1.1 Yaşamın molekülleri
Canlıların kuru kütlesinin büyük kısmı dört grup organik molekülden oluşur. Karbonhidratlar (glikoz, nişasta, glikojen, selüloz) hızlı enerji kaynağı ve yapı maddesidir. Lipitler (yağlar, fosfolipitler, steroitler) uzun süreli enerji deposu ve zarların ana maddesidir. Proteinler 20 çeşit amino asidin peptit bağlarıyla dizilmesiyle oluşur; enzim, taşıyıcı, hormon ve yapı proteini olarak görev yapar. Nükleik asitler (DNA ve RNA) kalıtsal bilgiyi saklar ve aktarır.
Bu moleküllerin çoğu küçük birimlerin (monomer) su çıkışıyla birleşmesiyle, yani dehidrasyon sentezi ile kurulur; su eklenerek yıkılmalarına hidroliz denir. Bir proteinin işlevini belirleyen şey üç boyutlu şeklidir: amino asit dizisi (birincil yapı) proteinin nasıl katlanacağını belirler. Bu yüzden tek bir amino asidin değişmesi bile proteinin işlevini bozabilir.
1.2 Enzimler: biyolojik katalizörler
Enzimler, tepkimelerin başlaması için gereken aktivasyon enerjisini düşürerek tepkimeleri milyonlarca kat hızlandırır, ama tepkimede harcanmaz. Substrat, enzimin aktif bölgesine bağlanır; bağlanma sırasında aktif bölge substrata uyacak şekilde biraz değişir (uyarılmış uyum modeli). Bu yüzden her enzim belirli bir substrata özgüdür.
Enzim hızı sıcaklık, pH, substrat derişimi ve inhibitörlerden etkilenir. İnsan enzimlerinin çoğu 37 °C civarında en hızlı çalışır; yüksek sıcaklık hidrojen bağlarını kırarak enzimin şeklini kalıcı olarak bozar (denatürasyon). Mide enzimi pepsin pH 2 civarında, ince bağırsaktaki tripsin ise pH 8 civarında en iyi çalışır. Substrat derişimi arttıkça hız artar, ama bütün aktif bölgeler dolunca hız bir üst sınıra ulaşır (doygunluk).
1.3 Zardan geçiş
Hücre zarı, iki katlı fosfolipit tabakası ve içine gömülü proteinlerden oluşan akışkan mozaik bir yapıdır. Difüzyon, maddelerin çok yoğun olduğu yerden az yoğun olduğu yere enerji harcanmadan geçmesidir. Oksijen ve karbondioksit zardan doğrudan geçer; glikoz gibi büyük ve iyonlar gibi yüklü maddeler ise kanal ya da taşıyıcı proteinlerle geçer (kolaylaştırılmış difüzyon). Osmoz, suyun seçici geçirgen zardan, çözünen maddenin az olduğu taraftan çok olduğu tarafa difüzyonudur.
Bir hücre hipertonik (daha derişik) bir çözeltiye konursa su kaybeder: alyuvar büzülür, bitki hücresinde sitoplazma çeperden ayrılır (plazmoliz). Hipotonik çözeltide su alır: alyuvar patlayabilir, bitki hücresi ise çeperi sayesinde patlamaz ve gerginleşir (turgor). Aktif taşıma ise maddeleri derişim farkına karşı, ATP harcayarak taşır. Sodyum–potasyum pompası her döngüde 3 Na⁺ iyonunu hücre dışına, 2 K⁺ iyonunu içeri taşır.
FormülYüzey/hacim oranı = yüzey alanı ÷ hacim · Büyütme = görüntü boyu ÷ gerçek boy
Anahtar terimler
- Aktivasyon enerjisi
- Bir tepkimenin başlaması için gereken en küçük enerji.
- Denatürasyon
- Proteinin üç boyutlu şeklinin bozulup işlevini yitirmesi.
- Osmoz
- Suyun seçici geçirgen zardan, çözüneni az olan taraftan çok olan tarafa geçmesi.
- Aktif taşıma
- Maddelerin ATP harcanarak derişim farkına karşı taşınması.
Ünite sonu soruları
Önce kendin çöz, sonra çözümü aç.
Kenar uzunlukları 1 cm, 2 cm ve 3 cm olan üç küp şeklindeki hücre modelinin yüzey/hacim oranlarını hesaplayın. Hangisinde difüzyonla madde alışverişi en verimlidir?
Çözümü göster
Yüzey = 6a², hacim = a³, oran = 6/a. 1 cm: 6/1 = 6; 2 cm: 24/8 = 3; 3 cm: 54/27 = 2. Oran en büyük olan 1 cm'lik küpte birim hacme düşen yüzey en fazladır; difüzyon en verimli oradadır.
Mikroskopta çekilen bir fotoğrafta 50 µm çapındaki bir hücre 5 mm görünüyor. Büyütme kaçtır?
Çözümü göster
Önce birimleri eşitle: 5 mm = 5000 µm. Büyütme = görüntü ÷ gerçek = 5000 ÷ 50 = 100. Fotoğraf 100 kat büyütülmüştür.
Alyuvarlar damıtılmış suya, bitki yaprağından alınan hücreler de damıtılmış suya konuyor. İki hücrede gözlenecek farkı nedeniyle açıklayın.
Çözümü göster
Damıtılmış su her iki hücreye göre hipotoniktir; su osmozla hücrelere girer. Alyuvarın çeperi olmadığı için şişer ve patlar (hemoliz). Bitki hücresi de su alır, ama sağlam selüloz çeperi genişlemeyi sınırlar; hücre patlamaz, gerginleşir (turgor basıncı).
Bir enzimle yapılan deneyde sıcaklık 20 °C'den 37 °C'ye çıkarılınca hız artıyor; 60 °C'de tepkime duruyor ve sıcaklık yeniden 37 °C'ye indirildiğinde de başlamıyor. Bu sonuçları açıklayın.
Çözümü göster
20→37 °C: moleküllerin kinetik enerjisi artar, enzim–substrat çarpışmaları sıklaşır, hız artar. 60 °C: aktif bölgenin şeklini koruyan hidrojen bağları kırılır, enzim denatüre olur ve substrat bağlanamaz. Denatürasyon kalıcı olduğu için soğutmak işlevi geri getirmez.
🦉 Daha kolay anlatım: Profesör Baykuş'un dersi: Hücre: canlıların yapı taşı