Organik Moleküller (Karbohidratlar, Lipitler, Proteinler, Nükleik Asitler, Vitaminler)

Giriş ve Konunun Amacı

İnorganik moleküllerin aksine, organik moleküller canlılar tarafından sentezlenebilen (üretilebilen), yapısında genellikle Karbon (C), Hidrojen (H) ve Oksijen (O) elementlerini bir arada bulunduran maddelerdir. Hücrenin ana malzemesini oluşturdukları gibi, hücrenin yakıt (enerji) ihtiyacını ve genetik bilgi akışını da sağlarlar. Bu bölümde temel organik molekül gruplarının yapılarını, özelliklerini ve insan vücudundaki işlevlerini inceleyeceğiz.

Organik Moleküllerin Genel Özellikleri

Organik bileşiklerin büyük çoğunluğu polimer yapıdadır. - Monomer (Tekli parça): Büyük organik molekülleri oluşturan yapı taşlarına (en küçük yapı birimlerine) denir. - Polimer (Çoklu parça): Monomerlerin birleşmesiyle oluşan büyük dev moleküllerdir.

Monomerlerin birleşerek su açığa çıkarmasıyla polimer üretilmesine Dehidrasyon Sentezi denir (Bu olayda ATP harcanır, hücre içinde olur). Polimerlerin su kullanılarak monomerlerine parçalanmasına ise Hidroliz (Sindirim) denir (ATP harcanmaz, ortamda olur).

Organik molekülleri kullanım amaçlarına göre üçe ayırırız: 1. Enerji Vericiler: Karbohidratlar, Lipitler (Yağlar), Proteinler. 2. Yapıcı-Onarıcılar: Proteinler, Lipitler, Karbohidratlar. 3. Düzenleyiciler: Proteinler, Enzimler, Hormonlar, Vitaminler, Lipitler (bazı hormonlar yağ yapılıdır). (Not: Nükleik asitler yönetici moleküllerdir.)

Şimdi bu besin gruplarını detaylıca inceleyelim.

1. Karbohidratlar (Şekerler)

Genel formülleri $(CH_2O)_n$ şeklindedir. Hücrede birinci sırada enerji kaynağı olarak kullanılırlar. Çünkü parçalanmaları yağ ve proteinlere göre daha kolaydır ve daha az oksijene ihtiyaç duyulur. Yapılarındaki şeker (monomer) sayısına göre üçe ayrılırlar:

a) Monosakkaritler (Tek Şekerliler)

Sindirime uğramazlar (zaten en küçük yapıdadırlar). Zardan doğrudan geçerler. - 5 Karbonlular (Pentozlar): Enerji vermezler, yönetici moleküllerin yapısına katılırlar. (Riboz -> RNA ve ATP yapısına, Deoksiriboz -> DNA yapısına katılır). - 6 Karbonlular (Heksozlar): Enerji vericidirler. - Glikoz (Kan Şekeri/Üzüm Şekeri): Beynin tek enerji kaynağıdır. Tüm canlılar glikozu kullanır. - Fruktoz (Meyve Şekeri): Bitkiseldir. En tatlı şekerdir. - Galaktoz (Süt Şekeri): Hayvansal olarak bilinse de bitkilerde de ara ürün olarak bulunur.

b) Disakkaritler (Çift Şekerliler)

İki monosakkaritin glikozit bağı ile birleşmesiyle (dehidrasyon) oluşurlar. 1 molekül su açığa çıkar. - Glikoz + Glikoz = Maltoz (Arpa şekeri - Bitkisel) + Su - Glikoz + Fruktoz = Sükroz (Çay şekeri/Pancar şekeri - Bitkisel) + Su - Glikoz + Galaktoz = Laktoz (Süt şekeri - Hayvansal) + Su Disakkaritler hücre zarından geçemezler, önce hidroliz edilerek monomerlerine ayrılmaları gerekir.

c) Polisakkaritler (Çok Şekerliler)

Çok sayıda glikozun glikozit bağlarıyla bağlanmasıyla oluşurlar. Temelde dört çeşit polisakkarit vardır, hepsi sadece glikozdan oluşur ama bağlanma şekilleri farklı olduğu için birbirlerinden farklı özellikler gösterirler. - Depo Polisakkaritleri: - Nişasta: Bitkilerin fazla glikozu depo etme şeklidir (patates, buğday). İnsanlar nişastayı hücre dışında sindirebilir. - Glikojen: Hayvanların, mantarların ve bakterilerin fazla glikozu depo etme şeklidir. İnsanlar glikojeni karaciğer ve kaslarda depolar. Karaciğerdeki glikojen kana verilebilirken, kaslardaki sadece kasın kendi kullanımı içindir. - Yapısal Polisakkaritler: - Selüloz: Bitkilerde hücre duvarının (çeperinin) yapısına katılır. Otçul hayvanlar bağırsaklarındaki bakteriler yardımıyla selülozu sindirir ancak insanlar sindiremez. Yine de selüloz bağırsak çalışmasını hızlandırdığı için (lifli gıda) beslenmemizde çok önemlidir. - Kitin: Eklembacaklıların (böceklerin) dış iskeletini ve mantarların hücre duvarını oluşturur. Kitinin yapısında diğer karbohidratlardan farklı olarak Azot (N) bulunur. Ameliyat ipliklerinin yapımında kullanılır.

2. Lipitler (Yağlar)

Karbon, Hidrojen ve Oksijen içerirler. Karbohidratlara göre yapılarındaki Hidrojen oranı çok yüksektir. Bu yüzden parçalandıklarında en fazla enerjiyi yağlar verir (Ancak yıkımları zor olduğu için hücre ikinci sırada tercih eder). Ayrıca yakıldıklarında bol miktarda metabolik su açığa çıkar (Develerin hörgüçlerinde su değil yağ depolamasının sebebi budur). Üç çeşittir:

a) Trigliseritler (Nötral Yağlar)

Doğadaki lipitlerin büyük kısmını ve depo yağlarını oluşturur. Yapısı: 3 adet Yağ Asidi + 1 adet Gliserol -> Trigliserit + 3 Su. Bağ kurulan yere Ester Bağı denir. - Doymuş Yağlar: Yağ asitlerindeki karbon atomları arasında tek bağ vardır. Oda sıcaklığında katıdırlar (Tereyağı, kuyruk yağı). Genellikle hayvansaldır. - Doymamış Yağlar: Karbon atomları arasında çift bağlar vardır. Oda sıcaklığında sıvıdırlar (Zeytinyağı, ayçiçek yağı). Genellikle bitkiseldir. Doymamış yağların endüstriyel olarak hidrojenle doyurulmasıyla margarinler elde edilir.

b) Fosfolipitler

Trigliseritlerden farkı, 3 değil 2 yağ asidine sahip olmalarıdır. Üçüncü yağ asidi yerine fosfat grubu bağlanır. Fosfolipitler enerji vermek için kullanılmazlar. Hücre zarının yapısını oluştururlar (Çift katlı fosfolipit tabakası). Fosfat kısmı suyu sever (hidrofilik), yağ asidi kuyrukları suyu sevmez (hidrofobik).

c) Steroitler

Bunlar polimer yapılı değildir (küçük yapılıdırlar). Zardan doğrudan geçebilirler. En bilinen steroit Kolesterol'dür. Kolesterol sadece hayvansal hücrelerde zarın yapısına katılarak zara sağlamlık ve esneklik verir. Eşey hormonları (östrojen, testosteron) ve D vitamini de steroit yapılıdır. Düzenleyicidirler.

3. Proteinler

Hücrelerimizin en temel yapı taşıdır. Kuru ağırlığımızın yarısını proteinler oluşturur. Yapılarında C, H, O ve mutlak suretle Azot (N) bulunur. Bazen kükürt (S) de içerebilirler. Enerji kaynağı olarak en son (üçüncü sırada) kullanılırlar çünkü onlar hücrenin duvar tuğlaları ve işçileridir.

Proteinlerin yapı taşı (monomeri) Amino Asitlerdir. Doğada 20 çeşit amino asit vardır. Bitkiler bu 20 çeşidin tamamını kendileri üretebilirken, insanlar 8 tanesini üretemez ve dışarıdan besinlerle almak zorundadır (Bunlara Temel/Esansiyel amino asitler denir). Amino asitler birbirlerine Peptit Bağı ile bağlanarak polipeptitleri ve ardından katlanarak üç boyutlu proteinleri oluştururlar. Ribozom organelinde sentezlenirler ve proteinlerin dizilim şifresi DNA tarafından verilir. Bu yüzden her canlının proteini (dolayısıyla genetiği) kendine özgüdür.

Proteinlerin Çeşitli Olmasının Sebepleri: Kullanılan amino asitlerin sayısının, diziliş sırasının ve çeşidinin farklı olmasıdır. (Kullanılan peptit bağı çeşidi farklı DEĞİLDİR, bağ hep aynı bağdır).

Denatürasyon: Proteinlerin yüksek sıcaklık, aşırı basınç veya uç pH değerlerinde üç boyutlu yapılarının bozulmasına denatürasyon denir. Yumurtanın pişmesi bir denatürasyondur. Bu durumda proteinin işlevi kaybolur ama amino asit dizilimi bozulmaz. (Geri dönüşümü olan duruma renatürasyon denir).

4. Nükleik Asitler (DNA ve RNA)

Hücrenin genetik bilgisini taşıyan ve yönetimini sağlayan dev moleküllerdir. Yapı taşlarına Nükleotit denir. Bir nükleotit üç kısımdan oluşur: Fosfat, 5 Karbonlu Şeker (Pentoz) ve Azotlu Organik Baz. - DNA (Deoksiribonükleik Asit): Çift sarmallıdır. Şekeri Deoksiriboz'dur. Bazları Adenin, Guanin, Sitozin ve kendine has olan Timin'dir. Hücrenin tüm faaliyetlerini ve kalıtımı yönetir. - RNA (Ribonükleik Asit): Tek zincirlidir. Şekeri Riboz'dur. Bazları Adenin, Guanin, Sitozin ve kendine has olan Urasil'dir. DNA'dan aldığı şifreyle protein sentezini gerçekleştirir. (Mesajcı m-RNA, Taşıyıcı t-RNA ve Ribozomal r-RNA çeşitleri vardır).

5. Vitaminler

Organik molekül olmalarına rağmen enerji verici (ATP kaynağı) DEĞİLLERDİR. Sindirilmezler, hücre zarından doğrudan geçerler. Enzimlerin yapısına katılarak (koenzim) düzenleyici olarak görev yaparlar. Genelde bitkiler tarafından sentezlenirler. İkiye ayrılırlar: - Suda Çözünen Vitaminler (B ve C grubu): Fazlası vücutta depolanmaz, idrarla atılır. Bu yüzden her gün alınmaları gerekir. Eksiklik belirtileri çabuk ortaya çıkar. (C vitamini eksikliğinde Skorbüt / diş eti kanaması görülür). - Yağda Çözünen Vitaminler (A, D, E, K grubu): Fazlası karaciğerde depolanır. Her gün alınmasalar da eksiklikleri geç hissedilir. Fazla alınmaları zehirlenmeye (hipervitaminoz) yol açabilir. A vitamini eksikliğinde gece körlüğü, D vitamini eksikliğinde raşitizm görülür. İnsan bağırsağında yaşayan mutalist bakteriler bizim için B ve K vitamini üretirler. Ayrıca deri altında inaktif halde bulunan provitamin D, güneş ışığı sayesinde aktif D vitaminine dönüşür.

Özet ve Değerlendirme

Organik moleküller yaşamı yaşam yapan yapısal ve fonksiyonel kimyasallardır. Enerji üretim sıralaması (Kullanım sırası): Karbohidrat -> Yağ -> Protein şeklindedir. Enerji verimi sıralaması ise Yağ > Protein > Karbohidrat şeklindedir. Bir besinin yapısını, nasıl parçalandığını ve hangi bağları içerdiğini (Glikozit, Ester, Peptit) bilmek, canlılık mekanizmasını anlamak için en temel koşuldur.