ATP'nin Canlılar İçin Önemi

ATP canlılarda enerji dönüşümünde önemli görevler üstlenir. Organik besinlerin kimyasal bağlarındaki enerji, vücutta yavaş yanma ile açığa çıkar. Bu enerji öncelikle ATP'nin yüksek enerjili fosfat bağlarında depolanır. Organik moleküllerden enerji alarak ATP sentezlenmesi oksijenli ve oksijensiz solunum denilen reaksiyonlarla sağlanır. Canlılardaki bütün metabolik reaksiyonlarda enerjinin kaynağı ATP'dir. Aktif taşıma, biyosentez, hareket ve sinir hücrelerinde impuls iletimi gibi birçok reaksiyonda ATP gereklidir. Bu reaksiyonlar esnasında, ATP bir molekül su harcanarak ADP ve fosfata yıkılırken enerji açığa çıkarır. Bu enerji ilgili reaksiyonun gerçekleşmesi için kullanılır.

ATP'nin Yapısı ve Özellikleri

Bütün canlıların en önemli enerji kaynağı olan ATP’nin yapısında; Adenin denilen organik baz, beş karbonlu Riboz şekeri ve üç tane Fosforik asit bulunur. Bu fosfat gruplarından son ikisi yüksek enerjili fosfat bağlarıyla bağlıdır.

   Adenin ile ribozun birleşmesiyle oluşan yapıya nükleozit (Adenozin) denir.
    Adenozine bir fosfat grubu bağlanırsa, Adenozin monofosfat (AMP),
    Adenozine iki fosfat grubu bağlanırsa, Adenozin difosfat (ADP),
    Adenozine üç fosfat grubu bağlanırsa, Adenozin trifosfat (ATP) oluşur.
   ATP den bir fosfat koparıldığı zaman ADP oluşur ve bu sırada bir miktar enerji açığa çıkar.
   ATP -> ADP + P + 7300 kalori (enerji)


   Bu enerji, yeni moleküllerin sentezinde (protein, karbonhidrat, yağ, DNA, RNA), hücre solunumunda, aktif taşımada, hücre bölünmesinde, fotosentezde, vücut hareketlerinin sağlanmasında, sinirsel iletimde başta olmak üzere daha birçok reaksiyonda harcanır.
   Bir hücrede enerji gerektiren endergonik reaksiyonlar olduğu gibi enerji veren ekzergonik reaksiyonlar da vardır.
   Hücrelerin içinde çok büyük enerji dönüşümleri ve enerji açığa çıkaran reaksiyonlar meydana geldiği halde, hücre bundan zarar görmez. Çünkü hücrede enerji veren ve enerji gerektiren olaylar, basamak basamak ve kontrollü şekilde yürür.
   Örneğin; bir karaciğer hücresi ortalama 1300 mitokondriye sahiptir. Her mitokondrinin bir saat içinde en az 10 ATP sentezlediğini düşünelim. Bu hücrelerde yaklaşık 10 milyon kalorilik bir enerji açığa çıkacaktır. Eğer bu enerji bir anda açığa çıkmış olsaydı, hiçbir hücre canlı kalamazdı.
   ATP’nin asıl kaynağı güneştir. Güneş enerjisi fotosentezle organik moleküllerin bağlarındaki enerjiye çevrilir. Çeşitli reaksiyonlar sırasında ADP ye bir tane enerjili fosfat bağlanarak ATP sentezlenmiş olur.
   ADP + H3PO4 + enerji    ATP + H2O
   Bütün canlı hücrelerin yapmak zorunda olduğu bu hayatsal olaya fosforilasyon denir. Fosforilasyon değişik biçimlerde gerçekleşir.

Tuzlar

Asitlerle bazlar birleşerek tuzları oluştururlar.

NaOH + HCl   --------> NaCl + H2O
(Baz    +  Asit     Tuz   + Su)

   Hücrede ve hücreler arası sıvıda çeşitli mineral tuzları bulunur.
   Tuzlar sıvı ortamlarda anyon ve katyonlarına ayrılırlar.
   Hücre sıvı bir ortam olduğundan, tuzlar hücrede de anyon ve katyon halinde bulunurlar.
   Hücre ve hücreler arasındaki anyonlara örnek olarak klor, bikarbonat, fosfat ve sülfatları; katyonlara da sodyum, kalsiyum, potasyum ve magnezyumu verebiliriz.

Bazlar

   Suda çözündüklerinde hidroksil (OH~) iyonu veren bileşiklere baz denir.
   Bazlar kırmızı turnusol kâğıdını maviye dönüştürürler.
   Organik bazların yapılarında genellikle karbon ve azot bulunur (CH3NH2, NH4OH).
   İnorganik bazlara ise NaOH, Ca(OH)4'ü örnek olarak verebiliriz.
pH
   Bir çözeltinin pH değeri o çözeltinin asidik veya bazik olduğu hakkında bilgi verir. pH hidrojen derişiminin eksi logaritması alınarak hesaplanır. Bu değer 0–14 arasında değişir.
   pH değeri 7 olan çözeltiler nötrdür. Nötr çözeltilerde H+ ve OH- konsantrasyonları aynıdır. Örneğin saf su pH= 7
   Asidik çözeltilerin pH değeri 7’nin altındadır. Yani böyle çözeltilerde hidrojen konsantrasyonu hidroksil konsantrasyonundan fazladır. Örneğin mide asidi pH 1–3 arasındadır.
   Bazik çözeltilerin pH değeri 7’nin üstündedir. Böyle çözeltilerde hidrojen konsantrasyonu hidroksil konsantrasyonundan azdır. Örneğin kanın pH değeri 7.3 - 7.5, yumurta akı ise pH=8 dir.
   İnsan kanının pH’ı 7 ye düşerse veya 7,8’in üzerine çıkarsa ölüm olayı meydana gelir.
   Mikroorganizmalar asidik ortamlarda yaşabilir, bazik ortamlarda yaşayamaz.
Hidrojen iyon derişiminin eksi logaritması, asitliğin veya bazlığın derecesini verir. Buna göre nötr bir çözeltide iyon derişimi (10-7—10-14) arasında asidik çözeltilerde ise (10—10,7) arası değişmektedir.

Asitler

   Su içinde çözündüklerinde hidrojen iyonu (H+) veren bütün bileşiklere asit denir.
   Asitler, mavi turnusol kâğıdını kırmızıya dönüştürür.
   Dille dokunulduğunda ekşi tat verirler.
   Yapısında karbon atomu bulunduran asitlerin çoğu organik (asetik asit, sitrik asit); diğerleri ise inorganik asitlerdir. Örnek: hidroklorik asit (HCl), sülfürik asit (H2SO4).

ELEKTROLİTLER:

   Tuzlar, asitler ve bazlar su içinde çözündüklerinde kendilerini oluşturan iyonlarına ayrılır.
   Suyun elektriği iletir duruma gelmesini sağlayan elementlere elektrolit, bu elektrolitlerden eksi yüklü olanlara anyon, artı yüklü olanlara ise katyon denir.

Enzimlerin Çalışmasını ve Tepkimelerin Hızını Etkileyen Etmenler Şunlardır:

Sıcaklık
   Enzimler protein yapılı olduklarından belli sıcaklıkta çalışabilir.
   Yüksek sıcaklıkta yapıları bozulur.
   Düşük sıcaklıkta çalışmaları yavaşlar yapısı bozulmaz, bu yüzden enzimler inaktif hale geçerler. Örnek:
   Besinlerin dondurularak saklanması.
   Çok yüksek sıcaklıkta enzim faaliyeti durur.
   Enzimler optimal (en uygun) sıcaklıkta ideal etkinliğini gösterir.(30–35 C)

pH faktörü

   Enzimler belli bir pH değerinde çalışırlar.
   Yüksek asit ve baz ortamları enzimlerin bozulmasına neden olur
   Enzimlerin çoğunluğu nötr ortamda (6-8) çalışırlar.

Enzim Substrat Yoğunluğu


   Sıcaklık ve pH sabit, enzim substratla birlikte artırılırsa tepkimenin hızı da sürekli artar.


   Sıcaklık, pH ve enzim sabit tutulup, yalnız substrat artırılırsa tepkime, substrat, enzim doyum sağlanıncaya kadar önce hızla artar, sonra aynı hızla devam eder.

   Sıcaklık, pH, substrat sabit tutulur, enzim artırılırsa tepkime önce hızlanır, sonra sabitleşir.


Substrat Yüzeyi:

   Enzim etkinliği substratın dış yüzeyinden başladığı için, substrat yüzeyi arttıkça tepkimenin hızıda artar.
   Bu yüzden, kıyılmış et aynı miktar parça etten daha kolay sindirilir.
   Besinlerin dişlerle parçalanması da enzimlerin etki yüzeyini artırır, reaksiyonun toplam süresini kısaltır.


Su Derişimi
   Su derişimi de enzim etkinliğini değiştirir.
   Su derişimi %15 in altındaki ortamda enzimler görev yapamaz. Bitki tohumlarının kuru ortamda çimlenememesi örnek verilebilir (Besinlerin kurutulması)
   Bazı maddeler enzimlerin çalışmasını arttırır. Bunlara enzim aktivatörleri denir. (Su da bir enzim aktivatörüdür.)
   H+ ve OH~ derişimi bazı enzimlerin etkinliğini arttıran iyonlardır.

İnhibitörler (Engelleyiciler)
   Enzim reaksiyonlarını engelleyen veya yavaşlatan maddelere inhibitörler denir.
   Substratlara çok benzeyen bu maddeler enzimlerle birleşerek, enzimi inaktif hale getirirler.
   Bazı inhibitörler ise, enzimlerle birleşip enzimin parçalanmasına neden olurlar.
   Antibiyotiklerin vücuttaki etki mekanizması bu sisteme göre işler.
   Bazı maddeler ise, enzimin substratını veya aktif bölgesini bozar. Bunlara örnek olarak bazı ilaçları (antibiyotikler), bazı zehirleri (yılan, akrep, arı zehiri, siyanür, arsenik), zirai ilaçlar ve ağır metalleri (kurşun, bakır ve civa) verebiliriz.

Aktivatörler (Aktifleştiriciler)

   Enzim reaksiyonlarını hızlandıran maddelere "aktivatör" denir.
   Özellikle mangan, nikel, klor ve magnezyum iyonları enzimlerin etkinliğini artırır.
   Bazı âktivatörler, enzimin substratı ile birleşmesini kolaylaştırırken, bazıları enzimin aktif yüzeyini daha da aktif hale getirerek reaksiyon hızını artırırlar.
   Panzehirler, enzime bağlanmış olan zehiri kendine bağlayarak enzimin serbest kalmasını ve enzimatik reaksiyonların normal seyrinde devam etmesini sağlar. Yani âktivatörler enzim aktivitesini artıran organik veya inorganik maddelerdir (H2S, KCN ve Sistein gibi).

Koenzim:
   Apoenzimi aktifleştirerek, reaksiyonu gerçekleştirirler.
   Substratın kimyasal bağlarına etki eden moleküllerdir.
   Koenzim kısmı inorganik maddelerden oluşabilir.
   Koenzimler apoenzimlere göre daha küçük maddelerdir.
   Bir apoenzim sadece bir koenzimle çalışırken, bir koenzim birden fazla apoenzimle çalışabilir.

Apoenzim:
   Enzimin protein yapıdaki kısmına apoenzim denir.
   Apoenzim kısmıyla enzim çeşitliliği sağlanır.
   Amino asit sırası ve sayısı apoenzim kısmıyla ilgilidir.
   Enzimin türünü ve etkileyeceği substrat maddesini apoenzim kısmı tarafından belirlenir. Apoenzimler tek başına reaksiyonu gerçekleştiremez, ancak koenzim kısmıyla aktifleşerek reaksiyonu gerçekleştirirler.
   Ayrıca apoenzim üzerinde substrata bağlanacağı aktif bölge bulundurur.

Enzimlerin Özellikleri Ve Yapısı
   Genlerin denetiminde üretilen, protein yapılı, özgül biyolojik katalizörlerdir.
   Üretildikten sonra bir kısmı hücre içinde kalır. Bir kısmı zardan dışarı verilir.
   Enzimler biyokimyasal tepkimeye katılmaz, bu nedenle tepkime sonucunda nitelik ve nicelik olarak değişmez.
   Aynı tip tepkimelerde defalarca kullanılır.
   Enzimler yeterli aktivasyon enerjisi olmayan ortamda tepkimeyi başlatamaz; yeterli aktivasyon enerjisi olan ortamda aktivasyon enerjisini düşürür ve tepkimeyi hızlandırır.
   Enzimler cansız ortamlarda da etkilidirler.
   Enzimlerin etkili olduğu maddelere substrat denir.
   Substrata enzim arasında anahtar-kilit uyumu vardır.
   Enzimin substrata bağlandığı bir bölge vardır. Bu yüzeye aktif bölge denir.
   Bir enzim sadece bir olayı katalizler.
   Birçok enzim mutlaka özgüldür, (spesifik)
   Bazı enzimlerin aktif bölgelerinde protein olmayan madde vardır. Bu kısma koenzim denir. (Vitaminler, NAD, FAD, NADP)
   Bazı   enzimlerin   aktif  bölgelerinde   metal iyonları vardır. Bunlara kofaktör denir. (Ca++, K+, Mg++, 2n+, Na+, Cu++)
   Koenzim ve kofaktör içeren enzimlerin protein kısmına apoenzim denir.
   Koenzim ile kofaktörler özgül değildir. Bu maddeler enzim aktivatörleridir.
   Enzimler, etkiledikleri maddenin sonuna az eki getirilerek adlandırılır.
   Maltoza etki eden enzim maltazdır.