Enzimlerin Aktivitesini Etkileyen Faktörler
Enzimler biyolojik sistemlerde çok küçük miktarlarda bulunurlar. Bu nedenle enzimin miktarından çok biyolojik sistemde gösterdiği aktivite miktarı ölçülür ve buna “ünite enzim” denir. Ünite enzim: standart koşullarda ve 25 oC ‘de 1 µmol substratı 1 dakikada ürüne çeviren enzim miktarıdır.
Enzimler tarafından katalizlenen ve reaksiyonların hızını etkileyen faktörler çok çeşitlidir. Bunlar:
• ☼ Su,
• ☼ Ortam pH’sı,
• ☼ Sıcaklık,
• ☼ Enzim konsantrasyonu,
• ☼ Substrat konsantrasyonu,
• ☼ Zaman,
• ☼ Diğer kimyasal maddelerdir.
Nükleik Asitler
• Proteinlerin birçoğundan daha büyük moleküllerdir. C, H, O, N ve P içerirler. İlk defa 19. yy da İsveçli Biyokimyacı Friedrich Miescher tarafından çekirdekte keşfedilmiştir. Daha sonra hücrenin diğer kısımlarında da varlığı gösterilmiştir. Yapısına katılan şekere göre iki çeşiti vardır. Biri riboz (ribonükleik asit) diğeri deoksi riboz (deoksiribo nükleik asit) içerir. RNA ve DNA arasında gerek yapı gerekse işlev bakımından büyük farklılıklar vardır. DNA çekirdekte kromozomların içinde çok az miktarda da mitokondrilerde ve kloroplastlarda bulunur. En önemli görevi biyolojik bilgi taşımaktır.
RNA çekirdekte özellikle çekirdekçikte, ribozomlarda ve daha az miktarda da hücrenin diğer kısımlarında bulunur.
• Polisakkaritler ve proteinler gibi nükleik asitlerde daha küçük yapı taşlarından oluşmuş uzun polimerlerdir. Nükleik asitler, nükleotit denilen birimlerden oluşur. Bir nükleotit, azotlu baz, beş karbonlu şeker ve fosforik asitten meydana gelir.
DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT (DNA):
• RNA virüsleri hariç tüm organizmalarda kalıtım materyalidir. Watson ve Crick 1953’te DNA’yı hücreden kristal halde elde ederek X-ışını kırınımı yöntemi ile kimyasal analizini yapmışlardır. Buna göre DNA nükleotitleri baz grupları arasında zayıf hidrojen bağları ile bağlanarak uzun DNA zincirlerini meydana getirirler.
• DNA molekülü içindeki nükleotitler öyle bağlanmıştır ki bir nükleotitteki şeker her zaman bir sonraki nükleotitteki fosfat grubuyla bağ yapar. Bu şekilde azotlu bazlar zincirin yan grupları olacak şekilde uzunca bir şeker-fosfat zinciri kurulur. Aynı türe ait DNA moleküllerinde dört farklı tip nükleotit sıralanışı aynıdır ve farklı türlerde değişir. Her tür DNA’nın özelliğini belirleyen işte bu diziliştir. Aslında kalıtsal bilgiyi kodlayan da DNA’da nükleotitlerin sıralanışıdır. Bu da protein sentezinin kontrolü şeklinde ifade edilir.
Özelliklede DNA’da nükleotitlerin dizilişi proteinlerin amino asitlerinin dizilişini belirler.
Canlıların farklı türleri nükleik asit moleküllerindeki nükleotitlerin sayıları ve farklı dizilişleri ile ortaya çıkmaktadır.
• DNA molekülleri genel olarak tekli yapıda bulunmazlar. Bunu yerine bu yapıda iki zincir zıt yönlerde ve merdivenin dikey kısımları şeklinde düzenlenir. Aralarında da merdivenlerin basamaklarını oluşturan azotlu bazlar bulunur. Karşılıklı gelen iki zincirin bazları arasındaki hidrojen bağları iki zinciri bir arada tutar. Sonuçta oluşan çift zincirli molekül çift sarmal şeklinde kıvrılır.
• Düzenli sarmal kıvrılma ve bazlar arasındaki hidrojen bağlanmaları ile oluşan DNA molekülünün merdiven yapısının kurulması üzerinde rol oynayan iki çok önemli etmen vardır:
1- her bir basamak bir pürin birde pirimidin bazından meydana gelmelidir. Ancak bu şekilde tüm halkalar eşit büyüklükte olabilecek ve düzenli bir sarmal yapı kurulabilecektir.
2- Pürin guanin olduğu zaman pirimidin sitozin olacaktır. Sadece bu eşleşmeler sözü edilen hidrojen bağlarının kurulmasına olanak tanır. Bazların baz çifti oluşturma sırası önemli olmadığı için dört farklı basamak kurulabilir. Bu düzenlemenin biyolojik anlamı: bir tek zincirin baz dizilimi diğer zinciri de belirler ve her hücre bölünmesinde iki zincir ayrılıp birer kopyasını oluşturabilir.
• Buna göre DNA’nın yapısında daima adenin nükleotit timin nükleotitle, guanin nükleotit ise sitozin nükleotit ile birleşerek uzun zincirler meydana getirir.
DNA’nın yapısında bulunan bazlarda adenin nükleotit sayısı daima timin molekülleri sayısına, guanin moleküllerinin sayısı da sitozin moleküllerine eşittir. Adenin-timin arasında iki, guanin-sitozin arasında ise üç hidrojen bağı vardır. Bu nedenle guanin-sitozin arasındaki bağ adenin-timin arasındaki bağdan daha kuvvetlidir. Çünkü bir hidrojen bağı daha fazladır. Böylece adenin-sitozin ve guanin-timin birleşmesi de engellenmiş olur.
DNA’nın kendini eşlemesi (=replikasyon)
• Yaşamsal işlevler incelikli ve kesin bir şekilde işleyen bir seri bilgi aktarımı ile yürütülür. Bir organizmanın DNA’sının genleri o organizmayı oluşturmak için gerekli bütün bilgiyi içerir. Bu bilgi belirli bir görevi olmayan özelleşmemiş tek bir hücreden, işlevlerine göre farklılaşmış hücrelerin oluşturduğu karmaşık dokular ve organlar topluluğuna kadar gelişimini düzenler ve ayrıca glikoliz ve Krebs döngüsünden organizmanın davranışına kadar giden biyokimyasal olayları idare eder.
• Bu genetik bilgi aktarımı 2 şekilde olur.
• Birincisi: DNA’daki bilgiler hücre yapımı ve doğrudan kimyasal olaylar için kullanılır.
• İkincisi: bilgiler kopya edilir ve her yeni yavru hücreye aktarılır. Bu hücre ya bir organizma büyürken çoğalma sırasında oluşan yeni bir hücre ya da tamamen yeni bir organizma oluşturmak için birleşen gametlerden (yumurta veya sperm) biri olabilir. Bir organizmanın hem kendi yaşamını hem de bir dölden diğerine yaşamın devamlılığını bu bilgi sağlar.
DNA replikasyonunun mekanizması
• DNA replikasyon işlemi oldukça karmaşıktır.
Helisel şekli stabilize eden ve DNA’nın iki
zincirini bir arada tutan Hidrojen bağları kırılıp,
zincirler birbirinden ayrılır. Kalıp olarak
kullanılan atasal zincirdeki nükleotid yapı ve
dizilimine eş oluşturabilen tamamlayıcı
nükleotitler yeni zincir oluşturmak için yapıya
kovalent olarak bağlanırlar. Her basamak özel
enzimlerce çabuk ve akıcı bir şekilde
gerçekleştirilir.
DNA onarımı
• DNA’nın eksiksiz olarak replikasyonu normal bir hücrenin işlevi için zorunludur. Mutasyonlar (genlerdeki kalıtsal değişiklikler) temel bir enzimin yapısını değiştirerek metabolik bir yolu geliştirmekten çok onu bozarlar. Özellikle zararlı olan iki tip mutasyon DNA’ya bir baz ilavesi (insersiyon); bir baz çıkarılmasıdır (delesyon). Bu mutasyonlar sonucu inaktif enzimler sentezlenir. İnsersiyon yada delesyonun olduğu bölgelerde ribozomlar yanlış tripletlerin translasyonuna başlar ve kodonun asıl anlamı değişir. Kodonların okunması kaydığında terminasyon sinyali meydana gelirse polipeptid zincirinin sentezi erken sonlanabilir. Baz sübstitisyonu bir nükleotidin yerini başka bir nükleotidin almasıdır. Yani CGG olan bir kodon CAG olabilir. Bu da başka bir amino asiti kodlar. Baz sübstitisyonu diğer ikisi kadar tehlikeli sonuç vermeyebilir.
Herbiri protein sentezinde farklı görevlere sahip olan üç tip RNA vardır.
1) Haberci RNA ( Messenger RNA, m- RNA)
• m-RNA nükleusta kromozomların aktif
ökromatin bölgesinde sentezlenir, bir kaç yüz
nükleotitden meydana gelir. Sentezlenen
RNA’daki baz dizileri transkripsiyonu yapılan
DNA’daki baz dizilerine eşittir ve RNA aracı
bir moleküldür.
2) Taşıyıcı RNA (Transfer RNA, t- RNA)
• t- RNA nükleusta kromozomların aktif ökromatin bölgesinden doğrudan doğruya sentezlenir. 70-80 nükleotitden oluşur. Seçme ve taşıma işlerini yürütür. Sitoplazmada bulunur, amino asitleri yakalarak onları ribozom üzerindeki m-RNA’nın uygun yerlerine yerleştirir. Her aa için bu aa’e özgü iki ya da daha fazla t-RNA vardır.
64 kadar kodon kelime olduğuna göre t-
RNA çeşidinin de bu sayıda olması beklenir
fakat bir ya da daha fazla kodona
bağlanan yalnızca 40 t-RNA vardır.
3) Ribozomal RNA (r-RNA)
• Nükleolusta doğrudan doğruya DNA’dan büyük prokürsörler (öncü) halinde sentezlenir.
Ribozomlarda % 60 oranında r-RNA ve % 40
kadar protein bulunur. r-RNA bir yapı maddesi
olup görevi ribozomu kurmaktır. Ribozomdan
ayrılırsa ribozom dağılır ve görev yapamaz.
HÜCRE HÜCRE
Bir hücre zarı:
☺ DNA’sıyla birlikte çekirdeği,
☺ çeşitli organik sıvıdan oluşmuş sitoplazmayı,
☺ iç zarları ve
☺ kendine özgü özellikleriyle organellerden oluşan hücrenin içini korumalıdır.
Bütün canlılarda yaşayan en küçük birim hücredir ve yaşam için gerekli bütün biyolojik olayların geçtiği yerdir. En ilkel yapılı hücre prokaryotik hücredir. Prokaryot hücrelerde, çekirdek zarı bulunmaz, bu nedenle kalıtsal materyal DNA, hücre sitoplazmasında serbest olarak bulunur. Gelişmiş hücrelerde görülen bazı organellere de sahip değildir. İleri yapı gösteren hücreler ise ökaryotik hücrelerdir. Bunlarda DNA materyali, çekirdek zarı ile çevrelenmiştir. Çok değişik organellere sahiptir.
Bir hücre zarı:
☺ DNA’sıyla birlikte çekirdeği,
☺ çeşitli organik sıvıdan oluşmuş sitoplazmayı,
☺ iç zarları ve
☺ kendine özgü özellikleriyle organellerden oluşan hücrenin içini korumalıdır.
Bütün canlılarda yaşayan en küçük birim hücredir ve yaşam için gerekli bütün biyolojik olayların geçtiği yerdir. En ilkel yapılı hücre prokaryotik hücredir. Prokaryot hücrelerde, çekirdek zarı bulunmaz, bu nedenle kalıtsal materyal DNA, hücre sitoplazmasında serbest olarak bulunur. Gelişmiş hücrelerde görülen bazı organellere de sahip değildir. İleri yapı gösteren hücreler ise ökaryotik hücrelerdir. Bunlarda DNA materyali, çekirdek zarı ile çevrelenmiştir. Çok değişik organellere sahiptir.
• Hücrenin Mikroskobik Yapısı
Prokaryot ya da ökaryot bütün hücreler, hücre zarı, sitoplazma ve ribozom taşır. Bir ökaryot hücre 2 ana bölümde incelenir:
A – Hücre zarı B – Protoplazma
1. Sitoplazma ……sitozol …….organeller
2. Nükleus
• Hücrenin Mikroskobik Yapısı
Prokaryot ya da ökaryot bütün hücreler, hücre zarı, sitoplazma ve ribozom taşır. Bir ökaryot hücre 2 ana bölümde incelenir:
A – Hücre zarı B – Protoplazma
1. Sitoplazma ……sitozol …….organeller
2. Nükleus
1- Sitoplazma ve sitoplazmada bulunan organeller 1- Sitoplazma ve sitoplazmada bulunan organeller
Hücre zarı ile nükleus arasında yer alan viskos kısma stoplazma denir. Sitoplazma sitozol ve organellerden oluşur.
a) Sitozol
Nukleus ve organellerin etrafını çeviren kolloid kısımdır.
Sitozolde suda erimiş tuzların yanında büyük ve küçük moleküllü bir takım organik moleküller de bulunur. Sitozolde bulunan bütün partiküller hidrofil özelliktedir, yani su moleküllerini çeker/ onlar tarafından çekilirler. Sahip oldukları elektrik yükü nedeniyle proteinler ve diğer partiküller devamlı birbirlerini iterler ve birbirlerine yaklaşmazlar. Böylece sitozol kolloid bir özellik kazanır ve çok fazla su içermesine rağmen su gibi akmayıp yumurta akında olduğu gibi bir arada kalır.
Hücre zarı ile nükleus arasında yer alan viskos kısma stoplazma denir. Sitoplazma sitozol ve organellerden oluşur.
a) Sitozol
Nukleus ve organellerin etrafını çeviren kolloid kısımdır.
Sitozolde suda erimiş tuzların yanında büyük ve küçük moleküllü bir takım organik moleküller de bulunur. Sitozolde bulunan bütün partiküller hidrofil özelliktedir, yani su moleküllerini çeker/ onlar tarafından çekilirler. Sahip oldukları elektrik yükü nedeniyle proteinler ve diğer partiküller devamlı birbirlerini iterler ve birbirlerine yaklaşmazlar. Böylece sitozol kolloid bir özellik kazanır ve çok fazla su içermesine rağmen su gibi akmayıp yumurta akında olduğu gibi bir arada kalır.
• Bazı bitki hücrelerinde sitoplazma hareketleri gözlenebilir. Bunlar rotasyon ve sirkülasyon hareketleridir.
Rotasyon hareketi sitoplazmanın hücre çeperine paralel hareketidir.
Sirkülasyon hareketi: sitoplazma,
vakuoller çevresinde çeperden
merkeze, merkezden çepere doğru
hareket eder.
ÇEKİRDEK (=NUKLEUS)
• Çekirdek sitoplazmadan karyoteka (=çekirdek zarı) adı verilen bir zarla ayrılır. Çekirdek zarı içinde karyolenf (=çekirdek özsuyu) adı verilen homojen bir sıvı bulunur. Çekirdek hücre çoğalmasında merkezi bir rol oynar. Bu olayda tek bir hücre bölünür ve iki yeni hücre meydana gelir.
Çekirdek aynı zamanda:
• hücrenin çevresiyle olan ilişkisinde
• bir hücrenin ne çeşit bir farklılaşmaya gideceğinin saptanmasında
• kendisinin son şeklini almasında nasıl bir yapı göstereceği yönünde çok önemli bir rol oynar. Ayrıca çekirdek yaşayan hücrelerin metobolik aktivitelerini yönlendirir. Kısaca hücre yaşadığı sürece yaşam sürecine rehberlik eden emirler çekirdekten verilir.
• Hücre içindeki yeri sabit değildir fakat daima stoplazma içinde bulunur.
Genç hücrede genellikle ortada bulunan çekirdek yaşlı hücrede stoplazmanın azalması ve koful meydana gelmesi nedeniyle çepere yakın yerde ama yine sitoplazma içinde bulunur. Çekirdek büyüklüğü hücrenin fonksiyonuna göre değişir.
Çekirdeğin yapısı
• Heterojen yapıdaki çekirdek sitoplazma ile olan ilişkisini zarındaki delikli yapı sayesinde kurar. Bu deliklerin çapı 200-400 Aº dür. Çekirdek hücre zarı ve ER gibi lipit ve protein moleküllerinin organizasyonundan meydana gelen çift katlı bir zarla çevrilidir. Her zarın kalınlığı 70-100 Ao; iki zar arsındaki mesafe ise 200-800 Ao dür. İç zarın iç yüzeyi fibröz bir ağ tabakası şeklindedir ve nüklear lamina denir. Çekirdek zarındaki porlardan küçük moleküller pasif difizyonla; büyük moleküllü protein ve diğer bileşikler ve RNA enerji kullanarak geçerler. Çekirdek zarı ayrıca her bir kromozomun iki son ucu için tutunma yeri sağlar.
Çekirdek Plazması:
Çekirdek zarı tarafından çevrilmiş olup; kromatin ağı ve nukleolus dışında kalan sahayı doldurur. Bu sıvı içinde RNA, büyük moleküllü proteinler, lipit ve inorganik tuzlar bulunur. Nukleusun yapısında meydana gelen değişimler (Örn: kromatin ağının artması, plazma artışı, zarda anormal girinti-çıkıntı, çekirdek sayısının artması gibi) bir hastalığın belirtisidir. Çekirdek hematoklisilin / kristal viyole ile boyandığı zaman nükleoplazma içinde ipliksi bir yapı görülür buna kromatin ağı denir.
• Çekirdeğin Kimyasal Yapısı
• Su, DNA (tür için sabit), RNA ve proteinler içerir. Çekirdeğin içinde yer alan proteinler:
• 1- Yapısal proteinler (çekirdek proteinleri). Kromatinin ve çekirdek zarının yapısını düzenler.
• 2- Ayarlayıcı proteinler. Genlerin çalışmasını düzenler.
• 3- Enzimler’dir. Nükleik asitlerin çalışmasını düzenler ve çekirdeğe özgü proteinlerin sentezini sağlarlar.
• Proteinler nükleik asitlerle birleşerek nükleoproteinler şeklinde bulunurlar (nükleohistonlar, nükleoprotaminler).
Çekirdekçik (=nucleolus)
• Bir / birkaç tanedir. Işığı fazla kıran küçük, parlak cisimlerdir. Genel olarak oval yapıda ve çoğunlukla bölünmeyen hücrelerin çekirdeklerinde görülür. Çekirdekçikler spesifik kromozomların belirli bölgeleriyle meydana gelirler. Bunlar gerçekte kromozomun basit bir şekilde özelleşmiş kısımlarıdır. Dinlenme halindeki kromozomlarda olduğu gibi DNA ve proteinden oluşmuştur. Çekirdekcik DNA’sı RNA’nın transkripsiyonu ile elde edilen genlerin çok sayıdaki kopyalarını içerir. RNA sentezlendikten sonra proteinle birleşir ve sonlanma kompleksi çekirdekcikten koparak ayrılır, çekirdeği terk eder ve sitoplazmaya geçer. Sitoplazmada ribozomların bir parçası olurlar.
Bu nedenle çekirdekçikler, proteinleri sentezleyecek olan ribozom öncülerinin yapılmalarından ve sitoplazmaya verilmesinden sorumludurlar. Çok az protein sentezi yapan hücrelerde çekirdekçikler ya küçüktür / hiç yoktur. Çekirdek bölünmesi sırasında kaybolur ve telefaz safhasında tekrar ortaya çıkar.
