400100710011-Bitki Hücre Biyolojisi
Prof. Dr. Ali ERGÜL
Ankara Üniversitesi, Biyoteknoloji Enstitüsü
http://biotek.ankara.edu.tr/
HAFTA-1 Bitki Hücre Biyolojisine Giriş-Bitki Hücre Biyolojisinde Temel Kimya Prensipleri HAFTA-2 Biyomoleküller
HAFTA-3 Hücresel Membranların Yapısı ve Fonksiyonları, Subcellular (Hücre içi) Organellerin Yapısı ve Fonksiyonları
HAFTA-4 Biyomoleküllerin Membranlar Arası Hareketi-I HAFTA-5 Biyomoleküllerin Membranlar Arası Hareketi-II HAFTA-6 Bitkilerde Mitoz-Mayoz Bölünme
HAFTA-7 Mendel Genetiği-I HAFTA-8 Mendel Genetiği-II HAFTA-9 Protein Sentezi-I HAFTA-10 Protein Sentezi-II
HAFTA-11 Kloroplast, Mitokondriyal Protein Sentezi HAFTA-12 Fotosentez
HAFTA-13 Bitki Hormonları HAFTA-14 Sinyal İletimi
HAFTA 2: BİYOMOLEKÜLLER
Karbonhidratlar
• Monosakkaritler: Monosakkaritler basit şekerlerdir ve yapılarındaki karbonil oksijen pozisyonuna göre, aldoz ve ketoz olmak üzere 2 familya içermektedirler.
• Oligosakkaritler: Glikosidik bağ ile 2-10 arasındaki monosakkaritin bir araya gelmesi ile oligosakkaritler meydana gelmektedir.
Oligosakkaritler bitkilerde yaygın olarak bulunmaktadırlar.
Karbonhidratlar
• Polisakkaritler:Monosakkaritlere ve oligosakkaritlere göre polisakkaritler, daha yüksek moleküler ağırlığa sahiptirler.
Polisakkaritler nişasta ve fruktan depolama özelliklerine göre veya hücre duvarı yapısına göre (selüloz, hemiselüloz gibi) sınıflandırılırlar.
• Glikoproteinler ve Glikolipitler: Glikoproteinler özellikle bitki doku ve hücrelerinde geniş çeşitlilik göstermektedir ve glikoprotein ile ilgili çalışmalarda, özellikle hücre duvarı ile bağlantısı araştırılmaktadır.
Glikolipitler ise bazı bitkilerde görülmekte ve özellikle fotosentetik dokularla bağlantı göstermektedir.
• Bununla birlikte lipit-bağlantılı sakkaritler kompleks karbonhidratların sentezinde görev almaktadır.
Lipidler
•Lipidler suda çözünmeyen, apolar yapıda ve alkol ve türevlerinde çözünebilin makromolekülerdir.
•Lipit Çeşitleri: Birçok lipidin temel birimi yağ asitleridir. Yağ asitleri hidrokarbon zincirli, karboksilik asitlerdir.
•Yağ asitleri bireysel olarak bir yada iki numerik adlandırma sistemleri ile tanımlanabilmektedir.
•Düşük zincir uzunluklu yağ asitleri hafif çözünmekte olup, uzun hidrokarbon zincire sahip olanlar ise, çözünürlüğü daha az olanlardır.
Başka bir deyişle yağ asidinin zinciri ne kadar uzunsa, çözünürlük o kadar azdır.
Lipidler
• Yağ asitleri doymuş yada doymamış özellikte olabilirler. Buna göre, yağın katı veya sıvı durumda olması sahip olduğu doymuş ve doymamış yağ asidi miktarına göre değişim göstermektedir.
Doymuş yağ asitleri; fonksiyonel olarak karboksil grubu içeren tek bağla sahip karbon zincirleridir.
• Triaçilgliseroller (Nötral yağlar): 3 molekül yağ asidinin gliserol ile yaptığı esterlerleşme ile oluşmaktadır.
• Gliserolün bir adet yağ asidi ile esterleşmesi sonucu monoaçilgliseroller, iki adet yağ asidi ile esterleşmesi sonucunda ise diaçilgliseroller oluşmaktadır. Bu moleküller en yoğun görülen ve en basit yağ molekülleridir.
Lipidler
• Fosfolipitler: tüm biyolojik membranların temelini oluşturmaktadır.
Özellikle membran yağlarının yapısında yer almaktadır.
• Fosfolipidler gliserole bağlı iki yağ asidi ve “pozisyon üç” de bir fosfat grubu içermektedir. Fosfat grubu negatif bir yüke sahiptir, eklenecek gruplar fosfat grubuna bağlanabilir özellikte olabilmektedir.
• Sfingolipitler: Bunlarda membran lipitlerinden olup, ikinci büyük grubu oluşturmaktadır. Yapılarında gliserol yerine sfingozin bulunmaktadır. Sfingolipitlerin, sfingomiyelin, seramid gibi farklı tipleri bulunmaktadır.
Lipidler
• Steroidler: Lipidlere oranla daha sert yapıda olan steroidler organizmada önemli fizyolojik görevlere sahip olan biyolojik reaksiyonlarda ön planda olan yapılardır.
• En önemli steroidler sterollerdir. Steroller içinde ise hayvanlarda kolestrol, bitkilerde ise stigmasteroller temel steroller olarak bilinmektedir.
Aminoasitler, Peptidler ve Proteinler
•Amino asitler, organik bileşikler olup, moleküllerinde amino (NH2) ve karboksil grubu (COOH) bulundururlar.
•Amino asitlerin genel özelliklerine bakılacak olduğunda ise; suda kolay çözünmektedirler, alkolde çözünme özellikleri yoktur. Erime noktaları genellikle yüksektir.
•Amino asitler R gruplarına göre sınıflandırılmaktadır. Buna göre özellikle polariteleri veya biyolojik pH’da (pH:7.0) suyla tepkimeye girme özelliklerine göre temel 5 ana sınıfa ayrılmaktadırlar.
•R gruplarının polaritesi, tamamen polar olmayan veya hidrofobik (suda çözünmez) veya da yüksek oranda polar veya hidrofilik (suda çözünür) gibi farklı çeşitliliğe sahiptir.
Aminoasitler, Peptidler ve Proteinler
• Bitkilerde bilinen amino asitlere ilave olarak aminler ve amidler bulunabilmektedir. Proteinler makromoleküllerin major grubunu oluşturmaktadır.
• Proteinleri oluşturan amino asitler 2 (dipeptid) ile birçok (polipeptid) arasında farklı sayı içerebilmektedir.
• Aminoasitlerin R grupları proteinlerin yapısal ve fonksiyonel özelliklerine katkıda bulunmaktadır. Bitkilerde yaprak, sap ve köklerde protein miktarı az iken, tohumlarda protein miktarı oldukça yüksektir.
Aminoasitler, Peptidler ve Proteinler
• Proteinlerin Sınıflandırılması: Proteinler temel olarak fibröz ve globüler olmak üzere 2 ana gruba ayrılmaktadır. Globüler proteinler fibröz proteinlere oranla daha kompleks ve suda eriyebilien özelliktedir.
• Enzimler: Enzim ve substrat ikili bir kompleksdir ve enzim katalizli reksiyonlarında kullanılarlar. Bu reaksiyonlar ortamın pH’ı, sıcaklığı, enzim miktarı substrat özgünlüğü, inhibitörler, allosterik enzimler gibi birçok faktör tarafından etkilenmektedir.
Aminoasitler, Peptidler ve Proteinler
• Enzimler bitkisel ve hayvansal birçok kimyasal reaksiyonda görev yapmaktadır.
• Enzimler hücrede aktif veya inaktif özellikte bulunabilmektedir.
• Enzim yapısı sadece protein içermesi yada protein dışında farklı molekül içermesine bağlı olarak iki farklı şekilde bulunabilmektedir.
• Kofaktörler:Koenzimler küçük, nonpolipeptid özellikte olup, enzim aktivitesi için gereklidir.
Aminoasitler, Peptidler ve Proteinler
• Multienzim Kompleksleri:Bu grup proteinlerin büyük bir bölümünü oluşturmakta olup, geniş enzim çeşitliliği ile oluşmaktadır.
• Oluşan bu enzim kompleksleri reaksiyonu substrat konsantrasyonuna bağlı olmaksızın arttırabilir. Bilinen 2 enzim multienzim kompleksi vardır. Bunlar, prüvat dehidrogenez kompleksi ve elektron transport enzim kompleksidir.
Nükleik Asitler
• Nükleotidler, bir azotlu baz, bir pentoz ve bir fosfat olmak üzere üç yapıdan oluşmaktadır. Nükleotidlerdeki azotlu bazlar, pirimidin bazları ve pürin bazlarından oluşmaktadır.
• Pürin ve pirimidinler heterosiklik bileşiklerdir.
• Benzen yapısındaki karbon atomlarının ikisi azot atomları ile yer değiştirince pirimidin halkası oluşmaktadır.
• Sitozin (C ), Timin (T) ve urasil (U), nükleotidlerde bulunan üç pirimidin bazıdır. Adenin (A) ve guanin (G), nükleotidlerde bulunan pürin bazlarıdır.
Nükleik Asit-DNA
• Dupleks (çift zincirli) özellikte olup, bazı durumlarda ve virüslerde ise tek zincirli haldedir. DNA temelde hücrenin yönetim merkezidir ve kalıtım materyalidir.
• DNA’ daki zincirler aralarında bulunan zayıf hidrojen bağları ile birbiri ile yakın durmaktadırlar. Aslında bu durum ikili Z sarmal yapısını oluşturmaktadır.
• DNA 4 nükleotite sahiptir. Bunlar: Adenin,Guanin,Sitozin ve Timin’
dir. Urasil nükleotiti DNA’da bulunmamaktadır.
Nükleik Asit-RNA
• Tek zincir yapıya sahiptir. mRNA (mesajcı RNA), rRNA (ribozomal RNA),tRNA (transfer RNA) olmak üzere 3 çeşit RNA bulunmaktadır.
• mRNA: Çekirdekte bulunan DNA’ nın sahip olduğu kalıtım bilgilerini sitoplazmadaki organellere iletmektedir.
• tRNA: Protein sentezi için gerekli aminoasitleri taşımakla görevlidir.
• r(RNA) ribozomal RNA: Ribozom organelinin yapısında görev yapmaktadır.
Alkoloidler ve Organik Asitler
• Alkoloidler:Bir yada birden fazla nitrojen atom içeren ve genellikle dolaşımda görevli yapısal moleküllerdir. Genellikle terpenoidler yada aromatik içerikler olarak karşımıza çıkmaktadırlar.
• Organik Asitler:Organik asitler renksiz ve zayıf asitlerdir. Nonpolar solventlerde çözünmezler ancak su ve ethanolde çözünebilir özelliktedirler. Organik asitler bitkilerde bir çok fonksiyonda görev yapmaktadırlar.
Fenolik Bileşikler ve Flavanoidler
• Fenolik Bileşikler:Bitkilerde yaygın olarak bulunan fenolik bileşikler, hidroksile benzen halkasına göre sınıflandırılmaktadır.
• Ağaçlarda yaygın olarak polimerik asit yada glikolize esterler olarak bulunmaktadır.Bitkilerde fenolik bileşiklerin farklı bir çok sorumluluğu vardır ancak, yaprakla beslenen herbivorları tanımlamada ve patojen yayılmasının engellenmesinde direkt görev almaktadır.
• Flavanoidler: Bitkilerde sekonder içerik olarak karşımıza çıkan Flavanoidler ile ilgili olarak temel araştırma konusu kemotaksonomi ve filogeni bakımından bu bileşikler önemlidir.
Fitoaleksinler ve Terpenler
• Fitoaleksinler: Fitoaleksinler antimikrobiyal özellikte olup, bitki tarafından enfeksiyon sonrası sentezlenmektedir. Patojen tarafından salgılanan küçük proteinler ve polisakkaritlere karşın, bitki dokularında fitoaleksinler sentezlenmektedir.
• Terpenler:Yaygın olarak bilinen terpenler, isopren birimlerinden oluşan organik bileşiklerdir. Bitkide genellikle sitoplazmada bulunurlar. Membranlar arası kısa mesafeler arasında elektronların taşınmasından sorumludurlar.
Vitaminler
• Hem suda hem de yağda çözünebilen organik bileşikler olan vitaminler insan sağlığı için büyük önem taşımaktadır. Bir çok vitamin koenzim olarak modifiye olmuş durumdadır.
• Bu koenzimler bazı enzimler ile birlikte hareket ederek bazı biyokimyasal reaksiyonların katalize olmasında görev yapmaktadırlar.
Ders Kapsamında Yararlanılan Kaynaklar
1. Hücrenin Moleküler Biyolojisi, 2008, Alberts ve ark. ISBN:
9789944252225.
2. Plant Biology (Editors: A.J. Lack and D.E. Evans) 2001. School of Biological and Molecular Sciences, Oxford Brookes University, Oxford, UK.)
3. Plant Cell Biology (Editors: William V. Dashek, Marcia Harrison) 2006.
4. Regulation of Gene Expression in Plants The Role of Transcript Structure and Processing (Editors:Carole L.Bassett).
