Moleküler Biyoloji PDF

Bölüm 1 Biyomoleküller ve Hücre Prof. Dr. İlker BÜYÜK Atom ve Çekirdek  Maddenin en küçük yapıtaşlarını atomlar oluşturur.  Atomun merkezinde pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşan yoğun bölgeye çekirdek adı verilir. Atom numarası  Atom numarası çekir...

Bölüm 1 Biyomoleküller ve Hücre Prof. Dr. İlker BÜYÜK Atom ve Çekirdek  Maddenin en küçük yapıtaşlarını atomlar oluşturur.  Atomun merkezinde pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşan yoğun bölgeye çekirdek adı verilir. Atom numarası  Atom numarası çekirdekte yer alan protonlarla ifade edilir.  Örneğin; hidrojen atomu 1 proton içerir ve atom numarası 1 ile temsil edilir. Bazı elementlerin atom numaraları   Proton sayıları aynı, nötron + proton sayıları İzotop farklı atomlara izotop denir.   Aynı cins atomlardan oluşan ve kimyasal yollarla kendinden daha basit ve farklı maddelere Element ayrılamayan saf maddelere verilen isimdir.   Atomlar ayrıca çekirdek etrafında dönen negatif yüklü elektronlara da sahiptir.  Nötr haldeki atomların proton ve elektron Elektronlar sayıları birbirine eşittir.  Örneğin; C atomunda 6 proton ve 6 elektron bulunmaktadır. Bu değerler sabit midir?  Proton ve nötron sayıları sabittir.  Ancak elektron sayıları atomun başka atomlarla ilişkisine bağlı olarak değişebilir.  Örneğin; ortaklaşa elektron kullanımı, elektron kaybı veya kazancı. Kovalent bağ  Ortaklaşa elektron kullanan atomlar arasında oluşan bağa kovalent bağ denir.  Kovalent bağlar iyonik bağlara göre daha kuvvetlidir.  Organik makromoleküllerde sıklıkla görülmektedir. Kovalent bağ  Örneğin; dış yörüngesinde 1 elektrona sahip iki hidrojen (H) atomu bu elektronlarını ortaklaşa kullanabilirler. Kovalent olmayan kimyasal bağlar  Hidrojen bağı  İyonik bağ  Van der Waals bağı  Hidrofobik etkileşimler Bağ sayısını belirleyen nedir?  Atomlar, dış yörüngelerindeki elektron durumuna göre diğer elektronlarla bağlantı kurarlar.  H atomunun dış yörüngesinde 1 elektron bulunduğu için diğer atomlarla yalnızca 1 bağ yapabilir.  C atomu ise dış yörüngesinde 4 elektron bulundurduğundan, 4 bağ yapabilir (örneğin; CH4). Yüklü atomlar  Yüklü atomlar iyon olarak ifade edilir.  Bu atomlar iyonik bağ yaparlar. Yörüngelerdeki elektron sayıları  Bir atomun çekirdeğine en yakın yörüngede 2, ondan sonrakinde ise 8 elektron yer alır. Elektron alma/verme eğilimleri  Dış yörüngelerinde doyma noktasından fazla elektron taşıyan atomlar (4’ten fazla), başka atomlardan elektron alma eğilimindedirler.  4’ten az elektron taşıyanlar ise elektron vererek başka atomlarla bağ yaparlar. ORGANİK MOLEKÜLLER Dehidrasyon  Biyolojik moleküller su moleküllerinin ayrılmasıyla birbirlerine bağlanır ve bu olaya dehidrasyon denir. Hidroliz  Ortama su moleküllerinin ilave edilmesiyle biyolojik moleküllerin birbirlerinden ayrılmasına ise hidroliz adı verilir. KARBONHİDRATLAR Karbonhidratlar nasıl oluşur?  Karbon, hidrojen ve oksijen atomlarının 1:2:1 oranında bir araya gelmesi ile oluşurlar. (CH2O)n Karbo+hidrat Monomer sayılarına göre karbonhidrat çeşitleri  Tek şekerli monosakkaritler (örn; glukoz)  İki monosakkaritin birbirine bağlanması sonucunda oluşan disakkaritler (örn; maltoz, sükroz, laktoz)  Çok sayıda monosakkaritin birbirine bağlanması sonucu oluşan polisakkaritler (örn; nişasta, glikojen, kitin) Monomer sayılarına göre karbonhidrat çeşitleri Karbonhidratların temel görevleri  Hücrenin enerji gereksinimini karşılarlar.  Hücrede yapısal materyal olarak da görev alırlar. Monosakkaritler  Glukoz, fruktoz ve galaktoz birer monosakkarittir.  C6H12O6 yapısal formülüne sahiptirler. Disakkaritler Polisakkaritler  Monosakkaritlerin birbirine kovalent olarak glikozidik bağlarla bağlanması sonucunda oluşurlar. Polisakkarit çeşitleri  DEPO POLİSAKKARİTLER: Bitkilerde nişasta, hayvanlarda ise glikojen uzun süreli depo enerji kaynaklarıdır.  YAPISAL POLİSAKKARİTLER: Sellüloz bitki hücre duvarının yapısında bulunur. Kitin mantarların hücre duvarında ve bazı böceklerin dış iskeletinde yer alır. LİPİDLER Yapı / Çözünürlük  Uzun hidrokarbon zincirlerinden oluşurlar.  Suda ya çözünmezler ya da çok az çözünürlük gösterirler. Fonksiyonları  Enerji kaynağıdırlar.  Cilt altında ısı izolasyonu sağlayan koruyucu bir tabaka oluştururlar.  Membran yapısının bileşenidirler.  Hormonların sentezinde hammadde olarak kullanılırlar. Yağ çeşitleri  DOYMUŞ YAĞLAR: -H ile doyurulmuş yağ asitlerinden oluşurlar. -Oda sıcaklığında katıdırlar. -Örn; Margarinler  DOYMAMIŞ YAĞLAR: Yağ asitleri H ile tümüyle doyurulmamıştır. Bir veya daha fazla çift bağ içerirler. Oda sıcaklığında sıvıdırlar. -Örn; Bitkisel sıvı yağlar Fosfolipidler  Hücre membranının yapısal bileşenidirler.  Gliserolün iki molekül yağ asidi ve bir molekül fosforik asit ile birleşmesi sonucunda oluşurlar.  Suda çözünün (polar) bir baş ve suda çözünmeyen (apolar) bir kuyruk kısımları vardır. Fosfolipidin yapısı PROTEİNLER Nasıl oluşurlar?  Aminoasitlerin birbirlerine peptid bağlarıyla bağlanmaları sonucunda oluşan polimerlerdir. Proteinlerin görevleri Yapılarındaki aminoasit dizisine bağlı olarak;  Kimyasal reaksiyonları kontrol eden enzimler,  Yapısal bileşenler (örn; keratin),  Enerji kaynağı (örn; albumin),  Taşıyıcı moleküller (örn; hemoglobin),  Hormonlar (örn; insülin)  Bağışıklı sistemi elemanları (örn; antikorlar) olarak görev yapabilirler. Aminoasitlerin yapısı Bütün aminoasitler;  Merkezi bir karbona bağlı bir amino grubu (-NH2)  Bir karboksil grubu (-COOH)  Bir hidrojen atomu (-H)  Değişken bir R grubu taşırlar. Peptid bağı oluşumu  Bir aminoasidin –NH2 grubu ile bir sonraki aminoasidin –COOH grubu arasında bir molekül H2O çıkması ile peptid bağı oluşur (dehidrasyon tepkimesi). NÜKLEİK ASİTLER Nasıl oluşurlar?  Genel olarak nükleotid birimlerinin polimerleşmesi ile oluşurlar.,  Bir nükleotidin fosfat grubu ile diğerinin şeker grubu arasında fosfodiester bağı meydana gelmesi ile polimerleşirler. Nükleik asit polimerizasyonu Nükleotidlerin yapısı Her bir nükleotid;  5 karbonlu bir şeker (riboz veya deoksiriboz)  Bir fosfat grubu  Bir azotlu organik bazdan oluşur. Nükleotid çeşitleri  Adenin  Guanin  Sitozin  Timin  Urasil (RNA’da) Diğer organik makromoleküller  Nükleoproteinler  Glikopeoteinler  Proteoglikanlar  Lipoproteinler  Glikoproteinler HÜCRE Organizasyonel hiyerarşi  Organizmalar organlarda oluşur.  Organlar dokulardan oluşur.  Dokular hücrelerden oluşur.  Hücreler ise hücre içi organellerden ve organik- inorganik moleküllerden oluşur. Hayat zigot ile başlar  Döllenmiş bir yumurta hücresinin seri bölünmeleri ile yetişkin bir insan vücudunda yaklaşık 80-100 trilyon hücre bulunur. Zigot tüm hücre tiplerinin kaynağıdır  Bölünmeler sonucunda oluşan hücrelerin farklılaşması ile şekil, büyüklük, hareketlilik, yapısal ve fonksiyonel açıdan birbirinden farklı 100-200 farklı hücre/doku tipi meydana gelir. Hücre bağlantıları  Bitki hücreleri plazmodezmatalar aracılığıyla,  Hayvan hücreleri ise hücre adhezyon moleküller (cell adhesion molecules- CAM) aracılığıyla birbirine bağlanır. Hücrenin organik/inorganik madde bileşimi  Su  İnorganik iyonlar  Vitaminler  Amino asitler  Proteinler  Polisakkaritler  Lipidler  Nükleik asitler (DNA ve RNA) Hücre tipleri Temel iki hücre tipi vardır:  Prokaryot  Ökaryot Ökaryot hücreler  Zarla çevrili bir çekirdek ve hücre içi organellere sahip olan hücrelerdir. Prokaryotik hücreler  Zarla çevrili bir çekirdekleri ve ribozomlar haricinde hücre içi organelleri bulunmaz. Monera  Bütün prokaryotlar tek hücrelidir ve monera olarak bilinen bir grubu oluştururlar. Prokaryotik hücre yapısı  Prokaryotların DNA’ları hücrenin merkezinde yoğunlaşmıştır.  Ribozomlar ise sitoplazmaya dağılmış durumdadırlar.  Bakterilerde ayrıca plazma membranı dışında hücre duvarı bulunmaktadır. Hücre duvarının yapı ve görevi  Hücre duvarı, protein ve oligosakkarit kompleksinden oluşan peptidoglikan yapısındadır.  Hücreye şekil vererek koruyuculuk görevi üstlenir. Gram negatif hücreler Gram negatif bakteriler;  İnce bir hücre duvarına  Periplazmik bölgeye ve  En dışta bir dış membrana sahiptir. Gram pozitif hücreler  Gram pozitif bakteriler, sitoplazmik membran dışında sadece kalın bir peptidoglikan yapısına sahiptirler. Arkealar  Prokaryotik hücre yapısına sahiptirler.  Ancak bazı özellikleri ile bakterilerden ayrışırlar. Bakterilerden temel farklılıkları;  Sahip oldukları RNA ve  Membran bileşenlerinin farklı olmasıdır.