Biyokataliz
Nişasta çözeltisi deney tüpünde tükürükle karıştırılırsa, nişasta molekülleri malt şekerine parçalanır. Burada tükürükde bulunan bir enzim olan "ALFA-AMİL AZ" etkilidir. Nişasta, tepkime maddesi (=substrat). alfaamilazın katalitik etkisi ile "MALTOZ" yani ürüne (=produkt) parçalanır. Enzimler genelde "-az" son ekini alır; ama tükürükdeki "PİTYALİN", midenin "PEPSİN", acı bademin "EMULZİN" adlı enzimlerindeki gibi bazıları da "-in" son eki taşır.
Enzimler protein olup, metabolik olayların tümü için biyokatalizör görevini yapar. Enzimler aktivasyon enerjisini azaltıp tepkime hızını sıcaklığında gerçekleşmesini sağlar. Böyle bir tepkimede bağlar gevşetilip çözülmelidir.Bu ise enerji gerektirir. Enzimler bu enerji miktarını azaltır ve reaksiyon oda sıcaklığında bile olur.
Enzim atik Bir Tepkimenin Olaylanması
Şu ana kadar canlı hücrede belirlenmiş olan enzim sayısı 3 bindir. Bunların 150'si izole edilerek çok iyi incelenmiştir. Hepsi protein zincirleri olup çok karmaşık bir yapı gösterir. Enzimde, substratın (=maddenin) bağlandığı torba gibi olan bir bölüm vardır. Buraya AKTİF veya KATALİTİK MERKEZ denir. Aktif merkez, genelde enzimin iç kısmındaki hidrofob (=suyu reddeden) çantada bulunur. Her enzimin bir aktif merkezi olup burada maddenin katalitik dönüşümü gerçekleşir. Burada kimyasal bir tepkime olaylanır. Değişen substrat molekülü gevşek bir bağla enzime girer. Bu bağlanmaya "ENZİM-SUBSTRAT-KOM-PLEKSİ" denir. Enzimler bağlan gevşeterek substrat molekülünün mekansal yapısını değiştirir. Bu kompleks daha sonraki Dır lepıdmede ürüne ayrılır.
Bu arada enzim molekülü tekrar serbestleşir. Nişasta parçalanması örneğindeki gibi substrat "NİŞASTA-ALFA AMİLAZ KOMPLEKSİ"ne dönüşür. Bu da maltoz ürününe ve değişmeyen enzime parçalanır.Tek bir enzim molekülü ortalama olarak dakikada kendi substratının 100 000 molekülünü değiştirebilir. Bir dakikada enzim molekülünün değiştirdiği substrat molekülü sayısına "DEĞİŞİM SAYISI" denir. Bu sayı enzim aktivitesi için bir ölçüttür.
Enzim ve substrat arasındaki reaksiyon "ANAHTAR-KİLİT KURAMI" ile karşılaştırılır. Sadece belli bir substrat, enzimin "AKTİF MERKEZİNE" uyar. Enzimler, genellikle bir substrat molekülünün tek bir reaksiyonunu katalizler. Yani enzimler "SUBSTRAT a" ve TEPKİME'ye özelleşmiştir. Örneğin bir aminoasit, NH3 ayrılması ile "KETO ASİDE" okside olabilir veya ondan C02 ayrılabilir ya da onun NH2- grubunu "OKZALİK ASİDE" taşıyabilir. Bütün bunlar tepkimeye katılmış olan enzim çeşidine göre değişebilir İki şekerli maltoz, maltaz enzimi ile en kısa zamanda iki molekül glikoza parçalanır. Aynı şekilde iki glikoz molekülünden oluşan selüloz ise yıkılmaz, zira moleküller birbirlerine başka şekilde bağlıdır.
Enzimlerin bu özelleşmesi nasıl açıklanır? Enzimin protein zinciri öyle üç boyutlu kodlanmıştır ki, katalitik etkili gruplar enzimin aktif merkezine girer. Aktif merkezde Uç bağlantı noktası alınırsa substrat molekülü yanlız bir yöne gider. Bu şekilde değişim için belli substrat molekülü seçilmeli izomerler; yani mekansal olarak farklı olmayan maddeler bile ayrılır. Böylece bir enzimle, bir aminoasit dekarboksile (CC^'nin parçalanması) edilir. Başka bir enzim, aynı aminoasidi deamine (amino grubunu parçalama) eder. Enzimler sadece bağları parçalamakla kalmaz, aynı zamanda glikozdan nişasıa yapılmasından olduğu gibi de bağları da birbirine bağlar.
Bir Reaksiyonun (=Tepkime) Oluşma Koşulları
Yumurta akı pişirilir ya da kuvvetli bir asitle muamele edilirse, hemen topaklaşır. Aynı şekilde enzim molekülleri de sıcaklık pH değeri değişmelerine karşı duyarlıdır. Sıcaklığın artmasına bağlı olarak bütün kimyasal tepkimelerde olduğu gibi enzimi katalizliyen olaylarda da tepkime hızı artırılır. Bu hız, enzim proteinin sıcaklığa duyarlılığı ile sınırlıdır. Enzimler, bu iki etmen nedeni ile bir sıcaklık optimumu (=en uygun sıcaklık gösterir). Örneğin sıcak kaplıcalarda yaşıyan bakteri enzimlerinde bu sıcaklık 80 C üzerindedir. Enzimlerin sıcaklık optimumu memeli hayvanlarda ve kuşlarda vücut sıcaklığı düzeyindedir (vücut sıcaklığı 36.5-37 °C; kuşlarda 41-43 C'dir). Enzimatik tepkimelerde etkili olan bir başka etmende pH değeridir. İnsanın sindirim organında farklı pH değeri görülür: Nişastayı parçalayan alfa-amilaz enziminin etkili olduğu ağızda pH değeri 7'dir. pH değeri midede 1.5 olabilir. Orada da işlevsel enzimler bulunur. Örneğin proteini parçalayan pepsin gibi. İnce bağırsakda bazik bir pH değeri olan 8 hakimdir. Burada proteini parçalayan tiripsin görev yapar. Adı geçen bu enzimler belirtilen pH değerlerinde en yüksek etkiye sahiptir. Yani bütün enzimler böyle bir pH değeri gösterir. Bağırsaktaki bazı sindirim bozukluklarında sindirim enzimi preparatları ağız yoluyla alınır. Protein yapısındaki bu enzim preparatlarının midedeki pepsin tarafından yıkılmamaları gerekir. Bu nedenle tedavi için verilen enzim preperatları mide öz suyunun etkili olmadığı kapsüllere konulur. Böylece bu preparatların tedavisi gereken bağırsağın bazik ortamında çözülmeleri sağlanır. Enzimlerin çoğu substratın (=maddenin) ismine - ase (=az)eki getirilerek adlandırılır (Örneğin nişasta yani amilumdan amilaz; maltozu katalizliyen maltaz gibi). Bütün enzimlerin doğru bir şekilde sınıflandırılması gerekir. Bunun için altı sınıf vardır. Bunlar Uluslararası Enzim Komisyonu tarafından belirlenir. Örneğin alfa-amilaz şu şekilde açıklanır: Alfa (l-4)-Glucan 4- glucano-hidrolaz, 3 nolu ana sınıf olan hidrolazlardandır.
aynı enzim kimesini katalizliyen, ancak farklı moleküler yapıya sahip olan enzimlere İZOENZİM denir. İzoenzimler uygun ayrım yöntemleri, örneğin elektroforezle izole edilebilir. En iyi bilinen izoenzim örneği laktat-dehidrogenaz'dır.
Biyokataliz
Hücre Metabolizması
Metabolik olaylar canlılığın bir işaretidir. Bu olaylar madde alımı, işlenmesi ve atılması şeklinde olur.
Burada metabolik olayların moleküler temelleri incelenecektir. Hücredeki metabolik olaylar hem hayvan, hem de bitki hücresinde aynı şekilde olup, yaşamsal işlevler için gerekli yapı maddelerini ve enerjiyi sağlar. Her hücrede yüzlerce hatta binlerce tepkime olaylanır. Her bir tepkime fiziksel kurallara bağlıdır. Bir tepkimenin yönü ve enerji bütçesi termodinamik ve energetikten çıkar. Gerçek tepkime mekanizmasının sürati kinetik kavramı ile açıklanır. Kimyasal tepkimelerin cereyanı iki büyüklükle belirlenir: Bunlar ENERJİ ve ENTROPİ'dir. Bir sistemin iç enerjisi, bağıl güçleri (çekirdek, atom, iyon ve moleküllerini) bir arada tutmasının sonucudur. Bu güçler ne kadar kuvvetli ise sistem enerjice fakir ve stabil (=değişmez)dir, ne kadar zayıfsa değişken (=instabil) ve enerjice zengindir.
Kimyasal tepkimelerin dinamiğini belirleyen ikinci büyüklük, bir sistemin ENTROPI'sidir. Entropi, sistem ve onun kısımlarını içine alabilen muhtemel enerji verilerinin durumuna bağlıdır. Sistemin olası durumları ne denli büyükse bu da o kadar büyüktür. Her tepkime sistemi, en büyük olasılık durumunu ve böylece en büyük entropiyi alma eğilimindedir. Bir tepkimenin entropisi genellikle tepkime ortağının artışına yol açan yönde artar. Sulu çözeltilerde; çözelti molekülleri ve tepkime ortağı arasındaki değişim ilişkileri dikkate alınır. Bir sistemin entropisi ölçülebilir. Çünkü bu sıcaklık kapasitesi, yani Q.T_1 ile ilişkilidir. Entropi ne kadar büyükse, sistemin kinetik enerjiyi alma olasılığı da o kadar çok olur.
Enzim İnhibisyonu
Hücre metabolizmasında rastlanan kehribar asidinden, dehidrogenaz etkisi ile iki hidrojen atomu ayrılabilir. Bunun sonucunda böylece Fumarik asit oluşur. İfade edilen bu reaksiyon, kimyasal olarak benzer bir molekülle, yani malon asidi ile bloke(=inhibe) edilebilir. Malon asidi de hiç değişmeden, enzimin aktif merkezine oturur. Bu durumda "malon asidi" bu reaksiyon için bloke veya inhibe edici yani inhibitör olarak etki yapar. Substrat veya inhibitörün enzimi işgal edip etmediği, onun yoğunluğuna bağlıdır. İnhibitörün yoğunluğu ne kadar yüksek ise, o kadar fazla miktarda enzim molekülü bloke edilir. Yani gerek substrat ve gerekse inhibitör aktif merkeze yerleşmek için birbirleri ile rekabet eder. Enzim blokesinin bu şekline "kompetitif bloke (=inhibisyon)" denir. Bu bloke substrat yoğunluğunun artırılması ile eski duruma getirilir (=reversibl, yani dönüşümlüdür).
Substrat molekülleri ile hiçbir benzerliği olmayan moleküllerin, bloke ettiği enzimler de vardır. Bu tip enzimlerin aktif merkezleri yanında ikinci bir bağ merkezi taşıdıkları belirlenmiştir. Eğer buraya bir .madde (=substrat) bağlanırsa, bu enzimin mekansal yapısını etkileyerek onun katalitik aktivitesine tesir eder. Bloke edici madde (=inhi-bitör)nin enzimin aktif merkezini değil de, bu ikinci bağlanma yerini işgal ettiği enzim inhibisyonları da vardır. Bunlara "Kompetitif olmayan (=nonkompetitif) bloke(=inhibisyon) denir
Bu mekanizma metabolik olayların düzenlenmesi için çok uygundur. Bunun için son ürün inhibisyonu çok iyi bir örnektir. Bir reaksiyon zincirinin son ürünü, inhibitör olarak zincirin başına, metabolik basamağa etki yapar ve böylece daha az miktarda son ürün oluşur. Bu şekildeki bir olaya negatif geriye dönüşüm denir. Örneğin fosfofruktokinaz enzimi, fruktoz-6-fosfatı, fruktoz 1,6 bisfosfata dönüştürür. Glikoz metabolizmasında sonradan görülen sitrik asit, enzimi inhibe eder ve böylece glikozun miktarını azaltır.
Enzim İnhibisyon
Enzim reaksiyonunda çeşitli aminoasitlerin çok sayıdaki yan zinciri, aktif merkezde substrata etki yapar. Aktivasyon enerjisi azaltılır ve tepkime olaylanır. Çok sayıda aminoasidi yan zincirinin aynı anda devreye girmesi enzim etkinliği için tipiktir. Bu nedenle burada "ÇOK İŞLEVLİ KATALİZ"den söz edilir. Hücrenin çok sayıdaki enzimlerinden bazıları düzenlenebilir, çünkü onlar katalizör olarak etkime yeteneklerini belli bir maddeyi bağlayarak değiştirirler. Böylece substrat yoğunluğunun aynı kalmasf halinde, tepkime hızı değişir. Etkili maddeye "EFEKTÖR" denir. Bu, metabolik olaylarda oluşan maddedir. Eğer tepkime hızı efektör moleküllerinin bağlanması ile düşerse "İNHİBİSYON"dan, artarsa "AKTİVASYON"dan söz edilir. Efektörler substrata göre çok farklı olabilir. Aktif merkezde değil de, özel bir bağlantı noktasında bağlanabilirler. Bu bağlantı noktasına "ALLOSTERİK MERKEZ (=başka yapılı)", bütün bu görünüme de "ALLOSTERİ" denir
Hidrojen Taşınımı
Kas hücrelerinde yorgunluk halinde laktik asitten süt asidi oluşur. Bu arada bir hidrojen taşmımı meydana gelir. Böylece laktik asit süt asidine indirgenir. Bu reaksiyon için gerekli hidrojen "NİKOTÎNAMİD-ADENİN-DİNÜKLEO-TİD" (NAD+) adlı koenzimlerden elde edilir. Bu okside olmuş koenzim, sadece metabolik olaylarda tekrar NADH+H+'e indirgenir. Bir hidrojen molekülünün her iki hidrojen atomundan birisi "Hidridİyonu (H-)" şeklinde, substratdan NAD+'ye taşınır. Diğeri ise H+ iyonudur.
Hidrojen taşıyan NAD+ koenzimi, hidrojeni gevşekçe bağlama ve gerektiğinde geri verme özelliğindedir. Hücre metabolizmasında NAD+ ile birlikte başka koenzimler de bulunur. Bunlar da tersinir olarak H2'i bağlayabilirler. Kimyasal bakımdan NAD+'ye benzeyen NADP+, adenozinin ribozunda, ilaveten bir fosfat grubu taşır.
Hücre metabolizmasında rol oynayan başka bir koenzim de "FLAVİN-ADE-NİN-DİNUKLEOTİD" (FAD)'dir. Bu moleküle de tersinir (dönüşümlü) olarak H2 bağlanır ve FADH2 oluşur. FADH2 de çok iyi bir H2 taşıyıcısıdır.
Enerji Nakli
Bütün canlı olaylar için hücrenin enerjiye gereksinimi vardır. Madde yapımı için kimyasal enerjiye, vücut sıcaklığını korumak için de sıcaklığa ihtiyaç duyulur. Glikoz yıkımının ekzergonik tepkimesi ile endergonik reaksiyonlar için enerji kazanılır. Kas hücreleri mekanik, sinir hücreleri elektrikî enerji üretir. Bunların çalışmasında da enerji kullanılır. Hücre için enerji nakli ve depolama sorunu vardır. Zira hücredeki tepkimeler her zaman glikozun yıkıldığı yerde olmaz.
Enerjiyi hücrede taşıma ve tesbit etme yolu, kimyasal bağların biraraya gelmesinden geçer. Bunun için kullanılan enerji, bağların ayrılması ile serbest bırakılır. Bütün canlı hücrelerinde "ADENOZİNTRİFOSFAT=ATP" enerjinin nakil ve depolanmasına hizmet eder. Molekülün 3 fosfat grubu vardır. ATP'nin sahip olduğu enerji, üç fosfat ünitesinin iki kimyasal bağında bulunur. Bu, bağların hidrolitik parçalanması ile serbestleşir. Enerjice zengin olan bu bağ (—) işareti ile gösterilir. Adenozintrifosfattan bir fosfat P kalıntı ayrılarak "ADENOZİN-DİFOSFAT= ADP" oluşur.
Her mol için açığa çıkan 30 kJ enerji tepkimelerde kullanılır. Yani ATP-sentezi endergonik (=enerji gerektiren), ATP'nin hidrolizi ise ekzergonik (=sistemden enerji çıkaran) bir olaydır. Ekzergonik tepkimede açığa çıkan enerjinin, sadece belli bir kısmı, örneğin madde yapımı ve kas çalışmasında, kullanılır. Geri kalan diğer bölümü ise sıcaklık olarak dışarıya salınır. Vücuttaki bütün hücrelerde ATP bulunur. Hücredeki yoğunluğu 0,5-2,5 mg/ml/doku kadardır. İnsan vücudu her zaman sadece 35 gr ATP içerdiğinden, ATP-molekülleri günde, yaklaşık 2400 defa ADP'den yapılır ve tekrar ADP'ye yıkılır. ATP'nin dönüşüm yüzdesi çok yüksektir.İnsan vücudunda ATP'nin günlük değişimi çok büyüktür. Günde 85 kg ATP oluştuğu ve tekrar yıkıldığı tahmin edilir.
Glikoliz Nedir, Glikoliz Evresi
Glikoz doğada çok yaygın olan bir monosahkariddir. Hücreler glikozu özel bir yolla yıkar. Bitki ve hayvanlar, burada açığa çıkan enerjiyi, yaşamsal işlevlerini devam ettirebilmek için kullanır. Glikoz yıkımının ilk bölümüne "GLIKOLIZ" yani "ŞEKER PARÇALANMASI" denir.
Glikoliz sitoplazmada olaylanır. Glikoz, tepkime zincirinde iki molekül "PIRUV1K ASİDE" ayırılır. 6-C-atomundan oluşan glikoz iki C3 molekülüne ayrılır. Şeker parçalanması glikoz molekülünün aktivasyonu ile başlar. Burada ATP kullanılarak Glikoz-6-fosfat oluşur. Tepkimenin seyri aşağıdaki gibidir: (1) Bu tepkime endergoniktir. Glikoz-6-fos-fat, glikoza göre enerjice daha zengindir. Bu nedenle de tepkimeye daha hazırdır. Böylece glikoz aktive edilir. Glikoz-6-fosfat hekzokinaz enzimi ile katalizlenir ve bütün fosforilize olan maddeler gibi, hücreyi terk etmez; zira membran bu maddeyi geçirmez. Bu maddeler hücrenin tepkime bölgesinde kalır. Glikoz-6-fosfat daha sonra fosfo-glikoizomeraz enzimi ile fruktoz-6-fosfata değişir. (2) Bu da bir molekül ATP kullanılarak, fosfofruktokinaz enzimi ile tekrar fosforilize olur ve fruktoz-1, 6-bisfosfat (3) meydana gelir. Bu da daha sonra iki C3 molekülüne ayrılır. Bunlar (4) "Gliserin aldehit-3-fosfat" ve (5) "dihidroksiaseton-tbsfat"dır. Bu iki molekül birbirleri ile izomer olup, kimyasal bir denge içindedir. Gliserin aldehid, glikolizin sonraki basamağında "Gliserin asidi"ne okside olur. Bu oksidasyonda korboksil grubu da fosforilize olur ve "Difosfogliserikasit" (6) meydana gelir. Aldehidin aside oksidasy-onu glikolizin enerji açığa çıkaran basamağıdır. Fosfat grubu anorganik fosfattan kökenlenir. Difosfogliserikasit başta üç fosfogliserik asit (7), sonra iki fosfogliserikasit (8) ve daha sonra da fosfofenolpirüvikasit (9) üzerinden "PİRÜVİKASİDE" (10) dönüşür. (anaerobik glikoliz)
Glikoliz sonucunda, her glikoz molekülüne karşılık 2 mol ATP, net kazanç olarak ortaya çıkar. Bundan başka, sonraki tepkimelerde kullanıma hazır, iki mol indirgenmiş NADH+H+ koenzimi oluşur. (biyokimya glikoz ppt)
Glikozun yeniden yapımın (=Glikoneogenez) da, örneğin karaciğerde "GLİKOJEN"in oluşumu, glikolizin dönüşürlüğü ile olmaz; yani "Glikoz-6-fosfat"ın "Glikoz-1,6-bisfosfat'dan oluşumu için, özel bir enzim gerekir. Bu enzime "HEKZOKİNAZ" enzimi adı verilir.
Sitrikasit Çevrimi (Krebs Siklusu)
Glikoliz sonucunda, glikoz iki mol prüvik aside indirgenir. Bu sırada her mol glikoz için iki molekül ATP meydana getirilir. Üç karbon atomlu pirüvik asitten bir molekül C02 ayrılır (11). Serbestleşen hidrojen indirgeme eşdeğeri şeklinde kazanılır (NADH+H ve FADH2). Bunlar daha sonra enerji kazanımı için solunum zincirine geçer. Ayrıca asetatın oksidas-yonunda lmol Nukleotid üç fosfat GTP olarak oluşturulur. Geriye kalan sirke asidi taslağı bir koenzimle bağlanır. Buna "KOENZİM-A" denir. Böylece sirke asidi tepkiyebilir bir duruma getirilir. Koenzim-A enerjice zengin ve aktive edilmiş sirke asidini, yani "ASETİL KOENZİM-A"yı oluşturur. Sonraki basamakta sitrik asit Asonitaz enzimi ile izositrik aside izomerize olur. (sitrik asit formülü nedir)
Asetil koenzim-A, tüm metabolik olayda merkezi bir birleşik konumundadır. Çevrimin sonraki aşamasında ise "SİTRİKASIT ÇEVRİMİ"ne bağlanır ve C6-bağlı bir "SİTRİKASİT" oluşur (12). Bundan çok basamaklı bir çevrimde 2C02 açığa çokar. Sonuçta tekrar okzoloasetik asit elde edilir. Yani Asetil-Ko A akseptörü, sitrikasit çevriminde yenilenir ve çevrim tekrar başlar. Bu aşamalar kısaca şöyledir: Önce "CİSAKONİTİK ASİT" (13), C6-bağlı "İZOSİTRİK ASİT" (14) ve "OKZALOSUKSİNİK ASİT" (15); C5-bağlı "ALFA-KETOGLUTARİK ASİT"e (16); C4-bağlı "SUKSİNİK ASİT" (17-20), o da C4-bağlı "FUMARİK ASİT"e (21), o da tekrar C4-bağlı "MALİK ASİT"e (22), daha sonra da C4-bağlı "OKZALOASETİK ASİT"e (23) dönüştürülür. (sitrik asit üretimi ve döngüsü)
Çevrim sonucunda 2 mol C02'le birlikte, 3 mol NADH+H+ ve bir mol NADH2 meydana gelir. Hidrojenin tamamı H2-taşıyıcı koenzimle bağlanaraksaklanır.
Solunum Zinciri
Glikoliz ve sitrikasit çevriminde bir mol glikozun yıkımından 2 mol ATP ve bir mol GTP (=Guanozin trifosfat) açığa çıkar. Bunun yanında koenzime bağlı hidrojen "NADH + H+ ve FADH2" olarak oluşur. Bunlar enerjice zengin moleküllerdir; zira bunlar enerjinin serbestleşmesi sırasında, kolayca oksijene taşınabilir elektron çifti taşırlar. Bu tepkime çok büyük bir enerjinin açığa çıktığı patlayıcı bir reaksiyondur. Aynı şekilde bu gaz reaksiyonunda hidrojen elektronları oksijene taşınır.
Madde değişiminde NADH + H+ ve FADH2 elektronları oksijene geçer. Bu elektron taşınımı mitokondrinin i,ç membranında olur. Bu, örneğin içinde sitokrom enzimlerinin arka arkaya bulunduğu gibi, çok sayıda elektron taşıyan moleküllü bir elektron zinciri üzerinden adım adım gerçekleşir. Enerji böylece aniden değil porsiyon porsiyon, yani yavaş yavaş açığa çıkar. Bu şekilde elde edilen enerji ATP'nin fosforilasyonunda kullanılabilir. Bu nedenle solunum zinciri tepkimelerine "OKSİDATİF FOSFORİLASYON veya SOLUNUM ZİNCİRİ FOSFORİLASYONU" denir
ATP'nin Oluşum Mekanizması, Biyoloji ATP
ATP, basit ve hücrede sıkça kullanılan yolla oluşturulur. Buna göre ATP oluşum mekanizması, elektrokimyasal proton derecelerinin yapımı ile başlar. Proton nakli için aktive edici güç, mitokondri iç membranı ile ve de içten-dışa doğru elektron naklinin solunum zinciri koenzimleri tarafından adım adım ilerlemesi ile sağlanır. Protonlar suyun disosiyasyonu (H20—> H++OH~) nedeniyle, mitokondri mat-riksinde her zaman bulunur. Elektron nakil zincirinde üç noktada proton pompasının varlığı deneysel olarak saptanmıştır Bunlar elektron akışı sırasında iç mitokondri membranı sayesinde proteinleri taşır. Gerçekten de bu membranda 1,4 birimlik pH farkı vardır. Bu pH değeri iç kısımda dışdakine göre daha yüksektir. "ATP-SENTEZİ" bu protonların dıştan içe doğru geriye akışı sırasında; yani bu proton gradienti tekrar yıkıldığında, olaylanır.
ATP sentezi, çok sayıda protein yapı taşından oluşan ve bir kanala sahip enzimde olaylanır. Bu sentezin gerçekleştiği yerin, küçük küremsi ve iç mitokondri membranının matriks tarafındaki bir yapı olduğu, elektron optiki olarak kanıtlanmıştır. Geriye akan iki proton, bir ATP molekülünün sentezi için enerji iletir. Proton gradientinin yapımı üzerinden ATP-oluşumu ve kimyasal ozmotik yoğunluk farkının dengelenmesi sonucu enerji kazanımı, daha birçok deneyle incelenmelidir. Bu konuda üzerinde en çok durulan "KEMO OZMOTİK" varsayım, büyük oranda kabul görür.
Atp Yapısı
Elektriki alan ve pH farkından dolayı içerilen enerji, ATP oluşumu için kullanılır. Enerjinin bu şekildeki eldesi, dağın tepesinden aşağıya inen ve bir elektrik türbününü çalıştıran enerji ile karşılaştırılabilir. ATP, H+ iyonlarının matriksde dolaştığı sürece oluşur. Bunun için esas olan koşul ise elektron nakli ile sürekli H+ iyonlarının tekrar dışarıya taşımını ve bu yüzden elektriki ve pH düşüşünün korunmasıdır. ATP'nin fotosentezde oluşumu, aynı kurama göre gerçekleşir. Bu yöntem ters yönde de kullanılır. Elektrik enerjisi ile türbünü pompa gibi işletip suyu tekrar yukarıya pompalamada olduğu tarzda ATP'nin parçalanması ile çeşitli iyonların (H+-, K+- ve Na+- iyonları) bir membrandan geçip yoğunluk düşüşü yolu ile nakledilmesi mümkündür. Burada "AKTİF İYON NAKLİ" söz konusudur. (Atp molekül)
Yağ Yıkımı (Yağ MetaboIizması)
Yağlar fevkalade iyi enerji depolar. Bunlar yağ hücrelerinin sitoplazmasında, üç yağ asidi molekülünün bir gliserin molekülü ile esterleşmesiyle elde edilen "triaçilgliserid" şeklinde depolanır. Eğer 70 kg ağırlığındaki bir insanın 10 kg'lık yağ rezervi karbonhidrat olarak depo edilmek istense idi, o insanın 120 kg'dan daha ağır olması gerekirdi.
Nötr yağların katabolizmasında iki ana dönem ayrılır. Bunlardan ilki Yağ yıkımı, yağ moleküllerinin gliserin ve yağ asidine ayrılması ile başlar ve yağasitlerinin P-Oksidasyonu ile sürer. Gliserin molekülü "dihidroksiaseton fosfat" üzerinden gliserin aldehit-3-fosfata değişir ve böylece glikolizde tekrar işlenir. Daha çok palmitik veya stearik asit gibi, 16 veya 18 karbon atomlu uzun karbon zincirli, yağ asitleri çok basamaklı bir yıkım olayına girer. Buna "beta-oksidasyon" denir. Zira o yağ asidinin beta-C-atomundaki oksidasyon ya da yıkım basamağında önemli bir dehidrasyondur.
Eğer stearik asit örneğinde olduğu gibi, bir yağ asidinin yıkım yolu incelenirse, bunun stearik asidin 18 karbon atomunun, 9 asetil koenzim A-molekülüne kadar parçalandığı bir yıkım çevrimi olduğu anlaşılır.
Yağ asidi yıkımı ATP kullanılarak, molekülün aktivasyonu ile başlar. Burada yağ asidi molekülünün bir seferlik aktivasyonu için 1 mol ATP'ye ihtiyaç duyulur. Yağ asidi bu reaksiyonda koenzim A'ya bağlanır. İlk yıkım basamağı bir dehidrasyondur. (Yağ asidi metabolizması)
Hidrojen FAD tarafından alınarak FADH2 olmuşur. Yağ asidi molekülünde böylece çiftbağ oluşturulur. Sonraki tepkime basamağında yeni ortaya çıkan çiftbağa su birikir. Onu izleyen dehidrasyonda da NADH + H+ oluşur. Bu reaksiyonda görülen hidrojen NAD'ya birikir. Bu, çevrim olayının son tepkimesinde "asetil koenzim A" parçalanır. Böylece yağ asidi molekülü 2 karbon atomu kısalır. Çevrim kısalmış olan bu molekülle yeniden başlar.
Hücre Metabolizması
Biyokataliz
Enzim İnhibisyonu
Hidrojen Taşınımı
Glikoliz Nedir
Sitrikasit Çevrimi
Solunum Zinciri
ATP'nin Oluşum Mekanizması
Yağ Yıkımı (Yağ Metabolizması)
Kas Hareketi
Amöboid Hareket
İz Elementleri
Bu maddeler vücut için kaçınılmaz olup, en küçük miktarda olsa bile organizmaların gereksinim duyduğu maddelerdir. Bu elementler canlıların sağlıkları açısından çok büyük önem taşır.
En önemli iz elementleri olarak Bor (B); Kobalt (Co); Krom (Cr); Bakır (Cu): Flor (F); Demir (Fe); İyot (İ); Mangan (Mn); Molibden (Mo); Selenyum (Se); Silisyum (Si); Kalay (Sn); Vanadyum (V) ve Çinko (Zn) bilinmekte olup, bunların insan vücudundaki oranı %0,01'den daha azdır. (iz elementi)
Bir elementin genel durumu atomların yapısı ile belirlenir
Atom o elementin en küçük birimi olup, o elementin tüm özelliklerine sahiptir. Buna karşın atomlar da kendilerini belirten subatomar birimlerden oluşur. Fizikçiler atomu en azından yüzden daha fazla parçaya ayırmışlardır. Bunlardan sadece üçü hem biyolog hem de kimyacılar için önem taşır. Bunlara"NÖTRON", PROTON" ve"ELEKTRON"adı verilir. Nötron ve protonlar birbirlerine çok sıkı bir şekilde yerleşmiş olup, atomun merkezinde sıkı bir çekirdeği oluşturur. Elektronlar çekirdeğin etrafında yaklaşık ışık hızı ile hareket eder. Elektron ve protonlar elektrik yüklüdür. Her elektron negatif, her proton ise pozitif yüklü bir birim taşır . Nötron ise isminden de anlaşılacağı gibi, elektriki olarak nötraldir; yani yüksüzdür. Kütlenin verilmesinde kullanılan alışılmış birimler, örneğin gram yerine ölçü birimi olarak, İngiliz bilim adamı John Dalton'a izafeten, "DALTON" kullanılır. Nötron ve protonların her birinin kütle ağırlığı bir "Dalton"dur. Bir elektronun kütlesi, aynı atomdaki bir proton veya nötronun 1/2000 'sine denk düştüğünden, bir atomun kütlesinin hesaplanmasında elektronları dikkate almayabiliriz.
Düzen Sayısı ve Atom Ağırlığı
Elementlerin atomları subatomar parçacıklarının sayıları ile ayırt edilir. Bir elementin tüm atomları çekirdeklerinde aynı sayıda proton içerir. Bu sayı söz konusu element için karekteristik olup, her elementin sembolünün sol tarafına eğik olarak yazılarak ifade edilir. Örneğin He diye yazıldığında helyum elementinin bir atomunun çekirdeğinde iki adet proton içerdiği anlaşılır. Nötron sayısı, bir atom çekirdeğindeki proton ve nötronların toplam sayıları; yani kütle sayısından elde edilir. Kütle sayısı elementin sembolünün sol üst köşesinde verilir . Bir helyum atomu için bu durumu " \ He" diye yazabiliriz. Düzen sayısı proton sayısını verdiği için, kütle sayısından düzen sayısı çıkarılarak nötron sayısı elde edilir. Yani f He 'da iki de nötron olduğu böylece ortaya çıkar. Bir sodyum atomunda (f/Na)l 1 proton, 11 elektron ve 12 nötron vardır. En basit atom yapısına sahip hidrojen (/ H)de nötron bulunmaz, bu elementin sadece bir nötronu ve onun etrafında dönen bir elektronu vardır. Bir atomun kütlesi çekirdeğinde yoğunlaşır. Hem nötron hem de protonların bir dalton-luk kütlesi olduğundan, bu ölçüt atomun da kütlesini bize verir. Buna da "Atom Ağırlığı" denir. Atom ağırlığı bir atomun kütlesini ifade eder. Atom ağırlığı; yani göreceli atom kütlesi boyutsuz bir büyüklüktür, bu nedenle de dalton olarak ifade edilmez. Bu yüzden Helyumun atom ağırlığı dörttür (tamı tamına 4,032 'dir).
İzotop Nedir, İzotop Atomlar
Belli bir elementin tüm atomları aynı sayıda protona sahiptir; ancak onlar nötron sayıları bakımından ve böylece kütleleri ile birbirinden ayırt edilir. Bu farklı ato-mar formlara bir elemetin İzotop (=Nuklit)u adı verilir. Örneğin düzen sayısı altı olan karbonun üç izotopunu görürüz. Doğal olarak rastlanan karbonun % 99'una eşdeğer en sık olan izotop ( 12/6C) altı nötrona sahiptir. Geriye kalan % l'lik kısım ise yedi nötronlu ( 13/6C)den oluşur. Üçüncü bir izotop olan (14/6C)de sekiz nötron bulunur. Bu izotop doğada çok azdır. Burada dikkati çeken durum her üç karbon izotopunun altı protona sahip olmasıdır. (izotop özellikleri)
Böyle olmasaydı karbon atomu olmazdı. Hem 12C hem de 13C stabil izotoplardır. Bu da onların çekirdeklerinin normalde hiçbir parça kaybetmediğini gösterir. Buna karşın üçüncü izotop olan 14C hem stabil değil, hem de radyoaktiftir. Bir radyoaktif izotopun (Radyonuklid) çekirdeği kendiliğinden parçalanır ve enerji verir. Radyoaktif izotoplar biyolojide özellikle fosil yaşı belirlenmesinde ve belirleyici (=marker) olarak metabolik olayların vücutta izlenmesinde kullanılır. Hücreler aynı elementin radyoaktif ve radyoaktif olmayan izotoplarını aynı şekilde kullanır. Ancak sadece radyoaktif markerler belirlenebilir. Bu yüzden bunlar tıpta teşhiste çok yoğun olarak kullanılabilir. Bu bağlamda ne kadar olumlu yönlere sahip olsalar da radyoaktif ışınlanmalarda çevre ve insan sağlığında yol açtıkları olumsuz sonuçlar, özellikle nükleer kazalardansonraki radyoaktif yağışların ölümcül olduğu, Çernobil nükleer santralindeki kaza ile görülmüştür.
İyon Bağları ve İyonik Bağ Nedir
Hücrede rastlanan iyonların çeşitli rolleri vardır, bunlar geçirgenlik, hareket ve uyarı olaylarını etkiler.
Yüklenmiş bir atom veya moleküle "İYON" adı verilir. Pozitif yüklülük durumuna "KATYON" denir. Buna karşın 17 elektrona sahip olan klor bir elektron daha alarak 18 elektron taşıyarak. +l'lik bir net yüke ulaşır. Bu bir klorid iyonu olup, genel kullanımdaki adı olan "ANYON" ile ifade edilir. Karşıt yüklülük nedeniyle katyonlar ve anyonlar birbirlerini karşılıklı olarak çeker ve böylece "İYON BAĞI" oluştururlar. İyon bağlarına "TUZ" adı verilir. Bu örnekte verilen NaCl hepimizin bildiği sofra tuzudur. (iyon değişimi)
Bunlar doğada değişik büyüklükteki kristal şekillerde izlenir. Tüm tuzlar aynı sayıda katyon ve anyona sahip olmayabilir. Örneğin magnezyumklorid (MgCl2de durum böyledir.
İyon kavramı sadece yüklü atomlar için değil, aynı zamanda elektriki olarak yüklenmiş moleküller için de kullanılır.
Ağızdan Alınan Farmasötik Şekiller ve Farmasötik Kimya
Tablet (Komprime Nedir); Toz halindeki etken maddelerin çeşitli bağlayıcı maddelerle karıştırılarak özel makinalarda sıkıştırılmasıyla elde edilir. Değişik şekillerde olabilir. Bu tür farmasötik şekiller sindirim kanalında su alıp şişerek dağılırlar. Bazıları ise doğrudan ağızda çiğneme tableti şeklinde kullanılırken bazıları da suda köpüren şekilde olabilir.
Draje Nedir; Tabletlerin şeker, çikolata gibi tatlandırıcı maddeler ile kaplanmasıyla elde edilir. Böylece alınmaları daha kolaylaştırıcı olur.
Pilul (Farmasötik İlaç); Toz halindeki aktif etken maddelerin bağlayıcı maddeler ile karıştırılarak küçük kürecikler haline gelmesiyle elde edilir.
Kapsül Nedir; lezzet ve koku bakımından hoş olmayan sıvı veya katı etken maddelerin alınmasını sağlamak amacıyla bunların silindir veya zeytin şeklinde jelatin muhafaza ile kaplanması sonucu elde edilir.
Kaşe nedir; lezzet ve kokusu hoşa gitmeyen etken maddelerin nişastadan yapılan yassı silindirik muhafazalar içine alınmasıyla elde edilir.
Toz; sentetik veya doğal kaynaklı çeşitli ilaçlar toz haline getirilerek kaşık veya diğer ölçeklerle alınır.
Paket; toz halindeki ilaçların bir defalık dozlarını kağıt paketler içerisine konulmasıyla elde edilir. (farmasötik teknoloji)
Diğer yollardan kullanılan farmasötik şekiller
Supozituvar nedir; Rectal uygulamaya özgü ilaçlardır. Bunlar genelde koni şeklinde olup oda sıcaklığında katı, vücut ısısında ise eriyen ilaçlardır. Etken maddelerin eritilmesiyle hazırlanır.
Ovül Nedir; vajinal yolla uygulanmak üzere hazırlanmış supozituvara benzer farmasötik şekillerdir.
Transdermal Terapotik Şekiller; etken maddeleri flaster içine yerleştirilmesi veya herhangi bir kağıt üzerine emdirilmesiyle hazırlanmış farmasötik şekillerdir.
İlaçların Sıvı Farmasötik Şekiller ve Farmasötik Ürünler
Solüsyon Nedir; etken maddenin su veya diğer bir çözücüde çözünmesiyle elde edilir.
Enjeksiyonluk Solüsyon; vücuda enjekte edilmeye özgü steril solüsyonlardır. Bunlar yağlı veya sulu solüsyon şeklindedir. Yağlı solüsyon intravenöz ve intradermal olarak kullanılmazlar. Solüsyon halinde çabuk bozulan ilaçlar çözücü ve etken maddeleri ayrı olarak hazırlanırlar. Kullanılacakları zaman steril çözücü ile etken madde karıştırılır.
Emülsiyon Süspansiyon Nedir; bunlar birbiri içerisinde erimeyen 2 fazlı sistemlerdir. Emülsiyonda her 2 faz sıvıdır, süspansiyonda ise fazlardan biri sıvı diğeri katıdır. Süspansiyon katı ilaçların bir sıvı içerisinde küçük partiküller halinde dağılması suretiyle elde edilir. Ve bunlar bir süre bekleyince katı maddeler dibe çöker. Bu nedenle kullanılmadan önce iyice karıştırılmalıdırlar. Emülsiyon ise bir sıvı maddenin diğer sıvı içinde damlacıklar halinde dağılmasıdır. (farmasötik mikrobiyoloji)
Şurup Nedir; %60’dan fazla şeker içeren sıvı farmasötik şekillerdir. Şeker miktarı yüksek olduğundan içerisinde bakteri mantarları üremez ancak bu tür farmasötik şekillerin diabetli hastalarda kullanılmasına dikkat edilmelidir. İçersinde %64 oranında şeker bulanan şuruba basit şurup denir.
Lavman; Rectal yolla kullanılan solüsyon veya süspansiyonlardır. Bunların küçük hacimlerde olanlarına enema denir.
Posyon nedir; az miktar şeker içeren etken maddenin çözünmüş olarak bulunduğu sıvı farmasötik şekillerdir. Şeker oranı düşük olduğundan içinde bakteri ve mantar üreyebilir. Bunlar majistral olarak 5-6 günlük hazırlanır.
Merhem (pomat); Etken maddenin vazelin, lanolin gibi maddelerle karıştırılarak hazırlandığı farmasötik şekillerdir. Bunlar haricen sürülerek kullanılır ve daha katı olanlarına pat adı verilir.
Aerosol nedir; etken maddenin özel solventler içerisinde çözünmesiyle elde edilir.
Damla; küçük hacimlerde ve damla sayılarak kullanılan solüsyonlardır. Ağızdan alınabildiği gibi burun, göz, kulak damlası olarakta kullanılabilir.