Doğru dizilim yetmez, doğru katlanmalı
Yeni sentezlenen polipeptitler işlevsel değildir. Biyolojik olarak işlevsel olmaları için üç boyutlu yapı kazanması ve bazen birden fazla polipeptitin bir araya gelmesi gereklidir. Karbonhidratta ve lipitte molekülün şekli pek konuşulmuyordu; proteinde ise her şey şekle bağlı. Bir proteinin biçimi bozulduğunda — yani denatüre olduğunda — dizilimi hiç değişmese bile iş göremez hâle gelir.
Proteinler; hücre ve dokuların bütünlüğünün sağlanmasında, metabolik reaksiyonların gerçekleşmesinde, oksijen, demir vb. moleküllerin taşınmasında görev alır. Protein yapılı hormonlar ve reseptörler, metabolik süreçlerin düzenlenmesi ve hücresel sinyallerin iletilmesinde rol oynarken antikorlar yabancı maddelere karşı organizmayı savunur. Hücredeki hareket proteinleri kas kasılmasında veya hücre içinde moleküllerin taşınmasında görev alır. Proteinler enerji kaynağı olarak da kullanılır.
Son cümleye dikkat: protein enerji kaynağı olarak da kullanılır — ama bu onun asıl işi değildir. Karbonhidrat hızlı enerji, lipit uzun süreli enerji, protein ise yapı ve işleyiştir; enerji için kullanılması son çaredir.
Arama kutusuna savunma, taşıma, kas, hormon gibi bir kelime yaz.
Proteinlerin yapı taşı olan amino asitler, merkezî bir karbon atomuna bağlı amino ve karboksil grubu bulundurur. İlave olarak bir hidrojen atomu ve değişkenlik gösteren ve radikal grup olarak da bilinen R grubu içerir. Amino asitler değişken gruplarına göre çeşitlilik kazanır. Sülfür içeren değişken gruplar proteinlerin üç boyutlu yapısının korunmasında oldukça önemlidir. Proteinlerin yapısında fosfor elementi de bulunabilir.
Yani her amino asitte dört şey aynı karbona bağlıdır: amino grubu · karboksil grubu · bir hidrojen · R grubu. İlk üçü bütün amino asitlerde aynıdır; çeşitliliği yaratan tek şey R grubudur. Sınavda “amino asitler birbirinden nasıl ayrılır” sorusunun tek cevabı budur.
Düğmelerle geç; şema merkezî karbonu ve ona bağlı dört grubu çizer, seçilen grup vurgulanır. R grubunu seçtiğinde ne olduğunu göreceksin: tek değişen kol odur.
Hücrenin genetik kodlarını oluşturan nükleik asitlerin monomer dizilimlerine göre amino asitlerin hangi sırayla ve uzunlukta birbirine bağlanacağı belirlenir. Amino asitler polimerleşirken iki amino arasında peptit bağı oluşur. Bu bağın oluşumu sırasında su çıkışı gerçekleştiği için peptit bağının oluşumu da bir dehidrasyon tepkimesidir.
Ünite 15’teki kural burada da aynen işler: n amino asitten bir polipeptit kurulursa n − 1 peptit bağı oluşur ve n − 1 su açığa çıkar. İki amino asitlik zincire dipeptit denir; onda tek bir peptit bağı ve tek bir su vardır. İlk cümle de önemli: proteinin dizilimini proteinin kendisi değil, nükleik asitler belirler — ünite 18’in konusu tam olarak budur.
Yön düğmeleriyle geç, kaydırakla amino asit sayısını değiştir. Dehidrasyonda her peptit bağında bir su ayrılır; hidrolizde su içeri girer ve zincir çözülür.
Amino asitlerin ribozomlar tarafından ardışık olarak birbirine peptit bağı ile bağlanmasıyla kısa polipeptit zincirleri oluşur. Yeni sentezlenen polipeptitler işlevsel değildir. Biyolojik olarak işlevsel olmaları için üç boyutlu yapı kazanması ve bazen birden fazla polipeptitin bir araya gelmesi gereklidir. Proteinlerin üç boyutlu yapısı amino asit dizisine ve hücre içinde bulunan yardımcı proteinlerinin etkinliğine bağlıdır.
Üç ayrı bilgi var ve üçü de sorulur: (1) zinciri kuran organel ribozomdur; (2) yeni çıkan zincir henüz iş göremez; (3) katlanmayı belirleyen iki şey vardır — amino asit dizisi ve yardımcı proteinler.
Proteinlerin üç boyutlu yapısı kimyasal ve fiziksel koşullara bağlı olarak değişir. Tuz miktarı, pH, sıcaklık gibi çevre koşulları değiştiğinde proteinler doğal şekillerini kaybeder. Buna denatürasyon denir. Biyolojik olarak etkinliğini kaybeden denatüre bir protein, kimyasal ve fiziksel koşulların normale dönmesiyle tekrar aktif üç boyutlu yapısını kazanabilir. Bu durum renatürasyon olarak adlandırılır.
Örneğin süt ısıtıldığında içerisinde bulunan proteinler denatüre olur fakat soğutulduğunda üç boyutlu yapılarını geri kazanabilir. Bazı durumlarda ise bu şekilde olmayabilir. Yumurtanın içinde bulunan proteinler yüksek sıcaklıkta denatüre olur ancak soğuduğunda yapı tekrar eski hâline gelmez.
Kural şu: denatürasyon geri dönebilir, ama her zaman değil. Süt geri döner, yumurta dönmez. Sınavda “kaynatılan yumurta neden eski hâline gelmez” diye sorulduğunda cevap “denatürasyon gerçekleşmiştir ve renatürasyon olmamıştır”dır. Dikkat: denatürasyonda amino asit dizisi bozulmaz, bozulan yalnız üç boyutlu şekildir — peptit bağları kopmaz.
Kaydırağı çek: düşük sıcaklıkta protein katlanmış ve aktif, yüksek sıcaklıkta açılmış ve inaktiftir. Şema ders kitabının süt–yumurta karşılaştırmasını da gösterir: kaydırağı geri çektiğinde süt yeniden katlanır, yumurta katlanmaz.
Enzimler, hücre içinde gerçekleşen kimyasal reaksiyonların hızını artıran, bu reaksiyonların düşük sıcaklıklarda ve daha az enerjiyle gerçekleşmesini sağlayan biyolojik katalizörlerdir. Genellikle protein yapılı olan enzimler, ürüne dönüştüreceği maddeleri (substrat) aktif bölgelerine bağlar ve ürüne dönüştürür.
Terim kutusu — Katalizör: kimyasal reaksiyonların hızını artıran, reaksiyon sonunda kendi yapısında değişiklik olmayan maddelerdir.
İki kelimeye dikkat. “Genellikle”: enzimlerin çoğu proteindir, hepsi değil. “Reaksiyon sonunda kendi yapısında değişiklik olmayan”: enzim tepkimeden değişmeden çıkar, dolayısıyla tekrar tekrar kullanılabilir — bir enzim molekülü binlerce substratı işleyebilir.
Enzimlerin aktif bölgesi, substratların bağlandığı ve reaksiyonların gerçekleştiği bölgedir. Kendine özgü yapı ve kimyasal özellikleri sayesinde enzimler substratları ile etkileşim içine girer. Bu süreçte enzimler genellikle konformasyonlarını değiştirerek reaksiyonların daha kolay gerçekleşmesini sağlar. Bu olay indüklenmiş uyum olarak adlandırılır. Bununla birlikte bazı enzimlerin substratlarıyla ilişkisinde enzimlerin yapısında belirgin bir değişim olmaz ve enzim substrat ilişkisi anahtar-kilit modeli ile açıklanır.
Terim kutusu — Konformasyon: bir molekülü oluşturan atomların bağları etrafında dönmesiyle meydana getirdiği farklı üç boyutlu yapılardır.
Ayrım tek cümlede tutulur: indüklenmiş uyumda enzim şeklini değiştirerek substrata uyar, anahtar-kilitte enzimin şekli değişmez, substrat zaten uyar.
Düğmelerle modeli seç; animasyon substratın aktif bölgeye gelişini, bağlanmasını ve ürünlere dönüşüp ayrılmasını oynatır. İndüklenmiş uyumda enzimin aktif bölgesi substrat gelince şekil değiştirir; anahtar-kilitte şekil sabit kalır.
Bir reaksiyonun başlayabilmesi için öncelikle aktivasyon enerjisi adı verilen enerji engeli aşılmalıdır. Enzimler, aktivasyon enerjisini düşürerek reaksiyonların daha hızlı ve daha düşük enerji ile gerçekleşmesini sağlar. Aktivasyon enerjisinin düşürülmesinde enzim-substrat ilişkisi oldukça önemlidir. Enzimlerin belirli bir reaksiyonda net reaksiyon enerjisi üzerine etkisi bulunmamaktadır.
Son cümle ünitenin en çok tuzak kurulan bilgisidir: enzim engeli alçaltır, ama tepkimenin başı ile sonu arasındaki enerji farkını değiştirmez. Aşağıdaki grafikte iki eğrinin tepesi farklı, uçları aynı yükseklikte — kural tam olarak budur.
Düğmelerle iki eğriyi karşılaştır. Tepe noktası aktivasyon enerjisidir; başlangıç ile bitiş arasındaki fark net reaksiyon enerjisidir ve enzimle değişmez.
Çalışması için ilave bileşene ihtiyaç duymayan enzimler basit, metal elemente veya organik moleküller gibi yardımcı bileşenlere ihtiyaç duyanlar ise bileşik enzim olarak adlandırılır. Enzimlerin yardımcı yapılar içermeyen ve sadece proteinden oluşan kısmı apoenzim, yardımcı bileşenlerle aktif forma dönüşen bileşik yapı ise holoenzimdir. Reaksiyonların gerçekleşmesi için bu yapıların geçici olarak enzime bağlanması gereklidir.
Tek satırlık formül: apoenzim (inaktif) + yardımcı kısım = holoenzim (aktif). Yardımcı kısmın bağlanması geçicidir.
Birçok enzim, aktivite gösterebilmek için protein olmayan yardımcı maddelere ihtiyaç duyar. Bu yardımcı maddelere kofaktör denir. Bazı enzimlerin kofaktörleri iyonik formdaki çinko, demir, bakır gibi inorganik metal atomlarıdır. Kofaktör, organik bir molekülse daha spesifik bir sözcükle koenzim olarak adlandırılır. Vitaminler enzimlerin koenzimi veya koenzimlerin öncülü olan önemli biyomolekül grubudur. Bazı enzimlerde yardımcı kısım hem organik hem de inorganik yapılı moleküllerden oluşabilir.
Koenzim, kofaktörün organik olanıdır — ayrı bir şey değil, alt kümesidir. Son cümle ünite 19’a köprü: vitaminler koenzim ya da koenzim öncülüdür, bu yüzden vitamin eksikliğinde bazı enzimler çalışamaz.
Enzimler genellikle substratlarına özgüdür. Birbirine yapısal olarak benzeyen substratlar arasında kendi substratını tanır. Örneğin sükraz enzimi sadece sükroz üzerinde etkiliyken yapısal olarak sükroza benzeyen maltoz gibi diğer disakkaritler üzerine etkili değildir. Enzimler, hücre içinde üretilir ve çoğunlukla hücre içi faaliyetlerde kullanılır ancak pepsin, kimotripsin gibi bazı enzimler üretildikleri hücrelerin dışına salgılanabilir ve hücre dışında da çalışabilir.
Enzim adlarının çoğu substratın adına -az eki getirilerek kurulur: sükroz → sükraz, laktoz → laktaz, maltoz → maltaz. Bir önceki ünitede geçen laktoz intoleransının eksik enzimi de bu yüzden laktazdır.
Hücre içindeki metabolik reaksiyonlar genellikle farklı enzimler tarafından katalize edilen reaksiyonlar dizisi olarak gerçekleşir. Bu süreçte bir enzim tarafından oluşturulan ürün sonraki reaksiyon için substrat olarak işlev görür ve aşamalı olarak farklı enzimlerin devreye girmesiyle zincirleme şekilde devam eder. Metabolik yol olarak bilinen bu reaksiyonlar hücresel işlevlerin düzgün ve koordineli bir şekilde yürütülmesini sağlar. Negatif geri bildirim son ürünün aşırı üretiminin engellenmesi için genellikle yolun ilk enziminin baskılanmasıdır. Böylece hücrenin kaynakları verimli bir şekilde kullanılır.
Baskılanan enzim genellikle yolun ilkidir, sonuncusu değil — çünkü zinciri en başından durdurmak, ara ürünleri boşuna üretmemek demektir.
Enzimlerin aktivitesi başka bir ifadeyle enzimatik reaksiyonların hızı ve bu hızın düzenlenmesi, biyolojik olarak oldukça önemlidir. Hücrede biyokimyasal reaksiyonların yerinde ve doğru hızda gerçekleşmesini sağlar. Enzimlerin aktivitesi ortamdaki su miktarı, sıcaklık, pH, substrat miktarı, enzim miktarı, yüzey alanı gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir.
Düğmelerle geç; her faktör için ders kitabının anlattığı eğri çizilir ve altındaki kutuda kural ile grafiğin okunuşu yazar. Sıcaklık ve pH grafiklerinde optimum nokta işaretlidir.
Enzim ve substrat miktarı için üç ayrı grafik verilir ve sınavda en çok karıştırılan yer burasıdır:
a) Sınırsız enzim veya sınırsız substrat: hız durmadan artar,
çünkü karşı taraf hiç bitmiyor.
b) Sabit enzim, artan substrat: hız önce artar, sonra aktif bölgeler substratla
doymaya başladığı için artış yavaşlar ve en yüksek hızda sabitlenir. Daha fazla
substrat eklemek bir şey değiştirmez.
c) Sabit substrat, artan enzim: hız, ortamdaki bütün substratlar enzimle
etkileşime girinceye kadar artar; sonra substratlar ürüne dönüştüğü için hız
azalır ve substrat bitince sıfırlanır.
Ayrım şu tek soruyla yapılır: “Biten bir şey var mı?” (a)’da yok, (b)’de aktif bölgeler doluyor, (c)’de substrat tükeniyor.
Her satırda doğru sütuna tıkla, sonra Denetleye bas.
Arama kutusuna aktif, vitamin, pH, substrat gibi bir kelime yaz.
Verilen tanımdan doğru terimi seç. Sorular her seferinde karışık sırada gelir.
Tavaya kırdığın yumurtanın saydam kısmı bir anda beyazlaşır. Olan şey denatürasyondur: sıcaklık proteinlerin üç boyutlu yapısını bozar. Bu olayın verdiği ayrıntı önemli — yumurta soğuduğunda eski hâline dönmez, yani renatürasyon olmaz. Sütte ise olabilir. Aynı olay, iki farklı sonuç.
Kas kasılmasında görev alanlar hareket proteinleridir; onlar ayrı bir madde olarak sayıyor. Kas geliştirmek, yeni protein sentezlemek demektir — ve o proteinlerin amino asit dizisini senin nükleik asitlerin belirler. Antrenman uyarıyı verir, malzemeyi beslenme sağlar.
Ateşin yükseldiğinde kendini kötü hissetmenin bir sebebi enzimlerdir: insanlardaki birçok enzimin optimum sıcaklığı 35-40 °C arasındadır. Bu sıcaklığın üstünde denatürasyon süreci başlar ve enzim aktivitesi düşer. Vücut birkaç derecelik farka bu yüzden çok duyarlıdır.
Örnek: bir elma bütün yendiğinde mide ve bağırsak enzimlerinin elmayla temas yüzeyi sınırlıdır ve sindirim uzun sürer; rendelendiğinde temas yüzeyi artar ve sindirim hızlanır. Aynı sebeple lokmaları iyi çiğnemek sindirimi kolaylaştırır — çiğnemek, yüzey alanını artırmaktır.
Bu doğrudan yazılıdır: kurutulmuş sebze ve meyveler, su oranı oldukça azaltılmış pekmez gibi gıdalarda enzimlerin aktivitesi azalır ya da çalışmaz. Bu sebeple mikroorganizmalar bu tür ortamlarda çoğalamaz. Yani dolabın dışında duran pekmezi koruyan şey suyun yokluğudur.
Midede çalışan pepsin asidik ortamı sever; ince bağırsakta çalışan tripsin ise bazik ortamda (pH > 7) daha iyi çalışır. İki enzim aynı işi yapmaz, çünkü her enzimin bir optimum pH’ı vardır. Mide ilaçlarının ortamın asitliğini değiştirmesi de bu yüzden sindirimi etkiler.
Sıcak süt içmek için ısıttığında sütteki proteinler denatüre olur, ama soğuduğunda üç boyutlu yapılarını geri kazanabilir. Renatürasyon örneği budur. Süt kaynarken üstünde oluşan kaymak tabakası ise geri dönmeyen kısımdır — denatürasyonun her zaman geri dönmediğinin ev hâlindeki kanıtı.
Vitamin kutularında “enerji metabolizmasına katkı” yazmasının biyolojik karşılığı şudur: vitaminler enzimlerin koenzimi veya koenzimlerin öncülüdür. Yani vitamin kendi başına enerji vermez; enerji üreten enzimlerin çalışmasını mümkün kılar. Bir sonraki ünitenin konusu tam olarak bu.
Çamaşır deterjanlarının bazıları protein ve yağ lekelerini parçalayan enzimler içerir. Bunun neden mümkün olduğu şöyle yazılı: pepsin, kimotripsin gibi bazı enzimler üretildikleri hücrelerin dışına salgılanabilir ve hücre dışında da çalışabilir. Enzimin çalışması için canlı bir hücrenin içinde olması şart değildir.
Proteinlerin görevleri, amino asidin yapısı ve R grubu, peptit bağı ve dehidrasyon, polipeptitten proteine katlanma, denatürasyon ve renatürasyon, enzimler ve aktif bölge, indüklenmiş uyum ile anahtar-kilit modeli, aktivasyon enerjisi, apoenzim-holoenzim, kofaktör ve koenzim, metabolik yol ve negatif geri bildirim, enzim aktivitesini etkileyen altı koşul
Hücre ve dokuların bütünlüğünün sağlanması · metabolik reaksiyonların
gerçekleşmesi · oksijen, demir vb. moleküllerin taşınması.
Protein yapılı hormonlar ve reseptörler: metabolik süreçlerin düzenlenmesi ve
hücresel sinyallerin iletilmesi.
Antikorlar: yabancı maddelere karşı savunma.
Hareket proteinleri: kas kasılması, hücre içinde molekül taşınması.
Enerji kaynağı olarak da kullanılır.
Merkezî bir karbon atomuna bağlı: amino grubu · karboksil grubu · bir
hidrojen · R (radikal) grubu.
Amino asitler değişken gruplarına (R) göre çeşitlenir.
Sülfür içeren değişken gruplar üç boyutlu yapının korunmasında önemlidir;
proteinlerin yapısında fosfor da bulunabilir.
Amino asitlerin hangi sırayla ve uzunlukta bağlanacağını nükleik asitler
belirler.
İki amino asit arasında peptit bağı oluşur; bu bir dehidrasyon
tepkimesidir (su çıkar).
n amino asit → n − 1 peptit bağı → n − 1 su.
Amino asitler ribozomlar tarafından ardışık bağlanır → polipeptit.
Yeni sentezlenen polipeptitler işlevsel değildir; işlevsel olmaları için
üç boyutlu yapı kazanmaları ve bazen birden fazla polipeptitin bir araya
gelmesi gerekir.
Üç boyutlu yapı amino asit dizisine ve yardımcı proteinlerin etkinliğine
bağlıdır.
Denatürasyon: tuz miktarı, pH, sıcaklık gibi koşullar değişince proteinin
doğal şeklini kaybetmesi.
Renatürasyon: koşullar normale dönünce aktif üç boyutlu yapının yeniden
kazanılması.
Süt: ısıtılınca denatüre olur, soğuyunca geri kazanabilir.
Yumurta: denatüre olur ama geri dönmez.
Biyolojik katalizörlerdir: reaksiyonların hızını artırır, düşük
sıcaklıklarda ve daha az enerjiyle gerçekleşmesini sağlar. Genellikle protein
yapılıdırlar.
Katalizör: reaksiyon hızını artıran, reaksiyon sonunda kendi yapısında
değişiklik olmayan madde.
Aktif bölge: substratların bağlandığı ve reaksiyonun gerçekleştiği bölge.
İndüklenmiş uyum: enzim konformasyonunu değiştirerek uyum sağlar.
Anahtar-kilit: enzimin yapısında belirgin değişim olmaz.
Aktivasyon enerjisi: reaksiyonun başlaması için aşılması gereken enerji engeli.
Enzim bunu düşürür; net reaksiyon enerjisine etkisi yoktur.
Özgüllük: sükraz yalnız sükroza etkilidir, maltoza değildir.
Enzimler hücre içinde üretilir; pepsin, kimotripsin gibi bazıları hücre dışına
salgılanıp orada da çalışır.
Basit enzim: ilave bileşene ihtiyaç duymaz.
Bileşik enzim: metal element ya da organik moleküllere ihtiyaç duyar.
Apoenzim (inaktif) + yardımcı bileşen = holoenzim (aktif). Bağlanma
geçicidir.
Kofaktör: protein olmayan yardımcı madde; iyonik çinko, demir, bakır gibi
inorganik metal atomları.
Koenzim: organik olan kofaktör. Vitaminler enzimlerin koenzimi veya
koenzimlerin öncülüdür.
Metabolik yol: bir enzimin ürünü, sonraki reaksiyonun substratı olur.
Negatif geri bildirim: son ürünün aşırı üretimini engellemek için genellikle
yolun ilk enzimi baskılanır.
Su: enzimlerin çalışması için ortamda belirli oranda su gerekir. Kurutulmuş
sebze-meyve ve pekmez gibi gıdalarda aktivite azalır ya da durur;
mikroorganizmalar çoğalamaz.
Sıcaklık: optimum sıcaklık aktivitenin en yüksek olduğu sıcaklıktır;
insanlarda birçok enzimde 35-40 °C. Optimuma kadar kinetik enerjiyle
artar, üstünde denatürasyon başlar; tam denatüre olunca hız durur.
pH: her enzimin bir optimum pH’ı vardır; hücre içinde çoğu enzimde
6-8. Pepsin midede asidik, tripsin ince bağırsakta
bazik (pH > 7) ortamda çalışır.
Enzim/substrat miktarı: sınırsız enzim veya substratta hız doğru orantılı
artar; sabit enzimde substrat artınca aktif bölgeler doyar, hız
en yüksek değerde sabitlenir; sabit substratta enzim artınca hız artar,
sonra substrat tükendiği için sıfırlanır.
Yüzey alanı: substratın yüzey alanı artınca temas artar, hız artar
(elma / rendelenmiş elma).