23.11.2009

1

Karbonhitratlar ve LipidlerKarbonhitratlar ve LipidlerK pK p

• Karbonhidratların sınıflandırılmasındakitemel, latincede şekerin karşılığı olansaccharumdan gelen sakkaritkelimesidir. Şekerlerin çoğunun adı –ozekiyle sonlanır.

• Karbonhidratlar genellikle polihidroksialdehitler ve ketonlar veya hidrolizaldehitler ve ketonlar veya hidrolizedildiklerinde polihidroksi aldehitlerveya ketonları veren bileşikler olaraktanımlanırlar.

• Karbonhidratlar karbonil ve hidroksilgrupları içerdiklerinden yarı-asetallerveya asetaller olarak bulunurlar.

• Bir monosakkarit, daha küçükkarbonhidratlara parçalanmayan basitbir karbonhidrattır.

• Disakkaritlerin hidrolizi aynı veyafarklı iki molekül monosakkarit,trisakkaritlerin hidrolizinde ise üççmolekül monosakkarit elde edilir.

• Oligosakkarit hidrolizinde 3-10molekül monosakkarit verir.

• Polisakkaritler 10 dan fazlamonosakkaritlere hidrolizlenirler.

• Maltoz ve sakkaroz disakkarittir.

• Gliseraldehit bir aldotriozdur ve enküçük kiral karbonhidrattır.

• Sübstitüentleri uzaydaki düzenlenmesiD-(+)- ve L-(-)- gliseraldehitinkinebenzeyen bileşikler için, sırasıyla D veL konfigürasyonlarına sahiptir denilir.

(R)-(+)-Gliseraldehit

Gliseraldehitin enantiyomerlerinin üçboyutlu gösterimleri ve Fischer izdüşümleri

(S)-(-)-Gliseraldehit

Aldotetrozlar

Aldopentozlar

Üç karbonludan beş karbonluya kadar D serisi aldozların konfigürasyonları

23.11.2009

2

Aldoheksozlar

Altı karbonlu D serisi aldozların konfigürasyonları

A ve B yapıları bromokloroflorometanın (BrClFCH) ayna görüntüleridir.

Üst üste çakışabilmeyi denemek için B nin(bromokloroflorometanın) (BrClFCH) 180derece döndürülmüş konumu

A ve B yi karşılaştırdığımızda ikisi üst üsteçakışamaz, dolayısıyla bromokloroflorometan(BrClFCH) kiral bir moleküldür. Aynagörüntüsü olan A ve B birbirlerininenantiyomerleridir.

Klorodiflorometanın ayna görüntüsü. Buikisi üstüste çakışırlar bu nedenle molekülakiraldir.

Akiral bir molekül olan klorodiflorometanaşağıda gösterilen bir simetri düzleminesahiptir. Dolayısıyla böyle bir simetridüzlemine sahip olan moleküller akiral,simetri düzlemi olmayan moleküller isekiraldir.

23.11.2009

3

Bromokloroflorometanının üç boyutlu gösterimi ve Fischer projeksiyonu

(R)-Bromokloroflorometan

Üç boyutlu gösterimlerde; “geriye” doğruyönelen iki bağ kesik çizgili kamalarla ve “ileri”doğru yönelen iki bağ ise içi dolu kamalarlabelirtilir.

(S)-Bromokloroflorometan

(2R,3R)-Dihidroksibütanoik asitin top-çubukgösterimi ve Fischer projeksiyonu

(2R,3R)-2,3-bütandiol (2S,3S)-2,3-bütandiol meso-2,3-bütandiol

Stereoizomerik 2,3-bütandioller: (a) ve (b)stereoizomerler birbirlerinin enantiyomerleridir.(c) stereoizomeri akiral olup mezo-2,3-bütandiololarak adlandırılır ve (a) ve (b) nindiastereomeridir.

(a) (b) (c)

Glikozit OluşumuGlikozit Oluşumu

• Glikozun metanoldeki çözeltisiiçerisinden az miktarda hidrojen klorürgazı geçirildiğinde anomerik metilasetallerin oluşturduğu bir tepkimemeydana gelirmeydana gelir.

• Karbonhidrat asetallerine genellikleglikozitler denir.

Karbonhidratların beş üyeli halkalıyarı asetalleri furanoz şekilleri olarakaltı üyelilere piranoz şekilleri olarakadlandırılır Oksijen atomu taşıyan

Karbonhidratların Halkalı Şekilleri: Furanoz Şekli

adlandırılır. Oksijen atomu taşıyanhalka karbonuna anomerik karbondenir.

4-Hidroksibütanal

Hidroksil grubundantüretilen halka oksijeni

Bu karbon daha önce

Halkalı Yarı Asetal Oluşumu

5-Hidroksipentanal

aldehitin karbonuydu

Bu karbon daha öncealdehitin karbonuydu

Hidroksil grubundantüretilen halka oksijeni

23.11.2009

4

Karbonhidratların Halkalı Şekilleri: Piranoz Şekli

Aldopentozlar ve aldoheksozlar,karbonil grubuna C5 hidroksilininkatılmasıyla altı üyeli halkalı yarı

t ll l t bili l Piasetaller oluşturabilirler. Piranozşekli, anomerik karbona bağlıhidroksil grubunun yönlenmesinebağlı olarak α ya da β-konfigürasyonunda olabilir.

eşdeğeri

D-Glikozun karartılmış konformasyonu;C-5 deki hidroksil grubu halka oluşumuiçin uygun yönlenmemiştir.

D-Glikozun α ve β-Piranoz şekilleri için Haworth formülleri

D-Glikoz

Piranoz halkasınınoluşumu için buhidroksil grubugereklidir

C4-C5 bağı saatyönünün tersiyönünde döndürülür.

α-D-Glükopiranoz

Piranoz halkası oluşumuiçin uygun yönlenmiş D-Glikozun karartılmışkonformasyonu

β-D-Glükopiranoz

Haworth formülleri piranozşekilleri arasındaki konfigürasyonalilişkileri göstermek için iyi olsa da,karbonhidrat konformasyonlarıhakkında bize az bilgi verirler.Sandalye konformasyonundabulunurlar. D-Glikozun β şeklinde,anomerik hidroksil grubu dahilhalkadaki bütün sübstitüentlerekvatoryaldir. α izomerinde iseanomerik hidroksil grubu aksiyal,diğer sübstitüentler ekvatoryaldir.

DİSAKKARİTLER

Disakkaritler, hidrolizlerinde ikimonosakkarit molekülü verenkarbonhidratlardır. Yapısal olarakdisakkaritler, ikinci bir şekerdisakkaritler, ikinci bir şekermolekülünden türetilen anomerikkarbona alkoksi grubununbağlandığı glikozitlerdir.

Nişastanın hidrolizi ile elde edilenMaltoz ve selülozun hidrolizi ile eldeedilen Selobioz izomerikdisakkaritlerdir.

Maltoz Selobioz

23.11.2009

5

• Laktoz, sütte %2-6 oranındabulunan bir disakkarittir ve sütşekeri olarak bilinir.

• Sukroz yaygın safra şekeridir• Sukroz, yaygın safra şekeridir.Glikosidik bağla anomerikkarbonlarından bağlanmış D-glikoz ve D-fruktoz birimlerindenoluşmuş bir disakkarittir.

Molekülün D-Glikoz kısmı Molekülün D-Fruktoz kısmı

Sukrozun Yapısı

D-Glikozun anomerik konumunda α-glikosit bağı

D-Fruktozun anomerik konumunda β-glikosit bağı

Selüloz sebzelerin temel yapısalbileşenidir. Ağaçta %30-40, pamukta %90’ınüzerinde selüloz bulunur. Yapısal olarakselüloz, birkaç bin D-glikozun β-(1,4)-glikozidik bağlarla bağlanmasıyla oluşmuş bir

POLİSAKKARİTLER

glikozidik bağlarla bağlanmasıyla oluşmuş birpolisakkarittir. Selüloz, yiyeceklerimizdekilifin kaynağıdır.

• Hayvanlar için direkt enerjikaynağı, çoğu besinde bulunannişastadan sağlanır. Nişasta,amiloz denen suda çözünen birkısım ile ikinci bir bileşen olanaminopektinin bir karışımıdır.aminopektinin bir karışımıdır.

• Amiloz, α (1,4) glikozidik bağlar ilebağlanmış 100 ila birkaç bin D-glikozdan oluşmuş birpolisakkarittir.

****Amiloz

*****Amiloz gibi amilopektinde α (1,4)bağlı D-glikoz birimlerinden oluşmuş birpolisakkarittir.

Yağlar ve Yağ AsitleriYağlar ve Yağ Asitleri

• Yağlar, canlı sistemlerde enerjinindepolanması gibi bazı fonksiyonlarasahip olan bir lipid türüdür.

Katı ve sıvı yağlar gliserolün• Katı ve sıvı yağlar gliserolüntriesterleri olup triaçilgliseroller veyatrigliseritler olarak adlandırılır.

23.11.2009

6

İki Tipik Triaçilgliserolün yapısı Fosfolipitler

Yapısal olarak triaçilgliserollerebenzeyen lipitlerin ikinci bir sınıfıfosfolipitlerdir. Fosfolipitlere birörnek lesitin olarak adlandırılanf f d lk l dfosfatidilkolindir. Lesitin, üçüncühidroksil grubu bir fosfat diesterinedönüşmüş olan bir diaçilgliseroldür.

Hidrofilik baş grupları

Lipofilik kuyruklar

Bir fosfolipit çift tabakasının boyuna kesitinin şematik çizimi

Hidrofilik baş grupları

Lipofilik kuyruklar

Stereoidler, Kolesterol

Canlı sistemlerde çeşitlifonksiyonlara sahip lipit çeşidisteroidlerdir. Kolesterol en çokbulunan steroiddir ve hayvanlardakidiğer tüm steroidlerin habercisidirdiğer tüm steroidlerin habercisidir.Kolesterol ayrıca arter duvarınınyapıtaşı olarak bulunur vearteroskelerozis olarak bilinendolaşım düzensizliğinde kan akışınısınırlandırır.

Tetrasiklik yapıda olansteroitlerin yapılarındakihalkalar A, B, C, D olarakgösterilmiştir.

Kolesterolün yapısı

• Canlı sistemlerdeki karmaşıkmoleküllerin bir çoğu biyosentez ileoluşur. Bir çok lipid asetattantüreyen doğal ürünlerdir

Biyosentez Asetil-Koenzim A

türeyen doğal ürünlerdir.Biyosentezde en çok bulunan asetatşekli Asetil koenzim A olarak bilinenbir tiyoesteridir.

23.11.2009

7

Asetil koenzim A ve koenzim A’nın yapısı

Asetil koenzim A

Koenzim A

• Yağ özünün uçucu bileşeniterpenler olarak bilinir.

• Mum ağacından izole edileni k ti ik bi t di

Terpen Biyosentezi

mirken tipik bir terpendir.

• Terpenleri diğer doğal ürünlerdenayıran yapısal özellik izopirenbirimidir.

Monoterpenler

α-Felantren(okaliptus)

Mentol(nane)

Sitral(limon)

Diterpenler

Kempren(çam)

Vitamin A(memelilerin dokusunda ve balık yağında bulunur)

Amino asitler, Proteinler ve Amino asitler, Proteinler ve Nükleik asitlerNükleik asitler

• Amino asitler, amino grubuiçeren karboksilik asitlerdir.Biyolojik sistemde en yaygın olanamino asitler α-amino asitlerdir.

b k b k l

Amino asitlerin Yapısı

Yani, amino grubu, karboksilgrubuna komşu α-karbonunabağlıdır.

C COOHN

α karbon

• En basit α-amino asit glisindir.

• Glisin, katı kristal bir bileşiktir. Sudaçok çözünür. Polar olmayan organikçözücülerde çözünmezçözücülerde çözünmez.

H2NCH2COOH

H2NCH2COO-

+

Glisin iç-tuz iyonu yapısı

(Zwitterion)

23.11.2009

8

• Glisin ve diğer aminoasitleramfoterik bileşiklerdir. Aminoasitlerin iç-tuz yapısını göz önünealdığımızda amonyum grubu asidik,

Amino asitlerin Asit-Baz Davranışları

karboksilat grubu ise bazik özellikgösterir. Amino asidin iç-tuzyapısının baskın olduğu suluçözeltinin pH sına amino asidinizoelektrik noktası, PI, denir.

+H2NCH2C

OO-H2NCH2C

OOH

+ H2NCH2COO-

-H+ -H++H+ +H+

Kuvvetli asidik ortamdaki tür

İç tuz iyonu: Nötrale yakın ortamda baskın tür

Kuvvetli bazik ortamdaki tür

Polar olmayan yan zincirli amino asitler

Polar fakat iyonlaşmayan yan zincirli amino asitler

Asidik yan zincirli amino asitler

B ik i i li i itlBazik yan zincirli amino asitler

Aldehit ve ketonlar, amonyum klorür-sodyum siyanür karışımı ileısıtıldıklarında amino nitril verirler;amino nitriller asit hidroliz sonucuα-amino asitlere dönüşürler (Strecker

Amino asitlerin Sentezi

α amino asitlere dönüşürler (Streckeramino asit sentezi).

R C H (R ')O

+ H 2 O N H 3 C N - R C CH

N H 2

N H 3 O + R C H C O O HN H 2

+

α-aminonitril α-amino asit

+

CH CH COO-

1. H2O, HCl

CH3 C CH

NH2

NNaCNNH4Cl+CH3 C HO

2. HO- Asetaldehit

2-Amino-propannitril

CH3 CH COO-

NH3+

Alanin

23.11.2009

9

PEPTİTLERPEPTİTLER• Amino asit birimleri arasındaki amit

bağlarına peptit bağları denir.• Peptitin amino asit birimlerine amino

asit kalıntısı denir.İki i iti b ğl bi di tit• İki amino asitin bağlanması bir dipeptitoluşturur.

• Peptidin sonlanmış sol ve sağ uçları sıraile N ucu (amino ucu) ve C ucu(karboksil ucu) olarak ifade edilir.

• Disülfür köprüleri, polipeptit veproteinlerde oldukça yaygındır.

Amino asitin N ucu

A i iti C

Peptit bağı

+H NCHC

ONHCH COO- Amino asitin C ucu

Alaninglisin

H3NCHCCH3

NHCH2COO

A zincirinin N ucuA zincirinin C ucu

Sığır insülininde amino asit sırası

Disülfür köprüsü

B zincirinin N ucu

B zincirinin C ucu

Peptit ve proteinlerin sekonder yapısıPeptit ve proteinlerin sekonder yapısı

Peptidin primer yapısı, peptidioluşturan amino asit sırasını gösteririken peptidin sekonder yapısı ise,komşu amino asitlerin birbirlerinegöre konformasyon ilişkilerinigösterir. Bir amino asitin N-H guplarıile diğer bir amino asitin C=O gruplarıarasında oluşan hidrojen bağları,peptit ve proteinlerin sekonderyapısının oluşumunda önemli roloynar.

• Proteinlerin bilinen yaygın ikisekonder yapısı vardır. Biri α-sarmalyapı (α-helix), diğeri kıvrımlı βyaprak (β sheet) yapısıdır

N H CO

Hidrojen bağı

δ+ δ-

yaprak (β-sheet) yapısıdır.

• Sarmal yapı, aynı zincirin içindekihidrojen bağları yardımı ile kararlılıkkazanır.

• α-sarmal, birçok proteinde bulunur.

Proteinlerin Proteinlerin αα--sarmalsarmalyapısı yapısı

• Kas proteini (miyosin) veyün proteini daha çokα-sarmal yapı gösterir. Yüniplikçikleri gerildiği zaman,hidrojen bağlarınınhidrojen bağlarınınkırılması sonucu, sarmalyapı uzayarak kısmenbozulur. Lifleri gerenkuvvet ortadan kalkarsa,hidrojen bağları yenidenoluşur ve tekrar orijinalbiçimini alır.

23.11.2009

10

Proteinlerin Proteinlerin kıvrımlıkıvrımlı ββ yaprakyaprak yapısıyapısı

Proteinlerin kıvrımlı β yaprakyapısı, α-sarmal yapıdan tamamenfarklıdır.

Bu yapıda hidrojen bağları, bitişikpeptit zincirlerinin karbonil gruplarıpeptit zincirlerinin karbonil gruplarıile amit protonları arasında meydanagelir. Her bir zincirdeki R gruplarıhidrojen bağlı amit gruplarınınbulunduğu düzlemin üstünde vealtında yer alırlar ve böylece“kıvrımlı” bir yapı oluştururlar.

Proteinin kıvrımlı β yaprak yapısı

Kıvrımlı-yaprak yapılar, genellikle,yalnızca büyük miktarda küçük Rgruplarına sahip proteinlerdekararlıdır.

Bu durumda peptit zincirleribirbirine iyice yaklaşır ve iki zinciry y şarasında hidrojen bağlarınınoluşmasına yardımcı olur.

Fibroin (fibril) olarak adlandırılanipek proteinin, hemen hemen tamamıkıvrımlı β yaprak yapısı gösterir.

• Karboksipeptitazın “tube” modeli

• Karboksipeptitazın “ribbon” modeli

N ucu

Disülfür köprüsü

C ucu

Karboksipeptitazın tarafındankatalizlenen“peptit hidrolizi”

23.11.2009

11

Hem grubunun yapısı

Sitokrom P450 Enzimleri (CYP)Sitokrom P450 Enzimleri (CYP)

HEM

CYP3A4 (1tqn.pdb)

HEM

FORMÜL:C34H32FeN4O4

Conformation of HV3 at 0 ps Conformation of HV3 at 900 ps

Nükleik AsitlerNükleik Asitler• Nükleik asitlerin iki önemli çeşidi

vardır; ribonükleik asit (RNA) vedeoksiribonükleik asit (DNA). DNAda var olan pirimidinler sitosin vetimindir. RNA da ise sitosin içerirken,timinin yerine urasil vardır.

• Hem RNA hem de DNA temel yapısalbirim olarak bir pentozdan oluşur.RNA D-riboz, DNA da 2-deoksi-D-ribozdur.

• RNA ve DNA da her bir pentoz, birprimidin veya purin sübstitüentininanomerik karbona bağlandığı birN-glikozit olarak yer alır. Busübstitüent, primidin veya purin bazıolarak adlandırılır. Bir purin veyapirimidin bazının riboz veya 2-d k i ib il bi l i h li ükl itdeoksiriboz ile birleşmiş hali nükleositolarak adlandırılır.

• Nükleotitler, nükleositlerin fosforik asitesterleridir. Fosforik asit grubu 5’konumuna bağlanmıştır. AMP olarakda adlandırılan adenosin 5’-monofosfatbuna bir örnektir.

23.11.2009

12

• Adenosinin diğer önemli 5’nükleotitleri adenosin difosfat(ADP) ve adenosin trifosfat(ATP)tır.

• Nükleik asitler, bir fosfat esteribiriminin bir nükleotidin 5’oksijenini diğerinin 3’ oksijeninebağladığı polinükleotitlerdir.

• Tüm nükleik asitler farklı şekeriskeleti ve fosfat birimlerinesahiptir.

RNA ki k ib d DNA• RNA ki şeker ribozdur; DNAiskeleti 2-deoksiriboz içerir.

Polinükleotit zincirinin bir parçası

DNA nın Yapısı ve Kopyalaması.

İkili sarmal (Çift Helix)

Her hidrojen bağlı baz çifti birpurin ve bir pirimidin içerdiği içinA…….T ve G…….C yaklaşık olarakaynı boyuttadır İki zincir A Taynı boyuttadır. İki zincir, A…….Tve G…….C baz çiftleri arasındakihidrojen bağları ağı ile birleşir.

Adenin ve timin arasında baz esleşmesi zinciriş

Guaninin ve sitosin arasında baz esleşmesi zinciri

Birbirinitamamlayan bazlararasında hidrojenbağları iki DNAzincirinineşleşmesini sağlar.Zincirler paraleldeğildir.

23.11.2009

13

Bir DNA ikili sarmalınınbir kısmının üç boyutlumodeli. Çift sarmalındışındaki kırmızı

l l külüatomlar molekülünkarbonhidrat-fosfatiskeletini gösterir. İçkısımda spiral birmerdiveninbasamaklarına benzer.

• Hücre bölünmesinin bir safhasındaDNA ikili sarmalı çözülmeye başlar,iki ayrı zincire ayrılır. Her zincirdaha sonra A…….T ve G…….C bazeşleşmelerine göre serbest

ükl i l l i hid j b ğlnükleotitlerle yeni hidrojen bağlarıoluşturabilirler. Böylece her zinciryeni bir DNA zinciri oluşturur. İkilisarmal çözülürken her zincir yeni birDNA ikili sarmalına dönüşür.

DNA kopyalanması boyunca iki sarmalın açılmasıve her orijinal zincirin tamamlayıcı zincirinisentezlemesi

Protein biyosentezi DNA tarafındanhaberci RNA (mRNA), transfer DNA(tRNA) ve ribosomal RNA (rRNA) diyei i l di il itli ib ükl ik itl il

DNA Yönetimli Protein Biyosentezleri

isimlendirilen çeşitli ribonükleik asitler ilegerçekleştirilir. Ribozomal RNA, birhücrenin “protein fabrikası” olanribozomlarda bulunur.

Protein sentezinde iki ana safha vardır;uyarlanması (trankripsiyon) ve çevirme(translasyon).

Çevirmede mRNA nın diziliş şifresiçözülmüştür ve ribozomal RNA tarafındanamino asitlerin diziliş sırasına göre yapı

k ik if k d l d ilokunur. Bu genetik şifre, kodonlar denilenbitişik üç nükleotit serilerinden oluşur. Buüçlü nükleotit dizisinin okunmasındamRNA nın 4 bazı (A, U, C, G) proteinlerdebulunan 20 amino asidi kodlamak için 64muhtemel kodon oluşturur.

mRNA ile birleşecek nükleotitler

Uyarlama için bir kalıp olarakhizmet gören DNA zinciri

mRNA nın bir molekül uyarlamasıesnasında DNA’nın bir zincirininkullanılması görülmektedir.

Uyarlanacak tamamlayıcı DNA zinciri

23.11.2009

14

Fenilalanin tRNAsı. Transfer RNA lar genellikle diğer RNAlardan çok farklı olarak gri-yeşil renkte gösterilmiş olup modifiye bazları içerirler.

Antikodon

Structure of the dipeptide L-alanylglycineFigure 27.6

Francis A. Carey, Organic Chemistry, Fourth Edition. Copyright © 2000 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

Myoglobin shown as a tube (a)and as a ribbon (b) modelFigure 27.21

Francis A. Carey, Organic Chemistry, Fourth Edition. Copyright © 2000 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved.

• Electron withdrawing groups (EWG) with p bonds to electronegative atoms (e.g. -C=O, -NO2) adjacent to the p system deactivate the aromatic ring by decreasing the electron density on the ring through a resonance withdrawing effect. The resonance only decreases the electron density at the ortho- and para-positions. Hence these sites are less nucleophilic,

d th t t d t t ith and so the system tends to react with electrophiles at the meta sites.