2. BÖLÜM Canlının Temel Bileşenleri ve Enzimler Hücreleri oluşturan temel bileşenleri inorganik ve organik bileşikler olarak ikiye ayırabiliriz. A. İNORGANİK B İL EŞİKLER İnorganik bileşikler, yapılarında, karbonu (C) veya hidrojeni (H) ya da her iki elementi de bulundurmayan bileşiklerdir. Hiçbir canlı inorganik bileşikleri sentezleyemez. Bu nedenle tüm canlılar, inorganik maddeleri dışarıdan hazır almak zorundadır. İnorganik maddeler, enerji verici değildir. Metabolizmanın düzenlenmesinde görev alırken, canlının yapısına da katılırlar. İnorganik bileşikleri; su, mineraller ve tuzlar olmak üzere üç grupta inceleyebiliriz. 1. SU İyi bir çözücüdür, bu özelliği ile madde taşınmasında görev alır. Enzimlerin çalışmasında etkilidir, bu nedenle su olmadan canlılık olmaz. Polimer besinlerin parçalanmasında (sindirim = hidroliz) görev alır. Gerektiğinde gaz haline geçerek, vücuttaki fazla ısının uzaklaştırılmasını sağlar. (Terleme) Boşaltım ürünlerinin, vücuttan atılmasına yardımcı olur. 2. MİNERALLER Büyüme ve gelişmede görev alırlar. Bazı enzimlerin çalışabilmesi için, minerallere ihtiyaç duyulur. Enzimin yapısına katılan ve enzimin çalışmasını sağlayan bu minerallere kofaktör denir (ko = yardımcı). Vücutta, bazı minerallerin yetersiz olması hastalıklara yol açar. Vücut ph dengesinin sağlanmasında, mineraller de etkilidir. Bu özellikleri de, enzim çalışmasını dolayısıyla metabolizmayı etkiler. 3. TUZLAR Asit ve bazların birleşmesiyle meydana gelir. Tuzlar, vücut sıvılarında su dengesinin sağlanmasında görev alır. B. ORGANİK BİLEŞİKL ER Canlılarda bulunan organik bileşikler; 1. Karbonhidratlar 2. Yağlar 3. Proteinler 4. Vitaminler 5. Nükleik asitler şeklinde sınıflandırılabilir. Yapılarında C ve H elementlerini bulunduran bileşiklere organik bileşik denir. Organik bileşikler, genel olarak; enerji verici, metabolik düzenleyici ve yapı maddesi olarak görev yapar. Organik bileşik Enerji verici Metabolik düzenleyici Yapı maddesi Karbonhidrat + + Yağ + + + Protein + + + Nükleik asit + + Vitamin + + Organik bileşiklerin, enerji hammaddesi olarak kullanım sırası: Karbonhidrat > Yağ > Proteindir. Yani, enerji üretiminde ilk önce, karbonhidratların kullanılması tercih edilir. Organik bileşiklerin yapıya katılım sırası: Protein > Yağ > Karbonhidrat > Vitamin > Nükleik asittir. Yani, bir canlının yapısında en fazla bulunan organik bileşik proteindir. B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 7 0
B İ Y O L O J İ 1. KARBONHİDRATLAR Yapılarında her zaman, karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) elementleri bulunur. Genel formülleri; ( C H 2O ) dur. Karbon Hidro = su Nükleik asitlerin ve ATP nin yapısına katılır. (DNA da; deoksiriboz, RNA da ve ATP de riboz şekerleri bulunur. KARBONHİDRATLARIN ÇEŞİTLERİ A) MONOSAKKARİTLER: Karbon sayılarına göre sınıflandırılır. I. Triozlar (3C lular): Gliseraldehit II. Pentozlar (5C lular): Riboz, deoksiriboz. III. Heksozlar (6C lular): Glikoz, galaktoz, fruktoz Canlılarda, enerji üretiminde en çok glikoz (C 6H 12O 6) harcanır. Beyin hücreleri enerji üretiminde sadece glikozu kullanır. Monosakkaritler suda çözünür. Bu özellikleri, vücuttaki su dengesinin sağlanmasında önemlidir. Monosakkaritler, karbonhidratların yapı taşıdır. (Monomeridir) Monomerler, hücre zarından geçebilecek küçüklüktedir. Karbonhidrat monomerleri arasında glikozit bağları kurulur. Maltoz oluşumunda, iki glikoz, dehidrasyon sentezi ile birleşir. Glikozlar arasında bir glikozit bağı kurulurken bir molekül su açığa çıkar. Glikoz + Glikoz Maltoz + H 2O Dehidrasyon ve hidroliz olayları ters reaksiyonlardır. Hidrolizde, bağlar su ile yıkılır. Her bağ için bir molekül su harcanır. dehidrasyon Glikoz + Galaktoz Laktoz + H 2O hidroliz C) POLİSAKKARİTLER: (Çok = kompleks şekerler) I. Nişasta (n glikoz) II. Glikojen (n glikoz) III. Selüloz (n glikoz) Nişasta, bitkilerde, binlerce glikozun dehidrasyon sen-tezinde kullanılmasıyla oluşan depo polisakkarittir. Nişasta sentezi, renksiz plastit olan lökoplastlarda yapılır. Bu organel özellikle kök ve tohumda bulunur. Gövde, yaprak ve meyvede ise, lökoplastlar ışık almayan bölgelerde görülür. B) DİSAKKARİTLER (Çift şekerler) I. Maltoz (Glikoz + Glikoz Maltoz + H 2O) II. Laktoz (Glikoz + Galaktoz Laktoz + H 2O) III. Sakaroz = Sükroz (Glikoz + Fruktoz Sakkaroz + H 2O) Nişasta suda çözünmez. Bu özelliği, bitkilerde su dengesinin sağlanmasında (osmotik basıncın dengelenmesinde) rol oynar. Disakkarit Oluşumu İki monosakkaridin dehidrasyon senteziyle birleşmesiyle oluşur. Monosakkaritler arasında bir glikozit bağı kurulurken bir molekül su açığa çıkar. Organik bileşik polimerleri, monomerlerin dehidrasyon sentezleriyle birleşmesiyle oluşur. DEHİDRASYON SENTEZİ Monomer besinler birleşirken aralarında kimyasal bağ kurulur. Kurulan bağ sayısı kadar su açığa çıkar. OSMOTİK BASINÇ Sıvılardaki çözünen madde oranı ile doğru orantılı değişen sıvı basıncıdır. Yani, çözünen madde oranı artarsa osmotik basınç artar. Hangi ortamın osmotik basıncı yüksek ise (su oranı düşük ortam) o ortam sıvı alır. (Tuz dökülen salatanın sulanması bu duruma örnek verilebilir.) BİTKİLERDE SU DENGESİNİN SAĞLANMASI Işık Fotosentez Glikoz yoğunluğunun artması (osmotik basıncın artması) Hücredeki su yoğunluğunun azalması Hücreye su girişi Glikozların nişastaya dönüşümü Glikoz (Çözünen madde) yoğunluğu- 5 7 1 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I
nun azalması (osmotik basıncın azalması) Hücreye alınan fazla suyunun kaybedilmesi SU DENGESİ Glikojen (hayvansal nişasta), nişasta gibi, binlerce glikozun dehidrasyon sentezleri sonucunda birleşmesiyle oluşur. Nişasta gibi depo polisakkarittir. Daha çok karaciğerde ve kas hücrelerinde depolanır. Karaciğer glikojeni, kan glikozu azaldığında parçalanır ve oluşan glikozlar tekrar kana verilir. Kas glikojeni ise, sadece kaslarda kullanılır. Selüloz, bitkilerde yapısal polisakkarittir. Bitkilerde hücre çeperinin temel maddesi selülozdur. Selüloz; glikojen ve nişasta gibi glikoz polimeridir. Bu üç polisakkarit, sadece glikozdan oluşur, ancak farklı biyokimyasal özellikler gösterir. Çünkü glikozları bağlayan glikozit bağlarının özellikleri farklıdır. İnsan ve hayvanlar, selülozu sindirebilen enzimleri sentezleyemez. Otçul hayvanlar ise, sindirim sistemlerinde yaşayan termitlerin (beyaz karınca) yapısındaki tek hücrelilerin ürettiği enzimlerin yardımıyla, selülozu kullanabilir. 2. YAĞLAR (LİPİTLER) Yapılarında, karbon, hidrojen ve oksijen elementleri bulunur. Bazı yağların yapısına, azot (N) ve fosfor (P) elementleri de katılır. Yağların içerdiği karbon miktarı, oksijen miktarına göre fazladır. Bu nedenle, yağlar, protein ve karbonhidratlara göre daha çok enerji verir. Vücutta, birer gramları parçalandığında, yağlar, 9,5 kcal, proteinler, 4,3 kcal, karbonhidratlar ise, 4,2 kcal enerji verir. Kış uykusuna yatan ve uzun göç yolları kullanan hayvanlarda yüksek miktarda yağ depolanır. Bu özellik, canlılara üç avantaj sağlar; I. Yağların çoğunlukla deri altında depolanması, canlılarda ısı (enerji) kaybını azaltır. II. Yağların, oksijenli solunumla parçalanmasıyla yüksek miktarda metabolik su açığa çıkar. Bu durum, su ihtiyacının karşılanmasına yardımcı olur. III. Yağlar, diğer besinlere göre daha fazla enerji verdiğinden, daha az hacimde daha çok enerji üretilmesini sağlar. Yağların monomerleri, yağ asitleri ve gliseroldür. Dehidrasyon sentezinde bu monomerler arasında ester bağları kurulur. YAĞ BİRİMLERİ Gliserol + yağ asiti Monogliserit + H 2O Gliserol + 2 yağ asiti Digliserit + 2H 2O Gliserol + 3 yağ asiti Trigliserit + 3H 2O Yağ asitleri, doymuş ve doymamış olmak üzere ikiye ayrılır. Doymamış yağ asitlerinde, karbon zincirlerinde bir veya birden fazla çift bağ bulunur. Bu nedenle doymamış yağ asitleri (oleik asit, linoleik asit gibi) hidrojenle katılma tepkimesi verebilir. Bitkisel yağlarda yüksek oranda doymamış yağ asitleri bulunur. Doymuş yağ asitleri (bütirik asit ve palmitik asit gibi), hidrojenle reaksiyona giremez çünkü karbon zincirlerinde çift bağ bulunmaz. Hayvansal yağlarda yüksek oranda doymuş yağ asitleri bulunur. H H C C C = C H H Doymuş yağ asiti H H Doymamış yağ asiti Heterotrof canlılarda, bazı yağ asitleri sentezlenemez. Dışarıdan hazır alınması gereken bu yağ asitlerine esansiyel = temel yağ asitleri denir. Ototrofların dışarıdan organik besin almadığını hatırlayınız. Gliserol, tersiyer (üçüncül) alkoldür. En fazla üç yağ asiti ile ester bağları kurabilir. Bu nedenle, trigliseritlere, nötral yağlar da denir. 3. PROTEİNLER Canlıların yapısında en fazla bulunan organik bileşik proteinlerdir. Yapılarında; C, H, O ve N elementleri bulunur. Bazı proteinlerin yapısına kükürt (S) ve fosfor (P) elementleri de katılır. Proteinlerin yapı taşları (monomerleri) amino asitleridir. Canlıların yapısında 20 çeşit amino asit bulunur. Amino asitlerin diziliş sırası, proteinin özelliğini belirler. Tüm canlılar aynı çeşit amino asitleri kullanır ancak çoğunlukla canlıların protein yapıları farklıdır. Bu duruma, canlıların farklı genetik yapıya sahip olması neden olur. Çünkü amino asitlerin diziliş sırasını genler belirler. Farklı proteinler, canlı özelliklerinin farklı olmasına neden olur: B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 7 2
B İ Y O L O J İ Gen Amino asit dizilişi Protein özelliği Canlı özelliği Canlılar farklı genetik yapıya sahip olduğundan, tüm canlılar kendilerine özgü protein sentezleyebilir. Sadece tek yumurta ikizi, üçüzü... gibi bireylerde, genetik yapı tamamen aynı olduğu için, bu bireylerin protein yapıları da aynıdır. Tek yumurta ikizlerinde, cinsiyet, kan grubu, göz rengi, parmak izi gibi çevresel faktörlerin etkilemediği tüm özelikler aynıdır. Tek (=aynı) yumurta ikizlerinde, gen + çevresel faktörlerin belirlediği boy, kilo, zekâ ve ruhsal yapı gibi özellikler farklı olabilir. AMİNO ASİTLERİN YAPISI Tüm amino asitler, birer; amino grubu ( NH 2), karboksil grubu ( COOH) ve değişken = radikal (R) grup içerir. Amino asitlerin farklı özellikler göstermesine değişken grup neden olur. H H amino grubu N H C R değişken grup C karboksil grubu HO O DİPEPTİT OLUŞUMU İki amino asitin, dehidrasyon senteziyle birleşmesiyle oluşan yapıya dipeptit denir. Sentezde, amino asitler arasında peptit bağı kurulurken bir molekül su açığa çıkar. Peptit bağı, bir amino asitin karboksil grubu ile diğerinin amino grubu arasında oluşur. H H N R C H C O OH H H N R C H C HO O H 2O Dehidrasyon sentezine, üç amino asit katılırsa; tripeptit, dört amino asit katılırsa; tetrapeptit... meydana gelir. Bu yapılara peptitler denir. Çok sayıda amino asit (10-69) polipeptitleri (pepton) oluştururken, proteinlerde 70 den fazla amino asit bulunur. İnsanlarda, 20 çeşit amino asitten 12 si sentezlenebilir. Sentezlenemeyen 8 amino asit dışarıdan hazır alınmalıdır. Heterotrof canlılarda, dışarıdan hazır alınması zorunlu olan amino asitlere esansiyel = temel amino asitler denir. PROTEİNLERİN İNSAN VÜCUDU İÇİN ÖNEMİ 1. Tüm enzimlerin yapısında katılır. (Metabolik düzenleyici görevi) 2. Büyüme ve gelişmeyi sağlar. 3. Mikroplara karşı, vücut savunmasında görev alır. (Antikorlar protein yapılıdır) 4. Hormonların büyük çoğunluğu proteindir. (Hormonlar da, metabolik düzenleyicidir.) 5. Vücut sıvılarında (kan, doku sıvısı gibi) su dengesinin sağlanmasında görev alır. (Plazma proteinleri) 6. Kanın pıhtılaşmasında rol oynar. (Pıhtılaşmayı sağlayan fibrinojen protein yapılıdır.) 7. Zorunlu durumlarında, (vücutta karbonhidrat ve yağın azalması) enerji verici olarak kullanılır. 4. VİTAMİNLER Vitaminler, metabolizmada düzenleyici ve direnç arttırıcı olarak görev yapar. A) VİTAMİNLERİN GENEL ÖZELLİKLERİ I. Enerji vermezler yani solunumda vitaminler hammadde olarak kullanılmaz. II. Sindirime uğramazlar. Besinlerle alınan vitaminler, doğrudan emilerek kana geçer. III. Bazı enzimlerin yapısına koenzim (yardımcı enzim) olarak katılırlar. (Metabolik düzenleyici özelliği) Bu nedenle, vücutta bazı vitaminlerin yetersiz olması metabolik bozukluklara yani hastalıklara neden olur. IV. Heterotroflar tarafından sentezlenemezler. Heterotroflar, vitaminleri dışarıdan hazır almak zorundadır. B) VİTAMİN ÇEŞİTLERİ Vitaminler, suda eriyen vitaminler ve yağda eriyen vitaminler olmak üzere iki gruba ayrılır. I. SUDA ERİYEN VİTAMİNLER (B ve C vitaminleri): Fazlası depolanamadığından idrarla vücuttan atılır. Bu nedenle, B ve C vitaminlerinin, her gün besinlerle alınması gerekir. II. YAĞDA ERİYEN VİTAMİNLER: A, D, E ve K vitaminleri yağda eriyen vitaminlerdir. Besinlerle, normalden fazla miktarda alınırlarsa, çoğunlukla karaciğerde depolanırlar. Bu nedenle, eksiklik belirtileri geç ortaya çıkar. B ve C vitaminleri suda, A, D, E ve K vitaminleri ise yağda çözünerek hücre içine alınır. 5 7 3 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I
İnsanlarda, kalın bağırsakta yaşayan bazı bakteriler, B, E ve K vitaminlerini sentezleyebilir. Sentezlenen bu vitaminlerin bir kısmını kullanabiliriz. Kullanılan antibiyotiklerin bu bakterilere zarar vermesi, dolaylı olarak bize de zarar verir. Vitaminler A D E K B 1 (Thiamin) B 2 (Riboflavin) Eksikliğinde görülen hastalıklar Gece körlüğü Diş ve kemik bozuklukları, gençlerde, raşitizm, erişkinlerde osteomalazi Damar hastalıkları, kısırlık Kanın pıhtılaşmaması Sinir sistemi bozuklukları (beri beri hastalığı) Sinir sistemi bozuklukları, kansızlık B 5 (Pantotenik asit) Sinir sistemi bozuklukları, saç dökülmesi B 12 (Kobalamin) C Sinir sistemi bozuklukları, kansızlık Diş eti kanamaları (skorbüt) 5. NÜKLEİK ASİTLER (DNA ve RNA) Yapı taşları nükleotitler olan polimer bileşiklerdir. (Polinükleotitler) Yapılarında, C, H, O, N ve P elementleri bulunur. NÜKLEOTİTİN YAPISI Nükleotitler; azotlu organik baz, 5 karbonlu şeker (pentoz) ve fosfat grubundan (H 3PO 4) oluşur. Azotlu organik bazlar; pürin ve pirimidin olmak üzere ikiye ayrılır. PÜRİN BAZLAR: Adenin (A) ve guanin (G) dir. PİRİMİDİN BAZLAR: Sitozin (S = C), urasil (U) ve timindir (T). Nükleik asit Azotlu organik baz Pentoz Fosfat grubu DNA A, G, S, T Deoksiriboz H 3PO 4 RNA A, G, S, U Riboz H 3PO 4 ENZİM LER ENZİM: Hücre içindeki tüm biyokimyasal olayları başlatan ve hızlandıran protein yapısındaki katalizörlerdir. KATALİZÖR: Kimyasal tepkimeye girerek tepkimeyi hızlandıran ancak tepkime sonunda hiçbir değişikliğe uğramayan maddedir, yani katalizörler tepkime sırasında harcanmaz. 1. ENZİMLERİN YAPISI Enzimler, basit enzim ve birleşik enzim olmak üzere iki farklı yapıda olabilir: A) BASİT ENZİM Yapısında sadece protein bulunur. Bileşik enzimlere göre yavaş çalışır. Bileşik bir enzim, 1 saniyede 5 milyon tepkimeye katılabilirken, basit enzim olan üreaz enzimi 1 saniyede yaklaşık 30.000 tepkimeye girebilir. B) BİLEŞİK ENZİM : Yapısında protein ile birlikte aktivatör (hızlandırıcı) kısım bulunur. Bu aktivatör organik bileşik (çoğunlukla vitamin) ise koenzim, inorganik (daha çok mineral) ise kofaktör adını alır. Protein kısma ise apoenzim denir. Bileşik enzimlerin esas işi yapan kısmı, koenzim veya kofaktör kısmıdır. Enzimin hangi maddeye etki edeceğini ise protein olan apoenzim belirler. Tüm enzimler, genlerin kontrolünde sentezlenir. Genler, proteinlerin özelliğini belirler ve tüm enzimler protein içerir. DNA ya ait herhangi bir nükleotit; (A, G, S ve T den biri + Deoksiriboz + H 3PO 4) yapısındadır. Yani tüm DNA nükleotitlerinde deoksiriboz ve H 3PO 4 bulunur. Aynı şekilde, RNA ya ait nükleotitlerin tümünde, birer tane riboz ve H 3PO 4 bulunmaktadır. Nükleotitler, fosfodiester bağları ile bağlanır. Bu bağ dehidrasyon sentezi sonucunda oluşur. Genler, DNA ya ait nükleotit dizileridir. Genler, sentezlenecek proteindeki amino asitlerin diziliş sırasını belirleyerek, proteinin özelliğini, dolayısıyla canlının özelliğini belirler. Apoenzimin ve aktivatörün oluşturduğu yapıya holoenzim denir. Holoenzimin yapısı; Apoenzim (protein kısım) Koenzim veya kofaktör Aktivatör = Hızlandırıcı Bileşik enzimler, aktivatör olmadan çalışamaz. Vitamin veya mineral eksikliğinde hastalıkların oluşması bu özellikten kaynaklanır. B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 7 4
B İ Y O L O J İ 2. ENZİMLERİN ÖZELLİKLERİ 1) Enzimler kimyasal tepkimelerin başlayabilmesi için gerekli olan aktivasyon enerjisinin miktarını düşürür. Bu olay sırasında tepkime özellikleri değişmez. Yani, tepkimeye katılan madde ve açığa çıkan ürün miktarları değişmez. Ancak daha az enerji harcanarak aynı tepkime gerçekleştiğinden hücrelerin enerji kazancı olur. Aynı zamanda tepkime hızı da artmış olur. AKTİVASYON ENERJİSİ: Kimyasal bir tepkimenin başlayabilmesi için gerekli olan en düşük enerji miktarıdır. Aktivasyon enerjisi engelinin aşılması iki şekilde olabilir: I. Ortamın ısıtılması II. Katalizör kullanılması Ancak, canlı organizmalarda, yüksek sıcaklıklarda protein yapısı (dolayısıyla enzim yapısı) bozulduğundan, ortamın ısıtılmasıyla aktivasyon enerjisi engeli aşılamaz. A + B C şeklindeki bir tepkimenin, enzim varlığında ve enzimsiz olarak gerçekleşmesi aşağıdaki grafikle gösterilebilir: Şekil I: Enzim substrata yaklaşır. Şekil II: Enzimin aktif bölgesi substrat ile geçici olarak bağlanır. Şekil III: Substrat parçalandıktan sonra, enzim ayrılır ve defalarca kullanılabilir. Oluşan maddelere son ürün denir. 3) Enzimler tekrar tekrar kullanılabilir, reaksiyon sonucunda miktarları değişmez. Ancak belirli bir süre sonra yapısı bozulan enzimler başka enzimler tarafından parçalanır. Bu enzimler hücre tarafından tekrar sentezlenir. 4) Enzimler çok hızlı çalışır. Bazı enzimlerin çalışma hızı 1 saniyede 5 milyona kadar ulaşabilir. 5) Her tepkimenin özel bir enzimi vardır. Her enzim belirli bir substrata etki edebilir. Yani her hücrede, tepkime çeşidi kadar enzim çeşidi vardır. 6) Enzimler genellikle çift yönlü çalışır. Bu tepkimelere, tersinir tepkimeler denir. Enerji (birim) I I = Enzimsiz tepkime 25 II II = Enzimli tepkime 15 C 5 A+B Reaksiyonun ilerleme yönü Grafiğe göre, enzimsiz tepkimede, A + B C tepkimesi için 25 5 = 20 birim enerji harcanmalıdır. Ancak, aynı tepkime, enzim varlığında gerçekleşirse 15 5 = 10 birim enerji harcanacaktır. 2) Enzimlerin etki ettiği maddelere substrat (etkilenen madde) denir. Bir enzimin, substrata etki edebilmesi için, enzimde bulunan aktif bölgenin substrata uygunluk göstermesi gerekir. Bu durum anahtar-kilit ilişkisine benzetilir. Son ürün ADP + Pi + ATPaz enzimi ATP + H 2O + ATPaz enzimi 7) Her bileşik enzimin, belirli bir koenzimi veya kofaktörü vardır. Ancak aynı koenzim veya kofaktör, başka enzimlerle de çalışabilir. Bu nedenle enzim çeşidi, koenzim ve kofaktör çeşidinden fazladır. Bileşik enzim 1 = Protein a + Ca ++ Bileşik enzim 2 = Protein b + Ca ++ 8) Enzimler genellikle takım halinde çalışır. Yani bir enzimin oluşturduğu son ürün, başka bir enzim için substrat olabilir. Enzim Aktif bölge Substrat Şekil I Şekil II Son ürün Şekil III Protein sindirimi: Protein Pepsin (mide) Tripsin Erepsin Pepton Peptit Amino asit (İnce (İnce bağırsak) bağırsak) 5 7 5 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I
Pepsin, tripsin ve erepsin proteaz enzimleridir. Pepton, pepsin enzimi için son ürün iken, tripsin enzimi için substrattır. 9) Enzimler, genellikle substratlarına veya katalizledikleri tepkimeye göre adlandırılır. Substrat veya tepkime adının sonuna az eki getirilir. Substrat Enzim Nişasta (amiloz) Amilaz Maltoz Maltaz Protein Proteaz Yağ (lipit) Lipaz ATP ATPaz Laktoz Laktaz Tepkime Enzim Hidroliz Hidrolaz Polimerleşme Polimeraz Oksidasyon Oksidaz 10) Bazı enzimler, hücre dışında da çalışabilir. Canlı organizmada hücre dışında çalışan enzimler sindirim enzimleridir. Enzimlerin görev aldığı olaylarda ATP harcanmayabilir. A) SICAKLIK Enzimler, protein yapısında olduklarından ortamdaki sıcaklık değişmelerinden etkilenir. Yüksek sıcaklıklarda proteinlerin yapıları bozulur. Bu tepkime tersinir değildir. Örneğin, yapısında bol miktarda protein bulunan et, pişirilirse yapısı değişir. Pişmiş etin soğutulmasıyla çiğ et oluşmaz. Benzer bir şekilde, yüksek sıcaklıkta bozulan enzimler tekrar çalışamaz. Yapının bozulması olayına denatürasyon denir. (de = olumsuzluk ön eki, natürel = doğal yapı) Enzimler düşük sıcaklıklarda da çalışamaz. Ancak yapıları düşük sıcaklıkta bozulmadığından, ortam sıcaklığının uygun hale gelmesiyle tekrar aktif hale gelirler. Enzim çalışma hızı 0 35 50 ( C) Enzimlerin çalışabileceği en uygun sıcaklığa, optimum sıcaklık denir. (optimum = en uygun) İnsanlarda ve bir çok canlıda bu sıcaklık 37 C dir. Ancak soru çözümü yaparken, soruda verilen bilgileri dikkate alınız. 37 C ye şartlanmayınız. Enzimlerin çalışabilmesi için ortamda belirli miktar su bulunmalıdır. Düşük su miktarı enzim çalışmasını durdurur. Enzim çalışma hızı Canlılarda görülen olaylar Sindirim, Kolaylaştırılmış difüzyon Enzimin görev alması ATP harcanması + Difüzyon, Osmoz, Diyaliz Aktif taşıma, Sentez olayları, Hücre bölünmesi, Sinirsel iletim gibi diğer olaylar (+ : Var, : Yok) + + (Difüzyon, osmoz, diyaliz, kolaylaştırılmış difüzyon olayları pasif taşımadır.) 3. ENZİMLERİN ÇALIŞMASINA ETKİ EDEN FAKTÖRLER A. B. Su C. ph D. Substrat yüzeyi E. Enzim yoğunluğu F. Substrat yoğunluğu G. Kimyasal maddeler 15 Su (%) (Grafikteki %15 miktarı her enzim için geçerli değildir. Bazı enzimler %10 su bulunan ortamda da çalışabilir.) Bazı besinlerin su kaybetmesi, bu besinlerin uzun süre bozulmadan kalmasını sağlar. Bazı meyvelerin kurutulması bu duruma örnek olarak verilebilir. C) PH DERECESİ (Ortamın asit, baz veya nötr olması) Asitler ekşi, bazlar acı tattadır. ph dereceleri; Asit Baz 0 7 14 Asit özelliği Baz özelliği artar Nötr artar B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 7 6
B İ Y O L O J İ Her enzimin çalışabildiği belirli ph aralıkları vardır. İnsanlarda, sindirim kanalında farklı ph dereceleri görülür. ph; ağızda, yaklaşık nötr, midede, asit ve incebağırsaklarda baz özelliği gösterir. Buna göre mide enzimleri düşük, incebağırsak enzimleri ise yüksek ph larda çalışabilir. Mide enzimi olan pepsinin, çalışabildiği ph aralıkları; Enzim çalışma hızı Enzim miktarının sabit tutulduğu bir ortamda, substrat yoğunluğu sürekli artırılırsa aşağıdaki grafik elde edilir: Enzim çalışma hızı Substrat yoğunluğu Enzim çalışma hızının en yüksek değere çıktıktan sonra sabit kalması, aşağıdaki olaylarla açıklanır: 0 2 6 ph Pepsin için optimum ph yaklaşık 2 dir. D) SUBSTRAT YÜZEYİ Substrat yüzeyi arttıkça, enzim çalışma hızı artar. Çünkü enzimler substratın dış yüzeyiyle reaksiyona girer. Enzim çalışma hızı Substrat yüzeyi Canlılarda görülen sindirim, mekanik (fiziksel) ve kimyasal olmak üzere ikiye ayrılır: Fiziksel sindirimde, besin yüzeyi (substrat yüzeyi) artırılır. Bu olayda, dişler, dil, sindirim sistemi kasları ve bir karaciğer salgısı olan safra görev alır. Fiziksel sindirim, gerçek sindirim kabul edilmez. Çünkü besinler monomerlerine kadar parçalanmaz. Safra, yağların yüzeyini artırarak, lipaz enziminin çalışma hızını artırır. Safra, yağları monomerlerine (gliserol ve yağ asitleri) parçalayamaz. Kimyasal sindirimde, enzimler görev alır. Bu sindirim sonucunda besinler, monomerlerine kadar parçalanır. E) ENZİM YOĞUNLUĞU Ortamda yeterli miktarda substrat varsa, enzim yoğunluğu arttıkça, tepkime hızı da artar. F) SUBSTRAT YOĞUNLUĞU Enzimatik tepkimenin olabilmesi için ortamda substrat bulunmalıdır. I. Enzim miktarı sabit tutulduğundan, tepkime hızı sürekli artamaz. II. Substratlar harcanır ancak grafiğe göre substrat yoğunluğu sürekli artırılmaktadır. Bu nedenle tepkime hızı yavaşlamaz. G) KİMYASAL MADDELER Bazı kimyasal maddeler, enzim çalışma hızını artırır. Bu maddelere aktivatör maddeler denir. Mineraller, vitaminler, ATP gibi maddeler aktivatör olabilirken, bazı inaktif enzimler, HCl (hidroklorik asit) ve enterokinaz gibi yapılarla aktifleşebilir. Pepsinojen (inaktif enzim) Tripsinojen (inaktif enzim) + HCl Pepsin (aktif enzim) + Enterokinaz Tripsin (aktif enzim) Bazı kimyasal maddeler, aktivatörlerin gösterdiği etkiye zıt etki gösterir. Enzim çalışma hızını yavaşlatan veya durduran bu maddelere inhibitör maddeler denir. (İnhibe etmek = durdurmak) İNHİBİTÖR ETKİ GÖSTEREN FAKTÖRLER a) Radyasyon = ışınım = yüksek enerji b) Kurşun, cıva ve siyanür gibi ağır metal iyonları c) Antibiyotik, boya gibi kimyasal maddeler d) Son ürün yoğunluğunun artması. Tepkime için son ürün olan maddelerin artması, tepkimeyi önce yavaşlatır, son ürün yoğunluğu artmaya devam ederse tepkime durur. Glikoliz tepkimelerinde son ürün pirüvik asittir. Pirüvik asit yoğunluğunun artması, glikolizi yavaşlatır. 5 7 7 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I
Ç Ö Z Ü M L Ü T E S T 1. Vitaminlere ait olan; I. Organik yapılı olma II. Hidroliz edilmeme III. Düzenleyici olma IV. Depo edilebilme özelliklerinden hangileri madensel tuzlara da ait özelliklerdendir? 4. Beş karbonlu ve altı karbonlu monosakkaritler için aşağıda verilen ifadelerden hangileri ortaktır? A) DNA ve RNA nın yapısına katılmak B) Hidroliz edilmeden hücre zarından geçebilmek C) Birbirlerinin izomeri olmak D) Dehidrasyon sentezi ile disakkaritleri oluşturmak E) Sadece üretici canlılar tarafından üretilmek A) Yalnız II B) I ve III C) II ve IV D) I, II ve III E) II, III ve IV I 2. A + B + E C + E + H 2O II Yukarıdaki tersinir reaksiyon için aşağıdaki ifadelerden hangisi doğru değildir? A) I nolu reaksiyon dehidrasyon sentezidir. B) II nolu reaksiyon sırasında su tüketimi artar. C) E molekülü enzimdir. D) A ve B monosakkarit ise C molekülünde glikozit bağı vardır. E) A ve B moleküllerinde bulunan toplam karbon, hidrojen ve oksijen sayısı C molekülündekine eşittir. 5. Yandaki deney tüpüne ilgili sindirim enzimleri ilave ediliyor. 35 C Nişasta Protein Glikoz Vitamin Su Bir süre sonra tüpteki hangi maddelerin miktarında bir değişme gözlenmez? A) Vitamin B) Glikoz, Vitamin C) Nişasta, Protein D) Nişasta, Glikoz, su E) Glikoz, Vitamin, Su 3 Disakkarit Canlı Monomer X Bitki Glikoz + A Y Hayvan A + B Z Bitki A + C Yukarıdaki tabloda bitki ve hayvan hücrelerinde sentezlenen disakkaritler ve monomerleri gösterilmiştir. X Y Z birbirlerinden farklı disakkaritler olduğuna göre, aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) X maltoz şekeridir. B) B yapıtaşı sadece memeli hayvanların hücrelerinde bulunur. C) A, B ve C molekülleri birbirinin izomeri olup hidrolize uğramaz. D) X in yapısında iki çeşit monomer bulunur. E) X, Y ve Z disakkaritleri otçul hayvanların sindirim kanalında bulunabilir. 6. I. Hücrede aynı miktar yağ ve karbonhidrat kullandığında, yağlar daha fazla enerji verir. II. Hücrede aynı miktar yağ ve karbonhidrat kullanıldığında, yağlardan daha fazla metabolik su açığa çıkar. III. Hücrede aynı miktar yağ ve karbonhidrat kullanıldığında, karbonhidratlar daha az oksijen tüketilmesine neden olur. Karbonhidrat ve proteinlerin kullanılması ile ilgili olarak yukarıda verilen bilgilerden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III 7. 190 tane glikoz molekülü içeren bir nişasta molekülünü hidroliz etmek için gereken su; kaç molekül yağın dehidrasyonu sırasında açığa çıkar? A) 31 B) 63 C) 81 D) 190 E) 189 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 7 8
B İ Y O L O J İ 8. Aşağıdakilerden hangisi enzimlerin ortak özelliklerinden değildir? 11. Enerji A) Düşük ve yüksek sıcaklıklarda aktivitelerinin azalması B) Tekrar tekrar kullanılabilmeleri. C) Genlerin kontrolünde ribozomda sentezlenmesi D) Aktivasyon enerjisini artırmaları E) Aşırı asidik ve bazik ortamda yapılarının bozulması 9. Yağ molekülleri, lipaz ve safra tuzlarının bulunduğu deney tüpünün sıcaklığı 0 C den 80 C ye doğru artırıldıkça deney tüpünde oluşan yağ asiti miktarındaki değişim aşağıdaki grafiklerden hangisinde gösterilmiştir? (Lipaz enzimi ve safra tuzları yağ hidrolizini gerçekleştirebilir.) A) Yağ asiti miktarı B) Yağ asiti miktarı Girenlerin b enerjisi c Ürünlerin enerjisi Reaksiyonun koordinatı Enzim kullanılmayan reaksiyonun aktifleşme enerjisi Enzim kullanılan reaksiyonun aktifleşme enerjisi Enzimler biyolojik katalizör olup reaksiyonların aktifleşme enerjisini düşürerek reaksiyonları hızlandırırılar. Buna göre, yukarıdaki grafikte enzim, reaksiyonda ne kadarlık bir enerji kazancına neden olmuştur? A) a b B) b a C) b c D) a c E) a (b + c) 12. Canlılarda enerji gerektiren reaksiyonların gerçekleşmesinde kullanılan ATP molekülü ile ilgili olarak aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? a C) Yağ asiti miktarı D) Yağ asiti miktarı A) Sadece üretici canlılar tarafından üretilebilmesi B) İki tane yüksek enerjili fosfat bağına sahip olması C) Hücreden hücreye aktarılamaması D) Taşıdığı organik bazın DNA ve RNA nükleotitlerinin yapısında da bulunması E) Yapımının endergonik yıkımının ise ekzergonik özellikte olması E) Yağ asiti miktarı 13. Bir DNA molekülünde bulunan toplam nükleotit sayısı a kadar olduğuna göre; I. Pürin nükleotitlerin sayısı = 2 a 10. Bazal metabolizma hızı ölçülecek olan bir insanda Glikoz + O 2 I Laktik asit II CO 2 + H 2O + Enerji III IV ADP + P Isı enerjisi ATP reaksiyonlarından hangisini gerçekleştirmemelidir? A) I B) II C) III D) IV E) V II. Pirimidin nükleotitlerin sayısı + Toplam 3a deoksiriboz sayısı = 2 III. Toplam hidrojen bağı sayısı = ifadelerinden hangileri doğrudur? 5a 4 A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) I, II ve III 14. Adenin nükleotit sayısı guanin nükleotit sayısına eşit olan bir DNA molekülünde toplam hidrojen bağı sayısı 10.000 olduğuna göre toplam nükleotit sayısı aşağıdakilerden hangisidir? A) 2.000 B) 4.000 C) 6.000 D) 8.000 E) 10.000 5 7 9 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I
Ç Ö ZÜM LE R 8. Enzimler aktivasyon enerjisini artırmaz, aksine azaltarak reaksiyonu hızlandırır. Cevap D dir. 1. Madensel tuzlar inorganik yapılıdır, hidroliz edilmezler, kemiklerde depo edilebilirler. Enzimlerde kofaktör olarak kullanıldıklarından düzenleyicidirler. Cevap E dir. 9. 0 C de enzimler bozulmadığından sıcaklık uygun düzeye yaklaştıkça yağ hidrolizi artar. çok yükselince enzimler bozulur ve yağ hidrolizi durur. Yağ asiti sabit kalır. Cevap C dir. 2. A ve B moleküllerinden ayrılan H + ve OH - iyonları suyu oluşturur. Bu nedenle A ve B moleküllerinde bulunan toplam C, H ve O sayısı C moleküllündekine eşit değildir. Cevap E dir. 10. Laktik asit kaslara ulaşan O 2 yeterli olmadığında Bazal metabolizma sırasında bu düzeyde bir kas hareketi olmamalıdır. Cevap A dır. 3. X, Y ve Z birbirinden farklı disakkaritler olduğundan Z Sükroz, Y Laktoz, X ise moltozdur. Bu yüzden X in yapısında iki çeşit monomer olamaz. Cevap D dir. 11. Enzimler reaksiyonun gerçekleşmesi için gerekli aktifleşme enerjisini düşerek reaksiyonu hızlandırır. Enzim kullanılmayan reaksiyon aktifleşme enerjisi a, kullanılan b olduğundan kazanç a b olmalıdır. Cevap A dır. 4. Beş karbonlu ve altı karbonlu monosakkaritler hidroliz edilmeden hücre zarından geçebilirler. Cevap B dir. 12. ATP bütün canlılar tarafından üretilip tüketilen bir moleküldür. Cevap A dır. 5. Nişasta azalır, glikoz artar. Protein azalır, aminoasit artar. Su sindirim sırasında kullanılır. Vitamin miktarı değişmez. Cevap A dır. 13. Nükleotitlerin çeşidi bilinemeden hidrojen bağlarının sayısı bilinemez. Cevap D dir. 6. Yağlar oksijenli solunumda kullanıldığından daha fazla enerji, CO 2 ve H 2O açığa çıkar. Cevap E dir. 14. A = T G C a a a a Hidrojen bağı 2a 3a Hidrojen bağı 7. Nişasta + 189 H 2O 190 Glikoz 189 Yağ asiti + 63 Gliserol 63 Yağ + 189 H 2O Cevap B dir. 5a 5a = toplam hidrojen bağı 4a = toplam nükleotit sayısı 5a = 10. 000 ise 4a = 8.000 dir. Toplam hidrojen bağı Cevap D dir. B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 8 0
B İ Y O L O J İ K O N U T E K R A R T E S T İ 4. Reaksiyon hızı X Y Z 1. Reaksiyon hızı 0 t 1 t 2 t 3 Zaman Belirli miktarda substrat bulunan deney tüpüne uygun sindirim enzimleri belirli zaman aralıklarında eklendiğinde enzim reaksiyon hızının zamana bağlı değişimi aşağıdaki grafikteki gibi oluyor. Bu grafiğe göre, I. t 1 ortama enzim eklenmiş olabilir. II. t 2 t 3 zaman aralığında ortam sıcaklığı arttırılmış olabilir. III. t 1 de aralığında ortama aktivatör madde eklenmiş olabilir. ifadelerinden hangileri doğrudur? A) Yalnız I B) Yalnız III C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 İnsanların sindirim sisteminde görev yapan X, Y ve Z enzimlerinin ortam ph ına bağlı enzim reaksiyon hızında meydana gelen değişim yukarıdaki grafikte gösterilmiştir. Grafiğe göre, aşağıdaki ifadelerden hangisi yanlıştır? A) Nötr ortamda Y ve Z enzimleri aktiftir. B) Ortamın ph değeri 1-2 arasında olduğunda X, Y ve Z enzimleri aktivite göstermez. C) Z enziminin optimum çalıştığı ph değerinde X ve Y enzimleri de aktiftir. D) Y ve Z enzimlerinin çalışabildiği optimum ph değerleri farklıdır. E) X enziminin çalışabildiği optimum ph değerinde Y ve Z enzimleri aktif değildir. 5. Aşağıdaki grafiklerde enzim tepkime hızının su miktarı, sıcaklık miktarı ve aktivatör madde miktarına göre değişimi ifade edilmiştir. Tepkime hızı Tepkime hızı ph 2. Bir bilim adamı enzimlerle ilgili yapmış olduğu deneyler sonucunda enzimlerin, Yapısında aminoasitlerin bulunduğunu, Aktivasyon enerjisini düşürdüğünü, Reaksiyon sonunda değişmeden çıktığını saptamıştır. Bu bilim adamının elde ettiği verilere uygun olarak kuracağı en kapsamlı hipotez aşağıdakilerden hangisidir? I Su miktarı Ürün miktarı 0 35 55 II ( C) A) Enzimler sadece hücre içinde aktiftir. B) Enzimler protein yapılı biyolojik katalizörlerdir. C) Enzimler tepkime hızını arttırırlar. D) Her enzim özel bir moleküle etki eder. E) Enzimler tekrar tekrar kullanılır. III Aktivatör madde miktarı I, II ve III numaralı grafiklerden hangileri doğrudur? A) Yalnız III B) I ve II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 3. Bir enzimin sentezi sırasında, I. ATP miktarının azalması, II. Peptid bağlarının kurulması, III. Metal iyonlarının kullanılması olaylarından hangileri her zaman gerçekleşmez? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve II E) II ve III 6. İnsan vücudunda görev yapan tüm enzimler için, I. Optimum ph değeri II. Optimum sıcaklık değeri III. Maksimum sıcaklık değeri özelliklerinden hangileri ortaktır? A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III 5 8 1 B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I
7. Belirli miktar substrat ve substrata uygun enzimin bulunduğu deney tüpünde enzim reaksiyon hızının sıcaklığa bağlı değişimi aşağıdaki grafiklerden hangisindeki gibi olması beklenir? 11. A) Reaksiyon hızı B) Reaksiyon hızı 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 ( C) C) Reaksiyon hızı D) Reaksiyon hızı ( C) 2 ml H 2O 2 Parça karaciğer I 2 ml H 2O 2 Haşlanmış karaciğer II 2 ml H 2O 2 Ezilmiş karaciğer III Uygun deney koşullarında eşit miktarda hidrojen peroksit (H 2O 2) bulunan deney tüplerine yukarıdaki işlemler yapılmıştır. Buna göre, I, II ve III numaralı deney tüplerinden hangilerinde O 2 açığa çıkar? A) Yalnız I B) Yalnız II C) I ve III D) II ve III E) I, II ve III 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50 ( C) E) Reaksiyon hızı ( C) 10 20 30 40 50 ( C) 8. Canlılarda görülen aşağıdaki olayların hangisinde enzimler görev almaz? A) Etil alkol fermantasyonu B) Osmoz C) Biyosentez D) Hidroliz E) Kemosentez 9. Enzim çalışma hızının, I. Enzim miktarının artması II. Ortam sıcaklığının azalması III. Ortamdaki su yoğunluğunun artması olaylarından hangilerine bağlı olarak artması beklenir? A) Yalnız II B) Yalnız III C) I ve II D) II ve III E) I, II ve III 10. Enzimlerle ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur? A) Enzimlerin tümü çift yönlü çalışır. B) Enzimler substratlara özgüdür. C) Bir enzim birden fazla kofaktör ile çalışır. D) Enzimler aktivasyon enerjisini düşürürler. E) İnhibitör maddeler enzim etkinliğini arttırır. 12. Enzimatik bir tepkimede birim zamanda oluşan ürün miktarının artmasına, I. Ortam sıcaklığının artmasına, II. Substrat yüzey alanının artması III. ph değerinin artması olaylarından hangileri neden olabilir? A) Yalnız I B) I ve II C) II ve III D) I ve III E) I, II ve III 13. Sağlıklı bir insanda hormonlar ve enzimler ile ilgili, I. Protein yapılı olma II. Düzenleyici görev yapma III. Eksikliğinde metabolik bozukluklara neden olma özelliklerinden hangileri ortak olabilir? A) Yalnız II B) I ve II C) II ve III D) I ve III E) I, II ve III 14. Yağ asidi + gliserol Yağ + 3H 2O Lipaz Yağ + 3H 2O Lipaz Yağ asidi + gliserol Yukarıdaki tepkimeler enzimlere ait aşağıdaki özelliklerden hangisi ile ilgilidir? A) Substratlara özgü olma B) Çift yönlü çalışma C) Hücre dışında aktif olma D) Protein yapıda olma E) Aktivasyon enerjisini düşürme B İ Y O L O J İ K O N U A N L A T I M L I S O R U B A N K A S I 5 8 2