Biyokimya Ders Notları II

Biyokimya Ders Notları II Book · January 2012 CITATIONS 0 READS 33,560 4 authors, including:

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Chemical Contents and Antifungal Activity of Some Durable Wood ExtractsView project

Valuation of Natural ResourcesView project Tevfik Özen

Ondokuz Mayıs Üniversitesi 47PUBLICATIONS   874CITATIONS    SEE PROFILE Aytaç Güder Giresun University 50PUBLICATIONS   354CITATIONS    SEE PROFILE

All content following this page was uploaded by Aytaç Güder on 16 November 2015.

i

ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ FEN–EDEBİYAT FAKÜLTESİ KİMYA BÖLÜMÜ

BİYOKİMYA ANABİLİM DALI

BİYOKİMYA - II

DERS NOTLARI

Prof. Dr. Halil KORKMAZ

Prof. Dr. Nihat TINKILIÇ

Doç. Dr. Tevfik ÖZEN

Yrd. Doç. Dr. Aytaç GÜDER

ii

ÖNSÖZ ...1

8. BÖLÜM: VİTAMİNLER ...2

8.1. SUDA ÇÖZÜNEN VİTAMİNLER ...3

8.1.1. Tiamin (B1Vitamini) ...3

8.1.2. Riboflavin (B2vitamini) ...4

8.1.3. Nikotinamid (B3 vitamini) ...6

8.1.4. Pantotenik Asit (B5 vitamini) ...9

8.1.5. Piridoksin (B6 vitamini) ... 11

8.1.6. Biyotin ... 13

8.1.7. Folik asit ... 15

8.1.8. Lipoik Asit ... 17

8.1.9. Kobalamin (B12 vitamini) ... 19

8.1.10. C vitamini (Askorbik asit) ... 22

8.2. YAĞDA ÇÖZÜNEN VİTAMİNLER ... 24

8.2.1. A vitamini ... 24

8.2.2. D vitamini ... 27

8.2.3. E vitamini ... 30

8.2.4. K vitamini ... 31

9. BÖLÜM: METABOLİZMA VE BİYOENERJETİK ... 33

9.1. HÜCRELERİN KARBON VE ENERJİ KAYNAKLARI ... 34

9.2. KARBON VE AZOT DEVRİ ... 35

9.3. BİYOENERJETİĞİN İLKELERİ ... 38

9.3.1. Biyoenerjetikler ve Termodinamik ... 39

9.4. ATP (ADENOZİN TRİFOSFAT) ... 44

9.4.1. ATP Aktif Taşıma ve Kas Kasılmasında Enerji Sağlar ... 46

9.4.2. ATP Hidrolizinin Reaksiyon Dengesine Etkisi ... 52

iii

9.6. KATABOLİZMA VE ANABOLİZMA ... 55

9.7. METABOLİK YOLLARIN HÜCRE İÇİ KONTROLÜ ... 58

10. BÖLÜM: KARBOHİDRAT METABOLİZMASI ... 61

10.1. KARBOHİDRATLARIN SİNDİRİMİ VE EMİLİMİ ... 61

10.2. GLİKOLİZ ... 66

10.2.1. Glikoliz Reaksiyonları... 70

10.2.2. Glikoliz Yolunun Enerji Bilançosu ... 75

10.2.3. Glikoliz MetabolikYolunun Kontrol Mekanizması ... 76

10.2.4. Glukoz Dışındaki Diğer Monosakkaritlerin Glikolize Girişi ... 78

10.2.5. Pirüvatın Etanol, Laktat ve Asetil CoA’ ya Çevrilmesi ... 82

10.2.6. 2,3–Bisfosfogliseratın (2,3–BPG) O2 Taşımasındaki Rolü ... 84

10.3. SİTRİK ASİT (TCA) ÇEVRİMİ ... 86

10.3.1. TCA Çevrimi Reaksiyonları ... 88

10.3.2. Sitrik Asit Çevriminin Düzenlenmesi ... 95

10.3.3. Pirüvatın Dehidrogenaz Kompleksinin Kontrolü ... 96

10.3.4. Sitrik Asit Çevriminin Kontrolü ... 98

10.3.5. TCA Çevrimi Ara Bileşiklerinin Biyosentetik Önemi ... 99

10.4. GLİOKSİLAT ÇEVRİMİ ... 100

10.5. OKSİDATİF FOSFORİLASYON ... 102

10.5.1. İndirgenme Potansiyelleri ve Serbest Enerji Değişimleri ... 103

10.6. ELEKTRON TAŞIMA ZİNCİRİ (SOLUNUM ZİNCİRİ) ... 107

10.6.1. Oksijenin Eksik İndirgenmesinden Doğan Zararların Giderilmesi ... 111

10.6.2. Karışık İşlevli Oksidazlar, Oksigenazlar ve Sitokrom P–450 ... 112

10.6.3. Fosforilasyon ve Kemiozmotik Teori ... 114

10.6.4. Glikolizde Oluşan NADH’ ın Solunum Zincirine Girişi ... 117

10.6.5. Glukoz Oksidasyonunun ATP Bilançosu ... 119

iv

10.7.1. Pentoz Fosfat Yolu Hızının Kontrolü ... 124

10.7.2. Pentoz fosfat Yolunun Bazı Doku ve Hücrelerdeki Önemi ... 125

10.8. GLUKONEOGENEZ ... 126

10.8.1. Glukoneogenezin Reaksiyonları ... 129

10.8.2. Glukoneogenezin Enerji Bilançosu ... 132

10.8.3. Pirüvat Karboksilaz Enziminin Allosterik Özellikleri ve Biyotinin Etki Mekanizması ... 133

10.9. GLİKOJEN METABOLİZMASI ... 134

10.9.1. Glikojenin Yıkımı (Glikojenoliz) ... 135

10.9.2. Glikojen Biyosentezi (Glikojenez) ... 137

10.9.3. Glikojen Metabolizmasının Kontrolü ve Düzenlenmesi ... 140

10.10. FOTOSENTEZ VE FOTOSENTETİK KARBOHİDRAT SENTEZİ ... 143

10.10.1. Fotofosforilasyonun Genel Özellikleri ... 144

10.10.2. Yüksek Bitkilerdeki Fotosentez ... 144

10.10.3. Işık Kloroplastlarda Elektron Akışını Sağlar ... 145

10.10.4. Klorofil Tutulan Enerjiyi Reaksiyon Merkezlerine, Uyarım Transferiyle Aktarır ... 146

10.10.5. Yüksek Bitkilerde İki Reaksiyon Merkezi Ardarda Çalışır ... 147

10.10.6. Fotofosforilasyonla ATP Sentezi ... 151

10.10.7. Çevrimsel (Döngüsel) Elektron Akışı ATP Üretir, NADPH veya O2 Üretmez 152 10.10.8. Kloroplastın ATP Sentazı Mitokondridekine Benzer ... 153

10.11. FOTOSENTETİK KARBOHİDRAT SENTEZİ ... 154

10.11.1. Karbondioksit Asimilasyonu (Karbon-Özümlemesi) Üç Safhada Oluşur ... 155

11.BÖLÜM: LİPİD METABOLİZMASI ... 162

11.1. YAĞLARIN SİNDİRİMİ VE TAŞINMASI... 162

11.2. YAĞ ASİTLERİNİN YIKIMI ... 167

11.2.1. Yağ Asitlerinin Aktifleştirilmesi ve Mitokondri Matriksine Taşınmaları ... 168

v

11.2.3. Doymamış Yağ Asitlerinin β–Oksidasyonu ... 174

11.2.4. Tek Karbon Sayılı Yağ Asitlerinin Oksidasyonu ... 177

11.2.5. Karaciğerde Oluşan Keton Cisimleri Diğer Organlara Taşınır ... 178

11.3. LİPİD BİYOSENTEZİ... 180

11.3.1. Yağ Asitlerinin Biyosentezi ... 181

11.3.1.1. Malonil CoA, Asetil CoA ve Bikarbonattan Oluşur ... 181

11.3.1.2. Yağ Asitleri Tekrarlayan Reaksiyon Dizileri Şeklinde Sentezlenir ... 182

11.3.1.3. Yağ Asidi Sentaz Kompleksi Yedi Farklı Aktif Bölgeye Sahiptir ... 182

11.3.1.4. Yağ Asidi Sentaz Asetil ve Malonil Gruplarını Alır ... 184

11.3.1.5. Yağ Asidi Sentaz Reaksiyonları Palmitat Oluşturmak Üzere Tekrarlanır 186 11.3.1.6. Yağ Asidi Sentezi Birçok Organizmanın Sitozolünde Fakat Bitkilerin ... 188

Kloroplastlarında Oluşur ... 188

11.3.1.7. Asetat Mitokondrinin Dışına Sitrat Olarak Çıkar ... 189

11.3.1.8. Yağ Asidi Biyosentezi Kuvvetlice Düzenlenir ... 190

11.3.1.9. Uzun Zincirli Doymuş Yağ Asitleri Palmitattan Sentezlenir ... 191

11.3.1.10. Bazı Yağ Asitleri Doymamıştır ... 193

11.4. TRİAÇİLGLİSEROLLERİN BİYOSENTEZİ ... 193

11.4.1. Triaçilgliseroller ve Gliserofosfolipitler Aynı Öncüllerden Sentezlenir ... 194

11.4.2. Hayvansal Organizmalarda Triaçilgliserol Biyosentezi Hormonlarla Düzenlenir 196 12.BÖLÜM: PROTEİN VE AMİNOASİT METABOLİZMASI ... 197

12.1. PROTEİNLERİN SİNDİRİMİ ... 197

12.2. AMİNOASİTLERİN YIKIMI VE ÜRE ÇEVRİMİ ... 200

12.2.1. α–Amino Grubunun Uzaklaştırılması ... 202

12.2.2. Üre Çevrimi ... 204

12.2.2.1. Aminoasitlerin Karbon İskeletlerinin Yıkım Yolları ... 209

vi

12.2.2.3. On Aminoasit Asetil CoA’ ya Yıkılır ... 211

12.2.2.4. Beş Aminoasit α–Ketoglutarata Dönüştürülür ... 216

12.2.2.5. Dört Aminoasit Süksinil CoA’ ya Dönüştürülür ... 218

12.2.2.6. Dallı Yan Zincirli Aminoasitler Karaciğerde Yıkılmaz ... 220

12.2.2.7. Asparagin ve Aspartat Okzalasetata Yıkılır ... 221

12.2.2.8. Bazı Aminoasitler Glukoza Diğerleri Keton Cisimlerine Dönüştürülebilir ... 222

13. BÖLÜM: NÜKLEOPROTEİN ve NÜKLEİK ASİT METABOLİZMASI ... 223

13.1. NÜKLEOTİT KATABOLİZMASI ... 224

13.1.1. Pürinlerin Katabolizması ... 225

13.1.2. Pirimidinlerin Katabolizması ... 229

13.2. NÜKLEOTİT BİYOSENTEZİ ... 230

13.2.1. De Novo (yeni baştan sentez) Pürin Ribonükleotitlerin Sentezi ... 231

13.2.1.1. Pürin Biyoentezi ... 231

13.2.1.2. Pürin Nükleotit Biyosentezinin Regülasyonu ... 237

13.2.1.3. Pürin Nükleotidlerinin Salvaj (kurtarma) Yolu ile Sentezi ... 238

13.2.1.4. De Novo Pirimidin Ribonükleotitlerin Sentezi ... 239

13.2.1.5. De Novo Pirimidin Nükleotit Biyosentezinin Regülasyonu ... 242

13.2.1.6. Salvaj Yolu ile Pirimidin Nükleotidlerinin Sentezi ... 244

13.3. NÜKLEOTİD METABOLİZMASINDAKİ KALITSAL BOZUKLUKLAR ... 245

13.3.1. Pürin Metabolizmasındaki Kalıtsal Bozukluklar ... 245

13.3.2. Pirimidin Metabolizmasındaki Kalıtsal Bozukluklar ... 246

13.4. PÜRİN VE PİRİMİDİN NÜKLEOTİTLERİNİN SENTEZİNİN EKZOJEN MADDELERLE İNHİBİSYONU ... 246

13.5. DEOKSİRİBONÜKLEOTİTLERİN SENTEZİ ... 247

13.5.1. Deoksiribonükleotid Sentezinin Düzenlenmesi ... 249

14.BÖLÜM: METABOLİZMANIN ENTEGRASYONU ve DÜZENLENMESİ ... 252

vii

14.1.1. Karaciğer Besinleri İşler ve Dağıtır ... 253

14.1.2. Adipoz Doku Yağ Asitlerini Alır ve Depolar ... 259

14.1.3. Kas Mekanik İş İçin ATP Kullanır ... 260

14.1.4. Beyin Elektriksel Uyarıları İletmek İçin Enerji Kullanır ... 263

14.1.5. Kan; Oksijeni, Metabolitleri ve Hormonları Taşır ... 265

14.2. Yakıt Metabolizmasının Hormonal Düzenlenmesi ... 267

14.2.1. Epinefrin Yaklaşan Aktiviteyi Haber Verir ... 267

14.2.2. Glukagon Düşük Kan Glukozunun Habercisidir ... 268

14.2.3. Açlık ve Uzamış Açlık Süresince Beyine Enerji Sağlamak İçin ... 270

Metabolizma Değişir ... 270

14.2.4. İnsülin Yüksek Kan Glukozunun Habercisidir ... 273

14.2.5. Kortizol Düşük Kan Glukozuna Bağlı Stresin Habercisidir ... 274

14.2.6. Diyabet İnsülin Üretimi ya da Etkisindeki bir Hatanın Sonucudur ... 275

13.3.HORMONLAR: FARKLI İŞLEVLER İÇİN FARKLI YAPILAR ... 276

14.3.1. Hormonlar Spesifik Hücresel Reseptörler Aracılığıyla Etki Gösterir ... 277

14.3.2. Hormonlar Kimyasal Olarak Farklıdır ... 279

14.4.VÜCUT AĞIRLIĞININ UZUN SÜRELİ DÜZENLENMESİ ... 285

14.5. KAHVERENGİ YAĞDAKİ EŞLEŞMEMİŞ MİTOKONDRİ ISI ÜRETİR . 286 KAYNAKLAR... 287

1

ÖNSÖZ

Biyokimya, canlı organizmaların en küçük yapısal birimi olan hücrenin kimyasal yapısını ve hayatın devamı boyunca hücrede, moleküler düzeyde meydana gelen kimyasal olayları inceleyen bir bilim dalıdır. Biyokimya, biyolojik olayları kimyasal ilkeler çerçevesinde inceler ve analiz eder. Biyoloji ve kimya temel bilimlerinin bir çalışma alanı olan biyokimya, günümüzde başta tıp olmak üzere tarım, beslenme ve endüstride de uygulama alanı bulan bir bilim dalı haline gelmiştir. Netice olarak biyokimya bilimi, canlının meydana gelişindeki, canlılığın devamındaki ve nihayet yok oluşundaki kimyasal mekanizmaları inceleyen bir bilimdir.

Biyokimya–II notlarında, kimya öğrencileri için gerekli biyolojik açıklamalarla birlikte, biyoloji ve sağlık bilimleri eğitimi görenler için de gerekli kimyasal açıklamalar yapılmıştır. Bu notlar, hepsi ayrı olarak ele alınmış 7 bölümden oluşmaktadır ve her bölüm kendi konularıyla sınırlıdır. Biyokimya–II notlarında, metabolizma ve biyoenerjetik temel bilgileri verildikten sonra; karbohidrat, lipid ve aminoasit metabolizmaları, nükleoprotein ve nükleik asit metabolizması, metabolizmanın entegrasyonu ve düzenlenmesi açıklanmıştır. Son bölüm geniş metabolik ilişkileri kapsamaktadır. Bu yaklaşımın öğrencinin biyokimya bilgisinin temelini oluşturacağını düşünmekteyiz.

Biyokimyada, kimya öğrencilerine ayrı bir tat, çeşni sunmaya çalışacağız. Canlılığın yani yaşamın temelde, hücrede cereyan eden bir takım kimyasal olayların bir sonucu olduğunu anlayabilirsek amacımıza ulaşmış olacağız.

Bu notlar uzun, zorlu ve sabır dolu bir sürecin sonunda ellerinize ulaştı. Bu notlarımızı biyokimya ve ilgili disiplinlerde lisans ve lisansüstü öğrencilerinin kullanımına sunuyoruz.

Notlarımızın geliştirilmesi, eksikliklerinin ve kusurlarının giderilmesinde meslektaşlarımızın değerli eleştiri ve katkılarını bekliyoruz.

Bu notların yazılmasında büyük emeği olan Dr. Aytaç GÜDER’e katkılarından dolayı teşekkür etmeyi bir borç biliyoruz.

Öğrencilerimize ve meslektaşlarımıza yararlı olması dileklerimizle.

2

8. BÖLÜM: VİTAMİNLER

Hücrenin yapısını oluşturan proteinler, nükleik asitler, karbohidratlar ve lipidlerin yanında eser miktarda mevcut vitamin adı verilen belirli organik maddeler vardır. Vitaminin kelime anlamı hayat aminidir. Bugün vitamin sınıfına giren maddelerin birçoğunun amin yapısında olmadığı bilinmektedir. Vitaminler insan ve hayvanların gelişmesi ve canlılıklarını sürdürmesi için gerekli olan, küçük miktarlarda etkilerini gösteren organik maddelerdir. Vitaminler diğer organik besin maddelerinden farklı olarak doku yapısına girmezler ve organizmaya enerji sağlamazlar. Fakat vitaminler enerji değişimi ve metabolizmanın düzenlenmesinde hayati öneme sahiptirler. Vitaminler bazı organizmalar tarafından sentezlenemez, dışarıdan diyetle alınması gereken esansiyel maddelerdir.

Vitaminler suda çözünenler ve yağda çözünenler olarak iki büyük sınıfa ayrılır (Tablo 8.1.). Suda çözünen vitaminler; B grubu vitaminler ve C vitaminidir. C vitamini hariç bütün suda çözünen vitaminlerin koenzim fonksiyonları vardır. Yağda çözünen vitaminler ise A, D, E ve K vitaminleridir. Bu vitaminleri hayvansal organizmalar dışarıdan diyetle almalıdır; bitkiler ve mikroorganizmalar için esansiyel rolleri belirlenememiştir. Yağda çözünen vitaminler, koenzimlerin bileşeni değildir ve bazı metabolik olaylara eser miktarda katılması gereken bileşiklerdir.

Tablo 8.1. Vitaminler ve fonksiyonları

VİTAMİNİN TİPİ VE ADI KOENZİM VEYA AKTİF

FORMU

FONKSİYONU Suda Çözünenler

Tiamin (B1 vitamini) Tiaminpirofosfat (TPP) Aldehid grubu taşınması

Riboflavin (B2 vitamini) Flavinmononükleotid

(FMN)

Hidrojen atomu (elektron) taşınması Flavin adenin dinükleotid

(FAD)

Hidrojen atomu (elektron) taşınması Nikotinamid (B3 vitamini) Nikotinamid adenin dinükleotid

(NAD+₎

Hidrojen atomu (elektron) taşınması Nikotinamid adenin dinükleotid

fosfat (NADP+₎

Hidrojen atomu (elektron) taşınması

Pantotenik asit (B5 vitamini) Koenzim A (Co A) Açil grubu taşınması

Pridoksin (B6 vitamini) Pridoksal fosfat Amino grubu taşınması

Biyotin (H vitamini veya koenzim R) Biyositin Karboksil grubu taşınması Folik asit (B10 veya B11 vitamini) Tetrahidrofolat C1- gruplarının taşınması

Kobalamin (Vitamin B12) Koenzim B12 Hidrojen atomlarının 1,2-kayması

Lipoik asit Lipoillisin Hidrojen atomu ve açil grubu taşınması

Askorbik asit −− Hidroksilasyonlarda kofaktör

Yağda Çözünenler

A vitamini 11-cis-Retinal Görme siklüsü

3

E vitamini −− Antioksidan

K vitamini −− Protrombin biyosentezi

Bu bölümde vitaminlerin kimyasal yapısı ve var ise koenzim rolleri örnekleriyle anlatılacaktır.

8.1.

8.1.1. Tiamin (B1Vitamini)

Tiamin, bütün omurgalılar ve bazı mikroorganizmalar için zorunlu olan bir vitamindir. Tiamin bir metilen grubu üzerinden substitüe bir tiyazol halkasının bir piridine bağlanmasıyla meydana gelmiştir (Şekil 8.1.). Hücrelerde büyük oranda aktif koenzim şekli olan

tiaminpirofosfat (TPP) halinde bulunur.

C N C N CH C NH2 H3C CH2 N C C S C CH3 H CH2 CH2 2 C N C N CH C NH2 H3C CH2 N C C S C CH3 H CH2 CH2 2 O P O P O O O O O OH Tiamin Tiaminpirofosfat

Şekil 8.1. Tiamin ve tiaminpirofosfatın kimyasal yapıları: Substitüe tiyazol molekülün aktif kısmıdır.

Tiaminpirofosfat, metabolizmanın iki tip reaksiyonunda; 1) α–ketoasitlerin dekarboksilasyonu ve 2) α–keto bileşiklerinin oluşumu veya yıkımında koenzim rolü oynar. Bu reaksiyonlarda TPP, tiyazol halkasına kovalent ve aktifleşmiş halde bağladığı aldehid gruplarının uzaklaştırılması ve/veya taşınması fonksiyonunu görür.

Tiaminpirofosfatın α–keto asitlerinin dekarboksilasyonunda oynadığı rolü, pirüvatın asetaldehide dönüşümü reaksiyonu ile açıklayabiliriz (Şekil 8.2.).

C O COO CH3 H+ _CO2 Pirüvat dekarboksilaz (Mg+2) C O H CH3 Pirüvat Asetaldehid

4 N C C S C CH3 H TPP' in tiyazol halkasI 2 C O COOH H3C Pirüvik asit N C C S C CH3 2 C COOH H3C OH CO₂ N C C S C CH3 2 CH OH H3C C O H H3C -2-Hidroksietil türevi Asetaldehid N C C S C CH3 H TPP' in tiyazol halkasI 2

Şekil 8.2. Pirüvatın, pirüvat dekarboksilaz enzimiyle dekarboksilasyonunda tiaminpirofosfat (TPP)

etkisinin basamakları.

Tiamin en çok bira mayasında ve buğday, pirinç gibi tahılların kabuğunda bulunur. Bundan başka fasulye, bezelye, ceviz vb. gibi besinlerde yeterli miktarda bulunmaktadır.

Tiamin (B1 vitamini) eksikliğinde gözlenen belirtiler;

1. İştah azalması, yorgunluk, baş dönmesi ve sindirim sistemi bozuklukları,

2. Sinir sistemi bozuklukları şeklinde gözlenen beriberi hastalığında eklemlerde şişmeler, refleks hareketlerinin durması ve denge kaybı görülür.

8.1.2. Riboflavin (B2vitamini)

B2 vitamini ilk defa sütten elde edilmiştir. Bütün bitkiler ve birçok organizma tarafından sentezlenebildiği halde hayvansal organizmalarca sentezlenemez.

Riboflavin, bir izoalloksazin türevidir. İzoalloksazinin 10 nolu azotuna riboz şekerinin indirgenmesiyle oluşan ribitol bağlıdır (Şekil 8.3.).

5 H C C C C H N N N C NH C H3C H3C HC O O HC HC HC CH2OH OH OH OH OH 1 2 3 4 5 10

Şekil 8.3. Riboflavin (B2 vitamini)

Riboflavinin ribitol grubunun 5'–karbon atomuna fosfat grubunun bağlanması sonucu

flavin mono nükleotid (FMN), FMN’ ye adenilat (AMP) bağlanmasıyla flavin adenin dinükleotid (FAD) meydana gelir (Şekil 8.4.).

Adenilat (AMP) H C C C C H N N N C NH C H3C H3C HC O O HC HC HC CH2OPO3-2 OH OH OH OH H C C C C H N N N C NH C H3C H3C HC O O HC HC HC CH2 OH OH OH OH O P O P O CH2 O H H OH H OH H N CH N C NH2 N N HC O HO HO O Riboflavin FMN FAD



6

Flavin nükleotidler (FMN ve FAD), flavoproteinler veya flavoenzimler olarak bilinen indirgeme–yükseltgeme (dehidrogenaz) enzimlerinin prostetik gruplarıdırlar. Bu enzimler pirüvatın, yağ asitlerinin, amino asitlerin oksidatif yıkımına ve elektron taşınma olayına katılırlar. Koenzimi oldukları enzimin katalitik etkisi sırasında, FMN ve FAD’ nin izoalloksazin halkası dönüşümlü olarak indirgenir. Bu nükleotidlerin indirgenmiş halleri

FMNH2 ve FADH2 şeklinde gösterilir:

H C C C C H N N N C NH C H3C H3C R O O 2H+ + 2e -2H+ + 2e -H C C C C H N N N C NH C H3C H3C R O O H H

Yükseltgenmiş form (FAD) İndirgenmiş form (FADH2) Besin maddelerinin oksidasyonunda bazı dehidrogenazların koenzimi olarak rol alan FAD, FADH2’ ye indirgenir ve FADH2’ de elektronlarını solunum zincirine aktararak ATP sentezlenmesini sağlar. FADH2 enzime sıkı bağlı olduğundan, elektronlarını mitokondri iç membranında bulunan solunum zincirine (ETS) aktarır ve ATP sentezlenir.

Farklı flavoproteinlerin yükseltgenmiş (FMN, FAD içeren) şekilleri, görünür bölgede kuvvetli absorpsiyon bantlarından dolayı karakteristik sarı, kırmızı veya yeşil renklidirler. Flavoproteinlerin indirgenmesi (FMNH2 ve FADH2) sonucu renksizleşmesinden yararlanılarak bu enzimlerin aktivite ölçümleri yapılır.

Riboflavin en çok süt ve süt ürünleri, bira ve ekmek mayası, karaciğer, böbrek, et, ıspanak gibi yeşil sebzeler, domates, kuru fasulye, balık ve yumurtada bulunur. Tahıllarda ise yetersizdir. Riboflavin (B2 vitamini) yetersizliğinde;

1. Gözde kan damarları genişler ve gözde yanma ile görme zorlaşır, 2. Deride ve özellikle dudak kenarlarında yaralar,

3. Sinir sistemi bozuklukları ve anemi görülür. 8.1.3. Nikotinamid (B3 vitamini)

Niasinamid adı da verilen B3 vitamininin diğer adı PP vitaminidir. Pellegra adı verilen bir hastalığı önlemesi nedeniyle pellegra preventive’ den baş harfleri alınarak bu vitamine PP vitamini adı verilmiştir. Organizmada nikotinik asit, nikotinamide dönüştürülebildiği için nikotinik asidin de vitamin etkisi vardır.

7

Bitkiler ve çoğu hayvanlar nikotinik asidi, değişik yollarla özellikle triptofandan sentezleyebilirler. Hayvanlar, triptofan bakımından zengin proteinlerle beslenirse nikotinik asit eksikliği görülmez.

N

COOH

N

CONH2

Nikotinik asit (niasin) Nikotinamid

Nikotinamid içeren başlıca iki koenzim vardır: Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD+_{) ve nikotinamid adenin dinükleotid fosfat (NADP}+_{). Her iki koenzim, piridin} koenzimi veya piridin nükleotidi olarak da adlandırılır (Şekil 8.5.). NADP+_{, NAD}+_{’ den farklı} olarak, adenine bağlı riboz biriminin 2'–hidroksil grubu fosfat esteri halindedir.

N C O H H OH H OH H CH₂ O P O P O CH₂ O H H OR H OH H N HC N C N CH N 1 2 3 4 5 6 O O -_O -_O NH₂ 1 2 3 4 5 NH₂ O

Şekil 8.5. Nikotinamid adenin dinükleotid (NAD+_{)’ in yapısı. (R grubu –H ise NAD}+_{; -PO} 3-2 ise NADP+ olur.)

8

NAD+ ve NADP+, piridine bağımlı dehidrogenaz enzimlerinin koenzimi olarak fonksiyon görür.

Substrat moleküllerinden hidrojen atomlarının uzaklaştırılması (yükseltgenme) sırasında elektron alıcısı rolünü oynarlar. Bu reaksiyonlarda substrat üzerindeki hidrojen atomlarının birisi, doğrudan NAD+ _{ve NADP}+_{’ nin nikotinin halkasına aktarılırken, diğeri de} H+ _{iyonu halinde çözeltiye geçer (Şekil 8.6.).}

2H+ + 2e -N CONH2 R N CONH2 R H H + H+ 2H+ + 2e

-NAD+ (NADP+) NADH (NADPH) + H+

Buna örnek olarak, malatın okzalasetata dönüşümü reaksiyonu verilmiştir.

N CONH2 R N CONH2 R H H + H+ C COO CH2 COO H HO + C COO CH2 COO O + Malat dehidrogenaz

Malat NAD+ Okzalasetat NAD

H

H

Şekil 8.6. Malat dehidrogenazın katalizlediği reaksiyonda hidrojen ve elektron alışverişi; bunlardan

biri pridinin 4 pozisyonuna hidrid iyonu olarak taşınır, diğeri ortama H+

iyonu olarak salınır.

Genellikle pridine bağımlı dehidrogenazlar ya NAD+ _{veya NADP}+ _{için spesifiktir;} bununla birlikte glutamat dehidrogenaz gibi bazı enzimler her iki koenzimle de aktivite gösterebilir.

NADPH tamamen indirgeyici biyosentez olaylarında görev alırken, bunu koenzim olarak kullanan enzimlere redüktazlar denir. NADH ise elektronlarını mitokondri iç membranında solunum zincirine aktarır ve ATP sentezini sağlar. Biyosentez olaylarının büyük bölümü sitoplazmada ve ER membranının sitoplazmaya bakan yüzeyinde gerçekleştiğinden; NADP+_{’ li enzimler daha çok sitoplazmada, NAD}+_{’ li dehidrogenaz} enzimleri ise daha çok mitokondri matriksinde yer alır. NAD+ _{ve NADP}+_{’ nin indirgenmiş} formları (NADH ve NADPH), 340 nm’ de maksimum absorpsiyon verir ve bu özelliklerinden

9

piridin nükleotide bağımlı enzimlerin katalizlediği reaksiyonların gerçekleşme derecesini takip etmede yararlanılır. Enzim katalizli reaksiyon süresince NADH oluşumunun 340 nm’ deki absorbansı izlenir.

B3 vitamini en çok et ve özellikle karaciğerde bulunur. Bunlardan başka bira mayası, yeşil sebzeler, ceviz, fındık, çay, kahve, buğday, baklagillerde bu vitamin için iyi bir kaynaktır.

B3 vitamini, karbohidrat, yağ ve protein metabolizması için gereklidir. Yetersizliğindeki hastalık ve belirtiler şunlardır:

1. Sinir sistemi bozuklukları, hal ve hareketlerde anormallikler, 2. Sindirim sistemi bozuklukları,

3. Deride simetrik yaralar. Bu belirtileri olan hastalık pelegradır. 8.1.4. Pantotenik Asit (B5 vitamini)

Bir β–alanin türevi olan pantotenik asit; 2,4-dihidroksi-3,3-dimetil butirik asit olan pantoik asidin karboksil grubuyla β–alaninin amino grubunun amid bağıyla bağlanmasından meydana gelmiştir. Bitkiler ve çoğu mikroorganizmaların sentezleyebildiği pantotenik asit, omurgalılar için mutlak esansiyel bir vitamindir.

C CH3 CH3 H C CH2 HO C NH CH2 CH2 COOH O OH

Pantoik asit kısmı β-alanin kısmı Pantotenik asit

İnsan ve hayvan organizmasında pantotenik asidin önemi, koenzim A (Co A)’ nın bileşeni olmasından ileri gelir. Koenzim A başlıca üç birimden oluşmuştur: β– merkaptoetilamin, pantotenik asit ve riboz şekerinin 3'–hidroksil grubu fosforillenmiş ADP (Şekil 8.7.).

10 CH2 HS CH2 N C H O CH2 CH2 N C H O C C H OH CH3 CH3 CH2 O P O P O CH2 O H H HO H O H N CH N C NH2 N N HC O O O O P O O O -merkaptoetilamin Pantotenik asit Adenin Riboz-3'-fosfat 3-Fosfoadenozin difosfat Reaktif tiyol grubu

Şekil 8.7. Koenzim A (Co A). Pantotenik asidin hidroksil grubu fosfat ester bağıyla modifiye ADP

parçasına bağlanır ve bunun karboksil grubu amid bağıyla β–merkaptoetile bağlanır. ADP parçasında 3'–hidroksil grubu, ADP’ nin kendinde bulunmayan bir fosforil grubuna sahiptir.

Koenzim A’ nın aktif kısmı uçtaki sülfidril (–SH) grubudur. Koenzim A, açil grubu taşıyıcısı olarak; yağ asitlerinin oksidasyonu, yağ asitlerinin sentezi, pirüvatın oksidasyonu ve enzimatik biyolojik açilleme reaksiyonlarına iştirak eder. Co A’ ya açil grubu olarak en fazla bağlanan asetil grubudur.

R C

O



O



Açil CoA Asetil CoA Asetil CoA çok negatif bir hidroliz ΔGo _{değerine sahiptir.}

Asetil CoA + H₂O Asetat + CoA + H+ Go=-7.5 kcal/mol

Bir başka deyişle, asetil CoA’ nın asetil grubu transfer potansiyeli yüksektir. ATP’ nin aktifleşmiş fosfat grubu taşıyıcısı olması gibi, CoA’ da aktifleşmiş açil ve asetil grupları taşıyıcısıdır. Açilleme ve asetilleme reaksiyonlarında gerekli olan enerji tiyoester bağının hidrolizi ile sağlanır.

Pantotenik asit; karaciğer, böbrek, yumurta, bira mayası, bezelye, kuru fasulye, süzme bal, karnabahar ve lahanada çok miktarda bulunmaktadır. Hayvansal ve bitkisel besinlerde yeterince bulunur. Karbohidrat, yağ ve protein metabolizması için gereklidir. Eksikliğinde deride yaralar, saç dökülmesi ve sinir sistemi bozuklukları görülür.

11

8.1.5. Piridoksin (B6 vitamini)

Bir pridin türevi olan piridoksin (piridoksol), biyolojik olarak pridoksal ve

piridoksamine dönüşebilir. B6 vitamininin aktif koenzimleri de pridoksal fosfat (PLP) ve

piridoksamin fosfattır (Şekil 8.8.).

N CH2OH CH2OH HO H3C N CHO CH2OH HO H3C N CHO CH2 HO H₃C O P O O O N CH2NH2 CH2OH HO H3C N CH2NH2 CH₂ HO H₃C O P O O O Piridoksin

Piridoksal Piridoksal fosfat

Piridoksamin Piridoksamin fosfat

Şekil 8.8. Piridoksin ve koenzim şekilleri.

Piridoksin koenzimleri çok çeşitli enzimatik reaksiyonlara katılırlar. Piridoksal fosfatın (PLP) zorunlu koenzim olarak katıldığı genel bir enzimatik reaksiyon tipi transaminasyondur. Transaminasyon reaksiyonunda bir aminoasidin α–amino grubu, bir keto asidin α–karbon atomuna taşınır. Bu tip reaksiyonları katalizleyen enzimler transaminazlar olarak adlandırılır. C H R1 COO NH3 C R2 COO O C R1 COO O C H R2 COO NH3 + Transaminaz + PLP

Transaminasyon reaksiyonlarında, bir aminoasidin α–amino grubuyla enzime bağlı piridoksal fosfat arasında bir Schiff bazı oluşur. Daha sonra bu amino grubu aminoasitten ayrılır ve bir keto asit oluşur.

12 C H2N R1 COOH H C O + + H E -H2O C R1 COOH N H CH E R1 C COOH N CH2 E

Ara ürün (Schiff BazI)

H2N CH2 R C COOH

O

E

Piridoksamin fosfat - enzim -Keto asit

-Amino asit Piridoksal fosfat - enzim +H2O

+H₂O

Meydana gelen enzime bağlı pridoksamin fosfat, bu reaksiyon dönüşümüyle bir başka α–keto asitle reaksiyona girer. Sonuçta yeni bir aminoasit ve piridoksal fosfat–enzim

kompleksi oluşur.

+

H₂N CH2 R C COOH

O E

Piridoksamin fosfat - enzim -Keto asit

C O

H E

Piridoksal fosfat - enzim

C H2N R COOH H + -Amino asit

Piridoksal fosfat; transaminasyon reaksiyonları dışında aminoasitlerin ara metabolizmasının; α–amino asitlerin dekarboksilasyonu, molekülden H2O ve H2S’ in uzaklaştırılması ve rasemizasyon reaksiyonlarında da koenzim rolü oynar.

B6 vitamini en çok bira mayasında, tahıl ve özellikle pirinç kabukları, yumurta sarısı ve sebzelerde; daha az miktarda karaciğer, böbrek, balık ve sütte bulunur.

B6 vitamini; karbohidrat, yağ, protein ve hemoglobin sentezi için gereklidir. Eksikliğinde merkezi sinir sistemi arızaları nedeni ile havale, anemi ve deride yaralar meydana gelir.

13

8.1.6. Biyotin

Biyotin birbiriyle kondanse olmuş bir imidazol halkası ile tiyofen halkası ve tiyofen halkasına bağlı bir valerik asitten ibarettir (Şekil 8.9.).

CH

N C

Enzimin lizin kalIntIsI

H O CH2 CH2 CH2 CH₂ COOH CH HC C H C H2 S H N N H C O Biyotin C COO CH2 H3N H CH₂ CH2 CH₂ NH CH2 CH2 CH2 CH₂ C CH HC C H C H2 S H N N C O N-Karboksi biyotinillisin O COO -CH2 CH₂ CH2 CH2 NH CH2 CH₂ CH2 CH₂ C CH HC C H C H₂ S H N N C O O COO -Biyotin Karboksibiyotinillizin-enzim

Şekil 8.9. Biyotin ve bir enzim-lizin kalıntısının biyotinil türevinin karboksillenmiş şekli.

Biyotin CO2’ nin enzimatik taşınmasında rol alır. Mesela biyotin, propiyonil CoA karboksilaz enziminin yapısındaki spesifik bir lizinin yan zincirindeki ε-amino grubuna amid bağıyla bağlanır. Bu bileşik biyotin lizin veya biyositin olarak adlandırılır. Propiyonil CoA karboksilaz, pirüvat karboksilaz ve asetil CoA karboksilaz gibi belirli karboksilleyici enzimlerde biyotin, karboksi biyotinil lizin halinde CO2’ nin taşıyıcısı rolünü oynar (Şekil 8.10.). Karboksilaz enzimlerinin substratı HCO3- _anyonudur.

Böyle bir karboksilasyon reaksiyonu aşağıdaki reaksiyonların toplamı olan eşitliğe göre gerçekleşir.

ATP + HCO₃- + Biyotin - enzim ADP + P_i + Karboksibiyotin-enzim

14

Memeli karaciğer ve böbreğindeki en önemli telafi edici reaksiyon, pirüvat karboksilazla katalizlenen ve pirüvatın CO2 ile tersinir karboksillenmesi sonucu okzalasetattın oluşumudur.

Pirüvat + HCO₃- + ATP Pirüvat karboksilaz Okzalasetat + ADP + P_i

Pirüvat karboksilazın reaksiyonu için, enzimin prostetik grubu (koenzimi) olan biyotin gerekir (Şekil 8.10.).

Şekil 8.10. Biyotinin pirüvat

karboksilaz reaksiyonundaki

rolü. Biyotin, biyotinil-enzim kompleksini oluşturmak için, Lys kalıntısının ε-amino grubuna bağlı amid üzerinden enzime katılır. Enzim iki basamaklı süreci katalizler. Basamak 1’ de biyotinin azot atomu, bikarbonat

iyonuna nükleofilik olarak

katılarak karboksibiyotinil–

enzim oluşur. Basamak 2’ de enolat formundaki pirüvat, aktif CO2 üzerine nükleofilik olarak saldırır ve okzalasetatı oluşturur.

Benzer mekanizmalar,

propiyonil CoA karboksilaz ve asetil CoA karboksilaz gibi diğer biyotin bağımlı karboksillenme reaksiyonlarında da görülür. Adenin Riboz P O O P O P O O O O O O O ATP C O OH O Bikarbonat NH HN O S (CH2)4 C O NH E Biyotinil-enzim .. ADP + Pi 1 NH N O S (CH2)4 C O NH E Karboksibiyotinil-enzim C O O C C CH2 -O O O C C CH2 O O O

Pirüvat (enolat formu) 2 C C CH2 O O O C O O + NH HN O S (CH2)4 C O NH E Biyotinil-enzim .. Okzalasetat Pirüvat

15

Biyotin en çok yumurta sarısında, karaciğerde, sütte, böbrekte ve mayada bulunur. Yiyeceklerde yeteri kadar bulunur. Çiğ yumurta yendiği zaman yumurta beyazında bulunan avidin adı verilen glikoprotein, biyotinle birleşerek sindirilemeyen bir kompleks meydana getirir ve dışkı ile atılır. Pişmiş yumurtada avidin denatüre olur ve biyotini bağlayamaz.

Biyotin üre sentezi, yağ asitleri ve aminoasitlerin metabolizması için gereklidir.

8.1.7. Folik asit

İlk olarak ıspanakta bulunmuş olup, folik asit bitkilerde oldukça yaygındır. Folik asit bağırsaklardaki mikroorganizmalar tarafından da sentezlenir ve memelilerce sentezlenemez. Folik asit üç çeşit yapı taşından oluşur: Substitüe bir pteridin, p–amino benzoik asit ve

glutamik asit.Folik asidin türevi olan tetrahidrofolik asit (FH4 veya THF), folik asidin 5,6,7 ve 8 nolu atomlarının hidrojenasyonuyla meydana gelir (Şekil 8.11.).

C N C N N CH C N OH H₂N CH₂ NH C NH HC COOH CH₂ CH₂ COOH O

2-Amino- 4-hidroksi-6-metil pteridin p-Amino benzoik asit Glutamik asit

C N C N N C C N OH H₂N CH₂ NH C NH HC COOH CH₂ CH₂ COOH O Tetrahidrofolik asit (THF) Folik asit H H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 H H H

Şekil 8.11. Folik asit ve tetrahidrofolik asidin yapısı. N5_{– ve N}10

azot atomları C1– grubunun taşınmasında görev alır.

Tetrahidrofolat tarafından taşınan bir karbonlu birimler, 5 veya 10 nolu azot atomu veya her ikisine birden bağlanırlar. Bu bir karbonlu birimler üç yükseltgenme basamağında olabilirler (Tablo 8.2.). En çok yükseltgenmiş bir karbon birimi olan CO2’ in ise biyotin tarafından taşındığı daha önce anlatılmıştı.

16

Tablo 8.2. THF tarafından taşınan bir karbonlu birimler. Oksidasyon Derecesi Grup

En çok indirgenmiş –CH3, metil Az indirgenmiş –CH2–, metilen En çok yükseltgenmiş –CHO, formil

–CH=NH, formimino –CH=, metenil

Metabolizma olaylarında en önde gelen bir karbonlu birim kaynağı serin olup, bu birimi glisine dönüşürken verir. Tetrahidrofolatın çoğu formları birbirine dönüşebilir, metabolik reaksiyonların bir kısmında tetrahidrofolat tek karbon vericisidir. Tetrahidrofolat için tek karbon biriminin ana kaynağı, serin-glisin dönüşümünden alınan karbondur ve N5,N10–metilen THF oluşur ve bu da N5–metil tetrahidrofolata indirgenebilir. Tetrahidrofolat türevlerinin katıldığı reaksiyonlara örnek olarak homosisteinden metiyonin oluşum reaksiyonunu verebiliriz. Serinin hidroksimetil grubu N5–metil türevine dönüşür ve metil grubu homosisteine aktarılarak metiyonin oluşur (Şekil 8.12.). N5_{–metil tetrahidrofolat} karaciğerde metiyonin sentezinde rol alır. Metiyonin bir esansiyel aminoasit olmasına karşın insanlarca sadece homosistein kısmı sentezlenemez.

17 N CH2 H N H H CH2 HN 5 10 Tetrahidrofolat (aktif kIsIm) Transferaz C H3N COO H CH2OH Serin PLP C H3N COO H H Glisin H2O N CH₂ H N H₂C H CH2 N 5 10 N5,N10-metilentetrahidrofolat NADH + H+ NAD+ Redüktaz N CH2 H N CH3 H CH2 HN 5 10 N5-metiltetrahidrofolat Metiyonin sentaz C COO -CH2 H H₃N CH2 SH Homosistein C COO -CH2 H H3N CH2 S Metiyonin + N CH2 H N H CH₂ HN 5 10 Tetrahidrofolat (aktif kIsIm) H H3C

Şekil 8.12. Tetrahidrofolat üzerindeki tek karbonlu birimlerin dönüşümü ve metiyonin sentezi.

N5,N10–metilen tetrahidrofolatın N5–metil tetrahidrofolata dönüşümü etkin olarak dönüşümsüzdür. Bazı organizmalarda metiyonin sentezinde metil grubu vericisi metil kobalamindir.

Folik asit; en çok yeşil yapraklarda, karaciğer, et, yumurta ve sütte bulunur. Folik asit, aminoasit metabolizması ve kan hücrelerinin yapımı ve olgunlaşması için gereklidir. Eksikliğinde üreme zayıflığı, anemi ve deride yaralar görülür. Günde 400–800 mg folik asit almak belleği koruma bakımından önemli bir yarar sağlayabilir.

8.1.8. Lipoik Asit

Lipoik asit bitkilerin çoğunda ve tiroid bezi hariç bütün hayvansal dokularda bulunur. Siklik bir disülfid yapıda olan lipoik asit ve 6 ile 8 pozisyonunda birer sülfidril grubu taşıyan indirgenmiş açık zincirli dihidrolipoik asit olmak üzere iki şekilde bulunur (Şekil 8.13.). Redoks reaksiyonlarıyla bu iki şekil birbirine dönüşebilir.

18 S S H₂ C H₂C CH CH2 CH₂ CH2 CH2 COOH Lipoik asit SH SH H₂C H₂C CH CH2 CH₂ CH2 CH₂ COOH Dihidrolipoik asit (indirgenmis) S S H2 C H₂C CH CH2 CH₂ CH₂ CH2 C N-Lipoillisin (Lipoamid) O NH CH₂ CH2 CH2 CH₂ CHNH2 COOH S S H2 C H2C CH CH2 CH2 CH₂ CH2 C O NH CH2 CH₂ CH2 CH₂ CH C N H O Lipoik asit

Enzimin lizin kalIntIsI

Enzimin polipeptid zinciri

SH SH H2C CH2 HC CH2 Yükseltgenmis form

_.

i

_.

a _b

.

Şekil 8.13. a) Lipoik asit ve türevleri. b) Lipoik asitin lizin kalıntısının yan zinciriyle oluşturduğu

amid bağı. Lipoillizil (lipoamid) parçası, dihidrolipoil trans asetilazın prostetik grubudur. Lipoil grubu oksitlenmiş (disülfid) ve redüklenmiş (ditiyol) formunda bulunur ve hidrojen ve asetil (ya da açil) grubu taşıyıcısı olarak davranır.

Lipoik asit, pirüvat ve diğer α–keto asitlerinin oksidatif dekarboksilasyonunda koenzimlerden biri olarak etki eder; bu kompleks reaksiyonlara birçok koenzim katılır. Pirüvat, önce karboksil grubunu kaybeder ve enzime bağlı tiaminpirofosfatın hidroksietil türevi oluşur. Son olarak dihidrolipoil trans asetilaz enzimine bağlı lipoik asitle reaksiyon olur; bu sırada elektronlar ve açil grubu taşınarak 6–asetil dihidrolipoik asit oluşur (Şekil 8.14.). Daha sonra lipoik asit rejenere olur, açil grubu koenzim A üzerine taşınır ve tiyol grupları okside olarak siklik yapıda lipoik asit meydana gelir. Lipoik asit, dihidrolipoil trans asetilazın spesifik bir lizinin ε-amino grubuna amid bağıyla bağlanır; bu lipoillizin (lipoamid) olarak adlandırılır.

19 S S H2 C H2C CH S C C C N CH₃ H C H₃C OH + S C HC C N CH3 + S SH H2C CH2 HC C CH₃ O TPP' in tiyazol halkasInIn hidroksietil türevi

Lipoik asidin disülfid halkasI TPP' in serbest tiyazol halkasI 6-Asetil dihidrolipoik asit

Şekil 8.14. Tiaminpirofosfatın hidroksietil türevinden bir asetil grubunun ve hidrojen atomlarının

lipoik asit üzerine taşınması.

8.1.9. Kobalamin (B12 vitamini)

Normal koşullarda izole edildiğinde siyanokobalamin olarak adlandırılan B12 vitamini iki kısımdan ibarettir. Bunlardan birisi hemoglobinin porfirin halka sistemine benzeyen

korrin halka sistemidir. Hem grubundan farklı olarak dört pirol halkasından ikisi birbirine

metenil köprüsü olmaksızın doğrudan bağlıdır. Halka sisteminin içinde merkezi pozisyonda bulunan kobalt (Co+3), dört pirol halkasının azot atomlarından birindeki hidrojenin yerine geçmiş ve diğer üç azot atomu ile koordine kovalent bağ meydana getirmiştir. B12 vitamininin ikinci bileşeni; D–riboza, α–N–glikozid bağı ile bağlanmış 5,6–dimetilbenzimidazol bazıdır. Ribonükleotid; diğer azot atomuyla kobalta (Co+3_{) bir koordinasyon bağı, 3'–fosfat grubu ile} de korrin halkasının yan zincirine bir ester bağı ile bağlanır. Kobaltın altıncı koordinasyon yerinde bir siyanür anyonu bağlanmışsa, siyanokobalamin adını alır.

Koenzim B12 de siyanür ligandı yerine 5'–deoksiadenozil grubu geçmiştir. Bu bileşikte 5'-deoksiadenozil grubunun C–5 atomu merkezdeki kobalt atomuna kovalent bir bağla bağlıdır (Şekil 8.15.).B12 vitamini kobalt içeren ilk doğal üründür.

Hayvanlar ve bitkiler B12 vitamini sentezleyemez ancak belirli mikroorganizmalar sentezleyebilir. Besinlerde bulunan B12 vitamini, mide öz suyunda bulunan intrinsik faktör adı verilen bir glikoproteine bağlanarak ince bağırsaktan emilir ve daha sonra transkobalamin proteinince bağlanarak dokulara taşınır.

Koenzim B12, değişik enzimlerin etkileri için gereklidir. Koenzim B12’ nin katıldığı enzimatik reaksiyonlarda, substrat molekülünün bir karbon atomuna bağlı bir hidrojen atomunun komşu karbona 1,2–kayması gözlenir. Aynı zamanda hidroksil, amino, alkil veya karboksil gibi gruplar farklı olarak 2,1–kayması gösterir.

20 C H C X koenzim B₁₂ 1 2 C X C H 1 2

Bu reaksiyon mekanizması henüz tam olarak aydınlatılamamıştır.

B12 vitamininin katıldığı ikinci bir sınıf enzimatik reaksiyonda koenzim B12 türevi olan metilkobalamin, N5–metiltetrahidrofolat ile birlikte bir metil grubunun belirli akseptör moleküllere taşınmasında taşıyıcı rolü oynar. Bu akseptör moleküllerin başında metiyonine dönüşen homosistein gelir. Bakterilerde metiyonin sentazın bir şekli metil vericisi olarak N5_– metiltetrahidrofolat kullanır (Şekil 8.12.). Bakteri ve memelilerde bulunan metiyonin sentazın diğer şekli ya N5_{–metiltetrahidrofolatı ya da koenzim B12 türevi olan metilkobalamini} kullanır. Metilkobalaminin metil grubu N5_{–metiltetrahidrofolattan gelir.}

B12 vitamini etkisini gösteren maddeler en çok karaciğer ve böbrekte olmak üzere et, süt (yoğurt, peynir), yumurta ve balıkta bulunur. B12 vitamini eksikliğinde unutkanlık, yorgunluk ve halsizlik gözlenir.

B12 vitamini, böbrek kanamaları ve karaciğer hastalıklarının önlenmesinde etkilidir. B12 vitamini eksikliği, persiniyöz anemiye neden olur. Persiniyöz anemide diyetsel bir eksiklik söz konusu değildir ve gastrointestinal kanaldan vitaminin emilim kusuru yüzünden eksiklik vardır. Mide mukozasında normalde sentezlenen, bağırsaktan B12 vitamini emilimi için gereken intrinsik faktör denilen glikoproteinin yokluğu bu duruma sebep olur. Bundan dolayı persiniyöz anemi tedavisinde parenteral (sindirim kanalı dışında diğer bir yol) yoldan B12 vitamini vermek gerekir.

21 H3C H3C N N O H O H OH H _CH 2OH H P O HC CH2 NH C CH2 CH2 O CH3 O N N N N H2C H H2C C H2N O H3C H3C H CH2 H2C C H2N O CH3 H3C H CH2 C NH2 O H H3C CH3 CH2 C NH2 O H CH2 CH2 C NH2 O H3C CH3 CH2 C H2N O Co+3 R -CN O Amino izopropanol Dimetilbenzimidazol ribonükleotid Korin halka sistemi N N N N O H OH H H H CH2 5'-Deoksi adenozin OH NH2

Şekil 8.15. B12 vitamini ve türevleri. Siyanokobalaminde –R siyanürdür. Deoksiadenozilkobalaminde (koenzim B12) R, bir 5'–deoksiadenozil grubudur. B12 vitamini Robert Woodward’ ın başında bulunduğu araştırma grubu tarafından sentezlenmiştir. Bu başarısından dolayı Woodward 1965 Kimya Nobel ödülünü almıştır.

22

8.1.10. C vitamini (Askorbik asit)

Yapı itibariyle en basit vitaminlerden biri olan C vitamini bir şeker asidinin laktonudur. Birçok hayvansal organizma ve bitki askorbik asidi glukozdan ve diğer basit ön basamaklardan sentezleyebilir. C vitamini insan dahil bazı omurgalılar için esansiyeldir. Bazı hayvan türleri örneğin maymun, bazı kuşlar ve bazı balıklar glukonolakton oksidaz enzimine sahip olmadıkları için askorbik asit sentezi yapamazlar ve diyetle almak zorundadırlar.

L–Askorbik asit, kolayca hidrojen atomu veren ve L–dehidroaskorbik aside dönüşen kuvvetli bir indirgen yani antioksidanttır. L–Dehidroaskorbik asit de C vitamini etkisine sahiptir. Bu aktivite dehidroaskorbik asidin lakton halkasının diketogulonik aside hidroliziyle kaybolur (Şekil 8.16.).

C C C C C CH₂OH O O HO HO H H HO L-Askorbik asit 2H+ + 2e -C C C C C CH₂OH O O O O H H HO L-Dehidroaskorbik asit H₂O COOH C C C C CH₂OH O O H H HO L-Diketogulonik asit OH

Şekil 8.16. Askorbik asit ve türevleri.

Besinlerin ısıtılması sırasında askorbik asit C vitamini aktivitesini büyük ölçüde kaybeder. Vitaminler içerisinde en kararsız olanı C vitaminidir ve gıdaların hazırlanması ve depolanması sırasında da bozunur.

Diğer suda çözünen vitaminlerle karşılaştırıldığında, askorbik asit hayvansal ve bitkisel dokularda oldukça yüksek konsantrasyonda mevcuttur. İnsan kan plazması 100 mL’ de 1 mg kadar askorbik asit içerir ve 0.4 mg’ a düşerse eksikliği söz konusudur. Günlük C vitamini ihtiyacı 45–80 mg’ dır.

Narenciye ürünleri ve domates C vitamininin en zengin kaynaklarıdır. Kuşburnu, çilek, yeşil sebzeler (ıspanak, maydanoz, biber, vb.) ve meyveler de askorbik asit bakımından zengindir(Tablo 8.3.).

23

Tablo 8.3. Bazı gıdaların C vitamini içeriği Besin maddesi Askorbik asit (mg/100g)

Kuşburnu 200 Portakal 50 Limon 50 Ispanak 60 Domates 24 Marul 15 Patates (çiğ) 30 Elma 20 Havuç 6 Süt 2.4

Dokularda askorbik asit konsantrasyonu nispeten fazla olmasına ve basit yapısına rağmen, vitamin olarak esas önemi henüz bilinmemektedir. C vitamini kofaktör olarak prolinin hidroksiproline enzimatik hidroksilasyonu gibi hidroksilasyon reaksiyonlarına ve katekolamin vb. sentezine katılır ancak bu reaksiyonlar için hiçbir spesifitesi yoktur.

Askorbik Asidin Biyolojik Fonksiyonu

1. C vitamini kılcal damar duvarlarının geçirgenliğini azaltır. Yeterli C vitamini

alamayan insanlarda; vitamin eksikliğine bağlı olarak bağ dokuyu oluşturan kollagen sentezlenemediğinden ciddi bir hastalık olan skorbüt gelişir. Şişmiş ve kanayan diş etleri, sallanan dişler, eklem ağrıları, deri altı kılcal damarlarda çatlamalar ve yaraların yavaş iyileşmesi bu hastalığın belirtilerindendir. 1932’ de bu hastalığı iyileştiren faktörün limon suyunda bulunan C vitamini olduğu gösterilmiştir.

2. Bazı aminoasitlerin metabolizması ve folik asidin etkin duruma geçmesi için

gereklidir.

3. Kuvvetli indirgendir. Antioksidant aktivitesinden dolayı vücudu zehirlenme ve

enfeksiyonlara karşı korur.

24

8.2. YAĞDA ÇÖZÜNEN VİTAMİNLER

Yağda çözünen A, D, E ve K vitaminlerinin hepsi de izopren birimlerinden meydana gelmişlerdir. Yağda çözünen vitaminlerin spesifik biyolojik fonksiyonları hakkında suda çözünen vitaminlere göre daha az şey bilinmektedir. Şimdiye kadar yağda çözünen vitaminlerin hiçbirisi için spesifik bir koenzim fonksiyonu bulunamamıştır. Bu vitaminlerden sadece A ve D vitaminleri etkisinin moleküler mekanizması tanımlanabilmiştir.

8.2.1. A vitamini

A vitamini doğada iki yaygın şekliyle mevcuttur. Memeli dokularında ve deniz suyu balıklarında A1 vitamini(retinol); tatlı su balıklarında A2 vitamini(retinol2) şeklinde bulunur

(Şekil 8.17.). Her iki A vitamini de, altı üyeli bir karbon halkası ve 11 karbonlu bir yan zincirden oluşur. H2C C C CH2 H2 C CH CH C CH CH CH C CH₃ H3C H3C CH3 CH CH2OH CH₃ A1 vitamini 1 2 3 4 5 6 H₂C C C CH H C CH CH C CH CH CH C CH3 H3C H3C CH₃ CH CH₂OH CH3 A₂ vitamini 1 2 3 4 5 6

Şekil 8.17. A1 vitamini (retinol), A2 vitamini (retinol2). A2 vitamini 3'– ve 4'– nolu karbonlar arasında ek bir çift bağ içermektedir.

Havuç, patates ve diğer sebzelerin karakteristik rengini veren β–karoten adlı pigment, omurgalılarda enzimatik olarak A vitaminine dönüşebilir. Simetrik bir yapıya sahip olan α-, β–, ve γ-karotenler, bağırsak zarında ve karaciğerdeki enzimatik reaksiyonlarla ortadan ikiye bölünür ve iki molekül A1 vitamini (retinol) meydana gelir (Şekil 8.18.).

25 CH3 CH3 H3C CH3 CH3 H3C H3C CH3 CH3 H3C KIrIlma NoktasI A1 vitamini (Retinol) CH3 CH2OH CH3 H3C CH3 CH3 Alkolün aldehide oksidasyonu 11-cis-Retinal (görme pigmenti) CH3 C H3C CH3 CH3 O H Görünür Is.Ik tüm-trans-Retinal CH3 C CH3 H3C CH3 CH3 O H H3C 2 6 7 11 15 11 12 11 12 Beyine nöronal sinyal Retinoik asit Aldehidin aside oksidasyonu Epitel hücrelere hormonal sinyal (b) (c) (d) (e) (a) -karoten

Şekil 8.18. (a) β–karoten, A vitamininin öncülüdür. (b) β-karotenin parçalanması iki molekül A1 (retinol) ortaya çıkarır. (c) C–15’ deki oksidasyon retinolü, retinale dönüştürür. (d) Daha ileri oksidasyon sonucunda, derideki gen ifadelenmesini düzenleyen bir hormon olan retinoik asit üretilir. Retinal, opsin proteini ile birleşerek, doğada birçok canlı tarafından görme pigmenti olarak kullanılan rodopsini oluşturur. Karanlıkta, rodopsinin retinali 11– cis–retinal(c) şeklindedir. Rodopsin molekülü, görünür ışık tarafından uyarıldığında, 11– cis–retinal bir seri fotokimyasal reaksiyonla tüm trans-retinale (e) çevrilerek, bütün rodopsin molekülünün şeklinde bir değişikliğin oluşmasına sebep olur. Omurgalı retinasının rod (çubuk) hücresindeki bu değişim, beyine görsel iletimin temeli olan bir elektriksel sinyal gönderir.

Retinol, memeli hayvan dokularında bulunur ve kanda uzun zincirli yağ asidiyle ester oluşturarak taşınır. A vitamini (retinol)’ nin çeşitli şekilleri, hormon olarak ve omurgalıların görme pigmentleri (Şekil 8.18.) olarak görev yapar. Hücre çekirdeğindeki reseptör proteinler aracılığıyla etki eden A vitamini türevi retinoik asit, deriyi de içeren epitelyum dokuların gelişmesindeki gen ifadelenmesini düzenler. Retinoik asit, şiddetli akne ve buruşuk cilt

26

tedavisinde kullanılan ilacın (Retin–A) aktif maddesidir. A vitamini türevi olan retinal, retinadaki çubuk (rod) ve tıpa (kon) hücrelerinin ışığa tepkilerini başlatan ve beyine giden sinir uyarısı oluşturan pigmenttir.

A vitamininin genel biyolojik fonksiyonunun belirlenmemesine karşılık, omurgalıların görme olayındaki rolü hakkında sağlam bilgiler vardır. A vitamininin omurgalıların görme olayındaki rolü şöyle açıklanabilir:

1. Retinada (Ağ tabaka) fotoreseptör hücrelerin bir pigmenti vasıtasıyla ışık enerjisi

absorplanır, bu sırada bir fotokimyasal ürün meydana gelir,

2. Bu fotokimyasal ürün vasıtasıyla bir sinir impulsu ortaya çıkar, 3. Görme renk maddesi ışığa hassas şekline tekrar döner (Şekil 8.19.).

Is

.

Şekil 8.19. Çubuk hücrelerde görme siklüsü (çevrimi).

Diğer memeli hayvanlarda olduğu gibi insan gözü ağ tabakasında ışığa hassas iki farklı fotoreseptör hücre bulunur. Çubuk(rod) lar zayıf ışık şiddetini algılayacak yapıda olup, hiçbir rengi ayırt edemezler. Bu hücreler gece görmekten sorumludur ve A vitamini eksikliğinden etkilenirler. Buna karşılık tıpa şeklinde olanlar (koniler) rengi algılarlar ve kuvvetli ışığa uyum sağlarlar.

Ağ tabakanın çubuk hücreleri birbiri üzerine kümelenmiş membran vezikülleri şeklinde, retinanın ışığa hassas yüzeyinde paralel sıralanmışlardır. Bu veziküllerin membran proteinlerinin yaklaşık yarısı, ışık absorplayan rodopsin proteininden (M.A. 28000) ibarettir. Çubuk hücrelerde en önemli ışık reseptörü olan rodopsin, opsin proteini ve ona çok sıkı bağlı 11–cis–retinalden meydana gelmiştir.

27

Rodopsinin opsin ve tüm–trans–retinalden rejenere edilmesi için, tüm–trans–retinol, 11–cis–retinal izomerine dönüştürülmelidir. Böylece oluşan 11–cis–retinal tekrar opsinle birleşerek rodopsini meydana getirir.

Görme olayının son kısmında, ağ tabakada rodopsin molekülünün beyazlamasıyla sinir impulsu oluşur ve bu da beyinde özel ışık olarak algılanır.

A vitamini eksikliğinde sadece retina değil memeli organizmanın bütün dokuları etkilenir. A vitamininin Ca+2iyonlarının belirli membranlar arasından taşınmasında önemli rol oynadığı düşünülmektedir. A vitamini eksikliği genç hayvanlarda; büyüme geriliğine, kemik ve sinir sisteminin doğru gelişmemesine sebep olur. Deri kurur ve kalınlaşır, böbrekler ve değişik bezler dejenerasyona uğrar ve kısırlık görülür. İnsanlarda, A vitamini eksikliğinin çok çeşitli belirtileri vardır. Bunlar deride, gözlerde ve mukozada kuruluk, gelişme ve büyüme geriliği ve genellikle A vitamini eksikliğinin tanısında kullanılan erken bir belirti olan gece körlüğüdür. A vitamini eksikliğinden en fazla etkilenen gözlerdir. İnsanlar daha basit öncül maddelerden retinal oluşturamazlar, bu nedenle retinali diyetle A vitamini şeklinde almaları gerekir.

A vitamini, ilk kez balıkların karaciğer yağından izole edilmiştir. Karaciğer, yumurta, süt ve tereyağı iyi birer A vitamini kaynağıdır. İnsanın günlük A vitamini ihtiyacı 1 mg’ ın altındadır. Bu ihtiyaç büyük ölçüde salata, ıspanak, patates gibi karotence zengin yeşil ve sarı bitkisel besinlerden karşılanır. A vitamininin fazla alınması toksiktir; karaciğerde depolanarak hasara ve çocuklarda kolay kırılan kemiklere sebep olur.

8.2.2. D vitamini

D vitamini etkisi gösteren on kadar farklı bileşik bilinmektedir. D vitaminlerine kalsiferoller de denir. En önemli olanları D2 vitamini (ergokalsiferol) ve D3 vitamini

(kolekalsiferol)’ dür. Bu bileşikler B–halkası açılmış steroidler olarak düşünülebilir. D2 vitamininin ön maddesi (provitamini) maya ve bitkilerde bulunan ergosterol ve D3 vitamininin provitamini ise kolesterol sentezi ara bileşiği olan 7–dehidrokolesteroldür. Bu provitaminler UV ışınlarının etkisiyle B–halkasının açılması sonucu vitamin türevlerine dönüşür (Şekil 8.20).

28 HO CH₃ CH₃ CH CH₃ CH CH CH CH CH₃ H3C Ergosterol UV HO CH₂ CH3 CH CH₃ CH CH CH CH3 H₃C D2 vitamini (ergokalsiferol) CH CH₃ CH₃ (a) (b) HO CH₃ CH₃ HC CH3 CH2 CH2 CH2 CH CH₃ H₃C 7-Dehidrokolesterol UV HO CH₂ CH₃ CH CH₃ CH₂ CH2 CH2 CH CH₃ H₃C D3 vitamini (Kolekalsiferol) 2 basamak deride Karacigerde 1 basamak Böbrekte 1 basamak -HO CH2 CH₃ CH CH3 CH₂ CH2 CH2 C CH₃ H3C 1,25-Dihidroksikolekalsiferol OH OH A B C D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

Şekil 8.20. (a) D2 vitamininin provitamininden oluşumu, (b)D3vitamininin provitamininden oluşumu ve metabolizması.Kolekalsiferol (D3vitamini), deride 7–dehidrokalsiferolün UV ışınına maruz kalmasıyla üretilir. Karaciğerde, C–25’ e bir hidroksil grubu eklenir. Böbrekte de C–1’ deki ikinci bir hidroksillenme; aktif bir hormon olan 1,25–dihidrokolekalsiferolü üretir. Bu hormon, böbreklerdeki, bağırsak ve kemiklerdeki kalsiyum metabolizmasını düzenler.

29

Yetişkin bir insanın D vitamini ihtiyacı günlük 20 µg’ dır. D vitamini, karaciğerde depolanır ve haftalarca kullanılabilir. D vitamini eksikliği hatalı kemik oluşumuna yol açar. A vitaminin de olduğu gibi, D vitamininin aşırı alınması da kemik iskeletinin kırılabilirliğini artırır. Bu gözlemler her iki vitaminin kalsiyumun biyolojik taşınması ve depolanmasında rol oynadığını göstermektedir.

D vitaminleri, kalsiyum ve fosfat iyonlarının ince bağırsaktan emilmesini hızlandırırlar. D3 vitamininin kendisi biyolojik olarak etkin değildir. Fakat karaciğerde ve böbreklerdeki enzimler tarafından bağırsaktaki kalsiyum emilimini, kemikler ve böbreklerdeki kalsiyum seviyelerini düzenleyen bir hormon olan 1,25–dihidrokolekalsiferole çevrilir (Şekil 8.20.). Daha sonra bu hormon kan yoluyla geldiği bağırsak mukozası hücrelerine etki ederek kalsiyum iyonlarının emilmesini kolaylaştırır. Bu sırada fosfat iyonlarının emilmesi de elektronötrallikten dolayı kendiliğinden artar.

D vitamini metabolizması ürünü olan 1,25–dihidrokolekalsiferol; steroid hormonları gibi gen ifadelenmesini düzenler. Örneğin, Ca+2 _{bağlayan bir protein sentezini harekete} geçirir. Ca+2 _{iyonlarının emilmesi, bağırsak mukozasında sentezlenen taşıyıcı bir protein} tarafından kolaylaştırılır.

1,25–dihidrokolekalsiferolün rolü parathormon etkisiyle sınırlıdır. Ca+2konsantrasyonu normalin altına düşerse; paratiroid bezinden parathormon salgılanır. Bu hormon böbreğe etki ederek 1,25–dihidrokolekalsiferol oluşumunu uyarır. Organizmaya yeteri kadar kalsiyum alınmazsa, 1,25–dihidrokolekalsiferolün kemiklerden kalsiyum ve fosfat iyonlarının mobilizasyonunu hızlandırma etkisi de görülür.

Plazma kalsiyum düzeyi 9–10 mg/100mL arasında tutulmalıdır. Bu düzeyin altında tüm kaslarda (solunum kasları da dahil) tetanik kasılmalar, kramplar görülür, ölüm oluşur. Ca+2 iyonları, kalsiyum tuzları, 3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2 şeklinde kemiklerde tespit edilir, dolayısıyla büyümeyi yani iskelet sisteminin normal gelişmesini sağlar. Raşitizmde, bilhassa uzayan kemikler de çarpıklıklar, normal gelişememe ve eklemlerde şişlikler görülür. Güneşle temas edenlerde raşitizm daha az görülür.

D2 vitamini (ergokalsiferol), mayada bulunan ergosterolün UV ışığına maruz tutulmasıyla oluşturulan ticari bir üründür. D2 vitamini D3 vitaminine benzer, sterol halkasına bağlı zincirde ufak değişiklikler vardır. D2 vitamini genelde besinsel destekleyici olarak süte ve tereyağına eklenir.

D vitaminleri en çok balıkların karaciğer yağlarında, bundan başka az miktarda yumurta sarısı, süt ve tereyağında bulunur. D2 provitamini olan ergosterol mantar ve mayalarda, D3 provitamini olan 7–dehidrokolesterol ise deri altındaki yağda bulunmaktadır.

30

8.2.3. E vitamini

E vitamini etkisi gösteren α–, β–, γ–, δ– vb. tokoferoller olarak adlandırılan sekiz bileşik bilinmektedir. Bütün tokoferoller tokol türevleridir. Tokoferoller bir kroman halka

sistemi ve izoprenoid bir yan zincir içerir. Kroman halka sistemi, bir benzen halkası ile bir

piran halkasının kondenzasyonundan meydana gelir. Tokoferoller içinde en bol bulunan ve en aktif olan α–tokoferoldür (Şekil 8.21.).

O HO CH3 CH2 Tokol O HO CH3 -Tokoferol (5,7,8-trimetiltokol) CH3 H3C CH3 O HO CH3 -Tokoferol (5,8-dimetiltokol) CH3 CH3 O HO CH3 -Tokoferol (7,8-dimetiltokol) CH3 H3C 1 2 3 4 5 6 7 8

Kroman halka sistemi _izoprenoid

CH2 CH CH2 H CH2 3 H3C CH2 CH2 CH CH2 H CH2 3 H3C CH2 CH2 CH CH2 H CH2 3 H3C CH2 CH2 CH CH2 H CH2 3 H3C

Şekil 8.21. Tokol ve bazı türevleri.

Tokoferoller hidrofobik oldukları için, hücre zarlarıyla, lipid depolarıyla ve kandaki lipoproteinlerle yakından ilişkilidir. E vitamini (tokoferoller) biyolojik antioksidantlardır, lipoproteinlerdeki lipid oksidasyonunu önlemede belirleyici rol oynar. α-tokoferol bu etkiden sorumlu esas E vitaminidir. Çünkü peroksi radikallerinin en yaygın ve en iyi temizleyicisidir. Aromatik halka, oksijen radikalleri ve diğer serbest radikallerle reaksiyona girip onları yok ederek; doymamış yağ asitlerini oksidasyondan korur ve hücre parçalanmasına neden olabilecek membran lipidlerinin oksidatif hasarını engeller. Tokoferollerin, doymamış yağ asitlerinin oksidasyonunu azalttığı belirlenmiştir. Bu gibi oksidasyonlar doymamış yağ asitlerinin polimerleşmesine sebep olur. Gerçekten, hayvanlarda tokoferol eksikliğinin bazı belirtileri, antioksidant özellikli bileşiklerle de giderilebilir. Normal olarak dokularda

31

doymamış yağların hiçbir oksidasyon ürünü görülmez. Ancak E vitamini eksikliğinde bu durum yağ depo yerlerinde görülebilir.

Tokoferollerin biyolojik fonksiyonları henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Diyetlerinde, az miktarda E vitamini verilen laboratuvar hayvanlarında; deride pul pul dökülme, kaslarda güçsüzlük ve yıkım ve kısırlık görülür. E vitamini eksikliğinin insanda kısırlığa sebep olup olmadığı bilinmemektedir. E vitamini eksikliği insanlarda oldukça nadirdir. Başlıca belirtisi, eritrositlerin parçalanmaya yatkın olmasıdır.

Tokoferoller en çok yumurta ve bitkisel sıvı yağlarda (mısır özü, soya yağı) özellikle buğday tohumunda, cevizde boldur. Süt ve süt ürünlerinde, yeşil yapraklı bitkilerde bulunur. Et ve meyvede çok az vardır.

8.2.4. K vitamini

Naftokinon halkası ihtiva eden K vitamininin etkisini gösteren doğal ve sentetik birçok bileşik vardır. K1 ve K2 vitamini şeklinde gösterilen iki doğal K vitamini bilinmektedir. K2

vitamini aktif şekil olarak görünmektedir. Sentetik K vitamini olan K3 vitamini (diğer adıyla

menadion) uzun yan zincire sahip değildir (Şekil 8.22.). O O CH3 CH2 CH C CH3 CH2

[

Laboratuvar hayvanlarında ve diğer memelilerde K vitamini eksikliğinin belirlenmesi çok zordur. Çünkü bu vitamin söz konusu canlıların bağırsak bakterilerince sentezlenebilir. K vitamini eksikliğinin bilinen tek sonucu, karaciğerde prokonvertin enziminin biyosentezinin meydana gelmemesidir. Bu enzim protrombin oluşumu reaksiyon serisinde bir basamağı katalizler. Protrombin, trombinin ön maddesidir. Trombin, bir kan plazma proteini olan fibrinojendeki bazı peptid bağlarını kırarak; kan pıhtılarını bir arada tutan ve suda

32

çözünmeyen bir fibröz protein olan fibrine dönüşmesini sağlayan bir proteolitik enzimdir. K vitamini eksikliğinin kanın pıhtılaşmasını yavaşlattığı keşfedilmiştir; bu durum ölümcül olabilir. K vitamini eksikliği, insanlarda az rastlanan bir durumdur. Bu yüzden K vitaminine bir pıhtılaşma faktörü olarak da bakılmaktadır. K vitaminine benzer bir bileşik olan dikumarol (Şekil 8.23.a.) hayvanlarda K vitamini etkinliği bloke ettiğinden, klinikte pıhtılaşmanın azaltılması için kullanılmaktadır. Warfarin (Şekil 8.23.b.) karaciğerde aktif protrombin oluşmasını inhibe eden bir bileşiktir. Özellikle farelere karşı zehirlidir, iç kanama sonucu ölüme sebep olur. Bu güçlü rodentisit, aynı zamanda cerrahi hastalar ve kroner trombozlu kişiler gibi kan pıhtılaşması riski yüksek olan insanların tedavisinde kullanılan antikoagulant bir ilaçtır. O OH O CH2 O OH O (a) O OH O (b) H C H2C C CH3 O

Şekil 8.23. (a) K vitamininin antagonisti olan dikumarol (K vitamininin tersi etkiye sahip), (b) Bir kan

antikoagulanı olan Warfarin.

K vitamini birçok mikroorganizmalar ve çoğu bitkiler tarafından sentezlenebildiği ve bütün organizmaların dokularında bulunduğu için, kan pıhtılaşmasının yanında başka genel bir görevi olup olmadığı sorusu ortaya çıkmaktadır. Bazı araştırmalar K vitamininin hayvansal dokularda bazı spesifik elektron transport yollarında koenzim fonksiyonu yaptığını göstermektedir. K vitamini hidrokinona dönüşümlü indirgenebilen bir kinon olduğu için, elektron taşıyıcısı görevini üstlenmesi mümkün gözükmektedir.

K1 ve K2 vitaminleri birlikte bulunur. K1 vitamini, yeşil bitki yapraklarında özellikle ıspanak ve maydanozda bulunur. Ayrıca lahana, karnabahar, domates, soya fasulyesi, pirinç kepeği ve yulaf filizlerinde de bulunur. K2 vitamini, omurgalıların bağırsaklarında yaşayan bakteriler tarafından üretilir.

33

9.

BÖLÜM: METABOLİZMA VE BİYOENERJETİK

1. Hücreler çevrelerinden enerji ve indirgeyici gücü nasıl elde ederler? 2. Hücreler kendi makromoleküllerinin yapı taşlarını nasıl sentezlerler?

İşte bu iki sorunun cevabını teşkil eden son derece karmaşık kimyasal reaksiyonların tümüne birden metabolizma adı verilir. Metabolizma, çoklu enzim sistemlerinin (metabolik yollar) görev yaptığı çok düzenli hücresel bir aktivite olup; şu dört işlevi yerine getirmektedir:

1. Güneş enerjisinden veya çevredeki yüksek enerjili besinleri parçalayarak kimyasal

enerji elde etmek,

2. Besin moleküllerini, makromoleküllerin öncül bileşikleri de dahil olmak üzere

hücrenin kendi karakteristik moleküllerine dönüştürmek,

3. Monomerik öncül bileşiklerin makromoleküllere polimerizasyonu sonucunda

proteinler, nükleik asitler ve polisakkaritleri oluşturmak,

4. Özel hücresel işlevler için membran lipidleri, hücre içi haberciler, pigmentler gibi

biyomoleküllerin sentezi ve yıkımını sağlamak.

Canlı organizmada meydana gelen kimyasal olayların tümü metabolizmayı oluşturur. Metabolizmada değişik enzimlerle katalizlenen yüzlerce reaksiyon bulunmakla birlikte, bizim ilgi odağımız canlının tüm formlarında önemli ölçüde benzerlik gösteren ve az sayıda olan merkezi metabolik yollar olacaktır.

E. coli gibi basit bir organizmada bile bin kadar kimyasal reaksiyon olmaktadır. Yüksek canlı yapılarını göz önüne aldığımızda biyokimyasal reaksiyonların sayısı büyük rakamlara ulaşır. Bununla birlikte, bu reaksiyon çokluğunun yanı sıra reaksiyon çeşitlerinin o kadar çok olmadığı görülür. Bu reaksiyonların mekanizmaları da oldukça basittir. Örneğin bir çift bağ genellikle dehidratasyon yoluyla oluşur. Bütün canlı çeşitlerinde yalnız 100 kadar molekül anahtar rol oynar. Metabolik yollar ortak tarzda düzenlenirler.

Bu bölümde, metabolizmanın genel prensipleri ve motifleri biyoenerjetik adı verilen ve canlı organizmadaki enerji dönüşümlerini kapsayan temel ilkelerle beraber ele alınacaktır. Önce hücre hayatı için gerekli olan karbon ve enerji kaynakları ile ilgili bir sınıflandırma yapılıp; daha sonra karbon ve azot devirleri (çevrimleri) açıklanacaktır.