Dr. Akın Yeşilkaya Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı Biyokimyadaki Temel Kavramlar

Dr. Akın Yeşilkaya Tıbbi Biyokimya Anabilim Dalı Biyokimyadaki Temel Kavramlar 2014-2015 Eğitim yılı

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

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

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

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

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

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

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

Biyokimyanın Tarihi O 4 NH 4+ + 2 CO 2 N H 2 C Üre NH 2 1828 Friedrich Wöhler bir tüpte üre sentezlemiştir. 1860 Pasteur fermantasyon üzerinde araştırma yapmıştır. 1878 Kühne ferment adını Yunanca da mayada anlamına gelen enzim ile değiştirilmiştir. 1897 Eduard ve Hans Buchner hücre ekstraktlarını kullanarak glukoz dan alkol fermentasyonunu gerçekleştirmiştir. Dr. A. Yeşilkaya 9

http://en.wikipedia.org/wiki/file:carl_neuberg.jpg 1903 Carl Neuberg ilk defa Biyokimya adını kullanmıştır. 1913 Leonor Michaelis ve Maud Menten enzim kinetiğini incelemişlerdir. 1926 J.B. Sumner üreaz enzimini kristalize etmiştir. 1944 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

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 http://nobelprize.org Dr. A. Yeşilkaya 11

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

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

Dr. A. Yeşilkaya 14

Nobel Ödülü (Tıp) 1953 Sitrik asit siklüsünü bulması nedeniyle Koenzim A yı keşfetmesi ve arametabolizmasındaki önemini ortaya koyması nedeniyle Hans Adolf Krebs 1900-1981 Sheffield University Sheffield, United Kingdom Fritz Albert Lipmann 1899-1986 Harvard Medical School Massachusetts General Hospital Dr. A. Yeşilkaya 15 http://nobelprize.org

Nobel Ödülü (Kimya) 1962 Max Perutz (1914-2002) 16 http://nobelprize.org

Nobel Ödülü (Tıp) 1962 Francis Harry Compton Crick Institute of Molecular Biology Cambridge, İngiltere 1916-2004 James Dewey Watson Harvard University Cambridge, MA, USA 1928- Dr. A. Yeşilkaya 20 http://nobelprize.org

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

Canlı ve Cansız Hayatın Felsefesi 23

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

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

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

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

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

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

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

Biyomoleküller Nedir? Nelerden oluşur? 32

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) % 2.5 33

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) % 0.001 İyot (I) % 0.00005 Dr. A. Yeşilkaya 34

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

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

Bir E. coli bakterisinde 3000 protein 1000 nükleik asit molekülü bulunur Bir insanda 100.000 protein molekülü bulunur Dr. A. Yeşilkaya 37

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

ATPaz Dr. A. Yeşilkaya 39

Filament motoru Dr. A. Yeşilkaya 40

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

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

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

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

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

Fotosentetik hücreler Dr. A. Yeşilkaya 46

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

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

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

Metabolizma Canlı bir makine! 51

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

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

Genel Olarak Metabolizma Enerji transferi 54

Metabolik Haritamız Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) http://www.expasy.ch/cgi-bin/show_thumbnails.pl 56

Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) http://www.expasy.ch/cgi-bin/show_thumbnails.pl 57

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

Miyokard İnfarktüsü Tıkalı damar Dr. A. Yeşilkaya 59

İntimal plak Trombüs Dr. A. Yeşilkaya 60 http://www.retrouversonnord.be/fichiers_liens/inrfarctus.jpg

O - +e - 4e - + 4H + 2 O 2 H 2 O Elektron transport Superoksit anyonu zinciri Superoksid 2 O - 2 + 2H + 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

Aterosklerozun temel oluşum mekanizması 63

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

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

Biyokimyasal Araştırmalar Nasıl yapılır? 66

Biyokimyada Kullanılan Birimler Dr. A. Yeşilkaya 67

Kütle Birimleri: 1 dalton (Da yahut D) = Bir hidrojen atomunun kütlesi = 1.67 X 10-24 g 1 kda = 1 kilo dalton = 1000 dalton Avogadro sayısı = 6.02 X 10 23 1 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 10-12 g Dr. A. Yeşilkaya 68

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 10-10 m 1 nanometre = 10 Å Dr. A. Yeşilkaya 69

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

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

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

Enerji Birimleri 1 kalori (cal) = 1 gram suyu 14.5 o den 15.5 o çıkarmak için gerekli ısı miktarı. 1 cal = 4.1858 joules 1 kilokalori (kcal) = 1000 cal Dr. A. Yeşilkaya 73

Santrifügasyon ve Ultrasantrifügasyonda kullanılan birimler: Dr. A. Yeşilkaya rpm: Bir santrifüjün dakikadaki tur sayısı. RCF: Göresel santrifüj kuvveti. S = Svedberg birimi = 1 x 10-13 saniye. RCF = 1.1118 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

RCF = 1.1118 x 10-5 x r x rpm 2 Dr. A. Yeşilkaya 76

Ayırıcı Santrifüj Dr. A. Yeşilkaya 77

Ayırıcı Santrifüj Süpernatant (1) Süpernatant (2) Süpernatant (3) 600 g x dakika 15 000 g x dakika 105 000 g x dakika Homojenat Nükleer fraksiyon Mitokondriyal fraksiyon Mikrozomal fraksiyon Dr. A. Yeşilkaya 78

Renk ve Renk Şiddeti Dr. A. Yeşilkaya 80

Renk ve Renk Şiddeti Dr. A. Yeşilkaya 81

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

Görmenin Biyokimyası Dr. A. Yeşilkaya 83

Sinirsel Uyarımın İletimi Dr. A. Yeşilkaya 84

Aksiyon Potansiyeli Dr. A. Yeşilkaya 85

Sinirsel Uyarımın İletimi Dr. A. Yeşilkaya 86

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