Dr. Akın Yeşilkaya Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı Biyokimyadaki Temel Kavramlar

Transkript

1 Dr. Akın Yeşilkaya Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı Biyokimyadaki Temel Kavramlar Eğitim yılı

2 Amaç Biyokimya nedir? Biyokimya hangi konuları tartışıyor? Biyokimya ne ile ilgileniyor? Dr. A. Yeşilkaya 2

3 Hedefler Canlı ve cansız kavramları tartışmak Biyokimyayı tanımlamak Biyokimya tarihçesinden özet vermek Biyomolekül tanımak ve sınıflandırmak Biyomoleküllerin canlılardaki görevlerini tartışmak Hücredeki yapısal örgütlenmeyi özetlemek Dr. A. Yeşilkaya 3

4 Dersin akışı Biyokimya nedir? Biyokimyanın tarihi Hayatın felsefesi: Canlı ve cansızların tanımı Biyomolekül nedir? Makromolekül ve organizasyonu Metabolizma Biyokimyasal araştırmalar Dr. A. Yeşilkaya 4

5 Biyokimya Nedir? Bio: Chemica: canlı kimya Biochemica: Canlının kimyası Biyolojik sistemlerdeki kimyasal reaksiyonlar Dr. A. Yeşilkaya 5

6 Biyokimya H, C, N, O Dr. A. Yeşilkaya 6

7 A + B Sıcaklık Basınç Ortam C + D Dr. A. Yeşilkaya 7

8 Biyokimyanın Tarihi Zamanın içindeki bilgi birikimi Dr. A. Yeşilkaya 8

9 Biyokimyanın Tarihi O 4 NH CO 2 N H 2 C Üre NH Friedrich Wöhler bir tüpte üre sentezlemiştir Pasteur fermantasyon üzerinde araştırma yapmıştır Kühne ferment adını Yunanca da mayada anlamına gelen enzim ile değiştirilmiştir Eduard ve Hans Buchner hücre ekstraktlarını kullanarak glukoz dan alkol fermentasyonunu gerçekleştirmiştir. Dr. A. Yeşilkaya 9

10 Carl Neuberg ilk defa Biyokimya adını kullanmıştır Leonor Michaelis ve Maud Menten enzim kinetiğini incelemişlerdir J.B. Sumner üreaz enzimini kristalize etmiştir Erwin Schrödinger Deoksiribonükleik asit varlığını gösteriyor 1953 James Watson ve Francis Crick DNA nın yapısını tanımlamışlardır 1958 Frederick Sanger İnsülin molekülünün aminoasit dizilimini ortaya koymuştur Dr. A. Yeşilkaya 10

11 Nobel Ödülü (Tıp) 1922 Kaslarda ısı üretiminin mekanizması üzerindeki çalışmaları nedeniyle Archibald Vivian Hill Ödülün ½ United Kingdom London University London, United Kingdom Otto Fritz Meyerhof Ödülün ½ Germany Kiel University Kiel, Germany Kaslardaki laktik asit üretimi ve tüketimi üzerindeki çalışmaları nedeniyle Dr. A. Yeşilkaya 11

12 Kas fibril demeti Miyofibriller Nukleus Kapilerler Kas fiberi Kas Miyofibril Sarkoplazmik retikulum I bandı Sarkomer A bandı Z diski M çizgisi I bandı A bandı Dr. A. Yeşilkaya Z diski M çizgisi Z diski 12

13 Z-diski İnce filament Tropomiyozin Troponin Aktin molekülü Aktif bölge Z-bandı M-bandı Kalın filament M-bandı Miyozin kuyruğu Dr. A. Yeşilkaya Miyozin molekülü Miyozin başlık 13

14 Dr. A. Yeşilkaya 14

15 Nobel Ödülü (Tıp) 1953 Sitrik asit siklüsünü bulması nedeniyle Koenzim A yı keşfetmesi ve arametabolizmasındaki önemini ortaya koyması nedeniyle Hans Adolf Krebs Sheffield University Sheffield, United Kingdom Fritz Albert Lipmann Harvard Medical School Massachusetts General Hospital Dr. A. Yeşilkaya 15

16 Nobel Ödülü (Kimya) 1962 Max Perutz ( ) 16

17 Dr. A. Yeşilkaya 17

18 Dr. A. Yeşilkaya 18

19 Dr. A. Yeşilkaya 19

20 Nobel Ödülü (Tıp) 1962 Francis Harry Compton Crick Institute of Molecular Biology Cambridge, İngiltere James Dewey Watson Harvard University Cambridge, MA, USA Dr. A. Yeşilkaya 20

21 DNA (Watson-Crick Modeli) Çap 20 A o Tam bir dönüm 36 A o Küçük (Minör) Oyuk 36 A o Şeker-fosfat iskeleti Büyük (Majör) Oyuk Nitrojen baz çiftleri Dr. A. Yeşilkaya Merkez eksen 21

22 Dr. A. Yeşilkaya 22

23 Canlı ve Cansız Hayatın Felsefesi 23

24 Canlı ve Cansız Canlı? veya tersi Cansız? Canlı ile cansız arasındaki fark nedir? Teolojik, Filozofik, Pozitif bilimler Dr. A. Yeşilkaya 24

25 25

26 Canlı? Canlı Molekül Cansız Kimyasal özellik Fiziksel özellik Ayrıcalıklı özellikler Dr. A. Yeşilkaya 26

27 Biyokimya, cansız moleküllerin canlıdaki özelliklerini, fonksiyonlarını ve nedenlerini araştırır. Biyokimyacılar da canlının kimyasal yapısını kimyasal, fiziksel ve biyolojik yöntemler kullanarak araştırır. Dr. A. Yeşilkaya 27

28 Canlıların özellikleri Biyokimyacı gözü ile: Kompleks fakat mükemmel bir düzenle çalışan kimyasal bir oluşumdur. Canlı yapısında bulunan her bir parça belirli bir görev üstlenmiştir. Canlı sistemler çevrelerinden enerji alarak bu enerjiyi belli bir amaç için kullanmaktadır. Canlılar tüm fonksiyonlarını kullanarak çoğalırlar. Dr. A. Yeşilkaya 28

29 Canlı ve Biyokimya Canlının kimyasal yapısı cansızlardan farklıdır. Canlının kimyası Biyomoleküllerle gerçekleşir. Dr. A. Yeşilkaya 29

30 Canlı Sistemler Organlar Cansız Doku Hücre Organel Molekül Atom Dr. A. Yeşilkaya 30

31 Atom Molekül Organel Hücre Biyolojik Moleküler Mantık Biyomolekül Dr. A. Yeşilkaya 31

32 Biyomoleküller Nedir? Nelerden oluşur? 32

33 Yaşamın Kimyasal Elemanları Biyomoleküller: canlılığın molekülleri. Canlı organizmalarda bulunan ve bilinen kurallara ek olarak moleküller bir mantık çerçevesinde hareket eden moleküllere Biyomolekül denir. Bir insan organizmasının atomlarının %95 ini oluştururlar. Karbon (C) % 50 Oksijen (O) % 20 Hidrojen (H) % 10 Azot (N) % 8.5 Kalsiyum (Ca) % 4 Dr. A. Yeşilkaya Fosfor (P) %

34 Yaşamın Kimyasal Elemanları Diğer inorganik elementler Potasyum (K) % 1 Kükürt (S) % 0.8 Sodyum (Na) % 0.4 Klor (Cl) % 0.4 Magnezyum (Mg) % 0.1 Demir (Fe) % 0.01 Mangan (Mn) % İyot (I) % Dr. A. Yeşilkaya 34

35 Biyomoleküller Canlıları oluştururlar C, H, O ve N tan zengin organik yapılardır. Monosakkaridler, amino asitler, yağ asitleri ve nükleotidler temel biyomoleküllerdir. Bunların polimerizasyonu ile makromoleküller meydana gelir Biyomolekül Makromolekül Dr. A. Yeşilkaya 35

36 Yaşamın kimyasal elemanları Makromoleküller Monosakkaridler Aminoasitler Yağ asitleri Nükleik asitler Vitaminler Karbohidratlar Proteinler Lipidler DNA, RNA Dr. A. Yeşilkaya 36

37 Bir E. coli bakterisinde 3000 protein 1000 nükleik asit molekülü bulunur Bir insanda protein molekülü bulunur Dr. A. Yeşilkaya 37

38 Moleküller Organizasyon Makromoleküllerin organizasyonu ile organeller oluşur. Atom Molekül Organel Hücre Dr. A. Yeşilkaya 38

39 ATPaz Dr. A. Yeşilkaya 39

40 Filament motoru Dr. A. Yeşilkaya 40

41 Karbohidrat yan zincirleri Fosfolipid çift tabakası Fosfolipidler İntegral membran proteinleri Glikoprotein Plazma membranı Hidrofobik bölgeler Hidrofilik bölgeler Periferal membran proteini Nukleus Sitozol Dr. A. Yeşilkaya 41

42 Yaşamın Moleküller Mantığı Moleküler düzenlemede basitlik ve sadelik vardır. Canlılarda Maksimum Ekonomi kuralı işler Bir türün farklılığı sahip olduğu protein ve nükleik asitlerle sağlanır. Dr. A. Yeşilkaya 42

43 Canlılar ve Enerji Tüm termodinamik kanunlara uyarlar. Canlılık minimal entropi demektir. Enerji kaynakları güneştir Kimyasal enerji kullanırlar. Bu enerji tipini ATP ve benzerleri temsil eder. Dr. A. Yeşilkaya 43

44 Serbest Enerji Serbest enerji iş yapma yeteneği olan enerji tipidir. Sembolü G dir. G = H - TS formülü ile hesaplanır. Dr. A. Yeşilkaya 44

45 Enerji Bazında Hücre Tipleri Canlı hücreler çevreden aldıkları enerji türüne göre 2 ye ayrılır. 1. Fotosentetik hücreler 2. Heterotrofik hücreler Dr. A. Yeşilkaya 45

46 Fotosentetik hücreler Dr. A. Yeşilkaya 46

47 Besinsel kökenli ATP Enerji Enerji ADP + P i Kimyasal reaksiyon veya sentez Dr. A. Yeşilkaya 47

48 Enerjinin Kullanımı Çoğalma Hareket edebilme Düşünme İŞ Metabolizma Dr. A. Yeşilkaya 48

49 Enerji ve İş ENERJİ YAKIT YANMA ARTIK Dr. A. Yeşilkaya 49

50 Dr. A. Yeşilkaya 50

51 Metabolizma Canlı bir makine! 51

52 Metabolizma Besin Sindirim Makromoleküller Depolama Yeniden yapılanma (Anabolizma) Enerji Yakma (Katabolizma) Çeşitli ürünler Artık Dr. A. Yeşilkaya 52

53 Metabolizma Yakıt Karbohidratlar Lipidler Proteinler Karbohidratlar Lipidler Proteinler Katabolizma Enerji -Kimyasal -Mekanik -Elektrik Anabolizma Artık Artık Dr. A. Yeşilkaya 53

54 Genel Olarak Metabolizma Enerji transferi 54

55 55

56 Metabolik Haritamız Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) 56

57 Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) 57

58 Metabolizma Metabolizmayı öğrenmemizin faydaları Sağlıklı yaşam Hastalıkların sebebini anlamak Hastalıkların teşhisi (Diagnostik) Hastalıkların tedavisi (Farmakolojik) Dr. A. Yeşilkaya 58

59 Miyokard İnfarktüsü Tıkalı damar Dr. A. Yeşilkaya 59

60 İntimal plak Trombüs Dr. A. Yeşilkaya 60

61 Dr. A. Yeşilkaya 61

62 O - +e - 4e - + 4H + 2 O 2 H 2 O Elektron transport Superoksit anyonu zinciri Superoksid 2 O H + dismutaz H 2 O 2 Katalaz 2 H 2 O + O 2 H 2 O Glutatyon peroksidaz 2 GSH GS-GS Glutatyon redüktaz NADP + NADPH + H + Dr. A. Yeşilkaya 62

63 Aterosklerozun temel oluşum mekanizması 63

64 Koroner İnfarktüs Risk Nedenleri Yüksek lipid profili, Hipertansiyon, Çevresel faktörler; Stres, Yaşam tarzı, Sedanter yaşam, Tütün kullanma alışkanlığı, Genetiksel. Dr. A. Yeşilkaya 64

65 Metabolizma Nasıl İncelenir? Normal-Hastalıklı (Fizyolojik-Patofizyolojik) Dokuya-organa bağımlı Beslenme Travma vs Dr. A. Yeşilkaya 65

66 Biyokimyasal Araştırmalar Nasıl yapılır? 66

67 Biyokimyada Kullanılan Birimler Dr. A. Yeşilkaya 67

68 Kütle Birimleri: 1 dalton (Da yahut D) = Bir hidrojen atomunun kütlesi = 1.67 X g 1 kda = 1 kilo dalton = 1000 dalton Avogadro sayısı = 6.02 X gram (g) 1 miligram (mg) 1 mikrogram (μg) 1 nanogram (ng) 1 pikogram (pg) = 1 X 10-3 kg = 1 X 10-3 g = 1 X 10-6 g = 1 X 10-9 g = 1 X g Dr. A. Yeşilkaya 68

69 Uzunluk Birimleri 1 milimetre (mm) = 1 x 10-3 m 1 mikrometre (μm) = 1 x 10-6 m 1 nanometre (nm) = 1 x 10-9 m 1 angstrom (Å) = 1 x m 1 nanometre = 10 Å Dr. A. Yeşilkaya 69

70 Hacim Birimleri 1 mililitre (ml) = 1 x 10-3 litre (l) = 1 cubic centimeters (cc) Dr. A. Yeşilkaya 70

71 Konsantrasyon birimleri 1 molar (M) = 1 mol/l = 1 mol madde/1 litre solüsyon 1 milimolar (1 mm) = 1 x 10-3 M 1 ozmol = 1 mol madde / çözünen maddenin oluşturduğu partikül sayısı 1 ozmolar (osm) = 1 osm/l = 1 ozmol madde / 1 litre solüsyon % 1 (% w/v) = 100 ml solüsyon içinde 1 g madde bulunması. % 1 mg = 100 ml solüsyon içinde 1 mg madde bulunması. 1 parts per million (ppm) = 1 mg madde/1 litre yahut 1 kg solüsyon Dr. A. Yeşilkaya 71

72 Problem: Glukoz: 90 mg/dl (= % 90 mg) 100 ml (kanda) 90 mg Glukoz Molaritesi kaçtır? (glukozun molekül ağırlığı 180 dir) Dr. A. Yeşilkaya 72

73 Enerji Birimleri 1 kalori (cal) = 1 gram suyu 14.5 o den 15.5 o çıkarmak için gerekli ısı miktarı. 1 cal = joules 1 kilokalori (kcal) = 1000 cal Dr. A. Yeşilkaya 73

74 Santrifügasyon ve Ultrasantrifügasyonda kullanılan birimler: Dr. A. Yeşilkaya rpm: Bir santrifüjün dakikadaki tur sayısı. RCF: Göresel santrifüj kuvveti. S = Svedberg birimi = 1 x saniye. RCF = x 10-5 x r x rpm 2 Svedberg ünitesi, kolloidal sıvıların ultrasantrifügasyon sırasındaki çöküş hızlarını ölçmek üzere kullanılır. Yüksek S değeri daha ağır bir kütleye karşılıktır, ancak S değeri ile kütle arasında doğrusal bir ilişki yoktur. 74

75 Dr. A. Yeşilkaya 75

76 RCF = x 10-5 x r x rpm 2 Dr. A. Yeşilkaya 76

77 Ayırıcı Santrifüj Dr. A. Yeşilkaya 77

78 Ayırıcı Santrifüj Süpernatant (1) Süpernatant (2) Süpernatant (3) 600 g x dakika g x dakika g x dakika Homojenat Nükleer fraksiyon Mitokondriyal fraksiyon Mikrozomal fraksiyon Dr. A. Yeşilkaya 78

79 Dr. A. Yeşilkaya 79

80 Renk ve Renk Şiddeti Dr. A. Yeşilkaya 80

81 Renk ve Renk Şiddeti Dr. A. Yeşilkaya 81

82 Nelerden Faydalanır Fizik Kimya Matematik Fizyoloji Histoloji Patoloji Biyoloji Genetik Mikrobiyoloji Dr. A. Yeşilkaya 82

83 Görmenin Biyokimyası Dr. A. Yeşilkaya 83

84 Sinirsel Uyarımın İletimi Dr. A. Yeşilkaya 84

85 Aksiyon Potansiyeli Dr. A. Yeşilkaya 85

86 Sinirsel Uyarımın İletimi Dr. A. Yeşilkaya 86

87 Bol Biyokimyalı günler dileğiyle!!!! Teşekkürler Dr. A. Yeşilkaya 87