BIYOMOLEKÜLLER: SINIFLANDIRMA VE ANA IŞLEVLER - BIYOLOJI - 2025

Biyomoleküllerdir canlılarda üretilen moleküllerdir. "Bio" öneki yaşam anlamına gelir; bu nedenle biyomolekül, canlı tarafından üretilen bir moleküldür. Canlılar, yaşam için gerekli olan çeşitli işlevleri yerine getiren farklı molekül türlerinden oluşur.

Doğada, etkileşen ve bazı durumlarda öğeleri değiştiren biyotik (canlı) ve abiyotik (cansız) sistemler vardır. Tüm canlıların ortak özelliklerinden biri organik olmaları, yani bileşen moleküllerinin karbon atomlarından oluşmasıdır.

Biyomoleküllerin ayrıca karbon dışında ortak atomları da vardır. Bu atomlar başlıca hidrojen, oksijen, nitrojen, fosfor ve sülfürü içerir. Bu elementlere biyolojik moleküllerin ana bileşeni oldukları için biyo elementler de denir.

Bununla birlikte, bazı biyomoleküllerde daha küçük miktarlarda da olsa başka atomlar da vardır. Bunlar genellikle diğerleri arasında potasyum, sodyum, demir ve magnezyum gibi metal iyonlarıdır. Sonuç olarak, biyomoleküller iki tipte olabilir: organik veya inorganik.

Böylece organizmalar, örneğin şekerler, yağlar, proteinler ve nükleik asitler gibi birçok karbon bazlı molekülden oluşur. Bununla birlikte, karbon bazlı olan ve biyomoleküllerin parçası olmayan başka bileşikler de vardır.

Biyolojik sistemlerde bulunmayan bu karbon içeren moleküller yer kabuğunda, göllerde, denizlerde ve okyanuslarda ve atmosferde bulunabilir. Bu elementlerin doğadaki hareketi, biyojeokimyasal döngüler olarak bilinir.

Doğada bulunan bu basit organik moleküllerin, yaşamın temel yapısının bir parçası olan en karmaşık biyomoleküllerin oluşumuna neden oldukları düşünülmektedir: hücre. Abiyotik sentez teorisi olarak bilinen şey budur.

Biyomoleküllerin sınıflandırılması ve işlevleri

Biyomoleküllerin boyutları ve yapıları çeşitlidir, bu da onlara yaşam için gerekli olan farklı işlevlerin performansı için benzersiz özellikler verir. Bu nedenle biyomoleküller, diğerleri arasında bilgi depolama, enerji kaynağı, destek, hücresel metabolizma görevi görür.

Biyomoleküller, karbon atomlarının varlığına veya yokluğuna göre iki büyük gruba ayrılabilir.

İnorganik biyomoleküller

Canlılarda bulunan ve moleküler yapılarında karbon içermeyen moleküllerdir. İnorganik moleküller doğadaki diğer (canlı olmayan) sistemlerde de bulunabilir.

İnorganik biyomolekül türleri aşağıdaki gibidir:

Su

Canlıların ana ve temel bileşenidir, iki hidrojen atomuna bağlı bir oksijen atomunun oluşturduğu bir moleküldür. Su, yaşamın varlığı için gereklidir ve en yaygın biyomoleküldür.

Herhangi bir canlının ağırlığının% 50 ila 95'i sudur çünkü termal düzenleme ve maddelerin taşınması gibi birkaç önemli işlevi yerine getirmek gerekir.

Mineral tuzlar

Suda tamamen ayrılan zıt yüklü atomlardan oluşan basit moleküllerdir. Örneğin: bir klor atomundan (negatif yüklü) ve bir sodyum atomundan (pozitif yüklü) oluşan sodyum klorür.

Mineral tuzlar, omurgalıların kemikleri veya omurgasızların dış iskeleti gibi katı yapıların oluşumuna katılır. Bu inorganik biyomoleküller, birçok önemli hücresel işlevi yerine getirmek için de gereklidir.

Gazlar

Gaz şeklindeki moleküllerdir. Hayvanların solunumu ve bitkilerde fotosentez için gereklidirler.

Bu gazların örnekleri şunlardır: birbirine bağlanmış iki oksijen atomundan oluşan moleküler oksijen; ve iki oksijen atomuna bağlı bir karbon atomundan oluşan karbondioksit. Her iki biyomolekül de canlıların çevreleriyle gerçekleştirdikleri gaz değişimine katılır.

Organik biyomoleküller

Organik biyomoleküller, yapılarında karbon atomu içeren moleküllerdir. Organik moleküller, cansız sistemlerin bir parçası olarak doğada dağılmış halde bulunabilir ve biyokütle olarak bilinen şeyi oluştururlar.

Organik biyomolekül türleri şunlardır:

Karbonhidratlar

Karbonhidratlar muhtemelen doğada en bol bulunan ve en yaygın organik maddelerdir ve tüm canlıların temel bileşenleridir.

Karbonhidratlar, fotosentez işlemi sırasında karbondioksit ve sudan yeşil bitkiler tarafından üretilir.

Bu biyomoleküller esas olarak karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Aynı zamanda karbonhidratlar veya sakkaritler olarak bilinirler ve enerji kaynağı ve organizmaların yapısal bileşenleri olarak işlev görürler.

- Monosakkaritler

Monosakkaritler en basit karbonhidratlardır ve genellikle basit şekerler olarak adlandırılırlar. Bunlar, tüm en büyük karbonhidratların oluştuğu temel yapı taşlarıdır.

Monosakkaritler, genel moleküler formül (CH2O) n'ye sahiptir, burada n, 3, 5 veya 6 olabilir. Bu nedenle, monosakkaritler, molekülde bulunan karbon atomlarının sayısına göre sınıflandırılabilir:

N = 3 ise molekül triozdur. Örneğin: gliseraldehit.

N = 5 ise molekül bir pentozdur. Örneğin: riboz ve deoksiriboz.

N = 6 ise, molekül bir heksozdur. Örneğin: fruktoz, glikoz ve galaktoz.

Pentozlar ve heksozlar iki şekilde bulunabilir: döngüsel ve döngüsel olmayan. Siklik olmayan formda, moleküler yapıları iki fonksiyonel grup gösterir: bir aldehit grubu veya bir keton grubu.

Aldehit grubunu içeren monosakkaritlere aldozlar, keton grubuna sahip olanlar ise ketozlar olarak adlandırılır. Aldozlar şekerleri azaltırken, ketozlar indirgeyici olmayan şekerlerdir.

Bununla birlikte, suda pentozlar ve heksozlar esas olarak döngüsel formda bulunur ve bu formda, daha büyük sakarit molekülleri oluşturmak için birleşirler.

- Disakkaritler

Doğada bulunan şekerlerin çoğu disakkarittir. Bunlar, suyu serbest bırakan bir yoğunlaşma reaksiyonu yoluyla iki monosakkarit arasında glikosidik bir bağ oluşmasıyla oluşur. Bu bağ oluşturma süreci, iki monosakkarit birimini bir arada tutmak için enerji gerektirir.

En önemli üç disakkarit sükroz, laktoz ve maltozdur. Uygun monosakkaritlerin yoğunlaşmasından oluşurlar. Sükroz, indirgenmeyen bir şekerdir, laktoz ve maltoz ise şekerleri azaltır.

Disakkaritler suda çözünür, ancak hücre zarını difüzyonla geçemeyecek kadar büyük olan biyomoleküllerdir. Bu nedenle sindirim sırasında ince bağırsakta parçalanırlar, böylece temel bileşenleri (yani monosakkaritler) kan ve diğer hücrelere geçerler.

Monosakkaritler, hücreler tarafından çok hızlı kullanılır. Bununla birlikte, bir hücre enerjiye ihtiyaç duymuyorsa, onu hemen daha karmaşık polimerler şeklinde depolayabilir. Böylece monosakkaritler, hücrede oluşan yoğunlaşma reaksiyonları ile disakkaritlere dönüştürülür.

- Oligosakkaritler

Oligosakkaritler, üç ila dokuz basit şeker biriminden (monosakkaritler) oluşan ara moleküllerdir. Daha karmaşık karbonhidratları (polisakkaritler) kısmen parçalayarak oluşurlar.

Doğal olarak oluşan oligosakkaritlerin çoğu bitkilerde bulunur ve maltotrioz haricinde insanlar tarafından sindirilemez çünkü insan vücudu ince bağırsakta onları parçalamak için gerekli enzimlerden yoksundur.

Kalın bağırsakta faydalı bakteriler oligosakkaritleri fermantasyon yoluyla parçalayabilir; böylece bir miktar enerji sağlayan emilebilir besin maddelerine dönüştürülürler. Oligosakkaritlerin belirli parçalanma ürünleri, kalın bağırsağın astarı üzerinde faydalı bir etkiye sahip olabilir.

Oligosakarit örnekleri arasında rafinoz, baklagillerden bir trisakarit ve glikoz, fruktoz ve galaktozdan oluşan bazı tahıllar yer alır. Bir glikoz trisakkarit olan maltotrioz, bazı bitkilerde ve bazı eklembacaklıların kanında oluşur.

- Polisakkaritler

Monosakkaritler, çok büyük moleküller oluşana kadar zincire birbiri ardına birim ekleyerek bir dizi yoğunlaşma reaksiyonuna girebilir. Bunlar polisakkaritlerdir.

Polisakkaritlerin özellikleri moleküler yapılarının çeşitli faktörlerine bağlıdır: uzunluk, yan dallar, kıvrımlar ve zincirin "düz" veya "kıvrımlı" olup olmadığı. Doğada birkaç polisakkarit örneği vardır.

Nişasta, genellikle enerji depolamanın bir yolu olarak bitkilerde üretilir ve α-glikoz polimerlerinden oluşur. Polimer dallıysa amilopektin, dallı değilse amiloz olarak adlandırılır.

Glikojen, hayvanlarda enerji rezervi olan polisakkarittir ve amilopektinlerden oluşur. Böylelikle bitki nişastası, hücreye giren ve metabolizmada kullanılan glikoz üretmek için vücutta parçalanır. Kullanılmayan glikoz polimerize olur ve enerji deposu olan glikojeni oluşturur.

Lipidler

Lipitler, ana özellikleri hidrofobik olmaları (suyu itmeleri) ve sonuç olarak suda çözünmez olmaları olan başka bir organik biyomolekül türüdür. Yapılarına bağlı olarak lipitler 4 ana grupta sınıflandırılabilir:

- Trigliseridler

Trigliseridler, üç yağ asidi zincirine bağlı bir gliserol molekülünden oluşur. Bir yağ asidi, bir ucunda bir karboksilik asit, ardından bir hidrokarbon zinciri ve diğer ucunda bir metil grubu içeren doğrusal bir moleküldür.

Yapılarına bağlı olarak yağ asitleri doymuş veya doymamış olabilir. Hidrokarbon zinciri yalnızca tek bağlar içeriyorsa, doymuş bir yağ asididir. Tersine, bu hidrokarbon zincirinin bir veya daha fazla çift bağı varsa, yağ asidi doymamıştır.

Bu kategori içinde sıvı ve katı yağlar bulunmaktadır. İlki bitkilerin enerji rezervidir, doymamışlardır ve oda sıcaklığında sıvı haldedirler. Aksine, yağlar hayvanların enerji depolarıdır, doymuş ve oda sıcaklığında katı moleküllerdir.

Fosfolipitler

Fosfolipidler, iki yağ asidine bağlı bir gliserol molekülüne sahip olmaları bakımından trigliseridlere benzer. Aradaki fark, fosfolipidlerin başka bir yağ asidi molekülünden ziyade gliserolün üçüncü karbonunda bir fosfat grubuna sahip olmasıdır.

Bu lipitler, suyla etkileşime girme biçimleri nedeniyle çok önemlidir. Bir ucunda bir fosfat grubuna sahip olan molekül, o bölgede hidrofilik hale gelir (su çeker). Bununla birlikte, molekülün geri kalanında hala hidrofobiktir.

Fosfolipitler, yapıları nedeniyle, fosfat gruplarının sulu ortam ile etkileşime girebilecekleri şekilde kendilerini organize etme eğilimindeyken, içlerinde düzenledikleri hidrofobik zincirler sudan uzaktadır. Bu nedenle, fosfolipidler tüm biyolojik zarların bir parçasıdır.

- Steroidler

Steroidler, farklı fonksiyonel grupların eklendiği dört kaynaşmış karbon halkasından oluşur. En önemlilerinden biri, canlılar için gerekli olan kolesteroldür. Diğerlerinin yanı sıra östrojen, testosteron ve kortizon gibi bazı önemli hormonların öncüsüdür.

- Mumlar

Mumlar, koruyucu bir işlevi olan küçük bir lipit grubudur. Ağaçların yapraklarında, kuşların tüylerinde, bazı memelilerin kulaklarında ve dış ortamdan izole edilmesi veya korunması gereken yerlerde bulunurlar.

Nükleik asitler

Nükleik asitler, canlılarda genetik bilginin ana taşıyıcı molekülleridir. Ana işlevi, her canlının kalıtsal özelliklerini belirleyen protein sentezi sürecini yönlendirmektir. Karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor atomlarından oluşurlar.

Nükleik asitler, nükleotid adı verilen monomerlerin tekrarlarından oluşan polimerlerdir. Her nükleotid, bir pentoz şekerine (beş karbon) bağlanmış, nitrojen içeren aromatik bir bazdan oluşur ve bu da bir fosfat grubuna eklenir.

İki ana nükleik asit sınıfı, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asittir (RNA). DNA, bir türün tüm bilgilerini içeren moleküldür, bu yüzden tüm canlılarda ve çoğu virüste bulunur.

RNA, belirli virüslerin genetik materyalidir, ancak aynı zamanda tüm canlı hücrelerde bulunur. Orada protein üretimi gibi belirli işlemlerde önemli işlevleri yerine getirir.

Her nükleik asit, beş olası nitrojen içeren bazdan dördü içerir: adenin (A), guanin (G), sitozin (C), timin (T) ve urasil (U). DNA, adenin, guanin, sitozin ve timin bazlarına sahipken, RNA, RNA'da urasil ile ikame edilen timin dışında aynı bazlara sahiptir.

- Deoksiribonükleik asit (DNA)

DNA molekülü, fosfodiester bağları adı verilen bağlarla birleştirilen iki nükleotid zincirinden oluşur. Her zincirin helis şekilli bir yapısı vardır. İki sarmal, çift sarmal verecek şekilde iç içe geçer. Bazlar sarmalın iç tarafındadır ve fosfat grupları dışarıdadır.

DNA, bir fosfata bağlı deoksiriboz şeker omurgasından ve dört azotlu bazdan oluşur: adenin, guanin, sitozin ve timin. Baz çiftleri çift sarmallı DNA'da oluşturulur: adenin her zaman timine (AT) ve guanin sitozine (GC) bağlanır.

İki sarmal, nükleotid bazlarının hidrojen bağıyla eşleştirilmesiyle bir arada tutulur. Yapı bazen şeker ve fosfat zincirlerinin yanlar ve baz-baz bağlarının basamaklar olduğu bir merdiven olarak tanımlanır.

Bu yapı, molekülün kimyasal stabilitesiyle birlikte DNA'yı genetik bilgiyi iletmek için ideal bir materyal haline getirir. Bir hücre bölündüğünde, DNA'sı kopyalanır ve bir nesil hücreden bir sonraki nesle aktarılır.

- Ribonükleik asit (RNA)

RNA, yapısı tek bir nükleotid zincirinden oluşan bir nükleik asit polimeridir: adenin, sitozin, guanin ve urasil. DNA'da olduğu gibi, sitozin her zaman guanine (CG) bağlanır, ancak adenin urasile (AU) bağlanır.

Hücrelerde genetik bilginin transferinde ilk aracıdır. RNA, protein sentezi için gereklidir, çünkü genetik kodda yer alan bilgiler genellikle DNA'dan RNA'ya ve bundan da proteinlere iletilir.

Bazı RNA'ların hücre metabolizmasında da doğrudan işlevleri vardır. RNA, gen adı verilen bir DNA segmentinin baz dizisinin tek iplikli nükleik asidin bir kısmına kopyalanmasıyla elde edilir. Transkripsiyon adı verilen bu süreç, RNA polimeraz adı verilen bir enzim tarafından katalize edilir.

Birkaç farklı RNA türü vardır, çoğunlukla 3 vardır. İlki, transkripsiyon yoluyla doğrudan DNA'dan kopyalanan haberci RNA'dır. İkinci tip, protein sentezi için doğru amino asitleri aktaran transfer RNA'dır.

Son olarak, diğer RNA sınıfı, bazı proteinlerle birlikte, hücredeki tüm proteinleri sentezlemekten sorumlu hücresel organeller olan ribozomları oluşturan ribozomal RNA'dır.

Protein

Proteinler, birçok önemli işlevi yerine getiren ve işin çoğunu hücrelerde yapan büyük, karmaşık moleküllerdir. Canlıların yapısı, işlevi ve düzenlenmesi için gereklidirler. Karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojen atomlarından oluşurlar.

Proteinler, peptit bağlarıyla birbirine bağlanan ve uzun zincirler oluşturan amino asitler adı verilen daha küçük birimlerden oluşur. Amino asitler, çok özel fizikokimyasal özelliklere sahip küçük organik moleküllerdir, 20 farklı türü vardır.

Amino asit dizisi, her bir proteinin benzersiz üç boyutlu yapısını ve spesifik işlevini belirler. Aslında, tek tek proteinlerin işlevleri, karmaşık üç boyutlu yapıları oluşturan etkileşimleri belirleyen benzersiz amino asit dizileri kadar çeşitlidir.

Çeşitli fonksiyonlar

Proteinler, aktin gibi hücre için yapısal ve hareket bileşenleri olabilir. Diğerleri, DNA'yı sentezleyen enzim olan DNA polimeraz gibi hücre içindeki biyokimyasal reaksiyonları hızlandırarak çalışır.

İşlevi vücuda önemli bir mesaj iletmek olan başka proteinler de vardır. Örneğin, büyüme hormonları gibi bazı hormon türleri, farklı hücreler, dokular ve organlar arasındaki biyolojik süreçleri koordine etmek için sinyaller iletir.

Bazı proteinler birbirine bağlanır ve hücrelerdeki atomları (veya küçük molekülleri) taşır; bazı organizmalarda demirin depolanmasından sorumlu olan ferritin durumu böyledir. Bir diğer önemli protein grubu, bağışıklık sistemine ait olan ve toksinleri ve patojenleri tespit etmekten sorumlu olan antikorlardır.

Bu nedenle proteinler, hücresel DNA ile başlayan genetik bilginin kod çözme sürecinin son ürünleridir. Bu inanılmaz çeşitlilikteki işlevler, çok çeşitli yapıları belirleyebilen şaşırtıcı derecede basit bir koddan türetilmiştir.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. baskı). Garland Bilimi.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biyokimya (8. baskı). WH Freeman ve Şirketi.
3. Campbell, N. ve Reece, J. (2005). Biyoloji (2. baskı) Pearson Education.
4. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleküler Hücre Biyolojisi (8. baskı). WH Freeman ve Şirketi.
5. Solomon, E., Berg, L. ve Martin, D. (2004). Biyoloji (7. baskı) Cengage Learning.
6. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biyokimyanın Temelleri: Moleküler Düzeyde Yaşam (5. baskı). Wiley.