İstanbul Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı

Transkript

1 İstanbul Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı Öğretim üyeleri Anabilim Dalı Başkanı: Prof. Dr. Ayşe Can Prof. Dr. Nuriye Akev Doç. Dr. Nurten Özsoy Doç. Dr. Pınar Aksoy Sağırlı Yard.Doç.Dr. Özlem Kurt Yard.Doç.Dr. Tuğba Yılmaz

2 BİOKİMYA Biokimya canlı sistemin yapısını ve işlevlerini kimyasal bakımdan inceleyen bir bilim dalıdır. Bio = yaşam 1903 yılında Alman kimyager Carl Neuberg in önerisiyle Fizyolojik kimya bilim dalına biokimya adı verilmiştir.

3 Biyokimya bilgisi, tüm yaşamla ilgili Bilim Dalları için gereklidir İnorganik kimya Biokimya Mikro biyoloji Fizik Fizyoloji Farmakoloji Toksikoloji

4 Biokimya alanında insan biokimyası ile ilgili elde edilen başarılar: Hücrelerin, dokuların ve vücudun genel kimyasal bileşimi belirlenmiş ve başlıca bileşikler izole edilerek yapıları ortaya konmuştur. Belli başlı kompleks biomoleküllerin fonksiyonları ortaya konmuştur. DNA nın genetik bir materyel olduğu İçerdiği bilgiyi RNA ya (mrna) aktardığı mrna ile proteindeki amino asid dizisinin belirlendiği bilinmektedir. Hücrelerde gerçekleşen reaksiyonların hemen hepsinin enzimler tarafından kataliz edildiği saptanmış, birçok enzim saflaştırılmış ve incelenmiştir. Belli başlı basit ve kompleks biomoleküllerin sentezi ve parçalanması ile ilgili metabolik yollar belirlenmiştir. Genel olarak temel hormonların etki mekanizmaları ile ilgili bilgiler elde edilmiştir. Birçok hastalığın biokimyasal mekanizması açıklığa kavuşmuştur.

5 polisakkaridler heksozlar pentozlar pentoz fosfat yolu glikoliz fotosentez lipidlerin biyosentezi aromatik amino asdidler katekolaminler purinler amino asidler lipidlerin oksidasyonu TCA siklusu fosfolipidler iziprenoidler solunum zinciri steroidler porfirinler üre siklusu

6 Biokimyanın konusu Canlı sistem Makroskopik (bir-birkaçyüz mm) ANATOMİ Fonksiyonları FİZYOLOJİ Mikroskopik (1 mm 2 x 10-4 mm) HİSTOLOJİ Ültramikroskopik < 200 nm (2 x 10-4 mm) BİOKİMYA Biokimya Morfolojik yönü Canlı yapıyı meydana getiren molekülleri, iyonları ve bunların canlı sistemdeki dağılışını inceler. Fonksiyonel yönü Molekül ve iyonların canlı sistemde oluşumunu, organizmada uğradıkları kimyasal değişiklikleri ve hangi son ürün halinde atıldıklarını araştırır.

7 BİOKİMYANIN ECZACILIK MESLEĞİ BAKIMINDAN ÖNEMİ A- Biokimya klinik eczacılık bakımından önem taşır a) Hastalık tanısında biokimyasal analizler. b) İlaçların hastaya uygulanması sırasında ilaç metabolizmasının ve kan düzeylerinin takibi. B- Biokimya eczane eczacılığı bakımından önem taşır a) İlaç olarak kullanılan biokimyasal maddeler: - Vitaminler ve mineraller - Enzimler: Sindirim için kullanılanlar (sindirim enzimlerini içeren ilaçlar) Yara tedavisinde kullanılanlar (kollajenaz, hiyaluronidaz vb.) - Hormonlar (östrojenler, doğum kontrol hapları, kortizon, kalsitonin vb.) - Parenteral solüsyonlar (serumlar; dekstroz, elektrolitler, amino asid solüsyonları)

8 b) Biokimyasal reaksiyonları etkileyerek etki gösteren ilaçlar: - Antihipertansifler: Anjiotensin I hormonunun sentezini durdurarak etki eden ACE (Angiotensin Converting Enzyme) inhibitörleri (kaptopril). - Antibiotikler: Bakterilerin salgıladığı enzimleri etkisiz hale getirirler (β-laktamaz inhibitörleri). Hücre duvarındaki mukopeptid (glikoprotein) sentezini inhibe ederek, bakteriyi eritirler (penisilin türevleri). - Kolesterol düşürücüler: Kolesterol sentezindeki bir enzimi etkisiz hale getirerek sentezi durdururlar (statinler). - Antiürisemik ilaçlar: Ürik asid sentezinin son basamağındaki bir enzimi durdurarak etki ederler (allopurinol).

9 c) Bioteknoloji ile hazırlanan ilaçlar: Rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak yapılan ilaç üretimi. insulin hormonu, somatotropin hormonu, immunoglobulinler, kanser tedavisinde kullanılan interferon, çeşitli aşılar ve serumlar elde edilmektedir.

10 EcoRI restriksiyon enzimi Restriksiyon endonukleaz (EcoRI) tarafından DNA nın sadece belirli baz dizilerinin bulunduğu yerlerden bölünür. yabancı DNA DNA parçacıkları yapışkan uçlarında birleşirler yapışkan uç yapışkan uç rekombinant DNA

11 Yapışkan uçlar DNA ligaz ile birleştirilir Küçük dairesel DNA lar bakterilerin sitoplazmasında bulunurlar. Bunlara plazmid denir ve sayıları kadar olabilir. Klonlama vektörleri Klonlanması düşünülen geni içeren bir DNA parçası bakteri içersinde kendi kendine çoğalabilen bir plazmide aktarılır plazmid Oluşan DNA parçaların yapışkan (komplementer) uçları var. EcoRI ile DNA oklarla gösterilen yerlerden kesilir Rekombinant DNA

12 İnsulin hormonunun geni (insulin sentezi için gerekli genetik kodu taşıyan DNA parçası) insan DNA sından izole edilir. protein sentezi bakteri kromozomu Bakteri Bakteri hücrelerinden (genellikle Escherichia coli) elde edilen bakteri DNA sının arasına yerleştirilir (klonaj). Böylece oluşan hibrid adı verilen bakteri DNA sı, bakterinin çoğalması sırasında, bakterinin kendi proteinlerinin yanında insan insulinini de sentezler. replikasyon rekombinant DNA bakteri klonları

13 HÜCRENİN YAPISI Deri Hücresi Kas Hücresi Kan Hücresi Sinir Hücresi Hücre Doku Organ Sistem Organizma Aynı türden milyonlarca hücre birleşerek dokuları oluşturur. Çeşitli dokular bir araya gelerek organları; organlar sistemleri; sistemler de organizmayı meydana getirir.

14 Bütün canlıların yaşayan en küçük birimi hücredir. Hücre terimi ilk defa 1665 yılında İngiliz bilim adamı Robert Hooke tarafından basit bir mikroskopla ölü mantar doku kesitinde görülen boşluklar için kullanılmıştır. Robert Hooke'un mikroskobunda elde ettiği hücre görüntüsü.

15 Canlı sistemin bazı kısımları doğrudan doğruya gözle görünebilir. Daha küçük bazı kısımları ise ancak ışık veya elektron mikroskobu ile görülebilir. En küçük boylu hücreler gametler, bakteriler ve parazit tek hücrelilerdir. Bu hücreler mikron (1 mikron = mm) çapındadır. ELEKTRON MİKROSKOBU Işık mikroskobu Atom Lipit T2 fajı Kloroplast Bitki ve hayvan hücreleri Protein Küçük moleküller Bakteriler

16 Gözle görünür Balina Ağaç Balık yumurtası Kuş İnsan En büyük hücre, kuş yumurtasıdır. Bugün yaşayanlardan devekuşunun yumurtası bilinen en büyük hücrelerdir. Bilinen en uzun hücreler ise aksonlarıyla beraber 1 m kadar uzunluktaki bazı sinir hücreleridir.

17 Hayvan hücresi aşağıda belirtilen kısımlardan oluşur Hücre zarı Hücre çekirdeği (nukleus) - Çekirdek zarı - Nukleoplazma - Kromozomlar - Çekirdekçik (nukleolus) Sitoplazma - Mitokondriler - Endoplazmik retikulum - Ribozomlar - Lizozomlar - Golgi cisimleri - Sitoskeleton (sitoplazma iskeleti) - Peroksizomlar - Sentrioller

18 Canlı hücrelerin bilinen kimyasal yapı taşları Organik maddeler Karbohidratlar Proteinler ve peptidler Enzimler Lipidler Nukleotidler ve nukleik asidler Porfirinler Hormonlar Vitaminler İnorganik maddeler Mineraller Su İnsan organizması, % 65 su, % 20 protein, % 12 lipit, % 1 karbohidrat içerir.

19 Hücre membranı (zarı) Hücre membranı, hücreyi ve hücre organellerini sararak dış ortamlarından ayıran, hücreye yapısal ve mekanik bütünlük sağlayan seçici geçirgen bir yapıdır.

20 - Hücre membranı 6-10 nm kalınlığında dinamik bir yapıdır. -Tüm hücrelerin membranları proteinler, lipidler ve karbohidratlardan oluşur -Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşın hücre membranında: Proteinler. % 55 Lipidler.. % 41 - Fosfolipidler % 25 - Kolesterol. % 12 - Glikolipidler.. % 4 Karbohidratlar % 3

21 Fosfolipidler Fosfolipidler, iki hidrofobik yağ asidi ve bir hidrofilik fosfat içeren baş kısmı ile amfipatik bir moleküllerdir. Gliserol Yağ asidleri Fosfat Yağ asidleri Sitoplazma Fosfolipid Hücre membranı

22 Fosfolipitlerin polar baş kısmı suda kolayca çözünürken, polar olmayan kuyruk kısmı (hidrokarbon zinciri) suda çözünmez. Bu nedenle, polar baş kısımların sulu ortamla ilişkili olacak şekilde, polar olmayan hidrokarbon kuyrukların ise suyun az bulunduğu orta kısmında birbiri ile ilişkili olacak şekilde dizilmesiyle lipit çift tabakası oluşur. Lipit çift tabakası biyolojik membranların temel yapısıdır Hidrofilik baş Fosfat grubu Yağ asidi kuyruğu Hidrofobik kuyruk

23 Sıvı mozaik modeli Lipitler ve proteinler membranda, 1972 yılında Singer ve Nicolson tarafından "sıvı mozaik modeli olarak tanımlanan bir düzende yerleşmektedir: Fosfolipid tabaka membranın sıvı bölümünü oluştururken, bu sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinler ise mozaik bölümünü oluştururlar. Proteinin hidrofilik bölgesi Fosfolipit çift tabaka Proteinin hidrofobik bölgesi

24 Membran Proteinleri Membran proteinleri, membranın yapısal bütünlüğü ve spesifik fonksiyonlarından sorumludur. Membran proteinleri, membrandaki yerşleşim yerlerine göre: Periferal membran proteinleri Membran proteinlerinin yaklaşık % 30 kadarını oluştururlar ve genellikle integral membran proteinlerine nonkovalent olarak bağlanırlar İntegral membran proteinleri Membran proteinlerinin % 70 kadarını oluştururlar Lipit çift tabakaya gömülmüş haldedir, Çoğu tüm membran boyunca uzanır ve bazı maddelerin karşı tarafa geçtiği kanalları oluşturur ((transmembran proteinler)

25 Glikolipit Oligosakkarit İntegral protein Hidrofobik α-heliks Fosfolipit Kolesterol

26 FONKSİYONEL SINIFLANDIRMA: TRANSMEMBRAN PROTEİNLERİ: a. İyon kanalı: özel iyonları su dolu porlar aracığı ile membranın diğer tarafına taşır. Birçok plazma membranı çeşitli iyonlar için spesifik kanallar içerir b. Taşıyıcılar: Şekillerini değiştirerek özel maddeleri membranın diğer tarafına taşır. c. Reseptör: Çeşitli moleküllerden aldıkları sinyalleri hücre içine ileterek hücredeki reaksiyonları başlatır veya durdururlar. d. Enzim: Hücre içinde veya dışında reaksiyonları katalizler. e.bağlayıcı: Hücre içinde ve dışında filamentlere bağlanarak hücrenin yapısal bütünlüğünü ve şeklini korumaya yardımcı olur. Aynı zamanda, hücrenin hareketine de etkisi vardır.

27 Membran Proteinlerin fonksiyonları Dış taraf Plazma membranı İç taraf Taşıyıcılar Enzim Hücre yüzey reseptörleri Hücre yüzey antijenleri Hücre adhezyonu Sitoskeletona bağlanma

28 7. Depolama, Taşıma ve Salgılama Hücre Zarının İşlevleri: 1. Seçici Geçirgenlik a. Pasif Difüzyon (Maddelerin enerji gerektirmeden geçişi) b. Kolaylaştırılmış Difüzyon (Maddelerin bir zar bileşeni yardımıyla geçişi) c. Aktif Taşıma (Maddelerin enerji harcanarak taşınması) 2. Sinyal iletimi a. İyon Kanalına Bağlı Reseptörler b. G Proteinine Bağlı Reseptörler c. Steroid Hormon Reseptör Ailesi 3. Endositoz a. Fagositoz b. Pinositoz c. Reseptör aracılı endositoz 4. Ekzositoz 5. İzolasyon ve Bölmelendirme 6. Metabolik süreçlerin uzaysal organizasyonu

29 Yüksüz molekül Makromolekül Yüklü molekül Plazma membranı Membran yarı geçirgendir, yani bazı maddelerin membrandan serbestçe geçmesine (diffüze olmasına) izin verir. Membran büyük moleküllere geçirgen değilken, yüklü iyonları çok az geçirir, ve yağda eriyen küçük moleküllere oldukça geçirgendir.

30 HÜCRE ZARI TAŞIMA SİSTEMLERİ ENERJİ GEREKSİNİMİ Enerji gerektirmeyen Enerji gerektiren Difüzyon Endositoz Basit difüzyon Kolaylaştırılmış difüzyon Sekonder aktif taşıma Primer aktif taşıma Ekzositoz Molekül lipid çift katmandan Direk olarak geçer Aracılı taşıma membran proteini gerektirir Fiziksel gereksinim Membranda vezikül oluşumu gerektirir

31 Basit difüzyon Kolaylaştırılmış difüzyon Pasif taşıma Aktif taşıma (transport)

32 Taşıma Modelleri Pasif ve Aktif Transport Taşıyıcı proteinler: pasif ve aktif transport Kanallar: sadece pasif Taşınan molekül Kanal proteini Taşıyıcı protein ipit çift tabaka Konsantrasyon gradiyenti Basit difyüzyon Kanallar aracılığı ile Taşıyıcı protein aracılığı ile PASİF TRANSPORT AKTİF TRANSPORT

33 denge Aracısız transport Pasif difüzyon İki ortam arasındaki konsantrasyon farkına, konsantrasyon gradienti denir. Pasif difüzyon, moleküllerin konsantrasyon gradienti yönünde kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarıdır. Sisteme dışarıdan enerji eklenmediği için moleküllerin bu hareketi zarın her iki tarafındaki madde konsantarsyonu eşitleninceye (sistem dengeye ulaşıncaya) kadar devam eder. Boya molekülleri Yarı geçirgen membran Diffüzyon yüksek düşük konsantrasyonu su

34 HİDROFOB MOLEKÜLLER KÜÇÜK, YÜKSÜZ POLAR MOLEKÜLLERİ BÜYÜK, YÜKSÜZ POLAR MOLEKÜLLERİ benzen üre gliserol glukoz sakkaroz Yüksek geçirgenlik üre gliserol triptofan glukoz Geçirgenlik katsayıları (cm/sec) İYONLAR Sentetik lipit çift tabaka Taşınacak türler geçirgenlik katsayılarına göre membran lipit tabakaları arasındaki geçitlerden hücre içine veya dışına taşınmaktadır. Düşük geçirgenlik

35 Eğer iki sıvı kompartmanı arasındaki bir zar suya geçirgen, fakat su içinde çözünmüş bazı maddeler için geçirgen değilse (yarı geçirgen membran) ve diffüzyona uğramayan maddelerin konsantrasyonu zarın bir yanındaki sıvı bölümünde diğer taraftakinden daha fazla ise, su yüksek yoğunlukta diffüze olmamış madde içeren bölüme doğru zardan geçer. Suyun difüzyonu, osmoz olarak adlandırılır Suyun difüzyonu osmoz

36 Tonisite: efektif osmolarite, osmolalitenin ölçüsü Bir solüsyonun osmotik basıncını plazmanınki ile karşılaştırmak için kullanılır. Hipertonik, hipotonik ve izotonik çözeltiler hücre içi sıvının tonisitesi ile dışardaki ortamın tonisitesinin farkı veya aynı olmasına göre ortaya çıkan terimlerdir. Hipotonik solüsyonlar plazmadan düşük osmotik basınçları nedeniyle hücrelerin hacmini arttırırlar. (eritrositlere net su girişi hemoliz) İzotonik solüsyonlar plazma ile aynı basınçları nedeniyle hücre hacmini etkilemezler (eritrositlerle sıvı arasında net su hareketi yok) Hipertonik solüsyonlar ise plazmadan yüksek osmotik basınçları sonucunda hücre suyunun intravasküler sıvısına çekilmesine ve hücrenin hacim kaybına neden olurlar. (eritrositlerde büzüşme)

37 İzotonik Hipotonik Hipertonik izotonik hipotonik hipertonik

38 Klinikte kullanılan izotonik çözeltiler % 0.9 NaCl % 4.8 Glukoz çözeltisi % 3.8 Sodyum sitrat Ringer: NaCl, KCl ve CaCl 2 içeren çözelti Tyrode çözeltisi: NaCl, KCl, CaCl 2, MgCl 2, NaHCO 3, NaH 2 PO 4 ve glukoz içeren çözelti

39 Kolaylaştırılmış diffüzyon Kanallar veya taşıyıcı proteinler aracılığıyla, konsantrasyon gradienti yönünde, enerji harcanmadan gerçekleşir. yüksek kolaylaştırılmış = yardım ile açık kanal = hızlı transport düşük

40 İyon kanalları Na + Cl - K + K K Konsantrasyon gradiyentlerine ve elektriksel yüklerine göre akış

41 Kolaylaştırılmış difüzyonda, membranda yerleşik taşıyıcı proteinler (transmembran proteinler), kanal proteinlerinden farklı olarak 1. Taşınan bileşiği özgül olarak bağlamakta ve bağlanma sonrası proteinde konformasyon değişikliği meydana getirmektedirler. 2. Bu değişiklikle bağlanma sırasında hücre dışına yönelmiş protein bağlanma sonrası hücre içine (sitozole) yönelmekte 3. Bağladığı bileşiği sitozole bırakmaktadır Kolaylaştırılmış difüzyondaki taşıma proteinleri hareketlidirler. Konformasyonel değişiklik conformation change Konformasyonel değişiklik conformation change Carrier-mediated solute transport

42 Glukoz Bağlanma Konformasyon değişikliği Dissosiyasyon sitozol

43 Transport (taşıma): uniport/kotransport Uniport sistemi tek bir solütü çift yönde taşıyabilir. Kotransport sistemlerinde, bir solütün membran boyunca taşınması, bir diğer solütün taşınmasına bağımlıdır. Simport sistemi: solütleri aynı yönde taşıyabilir Antiport sistemi: iki molekülü zıt yönde taşıyabilir Dış membran İç membran Uniport Simport Kotransport Antiport

44 Aktif taşıma (transport) Hücre membranından, molekül ve iyonların, metabolik enerji kullanarak, konsantrasyon gradiyentine karşı yönde taşınması işlemine aktif transport denir.

45 Primer aktif taşıma Na + K + ATP az: Na + K + transportu Enerji kaynağı - ATP Ekstrasellüler sıvı Sodyum Potasyum ATP ADP P i İntrasellüler sıvı Potasyum K +

46 Sekonder aktif taşıma simport Primer aktif taşıma Sekonder aktif taşıma Enerji olarak doğrudan ATP değil, iyon konsantrasyon gradientini kullanır. (Na gradyenti ile aa. lerin hücre içine taşınması) Taşıyıcı protein üzerinde asıl taşınacak madde haricinde bir de enerjiyi sağlayacak olan iyonu bağlayan bölge vardır Bu iyon genellikle sodyumdur

47 Primer ve sekonder aktif taşıyıcılar birbiriyle koordine bir şekilde çalışırlar Hücre dışı Hücre içi

48 Sekonder aktif taşıma Na + /amino asid simportu Na + /glukoz simportu Ca 2+ / Na + antiportu Ekstrasellüler sıvı İntrasellüler sıvı Amino asid

49 Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi Endositoz ve Ekzositoz Büyük moleküller hücre içine ve dışına membrandan tomurcuklanan veya membranla kaynaşan veziküllerle taşınır Ekstrasellüler sıvı Plazma membranı Endositoz Ekzositoz İntrasellüler sıvı

50 Hücre dışından içine madde alımı pinositoz, reseptör-aracılı endositoz ve fagositoz olmak üzere üç değişik yolla olmaktadır. Her üç yol hücre gereksinimlerinin karşılanmasında veya korunmasında kullanılmaktadır. Endositoz Fagositoz = hücre yutumu Pinositoz = hücre içimi Receptör-aracılı endositoz Transferrin ve LDL, reseptör aracılı endositozla hücre içine alınır.

51 Ekstrasellüler sıvı bakteri genç endozom Fagositoz Sitozol fagozom Plazma membranı Endositoz geç endozom mitokondri Otofaji lizozom otofagozom

52 Çekirdek (Nukleus) Çekirdek, çekirdek membranları adı verilen çift membrandan oluşan bir yapı ile çevrelenerek hücre sitoplazmasından ayrılmıştır. Dış ve iç membran olarak adlandırılan bu çift membran yapısı ile nükleoplazma (çekirdek özü) ve sitoplazmanın içeriği birbirinden ayrılmakta ve çekirdek yapısı şekillenmektedir. Çekirdekçik: ribozomal RNA kodlayan genlerin birçok kopyasını içermektedir Dış membran İç membran Nukleoplazma Çekirdekçik Kromatin Nuklear membran Porlar

53 Düz ER (DER) Çekirdeğin dış membran sistemi sitoplazmaya doğru GER olarak devam etmekte, dış ile iç membran arasında kalan membranlar arası bölge, ER lümeni ile doğrudan ilişki halinde bulunmaktadır. Ayrıca fonksiyonel olarak ER ile benzerlik gösteren dış membranın sitoplazmik yüzeyinde protein sentezi için ribozomlar bulunmaktadır. İç membran ise, çekirdeğe özgü olan proteinleri taşımaktadır. Ribozomlar Çekirdek zarı Çekirdek Granüllu ER (GER)

54 Dış ve iç membranlar arasında bulunan dar alanda iki membran birbirine çapları yaklaşık 90 nm olan geçitler ile bağlanmaktadır. Protein yapısındaki bu geçitler belirli makromoleküllerin sitoplazma ile nukleoplazma arasında seçici geçişini sağlamaktadır. Nüklear porlar Çekirdekçik Nukleoplazma İç membran Nüklear por Dış membran Çekirdek membranı

55 nuklear porlar

56 Ökaryotik DNA organizasyonu kromatid Çekirdeğin büyük bir kısmını kromatin iplikleri oluşturmaktadır. Hücre bölünme fazlarına girmediği zaman kromatin iplikleri nukleoplazma içinde gelişigüzel dağılmış olarak bulunmaktadır. Hücre bölünmesinden hemen önce kromatin iplikleri kalınlaşarak granüllü bir yapıda görünen kromozom halini almaktadır. Diploid (2n) bir insan hücresinde herbiri tek molekül DNA içeren 46 kromozom 23 çift halinde bulunmaktadır. Diploid (2n) bir insan hücresinde herbiri tek molekül DNA içeren 46 kromozom 23 çift halinde bulunmaktadır. sentromer gen kromozom

57 Sitoplazma: Plazma membranının iç boşluğu, sulu bir çözelti olan sitozol ile çözünmeyen ve çeşitli parçacıkların süspansyon oluşturduğu sitoplazma ile doldurulmuştur. Glikoliz, glukoneojenez, pentoz fosfat yolu, yağ asidi sentezi gibi metabolizma reaksiyonları sitosolde cereyan eder.

58 Ribozomlar Ribozomlar, protein sentez organelleridir ve bütün canlı hücrelerde bulunurlar. Ribozomların % i rrna lar, % ı ise proteinlerden oluşur. Proteinlerin biosentezi sırasında birçok ribozom ayni bir mrna ya bağlanmış olurlar ve elektron mikroskobunda inci dizisi gibi görünürler. Bunlara polizom denir. Ribozomlar ültrasantrifüjde 70s (prokaryot hücresinin) ve 80s (ökaryot hücresinin) lik bir sedimentasyon sabitesi gösterirler (Svedberg ünitesi). 80s Ribozomu 60s ve 40s alt biriminden oluşur (ökaryot hücreler). 60s ribozom büyük alt birimi = 28s rrna+5,8s rrna+5s rrna+50 den fazla polipeptid zinciri 40s ribozom küçük alt birimi = 18s rrna+30 polipeptid zinciri Ribozom Polipeptid zinciri

59 DER Çekirdek Düz ER (DER) Endoplazmik retikulum Çekirdek porları Çekirdek zarı Lizozom Vakuol GER Transport vezikülü Golgi Plazma membranı Granüllu ER (GER) Ribozomlar Sisternalar Bir ökaryotik hücrede toplam hücre membranlarının % 50 kadarını oluşturan endoplazmik retikulum (ER) membranı, tübül ve yassıtılmış keseciklerden bir labirent oluşturarak çekirdekten plazma membranına kadar bütün sitoplazmayı doldurmaktadır. ER lümenini sitozolden ayıran ER membranı, bu iki bölme arasında seçici geçirgenliği sağlayan bir yapıdır. ER membranının bazı kısımları granüllü, diğer bazı kısımları ise düzdür.

60 Agranüler (Düz) endoplazmik retikulum FONKSİYONLARI: Fonksiyonları: Membran lipitlerinin biyosentezi ve toksik bileşiklerin metabolizmasından sorumludur Karaciğer hücrelerinde bulunan düz ER, çeşitli ilaç ve toksik bileşiklerin metabolizmasından sorumludur ve lümeninde bileşiklerin hidroksilasyonunu katalizleyen sitokrom P 450 sistemini içermektedir. Kas hücrelerinde sarkoplazmik retikulum (SR) adlandırılan düz ER, kas kasılması sırasında Ca 2+ salınımını sağlayan bir Ca 2+ deposu olarak görev yapmaktadır. Steroid hormonları sentezleyen hücreler olan adrenal korteks, yumurtalık ve testis hücrelerinde daha fazla oranda bulunmaktadır. Hücre içinde taşınacak olan büyük moleküller için taşıma vesikülleri oluşturmaktadır.

61 Granüllü (pürtüklü) endoplazmik retikulum FONKSİYONLARI: Granüllü ER a (GER) bağlı ribizomlarda proteinler sentezlenmektedir. ER lümeni adlandırılan bölgede: proteinlerin ileri modifikasyonlarını sağlayan pek çok enzim yer almaktadır

62 Golgi sistemi Endoplazmik retikulumdan gelen proteinlerin ileri modifikasyonları (sülfat, lipit, karbohidrat bağlanması) ve hücre içinde gideceği organele göre ayrımlanması (lizozomlar, plazma membranı veya salgı vezikülü), morfolojik olarak yassılaşmış membranlardan ve veziküllerden oluşan Golgi sisteminde gerçekleşmektedir.

63 Hayvan hücrelerinde hücre çekirdeğinin, sentrozomun veya hücre merkezinin yakınına asimetrik olarak yerleşen Golgi sistemi cis, medial ve trans bölümlerinden meydana gelmektedir. Bunlardan ER en yakın bölüm cis, en uzak olan ise trans bölümüdür. Farklı işlevleri bulunan Golgi sistemindeki bu bölümlerde değişik enzimler yer almaktadır.

64 Lizozomlar Golgi sisteminden meydana gelen, membranla çevrili veziküllerdir. Sitozol taşıyıcı Asid hidrolazlar Nukleazlar Proteazlar Glikozidazlar Lipazlar Fosfatazlar Sulfatazlar Fosfolipazlar pompası

65 Peroksizomlar Katalaz H 2 O 2 H 2 O + ½ O 2 Ürik asit, amino asitler ve yağ asitleri oksidatif tepkimeler ile peroksizomlarda yıkılmaktadır

66 Mitokondri Mitokondri, hücrenin enerji merkezi olarak tanımlanmıştır. Yunanca iplik şeklinde granül anlamına gelir. Genellikle 5-6 tanesi uç uca gelerek bir iplik şekli meydana getirir. Mitokondri ökaryotik hücrelerin, enerji üretimi görevini üstlenen ve kendi halkasal DNA sına sahip sitoplazmik bir organeldir. Sayıları enerji ihtiyacına göre değişir.

67 Membranlararası boşluk ile ayrılmış iki membrandan oluşmaktadır. Mitokondri iç membranının çevrelediği bölge matriks adını alır. Dış membran: Küçük moleküller ve iyonlar porin adı verilen proteinler tarafından oluşturulan transmembran kanallardan serbestçe girer ve çıkarlar. matriks krista İç membran Dış membran

68 İç membran: Krista (Latince, cristae tarak demektir) adı verilen kıvrımları iç membranın yüzey alanını artırırlar, membran bağımlı reaksiyonların daha fazla sayıda olmasını sağlar Seçici geçirgenlik gösterir. ATP, ADP, piruvat gibi küçük moleküllerin çoğuna ve H +, Na +, K + gibi iyonlara karşı geçirgen değildir. İç membranı özel taşıyıcısı olanlar geçebilir. Matriks Piruvat dehidrojenaz kompleksi Sitrik asid siklusunun enzimleri Yağ asidi β-oksidasyon enzimleri DNA, ribozomlar ATP, ADP, Pi, Mg 2+, Ca 2+, K +, NAD +, FAD

69 Sitoplazmadaki ağ yapısı hücre iskeleti (sitoskeleton) olarak tanımlanmaktadır

70 Hücre yüzeyinin şeklinin belirlenmesinde ve hücre hareketinde rol alır. (Aktin filamentleri) 7 nm Hücreye mekanik destek sağlar ve yükün dağılmasına yardım ederler 8-11 nm Mikrotübüller, etrafı zarla çevrili organellerin sitoplazmadaki konumlarının belirlenmesinde ve sabitlenmesinde görevlidir. 25 nm

71 Mikrotübüller Tübulin dimer

72 Sentriyoller: mikrotübül demetleri mikrotübüller Sentriyoller çekirdeğe yakın olarak yer alan bir çift silindrik yapıdır. Her biri üçerli gruplar halinde dokuz tübülden oluşmuştur. Sentriyoller hücre bölünmesi sırasında kromatidlerin hücre kutuplarına çekilmesini sağlarlar.

73 Büyüklük kütle differansiyel santrifüj homojenat nükleus hücre debrisi mitokondri peroksizom lizozom mikrozom sitozol Homojenat, gittikçe artan santrifüj kuvvetine maruz bırakılarak fraksiyonlarına ayrılır Kütle büyüdükçe, çökmesini sağlayan santrifüj gücü azalır

74 Dansite-Gradient Santrifüj numune ultrasantrifüj 100,000 x g 24 h akkaroz radienti (% 5-20) Tüpün dibi delinir fraksiyonlar toplanır en yoğun en hafif

75 Hücrenin kısmı Endoplazmik retikulum (düz yüzeyli) Glikojen granülleri Golgi cisimleri (salgı vezikülleri) Hücre zarı Lizozom Mitokondri (enerji kutusu) Nukleus (arşiv) - Kromozomlar Nukleolus Peroksizom Ribozom (kaba yüzeyli endoplazmik retikulum) Sitoplazma Metabolizma reaksiyonu Hidroksilasyon reaksiyonları, Lipid sentezi, Ksenobiyotiklerin zehirsizleştirilmesi Glikojen sentezi ve yıkımı enzimleri Glikoprotein deposu, Salgı kesecikleri Aktif transport Hidrolitik enzimler β-oksidasyon, Solunum zinciri, TCA siklusu DNA replikasyonu, RNA sentezi rrna sentezi Oksidasyon reaksiyonları Protein sentezi Glikoliz, Glukoneojenez, Pentoz fosfat yolu, Yağ asidi sentezi, Transaminasyon

76 BİOKİMYASAL OLAYLARLA İLGİLİ BAZI FİZİKOKİMYASAL PRENSİPLER Moleküller arası kuvvetler Atomlar Moleküller Lifler ve hücre zarları Moleküller arası kuvvetler Canlı organizma Doku ve organlar Biyolojik yapıyı meydana getiren molekülleri bir arada tutan kuvvetler moleküllerarası kuvvetler dir.

77 Moleküler Bağların Özellikleri Bağ Gücü Özellikleri Örnekler İyonik Kuvvetli Zıt yüklü iyonize gruplar arasındaki çekim. Kovalent Çok kuvvetli Atomlar arasında paylaşılan elektronlar. Hidrojen Zayıf Hidrojen ve oksijenin polarize bağları arasındaki çekim. Van der Waals Çok zayıf Çok yakın nonpolar moleküller ve gruplar arasındaki çekim. Tuz molekülünün yapısı veya proteinlerin amino asit yan zincirleri arasındaki çekim. Moleküllerin oluşumunda atomları birbirine bağlayan çoklu bağlar. Protein yan zincirlerinin polar grupları arasındaki çekim veya su moleküllerinin çekimi. Proteinlerdeki nonpolar gruplar arasındaki veya lipid moleküllerindeki çekim.

78 Hidrofobik etkileşim İyonik bağ Kovalent bağı Hidrojen bağı N-terminal C-terminal

79 Moleküllerarası Kuvvetler Van der Waals çekmeleri Elektrik yükü olmayan moleküller arasındaki çekme kuvvetlerine denir. Apolar çekmeler (London kuvvetleri): Atomların geçici polarizasyonundan ileri gelen çekmelerdir. Anlık dipol - indüklenmiş dipol moleküller arası çekim kuvvetlerin oluşmasına neden olur. Bu etkileşime yaygın olarak London kuvvetleri denir.

80 Dipol-dipol çekmeleri - (Atomların devamlı polarizasyonundan ileri gelir (Özel durum hidrojen bağı) Polar moleküllerin negatif ve pozitif uçlarının (elektonegatiflik farkı) birbirini çekmesi sonucu oluşur.

81 Hidrojen bağları: Hidrojen atomunun N ve O gibi elektronegatif atomlara ilgisi sonucu oluşan bağlardır. Biyomoleküllerde bulunan hidrojen bağlarına örnek: - polipeptid zincirlerindeki amino asitler arasında, - DNA ve RNA daki guanin sitozin arasındaki üçlü hidrojen bağı.

82 Kovalan bağlar: Bir elektron çiftinin iki atom arasında ortaklanmasından ileri gelen kuvvetli bir bağdır. Bazı proteinlerdeki disülfür bağları (-S-S-) bunlara örnektir. sistein sistein sistin Disülfid köprüsü

83 İyon bağları: (+) yüklü gruplarla ( ) yüklü grupları elektrostatik çekme kuvvetleri ile bir arada tutan bağlardır. Protein molekülleri C O - + H 3 N (CH 2 ) 4 Anyonik (glutamat, aspartat ve molekülün ucundaki serbest karboksilat) Katyonik (arginin, histidin, lizin ve molekülün diğer ucundaki serbest amonyum)

84 Dispers sistemler Bir veya birkaç maddenin diğer bir madde içerisinde dağılmasına dispersiyon denir. Dağılmış parçacıklara dispers faz Bunların içinde dağıldığı maddeye dispersiyon ortamı

85 Fiziksel yönden hücre içeriği ne gerçek katı ne de gerçek sıvıdır. Katı ile sıvı karışımdan oluşan bir sistemdir. Bu tür sistemler, dağılan parçacıkların büyüklüğüne göre 3 gruba ayrılırlar; Örnek: sütte yağ damlacıklarının ve kanda eritrositlerin dağılışı -Gerçek çözelti - parçacık büyüklüğü 10 nm (10-8 cm) den daha küçüktür. Parçacıklar iyon ya da molekül halinde çözücü sıvı içinde tamamen çözülmüşlerdir. Çözeltiler berraktır. Örnek: NaCl ve glukoz çözeltileri - Süspansiyon - parçacıkların çapı 200 nm den daha büyüktür. Parçacıklar büyük olduğundan daima karıştırılmazsa dibe çöker.

86 - Kolloidal çözeltiler parçacıkların büyülüğü nm arasında değişir. Parçacıklar gerçek çözelti oluşturmak için büyük, dibe çökmek için ise küçüktür. Kolloidal çözeltilerin en önemli özelliği sol denen sıvı halden jel denen yarı sıvı-yarı katı hale geçebilmesidir. Sol halden jel hale geçen kolloid sistemde parçacıklar su alarak şişmeye başlar ve çözünen faz genişleyerek çözücü içinde daha çok yer kaplar. Bu olay tersinirdir. Jelatinde ısıtma ve soğutmada olduğu gibi. - Protoplazma da kolloid sistemdir. Kas hücrelerinin kontraksiyonu ile protoplazma sol halden jel hale döner.

87 Dializ Bir karışımdaki çözünmüş taneciklerin, yarı geçirgen (semipermeabl) bir zardan difüzyonu. Yarı geçirgen zar, kolloid tanecikleri geçiremez, daha küçüklerini geçirir. Örnek: Uygulama: NaCl içeren protein çözeltisinin dializi. Hemodializ İntraperitoneal dializ (zehirlenmeler, aşırı ilaç alma)

88 Semipermiabl membran homojenat tampon Diyaliz başı Diyaliz sonu

89 Dializde, kan yarı geçirgen özellikteki selofandan yapılmış bir boru sistemine pompalanır. Bu boru sistemi dializ sıvısı denilen ve kanın normal elektrolitlerini içeren bir sıvı içinde bulunur. Bu şekilde kandaki çözünmüş tanecikler, bu arada zararlı maddeler, selofan zardan dializ sıvısına geçer. Bu arada dializ sıvısındaki elektrolitler (Na +, K +, HCO 3- v.s.) kana geçerek kanın elektrolit düzeyini istenilen seviyede tutar. Böylece böbreğin yapması gereken işlem, kanın vücut dışında dializiyle yapılmış olur. Hemodializ Kan girişi Dializ sıvısı çıkışı Selofandan yapılmış boru sistemi (filtre) filtre Kan çıkışı Dializ sıvısı girişi

90 Periton dializi Arterovenöz Arter fistul Ven Atık ürünleri Yarıgeçirgen membran Dializ sıvısı Hemodializ Periton Periton boşluğu Atık ürünler