TAR131U-GENEL BİYOLOJİ
Ünite 1: Canlı Kimyası ve Hücre
Giriş
Atomlar molekülleri, moleküller monomer adı verilen yapısal bileşenleri, monomerler polimerleri, polimer kompleksleri ise hücre organellerini ve hücre organelleri de nihayet hücreyi meydana getirir. Hücre, yaşamın temel işlevsel birimidir.
Canlının Tanımı ve Özellikleri
Canlıların, canlılık özelliklerini taşıyan en küçük yapı birimi hücredir. Hücreler bir araya gelerek dokuyu, dokular organları, organlar sistemleri ve organ sistemleri de organizmayı meydana getirmektedir. Bu organizasyonel yapı daha da ileriye taşındığında popülasyon, komünite, ekosistem ve biyosfer tabakasından bahsetmek gerekir.
Çevresel koşullardaki tüm değişimlere rağmen, canlıların iç ortamının belirli sınırlar içerisinde değişmeden kalması olayına homeostazi adı verilir.
Canlılarda meydana gelen sentez olayları anabolizma, yıkım olayları katabolizma, her ikisi birden metabolizma olarak adlandırılır.
Yaşamın Kimyasal Temeli
Atom-Molekül Kavramları
Elementler, Atom, proton, elektron, nötron, bileşik, molekül ve karışım kavramlarını kitabınızın altıncı sayfasında Şekil1.1’de inceleyebilirsiniz.
Bileşik kimyasal olarak tamamen yeni ve kendisini oluşturan bileşenlerden farklı bir yapı gösterirken, karışımı oluşturan maddelerin kimyasal özellikleri değişmez.
Kimyasal Bağlar: İyonik Bağlar, Kovalent Bağlar, Hidrojen Bağları
İyonik Bağlar: Elektron alışverişi sonucu oluşan bağlardır. Elektron alan grup, elektron veren grup yüklenir ve zıt yüklü iyonların birbirini çekmesi ile iyonik bağlar oluşur.
Kovalent Bağlar: Bu bağlar elektronların aynı/farklı elementlere ait atomlar arasında ortaklaşa paylaşılması esasına dayanır. İyonik bağlara göre çok daha güçlüdür.
Organik bileşiklerden olan karbonhidratların monomerlerini birbirine bağlayan glikozid bağı, amino asitleri birleştirerek proteinlerin oluşumunu sağlayan peptid bağları, yağ monomerlerini birbirine bağlayan ester bağları ve nükleik asitleri birbirine bağlayan fosfodiester bağları hep kovalent bağlardır.
Hidrojen Bağı: Hidrojen bağları, kovalent bağın farklı bir çeşididir. Elektronunun yakın olduğu atom kısmi negatif (elektronegatif atom), elektronların uzak olduğu atom ise kısmi pozitif (elektropozitif atom) yüklenir. Bu iki atom arasında polar bir kovalent bağ oluşur. Kovalent bağlardan daha zayıf olan bu bağa hidrojen bağı denir.
Su ve Yaşam
Su, yaşam sıvısıdır ve önemlidir. Polar yapısı nedeniyle su, evrensel bir çözücüdür ve canlı bünyesinde gerçekleştirilen biyokimyasal reaksiyonlar ancak su içerisinde başarılır. Su, yüksek buharlaşma ısısına sahiptir. Canlılarının vücut sıcaklığının belirli sınırlar içerisinde tutulmasına yardım eder. Su, yüksek özgül ısıya sahip bir moleküldür. Canlıların ısı değişiminden az etkilenmelerine yardımcı olur. Su molekülleri, sahip oldukları polar yapı nedeniyle birbirini çeker. Buna kohezyon adı verilir. Kohezyon kuvvetinin getirileri nedeniyle canlılar için önemlidir. Su molekülleri sadece birbirini çekmez, aynı zamanda temas ettikleri yüzey ile de bir çekim oluşturur (adhezyon). Adhezyonun getirileri nedeniyle canlılar için önemlidir. Suyun viskozitesi düşüktür. Bu da suyun taşınmasını kolaylaştırmaktadır. Bir maddenin iyonlarına ayrılabilmesi için canlı bünyesinde mutlaka suya ihtiyaç vardır.
Özgül (spesifik) ısı, bir maddenin bir gramının sıcaklığını 1 °C arttırmak için gerekli olan ısı miktarı olarak tanımlanır.
Canlı Yapısında Bulunan Mineral ve Elektrolitler
Asit, baz ve tuz gibi kimyasal maddeler suda çözündükleri zaman iyonlarına ayrılır. Bu elektrik yüklü taneciklerin bulunduğu çözeltiler, elektriği iletme özellikleri nedeniyle elektrolit olarak tanımlanır.
Canlı Yapısında Bulunan Organik Bileşikler
Temel olarak yapısında C, H ve O elementlerinin tamamını aynı anda bulunduran moleküllere organik bileşikler adı verilir. Organik moleküllerden karbonhidratlar, yağlar, proteinler ve nükleik asitler canlı organizmaların kuru ağırlığının önemli bir kısmını oluşturmaktadır.
Reaktif gruplar, başka moleküllerle reaksiyona girme yeteneğinde olan ve organik bileşiklerin yapı taşlarının (monomerlerinin) yapısında bulunan kimyasal gruplardır.
Karbonhidratlar: Karbonhidratlar, doğada en çok bulunan organik bileşiklerdir. Genel olarak (CH2O)n formülü ile gösterilir. Karbonhidratlar, içerdikleri şeker alt birimlerinin sayısına göre, temel olarak üç başlık altında değerlendirilmektedir.
Monosakkaritler, 3 ila 7 C atomundan oluşan ve bir şeker molekülü içeren basit şekerlerdir. Glikoz (C6H12O6), riboz (C5H10O5), gliseraldehit (C3H6O3) önemli monosakkaritlerdir. Glikoz molekülünün hayvansal organizmalardaki depo şekli ise glikojendir.
Disakkaritler, iki adet monosakkaritin birbirlerine glikozid bağı ile bağlanması ile oluşan moleküllerdir. En çok bilinen disakkaritler sakkaroz, laktoz ve maltozdur.
Polisakkaritler ise, çok sayıda monosakkaritin birbirlerine glikozid bağları ile bağlanması ile oluşan büyük moleküllerdir. Örnek: bitkilerde nişasta ve selüloz, hayvansal organizmalarda ise glikojen molekülleri, kitin.
Yağlar(lipitler): C, H ve O elementlerinden oluşan ve karbonhidratlardan farklı olarak N, S içermeyen ve oksijenden daha çok H içeren organik moleküllerdir. Birçok yağ molekülü için temel birim (monomer), yağ asitleridir. Yağ asitleri, uçlarından birinde bir karboksil (- COOH) grubu taşıyan uzun zincirlerdir. Yağ polimerinin oluşumu, ester bağı kurulumu ile gerçekleştirilir. Doymuş ve doymamış yağ asitleri olmak üzere iki çeşidi vardır. Temel olarak Nötral yağlar, Bileşik yağlar, Steroidler olmak üzere üç başlık altında değerlendirilirler.
Proteinler: Proteinler, esas itibarıyla C, O, H, N ve S elementlerinden meydana gelir. Amino asit adı verilen yapıtaşlarının yüzlercesinin peptid bağları aracılığıyla bir araya gelmesi ile oluşan polimer moleküllerdir. Bitkiler bütün amino asitleri sentezleyebilirken, hayvansal organizmaların sentezleyemediği ve kesinlikle dışarıdan almaları gereken 9 adet temel amino asit vardır. Temel amino asitler; fenilalanin, histidin, izolösin, lösin, lizin, metionin, treonin, triptofan ve valin’dir.
Protein yapısında, dört farklı organizasyon yapısı bulunur. Bunlardan ilki, polipeptitteki amino asitlerin dizilimi olarak ifade edilen birincil (primer) yapıdır. Proteinlerin bir üst organizasyon düzeyi ikincil (sekonder) yapı olarak bilinir ve amino asitlerin sahip oldukları yüklerden dolayı etkileşim içerisine girerek alfa heliks adı verilen spiral bir yapı oluşturacak şekilde kıvrılması ile ortaya çıkar. Bazı durumlarda proteinlerin belli bölümleri hidrojen bağları ile bağlanarak sekonder yapının diğer tipi beta pli yapısı ortaya çıkar. Proteinlerin fonksiyonel özellik kazandığı organizasyon düzeyi ise üçüncül (tersiyer) yapı aşamasıdır. Bu aşamada özellikle disülfit bağları adı verilen ve iki S atomu arasında oluşan (-S-S-) bağları önem taşır. Birden fazla polipeptid zincirinin birbirine bağlanması ile de proteinlerin dördüncül (quaterner) yapısı oluşur. Proteinler, üçüncül ya da dördüncül yapıda biyolojik aktivite gösterirler.
Nükleik Asitler (RNA ve DNA): Canlı bünyesinde bulunan, C, H, O, P ve N elementlerinden meydana gelen büyük organik moleküllerdir. Esas görevi, hücrenin kalıtım materyali olmasıdır. Nükleik asitler, çok sayıda nükleotid adı verilen yapı taşlarının fosfodiester bağları ile bağlanması ile oluşan polimer organik moleküllerdir. Nükleotidlerin yapısındaki şeker riboz ya da deoksiribozdur. Nükleotidlerin yapısında beş farklı azotlu baza rastlanmaktadır. Bu bazlar çift C halkasından oluşan pürinler ve tek C halkalı pirimidinler olmak üzere ikiye ayrılır. Adenin (A) ve guanin (G) pürin; timin (T), urasil (U) ve sitozin (C) ise pirimidin bazlarıdır.
Canlılarda temel olarak iki farklı nükleik asit bulunur: Deoksiribonükleik asit (DNA) ve Ribonükleik asit (RNA). Üç tip RNA molekülü bulunmaktadır. Mesajcı RNA (mRNA), DNA’dan aldığı genetik kodu ribozoma taşır. Ribozomal RNA (rRNA), ribozomlarda bulunur. Taşıyıcı RNA (tRNA) ise amino asitleri ribozoma taşıyan moleküllerdir.
Nükleotidler sadece nükleik asitlerin oluşumunda rol oynamaz. Aynı zamanda canlı sistemlerde başka çok önemli görevleri de yerine getirirler. Örneğin; siklik Adenozin Monofosfat (cAMP), hücresel mesajcı olarak görev alır. Adenozin Trifosfat (ATP) molekülü de Adenozin Difosfat (ADP) molekülü ile birlikte enerji taşıyan nükleotidlerdir. Bazı nükleotidler de enzimlere yardımcı rol oynayabilirler. Koenzim adı verilen bu nükleotidler, birçok metabolik yolda önemli görevler üstlenir.
Hücre ve Yapısı
Hücreler gelişmişlik seviyelerine göre ikiye ayrılır:
Prokaryotik Hücre
Genetik materyali, zarla çevrili çekirdek içinde olmayıp hücre sitoplazmasında serbest halde bulunan hücrelerdir. Prokaryotik hücreler aynı temel yapıya sahiptirler: Hücre içi ve dışını ayıran bir plazma zarı (hücre zarı), DNA’nın yer aldığı nükleoid bölgesi ve sitoplazma. Prokaryotik hücreler genelde plazma zarının dış kısmında bir hücre duvarına (çeper) sahiptir.
Ökaryotik Hücre
DNA materyalleri gerçek bir çekirdek içinde bulunan hücreler eu/ö (gerçek) karyot (çekirdek) hücre adını alır. Ökaryotik hücrelerin DNA’sı, prokaryotik hücrelerin tek, dairesel şekilli kromozomunun aksine, çok sayıda çubuk şekilli kromozomlarda paketlenmiştir. Prokaryotik hücrelerden farklı olarak, ökaryotik hücrelerin sitoplazması organel denilen belli görevler için özelleşmiş zarla çevrili yapılar bulundurur. Ökaryotik hücreler bitki ve hayvan hücreleri olmak üzere iki gruba ayrılır. Bitki hücrelerinde hücre zarının dış kısmında hücreye şekil veren selülozdan yapılmış bir hücre çeperi bulunur. Bitki hücreleri fotosentezde görevli kloroplast ve bazı maddelerin sentezi ve depolanmasından sorumlu kromoplast ve levkoplast adı verilen plastidlere sahiptir. Bitki hücresinde ayrıca büyük bir merkezî vakuol (koful) mevcuttur. Bu yapılar hayvan hücrelerinde bulunmaz. Buna karşın hayvan hücrelerindeki sentrozom da bitki hücrelerinde görülmez.
Hücre Zarı
Hem prokaryot hem de ökaryotik hücreler kendilerini dış ortamdan ayıran çift katlı bir hücre zarına (plazma zarı) sahiptir. Hücre zarının ana yapı taşı fosfolipidlerdir. Hücre zarının ikinci önemli yapı maddesi proteinlerdir. Genel olarak iki tip zar proteini bulunmaktadır: integral proteinler (taşıma proteinleri) ve periferal proteinler (reseptörler). Hücre zarının diğer bileşeni olan karbonhidratlar zarın dış yüzeyinde lipid (glikolipid) ya da protein (glikoprotein) moleküllerine bağlı olarak bulunurlar.
Hücre Zarında Su ve Çözünmüş Madde Taşınım: Zardan su ve küçük moleküllerin geçişi iki farklı süreçte gerçekleşir: Pasif taşıma ve Aktif taşıma. Pasif taşımada madde geçişi için enerji gerekli değildir. Moleküller
yoğunluklarının yüksek olduğu taraftan düşük olduğu tarafa doğru difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon ya da ozmoz yoluyla hareket eder. Aktif taşımada ise moleküller yoğunluklarının düşük olduğu taraftan yüksek olduğu tarafa doğru enerji (ATP) kullanılarak taşınır.
Bir iyonun zardan hangi yöne doğru hareket edeceğini belirleyen, hücre içi ve dışı arasındaki iyon konsantrasyonu ve elektrik yükü farkına elektrokimyasal gradient adı verilir.
Su moleküllerinin seçici geçirgen zardan difüzyonuna ise ozmoz denir. Hücre ve dış ortam arasındaki çözünmüş madde konsantrasyonu (izotonik, hipertonik, hipotonik) suyun hangi yönde taşınacağını belirler. Hücre çeperine zıt yönde oluşan bu basınca turgor basıncı adı verilir.
Aktif taşımada Uniport, Kotransport, simport, antiport tipi taşıyıcı proteinler görev alır. Aktif taşımanın primer ve sekonder aktif taşıma olmak üzere iki temel şekli vardır.
Uniport, simport ve antiport tipi taşıyıcı proteinler kolaylaştırılmış difüzyonda da görev alırlar, ancak taşıma işlemi için ATP kullanmazlar.
Hücre Zarında Büyük Moleküllerin Taşınımı: Protein, polisakkarit gibi büyük moleküllerin taşınmasında plazma zarından tomurcuklanan veya zarla kaynaşan kesecikler (veziküller) aracılık eder. Bu süreç vezikül aracılı taşıma olarak adlandırılır. Hücre zarının içe doğru çökerek oluşturduğu veziküllerle hücre içine madde alınımına endositoz, golgi aygıtından oluşturulan veziküller içinde hücre dışına madde çıkışına ise ekzositoz denir. Endositoz; pinositoz, fagositoz ve reseptör aracılı endositoz olmak üzere üç farklı şekilde gerçekleşir.
Sitoplazma
Ökaryotik hücrelerde hücre zarı ve çekirdek zarı arasında kalan her şey sitoplazmayı oluştururken, prokaryotik hücreler çekirdek içermediğinden hücre zarı içinde kalanların tamamı sitoplazmadır. Sitoplazmanın jelimsi kısmı sitozol adını alır. Ökaryotik hücrelerin sitoplazması ayrıca hücre iskeleti ve farklı görevler için özelleşmiş organeller içerir. Prokaryotik hücrelerde sitoplazma içinde bulunan tek organel, ribozomdur.
Hücrelerde sitoplazma, hücre iskeleti olarak adlandırılan ipliksi bir protein ağı ile desteklenmektedir. Bu protein iplikçikler mikrotübüller (en kalın), mikrofilamentler (en ince) ve ara filamentlerdir (orta kalınlıkta).
Çok farklı tipteki ökaryotik hücrelerin dış yüzeyinde bulunan kamçı ve siller temel olarak hareketten sorumlu yapılardır.
Organeller
Hücre içinde bulunan zarla çevrili yapılara organel denir.
Ribozomlar
Hücrede protein sentezinden sorumlu organellerdir. Ribozomlar protein ve rRNA içeren biri küçük diğeri
büyük iki alt birimden meydana gelir. DNA’daki genetik bilginin önce RNA molekülüne oradan da proteine aktarılmasına sentral dogma adı verilir.
DNA’da üçlü birimler (kodon) hâlinde spesifik genlerde depolanan bilgi transkripsiyon denilen bir süreçte RNA molekülüne aktarılır. Oluşan mRNA ribozoma gelir ve translasyon adı verilen süreçte mRNA’daki bilgi kullanılarak protein sentezi gerçekleştirilir. Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde protein sentez mekanizması temelde aynı olmakla birlikte ökaryotik hücrelerde transkripsiyon ve translasyon işlemleri zaman ve mekânsal olarak ayrıdır.
Replikasyon, hücre bölünmesi öncesinde DNA’nın birebir kendi kopyasını oluşturmasıdır.
Protein sentezine mRNA dışında tRNA ve rRNA da katılır. tRNA üzerinde mRNA’daki kodonları tamamlayıcı antikodon bölgesi bulunur. rRNA, peptit bağı oluşumunu katalizler ve bazı proteinlerle birlikte ribozomun alt birimlerini oluşturur.
Protein sentezi, başlama, uzama ve sonlanma olmak üzere üç aşamada gerçekleşir.
Stop kodon, mRNA molekülü içindeki, protein sentezini sonlandırma sinyali veren bir trinükleotid dizisidir. Stop kodonlar: UAA, UAG, UGA’dir.
Endoplazmik Retikulum (ER):Ökaryotik hücrenin elektron mikroskop görüntülerinde sitoplazmada bir ağ gibi yayılmış hâlde gözlenen organeldir. ER’ı oluşturan zarlı yapının içinde kalan kısım lümen adını alır. Endoplazmik retikulumun granüllü ve düz (granülsüz) endoplazmik retikulum olmak üzere iki tipi mevcuttur.
Golgi Aygıtı: Golgi aygıtının şekli türden türe değişse de sisterna adı verilen üst üste dizili yassı kesecikler ve membranla çevrili küçük veziküllerin bir araya gelmesiyle oluşur. Sisterna işlevsel olarak birbirinden farklı üç bölgeden oluşur. Alıcı bölge (cis bölgesi), gönderici bölge (trans bölge), orta bölge (medial bölge). Golgi aygıtının başlıca görevi; ER’dan gelen proteinleri modifiye etmek ve ürünleri hücre dışına göndermek ya da hücre içerisinde doğru yerlere iletilmesini sağlamaktır.
Peroksizomlar (Mikrocisim): Ökaryotik hücrelerde bulunan tek zarla çevrili, oksidatif organellerdir.
Fotorespirasyon, bitkilerde, yüksek ışık koşullarında Rubisco enziminin CO2 yerine O2’i bağlaması sonucu Calvin döngüsünün verimini azaltan metabolik bir süreçtir.
Vakuol: Vakuol (koful) ökaryotik hücrelerin çoğunda bulunur fakat bitki hücreleri ve tek hücreli protistlerde daha belirgindir. Golgi aygıtı ya da endoplazmik retikulumdan oluşturulan vakuoller tonoplast adı verilen bir zarla çevrilidir. Başlıca görevi depolamadır.
Lizozomlar: Tek katlı zarla çevrili, hücre içi sindirimden sorumlu bir organeldir. Lizozomlar, primer lizozom şeklinde Golgi aygıtından oluşturulur. Fagositoz ile hücre
dışından alınan maddeleri içeren vezikül (fagozom) primer lizozomla kaynaşarak sekonder lizozomu meydana getirir. Lizozomlar ayrıca otofajiden sorumludur. Lizozom zarı hasarlanırsa ya da hücre ölürse lizozom içindeki hidrolitik enzimlerin serbest kalmasıyla hücrenin tüm protein yapıları parçalanır. Bu olaya otoliz adı verilir.
Otofaji, sitoplazmik protein ve organellerin endoplazmik retikulumdan gelen veziküllerin içine alınmasının ardından lizozomlar içerisinde parçalanmasıdır.
Plastidler: Sadece bitki hücrelerinde ve bazı protistlerde bulunan organellerdir. Farklı işlevlere sahip çeşitleri vardır: Kloroplastlar, Kromoplastlar ve Levkoplastlar.
Mitokondriler: Ökaryotik hücrelerde enerji üretiminden sorumlu organellerdir.
Çekirdek
Ökaryotik hücrelerde DNA çekirdek adı verilen zarla çevrili bir yapı içinde tutulur. Çekirdek içerdiği DNA’dan dolayı hücrenin tüm aktivitelerini yönetir ve hücre bölünmesi sırasında kalıtsal bilginin yavru hücrelere aktarılmasını sağlar. Çekirdek sitoplazmadan iki katlı bir zarla (çekirdek zarı, karyolemma) ayrılır. Çekirdeğin iç kısmı ise nükleoplazma ya da karyoplazma adı verilen jelimsi bir sıvı ile doludur.
Kromozomlar: Çekirdeğin içinde DNA, kromatin adı verilen ipliksi bir kompleks yapı oluşturmak için histon proteinlerle birleşir DNA-histon ve histon-histon etkileşimleri, nükleozom adı verilen birimleri oluşturur.
Dinlenme evresindeki (interfaz) hücre çekirdeğinde kromozomların yapısal ve işlevsel olarak ayırt edilebilir iki bölgesi vardır: Ökromatin ve heterokromatin. Mikroskopta X şeklinde gözlemlediğimiz kromozomlar aslında iki kardeş kromatitten oluşmaktadır. Kardeş kromatitler, sentromer adı verilen bir kromozom bölgesi ile birbirine bağlanır. Mitoz sırasında, iğ iplikleri bu bölgeye bağlanır ve sonunda kardeş kromatitleri ayırarak, her bir yavru hücre için bir tane olmak üzere iki ayrı kromozom oluşturur.
Sentromerin her bir kromozom üzerindeki konumu, kromozomu iki bölüme ya da kola ayırır ve kromozoma karakteristik şeklini (Metasentrik, Submetasentrik, Aksosentrik, Telosentrik) verir.
Ökaryotik kromozomların her iki ucunda tekrarlı nükleotid dizilerinden oluşan özel bölgelere telomer denir.
Endosimbiyoz, bir organizmanın diğer bir organizma içinde yaşadığı simbiyotik ilişkiye denir.
Bitki hücrelerinde lizozom görülmez, lizozomun görevini birçok sindirim enzimi içeren merkezi vakuol yerine getirir.
Farklı ökaryotik organizmaların farklı şekil, büyüklük ve sayıda kromozomu vardır; örneğin insanda 46 kromozom (23 çift), meyve sineğinde 8 kromozom (4 çift) bulunur.
Hücre ve Enerji
Biyolojik organizmalar, dışarıdan enerji girişine ihtiyaç duyan açık sistemlerdir. Enerji dönüşümleri, termodinamik biliminin ilgi alanına girmektedir. Canlılar da yaşamlarını devam ettirebilmek için enerji dönüşümlerine ihtiyaç duyduğundan, termodinamik yasaları, biyolojik sistemler için de geçerli yasalardır.
Termodinamik Yasaları
Termodinamiğin birinci yasasına göre, “Bir sistemdeki toplam enerji değişmez. Enerji sadece bir şekilden diğerine dönüştürülebilir, ne yaratılabilir ne de yok edilebilir.” Kinetik enerji, hareket halindeki nesnelerin sahip olduğu enerji iken, potansiyel enerji nesnenin durumu veya konumundan dolayı sahip olduğu enerjidir. Termodinamiğin ikinci yasası ise: “Bütün enerji dönüşüm ve değişimlerinde, eğer çalışılan bir sisteme herhangi bir enerji girişi veya çıkışı olmazsa, son durumun potansiyel enerjisi ilk durumun potansiyel enerjisinden daha az olur.” Bazı durumlarda son durumdaki potansiyel enerji, ilk durumdakinden düşüktür. Böyle reaksiyonlar ekzergonik (enerji çıkışlı) olarak ifade edilir. Bunun aksine, son durumdaki enerjinin başlangıç durumundaki enerjiden daha fazla olduğu reaksiyonlar ise endergonik (enerji girişli) olarak tanımlanır Bir sistemdeki ısı değişimi entalpi ile düzensizlik ve rastgelelik ise entropi ile ifade edilir.
Redoks (Yükseltgenme-İndirgenme) Reaksiyonları
Doğada enerji değişim ve dönüşüm işlemlerinin oluştuğu kimyasal tepkimeler sırasında, elektronlar farklı enerji seviyeleri ya da atom/moleküller arasında değiştirilir. Bu süreçler redoks reaksiyonları olarak bilinir.
Enzim ve Yapısı
Enzimler, canlı sistemlerde biyolojik katalizör olarak görev yapan protein yapılardır. Enzimlerin etki ettiği maddeye subtrat adı verilir. Birkaç enzim RNA molekülü yapısında olup ribozim olarak adlandırılır. Enzimlerin bir kısmının katalitik aktivitesi, sahip oldukları protein yapılarla ilgili iken, bazı enzimler fonksiyon gösterebilmek için protein olmayan ve kofaktör olarak isimlendirilen bazı moleküllere ihtiyaç duyarlar. Diğer bazı enzimler de katalitik aktivitelerini gerçekleştirebilmek için protein olmayan organik kofaktörlere ihtiyaç duyulur ki bunlara da koenzim adı verilir. Kofaktör ya da koenzimler, enzimlere sürekli bağlı olarak kalıyorlarsa bu durumda prostetik gruplar olarak isimlendirilir.
Enzim Aktivitesinin Düzenlenmesi
Her enzim, sıralı bir tepkimeler zincirinin bir basamağını katalizler. Bu reaksiyonlar bütünü metabolik yol olarak adlandırılır. Optimum durumdan aşırı sapmalar, proteinin fonksiyon gösterebildiği üç boyutlu yapısının geri dönüşümlü/dönüşümsüz olarak bozulmasına neden olabilir. Bu olaya denaturasyon adı verilir. Enzim aktivitesi bazen belirli sinyal ya da substrat seviyelerine
göre de belirlenir ki bu düzenlemede görev alan enzimlere de düzenleyici enzimler adı verilir. Allosterik enzim en önemli metabolik yol düzenleyicilerindendir. Enzim aktivitesi bazen de aktif ya da aktif olamayan bir bölgeye bağlayan inhibitör madde aracılığıyla düzenlenir.
Hücre Enerji Birimi ATP
Besinlerin canlılar tarafından işlenmesiyle ortaya çıkan enerji, enerji taşıyan bir nükleotid olan Adenozin Trifosfat (ATP) molekülünde depolanır. Enerji adenozine bağlı üç fosfat bileşiğinin arasında kalan iki yüksek enerjili bağda depo edilir. ATP molekülünden bir fosfat koparılması ile Adenozin Difosfat (ADP) molekülü, bir molekül fosfat daha koparılırsa Adenozin Monofosfat (AMP) molekülü oluşur.