik asit (3 karbonlu) daha sonra kalvin çemberi adı verilen reaksiyon basamakları ile 6 karbonlu şekerlere dönüştürülerek, geceleri tekrar PEP i vermek için reaksiyonlara katılır.

Özet olarak ; Bitki geceleri absorbe ettiği karbondioksiti PEP yardımıyla malik aside çevirmekte, gündüzleri ise stomalarını kapayarak malik asidi parçalayıp karbondioksit gazını tekrar elde etmektedir. Bitkinin bu şekilde asit sentezleyip bu asidi gerektiği zaman yıkması olayına " Crassulacean asit metabolizması (CAM) " adı verilir.

Buraya kadar anlatılan kimyasal reaksiyonlar bitki ve hayvan organizmalarındaki karmaşayı gözler önüne sermektedir. Hücrenin kendi içerisinde bile olağan üstü karmaşa içerisinde metabolik olaylar cereyan etmektedir. Milyarlarca trilyonlarca hücrenin birbirleriyle anlaşarak eşi benzeri olmayan kimyasal fabrikalar gibi çalışması, canlıların yapısal organizasyonlarının kusursuz bir şekilde tasarlandığını ortaya koymaktadır.

Bugün teknolojisi, canlıların içerisinde yürüyen metabolik faaliyetlerin bir benzerini değil yapmak yanından bile geçememektedir. Buraya kadar anlatmaya çalıştığımız onlarca metabolik faaliyetler, hücre içinde yürüyen kimyasal reaksiyonların yanında çöldeki kum tanesi kadar kalmaktadır.