İstanbul ÜniversitesiEczacılık Fakültesi

Biyokimya Anabilim DalıÖğretim 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

Biokimya canlı sistemin yapısını ve işlevlerini kimyasal bakımdan inceleyen bir bilim dalıdır.

BİOKİMYA

Bio = yaşam1903 yılında Alman kimyager Carl Neuberg’in önerisiyle Fizyolojik kimya bilim dalına biokimya adı verilmiştir.

Biokimya

İnorganik kimya

Fizyoloji

Mikro biyoloji

Fizik

FarmakolojiToksikoloji

Biyokimya bilgisi, tüm yaşamla ilgili Bilim Dalları için gereklidir

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 enzimlertarafından 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.

polisakkaridler

heksozlar

pentozlarpentoz fosfat yolu

glikolizfotosentez

lipidlerin biyosentezi

TCA siklusulipidlerin oksidasyonu

fosfolipidler

iziprenoidlersolunum zinciri

steroidlerporfirinler

aromatik amino asdidler

katekolaminlerpurinler

amino asidler

üre siklusu

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

Biokimyanın konusu

Biokimya

Morfolojik yönü Fonksiyonel yönüCanlı yapıyı meydana getiren molekülleri, iyonları ve bunların canlı sistemdeki dağılışını inceler.

Molekül ve iyonların canlı sistemde oluşumunu, organizmada uğradıkları kimyasal değişiklikleri ve hangi son ürün halinde atıldıklarını araştırır.

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)

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).

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.

yapışkan uç

yapışkan uç

rekombinant DNA

yabancı DNA

DNA parçacıkları yapışkan uçlarında

birleşirler

EcoRI restriksiyon enzimi

Restriksiyon endonukleaz (EcoRI) tarafından DNA’nın sadece belirli baz dizilerinin bulunduğu yerlerden bölünür.

Küçük dairesel DNA’lar bakterilerin sitoplazmasında bulunurlar. Bunlara plazmid denir ve sayıları 20-50 kadar olabilir.

Klonlanması düşünülen geni içeren bir DNA parçası bakteri içersinde kendi kendine çoğalabilen bir plazmide aktarılır

plazmidEcoRI ile DNA

oklarla gösterilen

yerlerden kesilirOluşan DNA parçaların yapışkan (komplementer) uçları var.

Yapışkan uçlar DNA ligaz ile birleştirilir

Rekombinant DNA

Klonlama vektörleri

Bakteri

Bakteri hücrelerinden(genellikle Escherichia coli)elde edilen bakteri DNA’sınınarasına yerleştirilir (klonaj).

Böylece oluşan hibrid adı verilen bakteri DNA’sı, bakterinin çoğalması sırasında, bakterinin kendi proteinlerinin yanında insan insulinini de sentezler.

İnsulin hormonunun geni (insulin sentezi için gerekli genetik kodu taşıyan DNA parçası) insan DNA’sından izole edilir.

proteinsentezi

bakteri kromozomu

rekombinant DNA

replikasyon

bakteriklonları

HÜCRENİN YAPISI

Deri Hücresi

Kas Hücresi

Kan Hücresi Sinir Hücresi

Aynı türden milyonlarca hücre birleşerek dokuları oluşturur. Çeşitlidokular bir araya gelerek organları; organlar sistemleri; sistemler deorganizmayı meydana getirir.

Hücre Doku OrganSistem Organizma

Robert Hooke'un mikroskobunda elde ettiği hücre görüntüsü.

Bütün canlıların yaşayan en küçük birimi hücredir. Hücreterimi ilk defa 1665 yılında İngiliz bilim adamı RobertHooke tarafından basit bir mikroskopla ölü mantar dokukesitinde görülen boşluklar için kullanılmıştır.

Canlı sistemin bazı kısımları doğrudan doğruya gözle görünebilir.Daha küçük bazı kısımları ise ancak ışık veya elektron mikroskobuile görülebilir. En küçük boylu hücreler gametler, bakteriler veparazit tek hücrelilerdir. Bu hücreler 0.2-0.5 mikron (1 mikron =0.001 mm) çapındadır.

ELEKTRON MİKROSKOBU

Işık mikroskobu

AtomT2 fajı

ProteinKüçük moleküller

Lipit

Bakteriler

Kloroplast

Bitki ve

hayvan

hücreleri

En büyük hücre, kuş yumurtasıdır. Bugün yaşayanlardan devekuşununyumurtası bilinen en büyük hücrelerdir. Bilinen en uzun hücreler iseaksonlarıyla beraber 1 m kadar uzunluktaki bazı sinir hücreleridir.

Gözle görünür

Balık yumurtası

İnsan

Balina Ağaç

Kuş

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

Organik maddeler

• Karbohidratlar

• Proteinler ve peptidler

• Enzimler

• Lipidler

• Nukleotidler ve nukleik asidler

• Porfirinler

• Hormonlar

• Vitaminler

İnorganik maddeler

• Mineraller

• Su

Canlı hücrelerin bilinen kimyasal yapı taşları

İnsan organizması,

% 65 su,

% 20 protein,

% 12 lipit,

% 1 karbohidrat içerir.

Hücre membranı (zarı)Hücre membranı, hücreyi ve hücre organellerini sararakdış ortamlarından ayıran, hücreye yapısal ve mekanikbütünlük sağlayan seçici geçirgen bir yapıdır.

- Hücre membranı 6-10 nm kalınlığında dinamik bir yapıdır.

-Tüm hücrelerin membranları proteinler, lipidler vekarbohidratlardan oluşur

-Hücre türüne ve fonksiyonuna göre değişiklik göstermelerine karşınhücre membranında:

• Proteinler ……………………. % 55• Lipidler ……………………….. % 41

- Fosfolipidler …… % 25- Kolesterol …….…% 12- Glikolipidler …….. % 4

• Karbohidratlar …………… % 3

Fosfolipidler

Fosfat

Gliserol Yağ asidleri

Yağ asidleri

Fosfolipid Hücre membranı

Fosfolipidler, iki hidrofobik yağ asidi ve bir hidrofilik fosfat içeren baş kısmı ile amfipatik bir moleküllerdir.

Sitoplazma

Fosfat grubu

Hidrofilik baş

Hidrofobik kuyruk

Yağ asidi kuyruğu

Fosfolipitlerin polar baş kısmı suda kolayca çözünürken,polar olmayan kuyruk kısmı (hidrokarbon zinciri) sudaçözünmez. Bu nedenle, polar baş kısımların sulu ortamlailişkili olacak şekilde, polar olmayan hidrokarbonkuyrukların ise suyun az bulunduğu orta kısmında birbiriile ilişkili olacak şekilde dizilmesiyle lipit çift tabakasıoluşur.

Lipit çift tabakası biyolojik membranların temel yapısıdır

Sıvı mozaik modeliLipitler ve proteinler membranda, 1972 yılında Singer ve Nicolsontarafından "sıvı mozaik modeli“ olarak tanımlanan bir düzendeyerleşmektedir: Fosfolipid tabaka membranın sıvı bölümünüoluştururken, bu sıvı tabaka içine gömülü halde bulunan proteinlerise mozaik bölümünü oluştururlar.

Fosfolipit çift tabaka

Proteinin hidrofilik bölgesi

Proteinin hidrofobik bölgesi

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)

Glikolipit Oligosakkarit İntegral protein Hidrofobik

α-heliks

Fosfolipit Kolesterol

FONKSİYONEL SINIFLANDIRMA:

TRANSMEMBRAN PROTEİNLERİ:

a. İyon kanalı: özel iyonları su dolu porlar aracığı ilemembranın diğer tarafına taşır. Birçok plazma membranı çeşitliiyonlar için spesifik kanallar içerir

b. Taşıyıcılar: Şekillerini değiştirerek özel maddelerimembranın diğer tarafına taşır.

c. Reseptör: Çeşitli moleküllerden aldıkları sinyalleri hücreiçine ileterek hücredeki reaksiyonları başlatır veya durdururlar.

d. Enzim: Hücre içinde veya dışında reaksiyonları katalizler.

e.Bağlayıcı: Hücre içinde ve dışında filamentlere bağlanarakhücrenin yapısal bütünlüğünü ve şeklini korumaya yardımcı olur.Aynı zamanda, hücrenin hareketine de etkisi vardır.

Membran Proteinlerin fonksiyonları

Dış taraf

Plazmamembranı

İç tarafTaşıyıcılar Hücre yüzey reseptörleriEnzim

Hücre yüzey antijenleri Sitoskeletona bağlanmaHücre adhezyonu

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

7. Depolama, Taşıma ve Salgılama

Makromolekül

Yüksüz molekül

Yüklü molekül

Plazma

membranı

Membran yarı geçirgendir, yani bazı maddelerin membrandan serbestçegeçmesine (diffüze olmasına) izin verir. Membran büyük moleküllere geçirgendeğilken, yüklü iyonları çok az geçirir, ve yağda eriyen küçük moleküllere oldukçageçirgendir.

HÜCRE ZARI TAŞIMA SİSTEMLERİENERJİ GEREKSİNİMİ

Enerji gerektirmeyen

Enerji gerektiren

DifüzyonEndositoz

EkzositozPrimer aktif taşıma

Sekonderaktif taşıma

Kolaylaştırılmışdifüzyon

Basitdifüzyon

Molekül lipid çift katmandan Direk olarak geçer

Aracılı taşımamembran proteini

gerektirir

Membranda vezikül oluşumu gerektirir

Fiziksel gereksinim

Basit difüzyon

Kolaylaştırılmış difüzyon

Aktif taşıma (transport)

Pasif taşıma

Taşıma ModelleriPasif ve Aktif Transport

Taşıyıcı proteinler: pasif ve aktif transportKanallar: sadece pasif

Taşınan molekül

Basit difyüzyon Kanallar aracılığı ile

Kanal proteini Taşıyıcı protein

Taşıyıcı protein aracılığı ile

Konsantrasyon gradiyenti

PASİF TRANSPORT AKTİF TRANSPORT

Lipit çift

tabaka

İki ortam arasındaki konsantrasyon farkına, konsantrasyongradienti denir. Pasif difüzyon, moleküllerin konsantrasyongradienti yönünde kendi kinetik enerjileri ile yayılmalarıdır. Sistemedışarıdan enerji eklenmediği için moleküllerin bu hareketi zarın heriki tarafındaki madde konsantarsyonu eşitleninceye (sistem dengeyeulaşıncaya) kadar devam eder.

Aracısız transportPasif difüzyon

su

Boya molekülleri Yarı geçirgen membran

denge

• Diffüzyon– yüksek → düşük konsantrasyonu

Geçirgenlik katsayıları(cm/sec)

Düşük geçirgenlik

üregliseroltriptofanglukoz

HİDROFOB MOLEKÜLLER

benzen

KÜÇÜK, YÜKSÜZ POLAR

MOLEKÜLLERİüre

gliserol

BÜYÜK, YÜKSÜZ POLAR

MOLEKÜLLERİ sakkaroz

İYONLAR

Sentetik lipit çift tabakaTaşınacak türler geçirgenlik katsayılarına göremembran lipit tabakaları arasındaki geçitlerden hücreiçine veya dışına taşınmaktadır.

glukoz

Yüksek geçirgenlik

Suyun difüzyonu

osmoz

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

Tonisite: efektif osmolarite, osmolalitenin ölçüsüBir 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)

izotonik hipotonik hipertonik

Hipotonik Hipertonik

İzotonik

Klinikte kullanılan izotonik çözeltiler

• % 0.9 NaCl

• % 4.8 Glukoz çözeltisi

• % 3.8 Sodyum sitrat

• Ringer: NaCl, KCl ve CaCl2 içeren çözelti

• Tyrode çözeltisi: NaCl, KCl, CaCl2, MgCl2, NaHCO3, NaH2PO4 ve glukoz içeren çözelti

açık kanal = hızlı transport

kolaylaştırılmış = yardım ile

yüksek

düşük

Kanallar veya taşıyıcı proteinler aracılığıyla, konsantrasyongradienti yönünde, enerji harcanmadan gerçekleşir.

Kolaylaştırılmış diffüzyon

İyon kanalları

Na+

KK

Cl- K+

Konsantrasyon gradiyentlerine veelektriksel yüklerine göre akış

Kolaylaştırılmış difüzyonda, membranda yerleşik taşıyıcıproteinler (transmembran proteinler), kanal proteinlerindenfarklı 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.

conformation change

conformation change

Carrier-mediated solute transport

Konformasyonel değişiklik Konformasyonel değişiklik

Glukoz

Bağlanma

Konformasyon değişikliği

Dissosiyasyon

sitozol

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

Simport Antiport

Uniport Kotransport

Aktif taşıma (transport)

• Hücre membranından, molekül ve iyonların, metabolik enerji kullanarak, konsantrasyon gradiyentine karşı yönde taşınması işlemine aktif transport denir.

ATP ADP Pi

Primer aktif taşımaNa+K+ ATP az: Na+K+ transportu

İntrasellüler sıvı

Ekstrasellüler sıvıPotasyum

K+

Enerji kaynağı - ATP

Sodyum

Potasyum

Primer aktif taşıma Sekonder aktif taşıma

simport

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 enerjiyisağlayacak olan iyonu bağlayan bölge vardır

• Bu iyon genellikle sodyumdur

Primer ve sekonder aktif taşıyıcılar birbiriyle koordinebir şekilde çalışırlar

Hücre içi

Hücre dışı

Sekonder aktif taşımaNa+/amino asid simportu

Na+/glukoz simportu

Ca2+/ Na+ antiportu

Amino asid

Ekstrasellüler sıvı

İntrasellüler sıvı

Endositoz ve Ekzositoz

Plazma membranı

Endositoz Ekzositoz

İntrasellüler sıvı

Ekstrasellüler sıvı

Büyük moleküllerin membranı geçme hareketi

• Büyük moleküller hücre içine ve dışına membrandan tomurcuklanan veya membranla kaynaşan veziküllerle taşınır

Fagositoz

= “hücre yutumu”

Pinositoz

= “hücre içimi”

Receptör-aracılı endositoz

Hücre dışından içine madde alımı pinositoz, reseptör-aracılı endositozve fagositoz olmak üzere üç değişik yolla olmaktadır. Her üç yol hücregereksinimlerinin karşılanmasında veya korunmasında kullanılmaktadır.

Endositoz

Transferrin ve LDL, reseptör aracılıendositozla hücre içine alınır.

bakteriFagositoz

Plazma membranı

otofagozom

Otofaji

mitokondri

lizozom

genç endozom

geç endozom

fagozom

Endositoz

Ekstrasellüler sıvı

Sitozol

Çekirdek, çekirdek membranları adı verilen çift membrandanoluşan bir yapı ile çevrelenerek hücre sitoplazmasından ayrılmıştır.Dış ve iç membran olarak adlandırılan bu çift membran yapısı ilenükleoplazma (çekirdek özü) ve sitoplazmanın içeriği birbirindenayrılmakta ve çekirdek yapısı şekillenmektedir.

Çekirdek (Nukleus)

Dış membranİç membranNukleoplazmaÇekirdekçik

Kromatin

PorlarmembranNuklear

Çekirdekçik: ribozomal RNA kodlayan genlerin birçok kopyasını içermektedir

Ribozomlar

Granüllu ER (GER)

Düz ER (DER)

ÇekirdekÇekirdek zarı

Çekirdeğin dış membran sistemi sitoplazmaya doğru GER olarakdevam etmekte, dış ile iç membran arasında kalan membranlararası bölge, ER lümeni ile doğrudan ilişki halinde bulunmaktadır.Ayrıca fonksiyonel olarak ER ile benzerlik gösteren dış membranınsitoplazmik yüzeyinde protein sentezi için ribozomlarbulunmaktadır. İç membran ise, çekirdeğe özgü olan proteinleritaşımaktadır.

İç membran

Dış membran

Nukleoplazma

Nüklear por

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.

Çekirdekçik

Nüklear porlar

Çekirdek membranı

nuklear porlar

kromozom

Diploid (2n) bir insan hücresinde herbiri tek molekül DNA içeren 46 kromozom 23 çift halinde bulunmaktadır.

kromatid

sentromer

Ökaryotik DNA organizasyonu

gen

Çekirdeğin büyük bir kısmınıkromatin iplikleri oluşturmaktadır.Hücre bölünme fazlarına girmediğizaman kromatin ipliklerinukleoplazma içinde gelişigüzeldağılmış olarak bulunmaktadır.Hücre bölünmesinden hemen öncekromatin iplikleri kalınlaşarakgranüllü bir yapıda görünenkromozom halini almaktadır.

Diploid (2n) bir insan hücresinde herbiri tek molekül DNA içeren 46 kromozom 23 çift halinde bulunmaktadır.

Sitoplazma: Plazma membranının iç boşluğu, sulu bir çözelti olansitozol ile çözünmeyen ve çeşitli parçacıkların süspansyonoluşturduğu sitoplazma ile doldurulmuştur.

Glikoliz, glukoneojenez, pentoz fosfat yolu, yağ asidi sentezi gibimetabolizma reaksiyonları sitosolde cereyan eder.

RibozomlarRibozomlar, protein sentez organelleridir vebütün canlı hücrelerde bulunurlar. Ribozomların% 60-65’i rRNA lar, % 35-40’ı ise proteinlerdenoluşur. Proteinlerin biosentezi sırasında birçokribozom ayni bir mRNA ya bağlanmış olurlar veelektron mikroskobunda inci dizisi gibigörünürler. Bunlara polizom denir.

Ribozomlar ültrasantrifüjde 70s (prokaryothücresinin) ve 80s (ökaryot hücresinin) lik birsedimentasyon sabitesi gösterirler (Svedbergünitesi).

80s Ribozomu 60s ve 40s alt biriminden oluşur(ökaryot hücreler).

60s ribozom büyük alt birimi = 28s rRNA+5,8srRNA+5s rRNA+50’den fazla polipeptid zinciri

40s ribozom küçük alt birimi = 18s rRNA+30polipeptid zinciri

Ribozom

Polipeptid zinciri

Ribozomlar

Düz ER

(DER)

Çekirdek porları

Sisternalar

Çekirdek zarı

Bir ökaryotik hücrede toplam hücre membranlarının % 50 kadarınıoluşturan endoplazmik retikulum (ER) membranı, tübül ve yassıtılmışkeseciklerden bir labirent oluşturarak çekirdekten plazma membranınakadar bütün sitoplazmayı doldurmaktadır. ER lümenini sitozolden ayıranER membranı, bu iki bölme arasında seçici geçirgenliği sağlayan biryapıdır. ER membranının bazı kısımları granüllü, diğer bazı kısımları isedüzdür.

DER

Lizozom Vakuol

GER

Endoplazmik retikulum

Transport

Golgivezikülü

Plazma membranıGranüllu ER (GER)

Çekirdek

Fonksiyonları: Membran lipitlerinin biyosentezi ve toksikbileşiklerin metabolizmasından sorumludur

Karaciğer hücrelerinde bulunan düz ER, çeşitliilaç ve toksik bileşiklerin metabolizmasındansorumludur ve lümeninde bileşiklerinhidroksilasyonunu katalizleyen sitokrom P450sistemini içermektedir.

Kas hücrelerinde sarkoplazmik retikulum (SR)adlandırılan düz ER, kas kasılması sırasında Ca2+

salınımını sağlayan bir Ca2+ deposu olarak görevyapmaktadır.

Steroid hormonları sentezleyen hücreler olanadrenal korteks, yumurtalık ve testis hücrelerindedaha fazla oranda bulunmaktadır.

Hücre içinde taşınacak olan büyük moleküller içintaşıma vesikülleri oluşturmaktadır.

Agranüler (Düz) endoplazmik retikulumFONKSİYONLARI:

FONKSİYONLARI: Granüllü ER’a (GER) bağlı ribizomlarda proteinlersentezlenmektedir.

ER lümeni adlandırılan bölgede: proteinlerinileri modifikasyonlarını sağlayan pek çok enzimyer almaktadır

Granüllü (pürtüklü) endoplazmik retikulum

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.

Hayvan hücrelerinde hücre çekirdeğinin, sentrozomun veya hücremerkezinin yakınına asimetrik olarak yerleşen Golgi sistemi cis,medial ve trans bölümlerinden meydana gelmektedir. Bunlardan ERen yakın bölüm cis, en uzak olan ise trans bölümüdür. Farklıişlevleri bulunan Golgi sistemindeki bu bölümlerde değişik enzimleryer almaktadır.

Lizozomlar

Sitozol

Asid hidrolazlarNukleazlar Proteazlar

Glikozidazlar Lipazlar

Fosfatazlar Sulfatazlar

Fosfolipazlar

taşıyıcı

pompası

Golgi sisteminden meydana gelen, membranla çevrili veziküllerdir.

Peroksizomlar

H2O2 → H2O + ½ O2Katalaz

Ürik asit, amino asitler ve yağ asitleri oksidatif tepkimeler ileperoksizomlarda yıkılmaktadır

Mitokondri, hücrenin enerji merkezi olarak tanımlanmıştır.

Yunanca “iplik şeklinde granül“ anlamına gelir. Genellikle5-6 tanesi uç uca gelerek bir iplik şekli meydana getirir.Mitokondri ökaryotik hücrelerin, enerji üretimi göreviniüstlenen ve kendi halkasal DNA’ sına sahip sitoplazmik birorganeldir. Sayıları enerji ihtiyacına göre değişir.

Mitokondri

Membranlararası boşluk ile ayrılmış iki membrandanoluşmaktadır. Mitokondri iç membranının çevrelediğibölge matriks adını alır.

Dış membran: Küçük moleküller ve iyonlar porin adıverilen proteinler tarafından oluşturulan transmembrankanallardan serbestçe girer ve çıkarlar.

matriks kristaİç membran Dış membran

İç membran:

• Krista (Latince, cristae tarak demektir) adı verilen kıvrımlarıiç membranın yüzey alanını artırırlar, membran bağımlıreaksiyonların 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 özeltaşıyıcısı olanlar geçebilir.

MatriksPiruvat dehidrojenaz kompleksi DNA, ribozomlar

Sitrik asid siklusunun enzimleri ATP, ADP, Pi,

Yağ asidi β-oksidasyon enzimleri Mg2+, Ca2+, K+, NAD+, FAD

Amino asid oksidasyon enzimleri Birçok çözünür metabolit

Sitoplazmadaki ağ yapısıhücre iskeleti (sitoskeleton)olarak tanımlanmaktadır

(Aktin filamentleri)

7 nm

8-11 nm

Hücreye mekanik destek sağlar ve yükün

dağılmasına yardım ederler

Hücre yüzeyinin şeklinin

belirlenmesinde ve hücre hareketinde rol

alır.

Mikrotübüller, etrafı zarla çevrili organellerin sitoplazmadaki

konumlarının belirlenmesinde ve sabitlenmesinde görevlidir. 25 nm

Mikrotübüller

Tübulin dimer

Sentriyoller: mikrotübül demetleri

mikrotübüller

Sentriyoller çekirdeğe yakın olarak yer alan bir çift silindrikyapıdır. Her biri üçerli gruplar halinde dokuz tübüldenoluşmuştur. Sentriyoller hücre bölünmesi sırasında kromatidlerinhücre kutuplarına çekilmesini sağlarlar.

→ differansiyel santrifüjBüyüklükkütle

homojenat nükleushücre debrisi

mitokondriperoksizom

lizozommikrozom sitozol

• Homojenat, gittikçe artan santrifüj kuvvetine maruz bırakılarak fraksiyonlarına ayrılır

• Kütle büyüdükçe, çökmesini sağlayan santrifüj gücü azalır

Dansite-Gradient Santrifüj

sakkarozgradienti(% 5-20)

numune

ultrasantrifüj

100,000 x g24 h

Tüpün dibi delinirfraksiyonlar toplanır

en yoğun en hafif

Hücrenin kısmı Metabolizma reaksiyonu

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

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

BİOKİMYASAL OLAYLARLA İLGİLİ BAZI FİZİKOKİMYASAL PRENSİPLER

Atomlar Moleküller Lifler ve hücre zarları

Moleküller arası kuvvetler

Doku ve organlar

Moleküller arası kuvvetler

Canlı organizma

Biyolojik yapıyı meydana getiren molekülleri bir arada tutan kuvvetler moleküllerarası kuvvetler’dir.

Moleküler Bağların Özellikleri

Bağ Gücü Özellikleri Örnekler

İyonik Kuvvetli Zıt yüklü iyonize gruplar arasındaki çekim.

Tuz molekülünün yapısı veya proteinlerin amino asit yan zincirleri arasındaki çekim.

Kovalent Çok kuvvetli

Atomlar arasında paylaşılan elektronlar.

Moleküllerin oluşumunda atomları birbirine bağlayan çoklu bağlar.

Hidrojen Zayıf Hidrojen ve oksijenin polarize bağları arasındaki çekim.

Protein yan zincirlerinin polar grupları arasındaki çekim veya su moleküllerinin çekimi.

Van der Waals

Çok zayıf Çok yakın nonpolar moleküller ve gruplar arasındaki çekim.

Proteinlerdeki nonpolargruplar arasındaki veya lipidmoleküllerindeki çekim.

Hidrofobik etkileşim

İyonik bağ

Kovalent bağı

Hidrojen bağı N-terminal

C-terminal

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.

Moleküllerarası Kuvvetler Van der Waals çekmeleri – Elektrik yükü olmayan

moleküller arasındaki çekme kuvvetlerine denir.

Dipol-dipol çekmeleri - (Atomların devamlıpolarizasyonundan ileri gelir (Özel durum hidrojen bağı)

Polar moleküllerin negatif ve pozitif uçlarının (elektonegatiflikfarkı) birbirini çekmesi sonucu oluşur.

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.

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

sisteinsistin

Disülfid köprüsü

sistein

İyon bağları: (+) yüklü gruplarla (–) yüklü gruplarıelektrostatik çekme kuvvetleri ile bir arada tutan bağlardır.

C

O- …… +H3N (CH2)4

Anyonik (glutamat, aspartat ve molekülün ucundaki serbest karboksilat)

Katyonik (arginin, histidin, lizin ve

molekülün diğer ucundaki serbest amonyum)

Protein molekülleri

Dispers sistemler

Bir veya birkaç maddenin diğer bir madde içerisinde dağılmasına dispersiyon denir.

Dağılmış parçacıklara – dispers faz

Bunların içinde dağıldığı maddeye – dispersiyon ortamı

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;

-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.

Örnek: sütte yağ damlacıklarının ve kanda eritrositlerin dağılışı

- Kolloidal çözeltiler – parçacıkların büyülüğü 10-200 nm arasında değişir. Parçacıklar gerçek çözelti oluşturmak için büyük, dibe çökmek için ise küçüktür.

Kolloidal çözeltilerin en önemli özelliği sol denen sıvıhalden 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.

DializBir karışımdaki çözünmüş taneciklerin, yarı geçirgen (semipermeabl) bir zardan difüzyonu.

Yarı geçirgen zar, kolloid tanecikleri geçiremez, daha küçüklerini geçirir.

Örnek: NaCl içeren protein çözeltisinin dializi.

Uygulama: Hemodializ

İntraperitoneal dializ (zehirlenmeler, aşırı ilaç alma)

tamponhomojenat

Semipermiablmembran

Diyaliz başı Diyaliz sonu

Dializde, kan yarı geçirgen özellikteki selofandan yapılmış bir borusistemine pompalanır. Bu boru sistemi dializ sıvısı denilen ve kanınnormal elektrolitlerini içeren bir sıvı içinde bulunur. Bu şekildekandaki çözünmüş tanecikler, bu arada zararlı maddeler, selofanzardan dializ sıvısına geçer. Bu arada dializ sıvısındaki elektrolitler(Na+, K+, HCO3

- v.s.) kana geçerek kanın elektrolit düzeyini istenilenseviyede tutar. Böylece böbreğin yapması gereken işlem, kanın vücutdışında dializiyle yapılmış olur.

Kan girişi

Kan çıkışı

Dializ sıvısı girişi

Dializ sıvısıçıkışı

HemodializSelofandan yapılmış

boru sistemi (filtre)

filtre

Ven

Hemodializ

Atık ürünleri

Dializ sıvısı

Yarıgeçirgen membran

Periton dializi

ArterArterovenöz

fistul

Periton

Periton boşluğu

Atık ürünler