BYOKMYA I 4 DERS TM BYOKMYASAL REAKSYONLAR SULU

BİYOKİMYA I 4. DERS

TÜM BİYOKİMYASAL REAKSİYONLAR SULU ORTAMDA GERÇEKLEŞİR. (zarların içinde yer alan hidrofobik bölgelerde meydana gelenler hariç!)

Pek çok madde sulu bir ortam olan sitozolde çözünür.

Hücredışı vücut sıvıları da, K+, Cl-, Mg+2 gibi serbest iyonlar ve iyonize olabilen gruplara sahip moleküller ve makromoleküller içerir.

Bu moleküllerin biyokimyasal dönüşümlerdeki rolleri, iyonizasyon düzeylerine bağlıdır. Bu nedenle İYONİK DENGE, özellikle de asit-baz dengesi ve suyun iyonizasyonu çok önemlidir.

ASİTLER Proton vericiler Kuvvetli bir asitin dissosiyasyonu (ör. HCl): HCl H+ + Cl- Tamamen iyonlarına ayrışır. Dolayısıyla: [H+] [HCl]

12 Mayıs 2009 Salı Asit saldırısı mağdurları Bangladeş'te buluştu. Bu yıl 10'uncusu düzenlenen konferans asit saldırısı kurbanlarına yardım ve destek vermeyi amaçlıyor. Konferansa Bangladeş, Pakistan, Hindistan, Kamboçya, Uganda ve Nepal'dan yaklaşık 600 mağdur katıldı. Asit Saldırısı Kurbanları Derneği'nin verilerine göre asit saldırısına uğrayanların yüzde 70'ini kadın ve çocuklar oluşturuyor. Yüzde 70'lik kesimin yüzde 30'u da 18 yaş altı genç kızlar. Suçluların ise sadece yüzde 10’u mahkemeye çıkarılıyor. 26 yaşındaki televizyon sunucusu ve model Piper: İngiltere’de internette tanıştığı erkek arkadaşı asit saldırısına uğradı.

BAZLAR Proton alıcılar Kuvvetli bir bazın dissosiyasyonu (ör. Na. OH): Na. OH Na+ + OH- Tamamen iyonlarına ayrışır. Dolayısıyla: [OH-] [Na. OH]

Oysa biyokimyadaki asit ve bazların çoğu ZAYIF ASİT veya ZAYIF BAZ formundadır.

Zayıf asitlerde, asit ile konjuge bazı (tekrar asit oluşturmak için proton kabul eden iyon) arasında sabit bir denge vardır. HCOOH Asit (Formik asit) H+ + HCOOkonjuge baz

Konjuge bazların –OH içermesi gerekmez. Bu maddeler sudaki H+’ları bağlayarak OH- konsantrasyonunu artırırlar. Bir asit ne kadar kuvvetliyse, konjuge bazı o kadar zayıftır. Yani, bir asit proton vermeye ne kadar eğilimli ise, onun konjuge bazı proton alıp yeniden asit oluşturmaya o denli az eğilimlidir.

Bazı zayıf asitler ve konjuge bazları

NÖTRAL BİR MOLEKÜL

Ancak su da kısmen iyonlaşır ve hem zayıf bir asit hem de zayıf bir baz gibi davranır: H 2 O + H 2 O H 3 O+ + OHhidronyum Proton verici Proton alıcı hidroksil

Sudaki H+ lar çok hareketlidir. -15 10 saniyede bir başka bir su molekülüne atlarlar ve sulu çözeltide asla serbest dolaşmazlar.

BASİT GÖSTERİLİŞ: H 2 O H+ + OH- Aslında bu proton hidrate durumdadır, yani 1 veya daha fazla sayıda su ile ilişkidedir: H 3 O + , H 5 O 2+ , H 7 O 3+

[H+] [OH-] Kdenge = [H 2 O] Suyun iyonlarına ayrışma oranı çok az olduğu için sabit kabul edilir. Saf suyun 25 o. C’daki konsantrasyonu 55. 5 M’dır. Saf suyun 25 o. C’daki Kdenge = 1. 8 x 10 -16 Kdenge x 55. 5 = [H+] [OH-] Ksu = 1. 8 x 10 -16 x 55. 5 = 1 x 10 -14 = [H+] [OH-]

Ksu = Suyun disosiyasyon (iyonlaşma) sabiti (Ka = Asitlik sabiti de denir) Ksu = -14 10 2 M = + [H ][OH ] M = Molar konsantrasyon (mol/l) Suyun dissosiyasyon sabiti Saf su için: + [H ] = [OH ] = -7 10 M (İnsan vücudunun sıcaklığında (37 o. C) nötral çözeltide [ H+] = [OH-] = 1. 6 x 10 -7 M

-7 10 gibi çok küçük konsantrasyon terimlerinden kurtulmak için Sörensen’in p. H ve p. OH kavramını kullanıyoruz: M<1 olan asit ve baz çözeltilerinde: p. H = -log[H+] ve p. OH = -log[OH-] [H+] ne kadar küçükse p. H o kadar büyüktür.

[H+] = 10 -7 p. H = -log 10 -7 = 7 NÖTRAL ÇÖZELTİ [H+][OH-] = 10 -14 [OH-] = 10 -7 p. OH = -log 10 -7 = 7 [H+]>[OH-] VEYA p. H<p. OH

Bir asitin dissosiyasyonu farklı düzeylerde olabilir: HA+ H+ + A HA H + + A- H+ + A-2 Konjuge bazlar. Yükleri daima asitin yükünden bir eksik. Hepsini HA H+ + A- şeklinde göstereceğiz.

Asitin Dissosiyasyon Sabiti: K a= [H+] [A-] [HA] Ka ne kadar büyükse, asitin iyonlaşma eğilimi o kadar fazladır; yani, asit o kadar kuvvetlidir.

p. Ka = -log. Ka p. Ka ne kadar küçükse, asit o kadar kuvvetlidir.

Bazı asitler (ör. fosforik ve karbonik asitler) birden fazla protona sahip olduklarından bunları sırayla kaybederek iyonlaşırlar. Bu tip asitlere POLİPROTİK ASİT denir.

H 3 PO 4 H 2 PO 4 - -2 HPO 4 -3 + H+ + -2 + + H

p. Ka veya Ka değerlerini incelediğimizde: Hangi asidin daha zayıf, hangisinin daha kuvvetli olduğunu rahatlıkla görebiliriz.

ZAYIF ASİTLERİN TİTRASYONU Henderson-Hasselbalch eşitliği K a= [H+] [A-] [HA] Ka [HA] [A-]

-log[H+]= Ka [HA] [A-] [HA] -log. Ka + -log [A ]

p. H =p. Ka + log [A-] [HA]

Vücut sıvılarının çoğu için p. H 6. 5 -8. 0 arasında değişir. FİZYOLOJİK p. H ARALIĞI !!!

Biyolojik açıdan önemli pek çok molekül zayıf asidik ve bazik gruplar içerir. Örneğin, büyük protein molekülleri yüzeylerinde hem asidik (ör. karboksilat) hem de bazik (ör. amino) gruplar taşır.

Bu grupların fizyolojik p. H aralığında veya çok yakınında p. H değişimlerine verdiği cevap İŞLEV açısından çok büyük önem taşır. Ör. pekçok enzimin katalitik etkinliği belli grupların iyonizasyonuna bağlıdır.

Çok sayıda iyonize olabilen gruba sahip moleküller AMFOLİTLER POLİELEKTROLİTLER

Hem asidik hem de bazik p. Ka değerlerine sahip gruplar içeren bir moleküle AMFOLİT denir. Örnek: Glisin Proteinlerin yapısında yer alan bir -amino asittir: Karboksilat grubunun p. Ka’sı 2. 3 Amino grubunun p. Ka’sı 9. 6’dır.

Glisini çok asidik bir çözeltide (ör. p. H 1. 0) çözündürürsek hem amino hem de karboksilat grubu protonlanır ve molekül net +1 yük kazanır:

p. H artırılırsa aşağıdaki gibi proton ayrışımı olur: p. H 1. 0 6. 0 14. 0 Net yük +1 0 -1

Dolayısıyla glisinin titrasyonu iki aşamada gerçekleşir: Önce karboksilat, sonra amino grubu protonunu kaybeder. Bu yüzden GLİSİN iki farklı p. H aralığında iş görebilen bir tampondur.

Aynı sayıda pozitif ve negatif yüklü grup içeren amfolite ZWİTTERİYON denir. Net yükün 0 olduğu p. H değeri İZOELEKTRİK NOKTA (p. I) olarak adlandırılır.

Proteinler gibi büyük moleküllerde çok sayıda asidik ve bazik grup bulunur. Böyle moleküllere POLİAMFOLİT Asidik gruplar baskınsa p. I düşüktür. Bazik gruplar baskınsa p. I yüksektir.

SULU ORTAMDA MOLEKÜLLERİN HAREKETİ DİFÜZYON Kimyasal bir olayın gerçekleşmesi için öncelikle reaksiyona girecek moleküllerin karşılaşması ve belli bir süre birarada tutulması gerekir. İşte bu etkileşimi sağlayan en önemli faktör difüzyon olayıdır.

Atomlar ve moleküller hızlı hareket eden enerjili partiküllerdir. Titreşim ve dönüm hareketleri yaptıklarından kinetik enerjiye, taşıdıkları elektronlar nedeniyle de potansiyel enerjiye sahiptirler.

Atomların ve moleküllerin bu rastgele hareketleri sırasında meydana gelen çok önemli olaylardan biri de difüzyondur. İki molekül bağlanmadan önce, birbirlerine değecek kadar yakınlaşmalı, adeta birbirleriyle çakışmalıdırlar. Bu yakınlaşma moleküllerin termal hareketlerinin bir sonucu olan difüzyon ile sağlanır.

Sıvı ortamda rastgele hareket eden belli bir molekül için difüzyon, başlangıç noktasından belli bir uzaklığa hareket edebilme anlamını taşır. Yüksek konsantrasyondan düşük konsantrasyona doğru rastgele bir hareketle DAĞILMA da denilebilir.

Dağılma tamamlandığında dinamik denge kurulmuş olur.

Küçük moleküllerin sitoplazma içindeki difüzyon hızları, sudaki difüzyon hızlarına yakındır. Örneğin ATP vb. büyüklükteki moleküller 0. 2 saniyede, bulundukları noktadan 10 m (küçük bir hayvan hücresinin çapına eşdeğer) uzağa difüzlenebilmektedirler.

Oysa makromoleküller çok daha ağır hareket ederler. Bu moleküllerin hareket kısıtlılığı, sadece difüzyon hızlarının düşük olmasından değil, aynı zamanda sitoplazmadaki diğer makromoleküllerin sterik (yerleşimsel) engellemesinden de kaynaklanmaktadır.

Sitoplazmada makromoleküllerin genel görünümü

Moleküllerin biyolojik zarlardan geçişi KOLAYLAŞTIRILMIŞ DİFÜZYON A molecule that is too big or too polar to diffuse across the membrane combines with a specific a transport carrier protein and is released in the cytoplasm. The protein changes shape to propel the molecule through. No ATP is used

AKTİF TRANSPORT A cell uses energy from ATP to move solutes against their concentration gradient. (From low concentration to high concentration) 2). Only specific ions and molecules 3). Only one direction 4). These systems are called pumps ie. Na+ pump, K+ pump, Ca++ pump

Büyük partiküllerin taşınmasında zara bağlı vesiküller iş görür:

EKSOSİTOZ

ENDOSİTOZ

OSMOZ (suyun pasif difüzyonu) Eğer iki sulu çözelti, sadece su moleküllerinin geçişine izin veren bir membran (zar) ile birbirinden ayrılmışsa, su molekülleri, kendi konsantrasyonlarının düşük olduğu yere (katı molekül konsantrasyonunun yüksek olduğu çözeltiye) doğru hareket eder. Bu olaya osmoz denir. Su moleküllerinin yoğun tarafa geçebilmesi, buna karşılık katı moleküllerin aksi tarafa geçemeyişi bir süre sonra zar üzerinde bir basınç yaratır. Zardan geçemeyen moleküllerin zar üzerinde yarattığı bu basınca osmotik basınç denir ve bu basınç nedeniyle zar suyun bulunduğu yöne doğru genişler.

Sitoplazmadaki osmotik basınç 6 -7. 7 atm arasındadır. Bu basıncı yaratan çözünmüş madde konsantrasyonuna sahip çözeltilere İZOTONİK ÇÖZELTİ denir. 0. 155 M (veya % 0. 8 -0. 9) Na. Cl (SERUM FİZYOLOJİK) 0. 155 M Na. H 2 PO 4 0. 3 M glukoz 0. 3 M üre

Hipotonik çözelti: Normal vücut hücreleri ve kandan daha düşük konsantrasyonda çözünmüş İzotonik çözelti : Normal vücut hücreleri ve kan ile aynı konsantrasyonda çözünmüş madde içeren çözelti. Hipertonik çözelti : Normal vücut hücreleri ve kandan daha yüksek konsantrasyonda çözünmüş madde içeren çözelti.

SUYUN BİYOLOJİK GÖREVLERİ • İyi bir çözücü • Hidrolazlar gibi enzimler için substrat • Isı düzenleyici CANLIDA BULUNDUĞU YER: • Hücrenin içinde • Hücrenin dışında (hücreler arasında veya damar ve kanalların içinde)

İKİ FORMU VARDIR: BAĞLI SU HİDRAT SUYU İNTERMOLEKÜLER SU İyonlara, proteinlere, karbohidratlara vb. Makromoleküllere H köprüleriyle bağlı su Lifler, zarlar arasında kalmış, akıcılığını yitirmiş su SERBEST SU Kan, lenf, omurilik sıvısı vb. vücut sıvılarındaki akışkan su

Organizma gereksinimi olan suyun çok büyük bir kısmını dışarıdan alır: EKSOJEN SU !!!!! Suyun bir kısmı da metabolik reaksiyonlar sırasında (özellikle organik moleküllerdeki H 2 nin Oksitlenmesiyle) üretilir: ENDOJEN SU !!!!! (METABOLİZMA SUYU)

Endojen su yenilen gıda maddelerinin özelliğine bağlıdır. Örneğin, 100 g proteinin oksidasyonundan ~34 g, 100 g karbohidrattan ~56 g, 100 g yağdan ise ~109 g su açığa çıkar. Ortalama bir hesapla organizmadaki oksidasyonlar sırasında her 100 kaloriye karşılık 10 -15 ml endojen su elde edildiği hesaplanmıştır.

Su organizmayı başlıca idrar ile terk eder. Ayrıca dışkı, tükürük, burun salgıları, gözyaşı ve genital salgılarda sıvı halde çıkarılır.

Su, su buharı halinde de atılır: Deriden fark edilmeyen terleme ile ve akciğerlerden ekspirasyon havası ile !!!

Sıvı halde başka bir atılım yolu da süttür. Özellikle laktasyondaki inekler ve süt veren kadınlar bu yolla önemli ölçüde su kaybederler.

En önemli su metabolizması bozuklukları, su kayıpları (dehidratasyonlar), fazla su alımının yarattığı su zehirlenmeleri ve suyun çeşitli sıvı kompartımanları arasında paylaşılmasının bozukluğu sonucu ortaya çıkan ödem ve şok gibi olaylardır.

Hayatınızı bir düşünün: Yemek yemeden 6 hafta yaşayabilirsiniz ama su içmeden bir haftadan fazla yaşamanız mümkün değildir. İnsanlar vücut suyunun % 10’unu kaybettiklerinde yaşamları tehlikeye girer, % 20’sini kaybettiklerinde ise ölüm kaçınılmazdır. Ortalama insan vücudunda 38 -46 litre kadar su bulunur.

Sağlıklı yaşam için ne kadar su? Sağlıklı bireyler günde belirli yollarla vücuda aldıkları sıvıları kaybederler. Deriden terleme yoluyla 500 ml, akciğerlerle solunum yoluyla 300 ml, böbreklerden idrarla 1500 ml ve barsaklardan …… ile 200 ml olarak kayıptır. Topladığınızda 2500 ml yani ortalama 8 -10 su bardağı sıvı anlamına gelir.

Su içiminin doğru zamanlaması. . . çok önemli • Su içiminin doğru zamanlaması bedenimizin etkinliğini en üst düzeye çıkarır. • 2 bardak su- uyandıktan sonra-iç organları uyandırır (etkinleşmesine yardımcı olur ) • 1 bardak su-yemeklerden 30 dakika öncesindirime yardımcı olur • 1 bardak su-banyodan önce –tansiyonun düşmesine yardımcı olur. • 1 bardak su-uykudan önce-kalp krizinden, inmeden korunmak için

Bugün dünyada 1 milyondan fazla insan temiz su kaynaklarından yoksun!

Lifestraw (yaşam pipeti)

ŞİMDİ KISA BİR ARA. .