NÜKLEİK Asitler, Protein Sentezi Enzimler Çalışması Ve ATP

NÜKLEİK ASİTLER, PROTEİN SENTEZİ ENZİMLER ÇALIŞMASI VE ATP (5)

Nükleik asitler (DNA ve RNA) tüm canlılarda bulunan dev moleküllerdir Hücrelerde gerçekleşen her türlü metabolik olay, üreme, gelişme ve büyüme nükleik asitlerin denetiminde ve yönetiminde gerçekleşir

51NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISAL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ

Her hücrede DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit vardır Her ikisinin de kimyasal yapısı büyük benzerlikler taşır Nükleik asitler nükleotid denilen yapı birimlerinin yanyana gelmesi ile oluşmuş dev zincirlerdir Nükleotidler de üç ayrı molekülün birleşmesi ile oluşmuştur
Bu moleküller ;
- Şeker (5 C'lu)
- Organik baz
- Fosfat' tır

Şekil 51 Nükleik asitlerin temel birimi olan nükleotidler ve bu nükleotidlerin nükleik asitleri
meydana getirmek üzere birbiriyle bağlanışı

511 Şeker

Nükleik asitlerdeki şeker 5'C ludur RNA'daki şeker riboz DNA daki şeker bir oksijen eksiği ile deoksriboz dur

Şekil 52 Nükleik asitlerin yapısına katılan beş kartonlu şekerler deoksiriboz'un ribozdan bir oksijen eksik olduğuna dikkat ediniz

512 Organik Baz

Bazlar, azot ve karbon atomlarının halka şeklinde birleşerek meydana getirdiği moleküllerdir Azotlu organik bazlar kimyasal yapılarına göre purin ve pirimidin olmak üzere başlıca iki gruba ayrılır

Şekil 53 Nükleotidlerin yapısına katılan azotlu organik bazların genel formülleri

Purin grubu bazlar çift halkalıdır, Adenin (A) ve Guanin (G) olmak üzere iki değişik şekli vardır Purinler hem DNA hem de RNA nükleotidlerinin yapısına katılır
Pirimidin grubu bazlar ise tek halkalı olup, Sitozin (C), Timin (T) ve Urasil (U) adı verilen üç çeşit baz ihtiva eder Pirimidinlerden sitozin hem DNA hem de RNA nın yapısına katılır Timin DNA nın, Urasil ise RNA nın yapısında bulunur

DNA Bazları RNA Bazları

Adenin (A) Adenin (A)
Guanin (G) Guanin (G)
Sitozin (C) Sitozin (C)
Timin (T) Urasil (U)

513 Fosfat (H3PO4)

Moleküllere asitlik özelliği verir DNA ve RNA'daki yapısı aynıdır

O

HO P OH

OH

52 DEOKSİRİBONÜKLEİKASİT (DNA)

Canlı organizmaların hücrelerindeki en önemli moleküldür DNA'nın tamamı çekirdek içinde bulunur Ancak mitokondri ve kloroplast içinde de bu organellere özgü DNA bulunabilir
DNA'nın yapısında RNA dan farklı olarak, Deoksiriboz şekeri ve Timin bazı bulunur DNA iki nükleotid zincirinin karşılıklı olarak bağlanmasından meydana gelmiştir Zincirler birbirlerine bazlar arasında oluşan zayıf Hidrojen bağları ile bağlanır Bu bağlanmada ;

Şekil 54 DNA'nın Yapısına Katılan Moleküllerin Temsili Olarak Gösterilişi ve Karşılıklı Dizilişi

Adenin (A) ile Timin (T) arasıda iki H bağı, Guanin (G) ile Sitozin (S) arasında üç H bağı kurulur Buna göre şu sonuçları çıkarabiliriz

- Adenin (A) nükleotid sayısı = Timin (T) nükleotid sayısı

- A/T = 1 , G/S = 1

- DNA'nın birinci zincirindeki nükleotid dizilişi biliniyorsa, ikinci zincirdeki nükleotid dizilişi de saptanabilir Örneğin A - S - G - T - A zincirinin karşısında T - G - S - A - T zinciri bulunur
- DNA molekülünün en önemli özelliklerinde biri her canlıda farklı dizilişte olmasıdır Bu farklılıkla canlılar arasında çeşitlilik oluşur

521 DNA'nın Görevleri

DNA'nın iki önemli görevi vardır Birincisi kendisini eşleyerek miktarını iki katına çıkarması ile hücre bölünmesini başlatması, İkincisi ise hücredeki diğer olayları protein sentezleyerek yönetmesidir

A) DNA Molekülünün Eşlenmesi

(Replikasyon = Duplikasyon)

Hücreler, bölünme öncesinde genetik maddenin (DNA) yeni bir kopyasını çıkarırlar Bunun için hücrede sarmal halde bulunan DNA bir ucundan açılmaya başlar Açılan zincirlerin karşısına ortamda bulunan uygun nükleotidler bağlanır Bu şekil eşlenme DNA zincirinin sonuna kadar devam eder ve tamamlanır

Şekil 55 DNA Zincirinin Kendini Eşleşmesi

Sonuçta hücredeki DNA miktarı iki katına çıkar DNA; organik bazlarındaki azot atomlarının özelliğine

göre, hafif, ağır veya melez olabilir

Yapısındaki iki zincirde 14N içeren DNA'lar hafif, yapısındaki iki zinciri de 15N içeren DNA'lar ağır, yapısındaki zincirlerden biri 14N, diğeri 15N olan DNA'lar ise melez DNA olarak adlandırılır Bu

özelliklere sahip üç grup DNA bir tüpe konulup santrifüjlenirse tüpte üç ayrı katman oluşur

En alttaki katman ağır, ortadaki melez, en üstteki ise hafif DNA katmanı olacaktır

1958'de M Meselson ve FV Stahl, E coli bakterilerini ağır azot (15N) içeren bir ortamda yetiştirdiler

Bu bakterilerin DNA'ları ağır azot taşıyan bazlardan oluşacaktır Ağır azotlu ortamda uzun süre

yetiştirilen ağır DNA'lı bakterilerden bir bölümü alınıp normal (14N ) ortamda yalnız bir döl

verecek kadar tutulmuştur

Yeni döllerin DNA'larının bir zinciri ağır azotlu, öteki zinciri de normal azotlu olacaktır Bu bakterilerin tümünün melez DNA'lı olması eşlenmeyle oluşan DNA'ların bir zincirinin eski, diğer zincirinin de yeni olduğunu ifade eder Bu deneyle DNA zincirinin yarı korunumlu olarak eşlendiği anlaşılmıştır

B) DNA'nın Hücre Yönetimi

Hücredeki metabolik reaksiyonların hızlı ve düzenli olabilmesi için enzimlerin katalizörlüğüne ihtiyaç vardır DNA enzimlerin yapılmasını kontrol ederek hücredeki olayların hızını ve düzenini sağlar
Çekirdeğin hücredeki olayları kontrolü çeşitli deneylerle ispatlanmıştır Bu deneylerden bir tanesi de Acetabularia adlı tek hücreli su yosunlarıyla yapılmıştır Acetabularia tek hücreli olmasına rağmen gözle görülebilecek büyüklüktedir

Şekil 56 Acetabulariada Çekirdeğin Yöneticiliği

Şekil 57 Acetabularia da Çekirdeğin Yöneticiliği

53 RİBONÜKLEİKASİT (RNA)

Hücrede bulunan ikinci çeşit nükleikasittir Çekirdek, mitokondri, kloroplast ve sitoplazmada bulunur Kendilerini eşleme yeteneği yoktur DNA dan farklı olarak riboz şekeri ve urasil bazı bulundururlar mRNA, tRNA ve rRNA olmak üzere üç çeşit RNA vardır RNA'ların hepsi protein sentezinde görev alarak hücre yönetiminde rol oynarlar

531 mRNA (mesajcı RNA = elçi RNA)

Sentezlenecek proteinle ilgili bilgiyi çekirdekteki DNA dan alarak sitoplazmadaki ribozomlara götürür mRNA protein sentezi esasında tekrar tekrar kullanılır Yeterince protein sentezlenmesinden sonra nükleotidlerine kadar parçalanır mRNA da üç nükleotidin oluşturduğu yapıya kodon denir

532 tRNA (taşıyıcı RNA = transferRNA)

Protein sentezi esnasında kullanılacak olan aminoasitleri tutarak ribozoma getirirler
tRNA'ların şekli yonca yaprağına benzer bir ucuna aminoasit bağlanırken diğer ucu ile de mRNA ya bağlanır Bu uç üç nükleotid içerir ve antikodon adını alır tRNA'larda tekrar tekrar kullanılabilirler

54 DNA VE RNA MOLEKÜLLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

DNA RNA

1 Çift zincirlidir 1 Tek zincirlidir
2 Çekirdek, mitokondri 2 Çekirdek, mitokondri ve kloroplastta bulunur kloroplast ve

sitoplazmada bulunur
3 Kendisini eşleyebilir 3 Kendini eşleyemez
4 Özel bazı Timindir 4 Özel bazı Urasildir
5 Şekeri Deoksiribozdur 5 Şekeri Ribozdur
6 Hücresel olayların 6 Protein sentezini
tümünü kontrol eder kontrol eder

55 GENETİK ŞİFRE

Bir hücredeki tüm olaylar çekirdekteki DNA tarafından yönetilir DNA genlerden oluşur Bir genin kapladığı alana lokus denir Bir gende en fazla 1500 nükleotid vardır Hücre yönetimi, DNA'nın kendini eşlemesi ve protein sentezi ile yapılır DNA bu görevleri gerçekleştirirken çekirdekten ayrılmaz DNA'nın bu özelliği bize onun genetik bilgiyi şifreleyen bir yapısı olduğunu ve ilk emirleri çekirdekte verdiğini gösterir DNA'nın şifre sözcükleri A, G, S, T bazlarını içeren nükleotidlerdir DNA zincirindeki üç nükleotitlik birime kodon denir Genetik bilgiyi saklayan bu kodonlar üzerinden önce mRNA sentezlenir Sentezlenen mRNA çekirdekten ayrılarak sitoplazmaya geçer mRNA sitoplazmada ribozom ve tRNA ile kompleks oluşturur Bu komplekste, DNA'nın mRNA ile şifreli olarak gönderdiği bilgi çözülür ve hücresel olaylar için gerekli olan proteinlerin sentezi tamamlanır

56 PROTEİN SENTEZİ

Hücrelerin önemli özelliklerinden biri de protein sentezlemeleridir Proteinler hücrelerde bulunan aminoasitlerin DNA'daki şifreye göre yanyana getirilmesi ile oluşturulur Bu olay ise kademe kademe gerçekleşir

561 mRNA'nın Sentezlenmesi (Transkripsiyon)

mRNA çekirdekteki DNA üzerinden sentezlenir Bu sentezin gerçekleşebilmesi için DNA çift zinciri çözülür Bu çözülen zincirlerin bir tanesi yapılacak olan mRNA'ya kalıplık eder Bu zincire anlamlı zincir diğerine ise tamamlayıcı zincir denir

Şekil 58 Çekirdekte Transkripsiyon

DNA'dan mRNA sentezlenmesi olayına transkripsiyon denir

Transkripsiyon
DNARNA

Transkripsiyon gerçekleşirken DNA'daki Adeninin karşısına Urasil, Timin karşısına Adenin, Guanin karşısına Sitozin gelir Transkripsiyonun tamamlanması ile birlikte mRNA anlamlı zincirden ayrılır Bu ayrılmadan sonra anlamlı zincir ve tamamlayıcı zincir tekrar birleşerek sarmal oluşturur

562 mRNA'nın Sitoplazmaya Geçmesi

DNA'dan ilk şifreyi alan mRNA çekirdek zarındaki porlardan sitoplazmaya geçer

563 mRNA Ribozom İşbirliği

mRNA sitoplazmaya geçer geçmez ribozomla birleşir Bu birleşme ile poliribozom dediğimiz yapı oluşur

Şekil 59 mRNA Ribozom İşbirliği

Bu sırada sitoplazmada yonca yaprağı şeklinde bulunan tRNA'lar aminoasitlerle birleşir

Şekil 510 tRNA'nın Bölümleri

564 Ribozom, mRNA ve tRNA'ların Kompleks Oluşturması

Aminoasitle birleşen tRNA'lardan ilki polizoma gelir ve tutunur Hemen arkasından başka bir tRNA'da polizoma tutunur Bu tutunma ile aminoasitler arasında peptid bağı oluşur ve bir molekül su çıkar

Şekil 511 Protein Sentez Kompleksi

Peptid bağı oluşumundan sonra birinci tRNA polizomdan ayrılırRibozom ise bir kodon sağa kayar Üçüncü bir tRNA polizoma tutunur Bu tutunmadan hemen sonra 2 ve 3 aminoasit arasıda ikinci peptid bağı kurulur Bu bağın kurulmasından sonra ikinci tRNA'da ribozomdan ayrılır

Şekil 512 Peptid Bağının Oluşumu tRNA'nın

Ayrılması Ribozomun Sağa Hareketi

565 Protein Sentezinin Tamamlanması

Bütün bu olay ve bağlanma mRNA ipliği bitene kadar devam eder En son kodon bitiş kodonudur Ribozom bu kodona gelince protein sentezi biter

Şekil 513 Protein Sentezinin Tamamlanması

mRNA üzerindeki ilk kodona başlatma (start) kodonu denir Bu kodon bütün mRNA'lar da AUG'dir mRNA üzerinde protein sentezini durduran kodonlara stop kodonları
Protein sentezi esnasında açığa çıkan su molekülü sayısı peptid bağı sayısına eşittir Proteindeki peptid bağı sayısı aminoasit sayısının bir eksiğidir mRNA'daki üç nükleotid bir kodonu oluşturur Bir kodon bir aminoasit şifreler
Protein sentezi esnasında su açığa çıktığı için bu reaksiyonlara dehidrasyon reaksiyonu denir
denir Bunların nükleotid dizileri şöyledir UAG, UGA ve UAA dır Bu kodonlardan birinin mRNA üzerinde bulunması protein sentezinin durması için yeterlidir

57 SANTRAL DOGMA PRENSİBİ

DNA'nın kendisini eşlemesi ve protein sentezindeki yöneticilik özelliğini açıklar
Replikasyonda gerçekleşecek bir mutasyon kalıtsal olarak yavru hücrelere geçecektir
Transkripsiyonda hatalı mRNA üretimi ile geçici bir hastalık oluşabilir Bu durum DNA'nın yeni bir mRNA sentezlemesi ile ortadan kalkar Translasyonda hatalı üretilen protein molekülü imha edilerek ortadan kaldırılır

Şekil 5 14 Santral Doğma Prensibi

58 ENZİMLER VE ÇALIŞMASI

Hücrelerdeki yapım ve yıkım reaksiyonlarının başlayabilmesi için aktivasyon enerjisine ihtiyaç vardır Aktivasyon enerjisine ulaşmadan reaksiyonlar başlayamaz Hücrelerdeki reaksiyonların böyle bir enerjiye ulaşmaları çok zordur ve zaman gerektirir Bir hücrede saniyede binlerce reaksiyonun gerçekleştiği düşünülürse aktivasyon enerjisini düşüren etmenlerin olduğu kabul edilir Bu etmenlere biyolojide enzim denir Enzimler başlamış olan bir reaksiyonun hızını artırıp aktivasyon enerjisini düşürürler

Örneğin :

Glukoz, cansız ortamda 200 - 300°C de yanarak CO2 ve H2O'ya dönüşür Hücrede ise 40°C de yakılarak ürünlerine ayrışır Aradaki bu farkı sağlayan faktör enzimlerdir

Şekil 515 Aktivasyon Enerjisine Enzim Etkisi

581 Enzimlerin Yapısı

Enzimlerin temel yapısını proteinler oluşturur Bazı enzimlerde sadece protein bulunur Bazı enzimlerde ise protein (Apoenzim) ve koenzim kısımları vardır Sadece proteinden oluşan enzimlere basit enzim proteinle birlikte koenzim içeren enzimlere de bileşik enzim denir Bileşik enzimlerde koenzim olmadan apoenzim çalışamaz Koenzim olarak, NAD, FAD ve B grubu vitaminleri kullanılır Enzimler etki ettikleri maddeye göre adlandırılırlar Proteinleri parçalayanlar proteaz ya da peptidaz, karbonhidratları parçalayanlar ise karbohidraz adını alır

582 Enzimlerin Reaksiyonu Etkileme Biçimi

Enzimin etkileyerek reaksiyona sokacağı maddeye substrat denir Geçici olarak enzim substrat kompleksi meydana gelir Yapım ya da yıkım gerçekleştikten sonra enzim substrattan ayrılır Bu reaksiyon esnasında enzimler değişmeden reaksiyondan çıkar, substratlar ise ya parçalanır ya da birleşerek daha büyük molekülleri oluşturur

583 Enzimlerin Özellikleri

- Her enzim özel bir yapıya sahiptir ve bir çeşit substrata etki eder
- Enzimlerin yapısı reaksiyonlar esnasında değişmez ve tekrar tekrar kullanılır
- Bazı enzimler reaksiyonu çift yönlü etkiler
- Enzimler etkilerini substratın dış yüzeyinde başlatır
- Enzimler vücut dışında da etkilidir

- Bazı maddeler enzim çalışmasını olumsuz yönde etiler Bu maddelere inhibitör denir Hg ve Co önemli inhibitörlerdendir İnhibitörler reaksiyonu yavaşlatıp tamamen durdurabilir
- Bazı maddeler enzim çalışmasını olumlu yönde etkiler Bu maddelere de aktivatör denir Su, sıcaklık ve pH önemli aktivatörlerdendir

Şekil 510 Enzim-İnhibitör, Enzim-Aktivatör İlişkisi

584 Enzimlerin Çalışmasını Etkileyen Faktörler

Isı : Enzimler en iyi 20 - 39 °C arasında faaliyet gösterirler 60°C nin üzerinde yapıları bozulur, 0°C nin altında ise pasifleşirler
pH : Ortamdaki H ve OH iyonlarının konsantrasyonu enzimlerin çalışması üzerine etkilidir Bazı enzimler asidik; bazı enzimler nötr, bazı enzimlerde bazik ortamda çalışır
Enzim ve Substrat Konsantrasyonu : Ortamdaki enzim ve substrat miktarı birlikte artırılırsa reaksiyon hızı artar Enzim veya substrattan herhangi birinin miktarı sabit bırakılırsa reaksiyon hızı belirli bir değere ulaşır ve o değerde sabit kalır
Su : Enzimlerin substratlarla kompleks oluşturabilmesi için ortamda belli oranda su bulunması gerekir

59 GEN - ENZİM HİPOTEZİ

Enzimler protein yapıdadırlar DNA'da her proteinin sentezinden sorumlu bir bölge bulunmaktadır Bu bölgelere gen denir Buna göre bir enzimin sentezlenebilmesi için o enzimle ilgili genin DNA üzerinde bulunması gerekir Eğer gen mutasyona uğramışsa enzim hatalı sentezlenecektir Hatalı enzimlerde sorumlu oldukları reaksiyonları gerçekleştiremezler

Burada Gen - 2 nin mutasyona uğradığını ya da yok olduğunu düşünürsek, sitrülin arginine çevrilemez Bu noktada reaksiyon kesileceği için ortamda sitrülin miktarı artacak, arginin ve üre miktarı azalacaktır reaksiyonun devam edebilmesi için ortama enzim 2 verilmelidir

510 ATP'NİN YAPISI VE ÖNEMİ

Canlılardaki reaksiyonların gerçekleşebilmesi enerjiye bağlıdır Canlılar için en önemli enerji kaynağı ATP'dir ATP ( = Adenozintrifosfat) Adenin bazı, 5 C'lu Riboz şekeri ve üç tane fosfatın oluşturduğu moleküldür

Enerji ikinci ve üçüncü fosfatı birbirine bağlayan bağda bulunur

Şekil 517 ATP'nin Yapısı

- Adenin ve ribozun birleşmesi ile oluşan yapıya Adenozin
- Adenozine bir fosfat grubunun bağlanması ile oluşan yapıya Adenozin mono fosfat (AMP)
- Adenozin monofosfata ikinci fosfat grubunun bağlanması ile oluşan yapıya da Adenozin di fosfat (ADP)
- Adenozin difosfata üçüncü fosfat grubunun bağlanması ile oluşan yapıya da Adenozin tri fosfat (ATP) denir
ATP den bir molekül P koparıldığında 7300 kal enerji açığa çıkar
ATP ® ADP + P + 7300 kal

Açığa çıkan bu enerji sentez (yapımı)

reaksiyonlarında, hücre solunumunda, böbrek ve karaciğer faaliyetlerinde, kas kasılmasında, zihinsel faaliyetlerde, sinir iletiminde, duyu organlarının faaliyetlerinde, aktif taşımada ve vücudun diğer bütün işlevlerinde kullanılır
ATP'ye bağlı olan enerjinin esas kaynağı güneştir Güneş enerjisi fotosentezle organik moleküllerin bağlarındaki enerjiye çevrilir Bu enerji daha sonra ADP'ye bir tane fosfat bağlanmasında da kullanılır

ADP + P + enerji ® ATP

Gerçekleşen bu reaksiyona fosforilasyon (fosfatlama) denir
ATP; fotosentez, oksijenli solunum, fermentasyon ve kemosentez reaksiyonları ile üretilir

511 METABOLİZMA

Hücrede gerçekleşen yapım ve yıkım reaksiyonlarının tümüne metabolizma denir
Yapım Reaksiyonları (Anabolizma = sentez = asimilasyon) : Hücrelerdeki küçük moleküllerin birleştirilmesidir bütün sentez reaksiyonları anabolizmaya örnek verilebilir
Yıkım Reaksiyonları (Katabolizma = analiz = disimilasyon) : Büyük moleküllerin parçalanmasına denir katabolizmaya hidroliz reaksiyonları örnek verilebilir
Anabolizma hızı = kabatolizma hızı ise; dengeli bir metabolizma vardır Orta yaş bireylerinde böyledir
Anabolizma hızı > Katabolizma hızı ise; pozitif bir gelişme vardır Genç bireylerde böyledir
Anabolizma hızı < Katabolizma hızı ise; Negatif bir gelişme vardır Yaşlı bireylerde böyledir

5111 Bazal Metabolizma Hızı :

Herhangi bir besin almadan ve kas hareketi yapmadan sadece canlılığını korumak için tüketilen enerji miktarına bazal metabolizma hızı denir

A) Bazal Metabolizma Ölçülürken :

- Vücut yüzeyi hesaplanır
- Ölçme sırasında kişinin tam dinlenme halinde tutulmasına dikkat edilir
- En son besinin ölçme işleminden 12 saat önce alınmasına dikkat edilir
- Ölçme sırasında ortam sıcaklığı hesaplanır