Bütün hücrelerin en önemli enerji kaynaklarıdır. Genel formülleri (CH20)n ile gösterilir. Bu formülde glikoz için “n” yerine 6 yazarsak, C6H1206 olur. Solunum ürünleri H20 ve CO2 dir. Karbonhidratlar, bitkilerde hücre çeperinin yapısını oluşturarak, bütün canlı hücrelerde zarın yapısına katılarak, DNA ve RNA da bulunarak yapısal fonksiyon da görürler. Yapısındaki şeker molekülünün sayısına göre üç çeşit karbonhidrat vardır.

a. Monosakkaritler (Tek Şekerler): Basit şekerler de denir. İçerdikleri karbon atomu sayısına göre, 6 karbonlu olanlar (heksozlar); Glikoz, Fruktoz ve Galaktoz’dur. 5 karbonlu olanlar ise (pentozlar) Riboz ve Deoksiribozdur. Monosakkaritler, disakkarit ve polisakkaritlerin yapı taşı (monomeri) dırlar.
Glikoz serbest olarak bal, üzüm ve incirde bol bulunur. Bütün polisakkaritlerin yapısını oluşturur.
Fruktoz, bal ve olgun meyvelerde bol bulunur. Bunun için meyve şekeri denir.
Galaktoz, süt ve süt ürünlerinde bol bulunur. Süt şekeri denir. Bunun için hayvansal bir besin maddesidir.
Riboz, RNA’nın, ATP nin ve bazı enzimlerin yapısında bulunur. Deoksiriboz ise DNA nın yapısında bulunur.
b. Disakkaritler (Çift Şekerler): İki monosakkaritin birleşerek meydana getirdiği şekerlerdir. Bu birleşme sırasında su açığa çıkar. Bu tip reaksiyonlara dehidrasyon sentezi denir. Dehidrasyonun tersi olan su ile parçalanma reaksiyonlarına ise hidroliz denir.
Disakkaritler ancak sindirildikten sonra hücre zarından geçebilirler.
c. Polisakkaritler (Çok Şekerliler) : Çok sayıda glikozun glikozid bağıyla bağlanması sonucu oluşurlar. Yani glikozun dehidrasyon senteziyle olumuş polimerlerdir.

Glikoz + Glikoz + .......................... + Glikoz → Polisakkarit + (n-1) H2O

Hepsi aynı yapı maddesinden oluştuğu halde fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Çünkü, glikoz moleküllerinin birbirine bağlanma biçimleri farklıdır.
Nişasta : Bitki hücrelerinde karbonhidratların depo şeklidir. Çok sayıda glikozdan meydana gelir. Hayvan hücrelerinde bulunmaz. Suda çok az erir. Bağırsak epitelinden doğrudan doğruya kana geçemezler. Hayvanların çoğu sindirerek enerji hammaddesi olarak kullanılır.
Selüloz : Bitki hücrelerinde hücre çeperinin yapısını oluşturur. Selülozu oluşturan glikozlar birbirlerine ters bağlandıkları için memeli canlıların sindirim sistemlerinden salgılanan enzimlerle yapıtaşlarına ayrılmazlar. Suda erimez. Bağırsak epitelinden doğrudan kana geçemez. Geviş getiren memelilerde, bazı kuşlarda ve termitlerde (beyaz karıncalar) sindirilerek kullanılır. Ağaçların yapısının yaklaşık %50’si selülozdur.
Glikojen: Hayvan, insan, mantar ve bakteri hücrelerinde bulunur ve hayvansal nişasta da denir. En fazla karaciğer ve kaslarda bulunur. Hayvanların en hızlı kullandığı yedek enerji deposudur. Suda çözünür.

2. Yağlar (Lipidler)
Lipidler C,H, O atomlarından meydana gelir. Bazılarında fosfor ve azot gibi elementler de yer alabilir. Yapısındaki oksijen oranı şekerlerden azdır. Yapılarında yağ asitleri, gliserol ve başka bazı maddeler bulunur.
Yağlar suda ya hiç çözünmez ya da çok az çözünürler. Aseton, eter, klroform, benzin ve alkol gibi organik çözücülerde çözünürler.
Hücrede enerji ve yapı maddesi olarak (hücre zarı) kullanılır. Ayrıca deri altında ısı kaybının önlenmesinde ve hayvanlarda çeşitli organların dış kısmının korunmasında görevlidir. Solunumla yakılmaları (oksidasyonları) sonucunda fazla miktarda metabolik su açığa çıkarırlar. Bunun için, özellikle kış uykusuna yatan, uzun süre göç eden ve suyun az olduğu ortamlarda yaşayan hayvanlarda iyi bir depo ve enerji hammaddesidirler. Aynı zamanda hafif olduğundan uçmada hayvana avantaj sağlarlar.
Yağların yıkımı ve kullanımı uzun sürdüğünden, hücrelerde, enerji kaynağı olarak karbonhidratlardan sonra tercih edilirler.
En önemli lipidler yağ asitleri, yağlar (nötr yağlar) fosfolipidler ve steroidlerdir.
• Yağ asitleri; en basit lipidler olup, uzun karbon zincirlerinden oluşurlar. Karbonlar arasındaki bütün bağlar tekli ise doymuş, çift bağ varsa doymamış yağ asitleri diye adlandırılırlar. Genellikle sıvı yağlar bitkisel kaynaklı olup, doymamış yağ asitleri içerirler. Katı yağlar ise genellikle hayvansal kaynaklı olup, doymuş yağ asitleri içerirler. Doymamış yağların yüksek sıcaklık ve basınçta hidrojenle doyurulmasından margarinler elde edilir.
• Steroidler; zarların yapısına katıldığı gibi vitamin ve hormon olarak da görev alırlar.
• Fosfolipitler; hücre zarının yapısına katılan ve fosfor içeren yağlardır.
• Nötral yağlar; yağların en önemli depo şeklidir. Bir gliserol molekülün üç yağ asidine bağlanması sonucu oluşurlar.

3 Yağ asidi + 1 Gliserol → Yağ + 3 H2O
Yağ asitleri gliserol ile ester bağlarıyla bağlanır ve su açığa çıkarırlar (dehidrasyon sentezi). Bir gliserole bağlanan yağ asitleri aynı olabileceği gibi farklı da olabilir. Bundan dolayı yağların birçok türevi meydana gelmiştir.

3.Proteinler
Proteinler hücrede ribozomlarda sentezlenir. Hücrenin en önemli organik bileşiklerindendir. Yapısında karbon ©, hidrojen(H), oksijen(O), azot(N) ve bazılarında bunlara ek olarak kükürt(S) ve fosfor(P) da bulunabilir.
Protein moleküllerinin yapısında 20 çeşit amino asit bulunur. Her bir amino asitte amino grubuyla (NH2) karboksit (COOH) grubu aynıdır. Amino asitlerde radikal gruplar ® farklıdır. Dolayısıyla 20 çeşit amino asitte 20 farklı R grubu bulunur. İnsanlar bu amino asitlerden bir kısmını sentezlerken, bir kısmını da hazır olarak alırlar. Dış ortamdan alınan amino asitlere temel amino asitler denir.
Bir organizmanın kuru ağırlığının yaklaşık %50 sini proteinler meydana getirir. Diğer besin maddelerinden farklı bir özelliğe sahip olup, hücrede DNA tarafından sentezlettirilen tek moleküldür.
Protein molekülleri her canlı türüne hatta bireye özgü olup antijen özelliği gösterirler. Yani farklı özelliğe sahip bir canlya aktarıldıklarında antikor oluşumuna neden olurlar. Günümüzde doku ve organ nakillerinin başarızlıkla sonuçlanmasının nedeni proteinlerin bu özelliklerinden dolayıdır. Doku aktarımlarının başrısıyla sonuçlanabilmesi için daha çok protein yapıları benzer kişiler seçilmektedir.
Solunumla ancak zor durumlarda yakılırlar. Solunumun türü olarak H2O üre, ürik asit H2S, CO2 ve NH3 gibi artıklar oluştururlar.
Bütün amino asitlerde karboksil ve amino grubu bulunduğu için proteinler ve amino asitler hem asit hem baz özelliği gösterirler.
Proteinler n sayıda amino asitin peptit bağları ile birleşmesinden oluşurlar.

A.asit + .................+ A. Asit → Protein (Polipeptit) + (n-1) H2O

Proteinlerdeki amino asitleri birbirine bağlayan bağa peptid bağı denir. Peptit bağı 1.amino asitin karboksil grubu ile 2.amino asitin amin gurubu arasında meydana gelir ve bu sırada bir su açığa çıkar. Peptit bağlarının tümü aynıdır. Proteinlerin birbirinden farklı özellikte olması içerdikleri amino asitlerin sayısına, çeşidine, dizilişine ve amino asitin kullanılma miktarına bağlı olarak değişir.
Proteinler yapıcı ve onarıcı moleküllerdir. Az mikarda da enerji verici olarak kullanılırlar. Organizmalar ancak uzun süren bir açlıkla proteinlerini solunumunda fazlaca yıkmaya başlarlar. Bu durumda hücrelerin protein sentezi protein yıkımından azdır. Her canlı hücre kendi proteinlerini sentezlemek zorundadır. Çünkü proteinlerdeki amino asit sırasını DNA belirler.
Hücrede oluşan proteinlerin bir kısmı enzim, bir kısmı hormon, bir kısmı antikor, bir kısmı ise yapısal görevler yapmak üzere özelleşmişlerdir. Yapısal proteinler hücrenin çeşitli organellerinin yapısında da bulunur. Hücre zarının yapısında lipoprotein glikoprotein gibi farklı protein bileşikleri vardır.

4. Vitaminler
Vücutta düzenleştirici fonksiyon görürler. Bazıları enzimlerin yapısına katılır. Sindirime uğramazlar. Sindirim sisteminden doğrudan kana emilirler. Vücutta enerji verici olarak kullanılmazlar. Yeşil bitkiler ihtiyaç duydukları vitaminleri kendileri sentezlerler. İnsanlarda ve hayvanlarda vitamin sentezi çok azdır. Sadece bazı provitaminleri gerçek vitaminlere çevirebilirler. Örneğin deride D vitamini, karaciğerde A vitaminin sentezlenmesi. Çoğu vitaminleri dışarıdan hazır almamız gerekir.
Vitaminler çok az miktarda bile etkili olurlar. Eksiklerinde çeşitli aksaklık ve hastalıklar ortaya çıkar. Çoğu zaman vitamin alınınca ilgili aksaklık geçer. Ancak gelişme dönemindeki aksamalar kalıcı sonuçlar doğurabilir.

Vitamin Adı Önlediği Hastalık
A vitamini → Gece körlüğü
D vitamini → Raşitizm (kemiklerde bozukluk)
E vitamini → Kısırlık ve üreme bozukluğu
K vitamini → Kanın pıhtılaşması
B vitamini → Beri beri, kansızlık
C vitamini → Skorbit (diş etlerinde kanama)

Vitaminler suda ve yağda eriyenler olmak üzere ikiye ayrılır.
A, D, E ve K vitaminler yağda çözünürler. Biraz daha uzun süre bozulmadan kalabilirler. Bunun için karaciğerde depolanırlar.
B grubu vitaminleri ve C vitamini suda çözünür. Uzun süre bozulmadan kalamazlar. Özellikle C vitamini taze alınmalıdır. Isıtmakla, bekletmekle, metallere temaasla değerlerinden kaybederler. Depolanmazlar, fazlası atılır.

NÜKLEİK ASİTLER
Hücrein yapısını anlatırken çekirdeğin yönetici yapı olduğu belirtilmişti. Çekirdek bu görevi, içerisinde taşımış olduğu yönetici moleküller sayesinde gerçekleştirir. İki önemli yönetici molekül vardır. Kısaca DNA ve RNA denilen bu yapılar, hücrenin en büyük molekülleridir.

A. NÜKLEİK ASİTLERİN GENEL YAPISI
Bütün nükleik asitler nükleotid denilen yapı birimlerinden meydana gelmişlerdir. O halde DNA ve RNA birer polinükleotid zinciridir.
Nükleotidler, azotlu baz, beş karbonlu bir şeker ve fosforik asitten meydana gelirler.
a. Azotlu bazlar; Pürin ve pirimidin bazları olmak üzere iki gruba ayrılırlar.
Bunlardan pürin bazları iki halkalıdır. Bu bazlar hem DNA nın hem de RNA nın yapısında bulunan Adenin (A) ve Guanin (G) bazlarıdır.

Primidin bazları tek halkalıdır. Bunlardan Sitozin (S) hem DNA hem de RNA da bulunduğu halde, Timin (T) sadece DNA da, Urasil(U) ise sadece RNA da bulunur.
b. Beş karbonlu şekerler; Riboz ve deksiriboz olmak üzere iki çeşittirler. Riboz şekeri RNA nın yapısında, Deoksiriboz şekeri de DNA nın yapısında bulunur.
c. Fosforik asit; (H3PO4); DNA ve RNA da aynı yapıda bulunur.

Nükleotidler alt alta dizilerek fosfat-şeker bağlarıyla birbirlerine bağlanırlar. Bu şekilde DNA veya RNA zincirlerini meydana getirirler.
Her nükleotidin birbirine bağlanması sırasında bir molekül su açığa çıkar (dehidrasyon sentezi). Oluşan yapı nükletid zincirdir. RNA lar bir zincirden DNA lar ise iki zincirden oluşur.

B. DEOKSİRİBO NÜKLEİK ASİT (DNA)
Hücredeki hayati olaylar yönetir. Genelde çekirdekte bulunan DNA nın kloroplast ve mikrondride de varlığı saptanmıştır. Ancak organellerde bulunan DNA lar hücrenin kalıtım materyali sayılmazlar. Çekirdek DNA sına bağlı olarak aktivite gösterirler.

1. DNA nın Yapısı
DNA molekülü sarmal (=heliks) şeklinde kıvrılmış iki zincirli merdiven şeklinde bir moleküldür.
Merdivenin kenarları deoksiriboz şekeri ve fosfat molekülleri meydana getirir. İki kolun arasındaki merdiven basamaklarında her zaman Guaninin karşısına Sitozin gelirken, Adeninin karşısına da Timin gelir. Hem Adeninle Timin, hem de Guaninle Sitozin zayıf hidrojen bağları ile birbirleriyle bağlanırlar.
Tüm DNA örneklerinde toplam pürin miktarı toplam piramidin miktarına (A+G=T+S) eşittir.
Yine tüm DNA larda Adenin miktarı, Timin miktarına (A=T). Guanin miktarı da, Sitozin miktarına (G=S) eşittir.

2. DNA Şifresi
DNA’daki zincirler üzerinde nükleotidlerin diziliş sırası her canlı türünde, hatta aynı türün fertleri arasında farklılık gösterir. Aynı ana babasan meydana gelen kardeşlerde bile farklı dizilişler vardır. İşte bu farklı diziliş DNA şifresini oluşturur. Bu şifreden dolayı farklı genler ve farklı kromozom yapıları meydana gelir. DNA, taşımış olduğu bu şifrelerle çok geniş bir bilgi deposu oluşturur.
Bir insan kromozomundaki nükleotid sırası, sadece harflerle A, G, T, C, G, T, ............ diye yazılacak olsa 2000 sayfalık bir kitap oluşturulabilir. İnsanın bir hücresinde 46 kromozom olduğuna göre 46 ciltlik dev bir anskiklopedi meydana gelir. Kaldı ki bu harflerin yan yana dizilmesiyle oluşan anlamlar ve ona göre yapılacak işler daha farklıdır. O halde kromozomlar canlının şifre yüklü mikro bilgisayarlarıdır denebilir.

3.DNA nın Görevleri
DNA nın görevleri iki ana başlıkta toplanabilir;
• Birincisi, kendini eşleyerek üremeyi ve kalıtsal bilginin aktarılmasını sağlamak.
• İkincisi, protein sentezlenmesini sağlayarak hücredeki metabolik olayları yönetmek.

a. DNA’nın Eşlenmesi (Replikasyon = Duplikasyon ) ve Kalıtım Görevi : Bir hücrenin bölünerek yeni hücreler meydana getirebilmesi için DNA nın kendini eşlemesi gerekir. Hücrede DNA ların eşlenmiş olması hücrenin bölüneceğini gösterir.
Bunun için eşlenecek bir DNA da sarmal yapı ucundan açılmaya başlar. Açılan zincirlerin karşılarına ortamdaki nükleotidler uygun olarak bağlanırlar. Bu bağlanmalarda DNA polimeraz enzimi görev yapar. Bu şekilde sarmal yapının çözülmesi ve eş zincirlerin oluşması DNA nın tamamı eşleninceye kadar devam eder. Sonuçta aynı genetik şifreleri taşıyan iki DNA oluşur.
DNA lar eşlenirken ana iki zincir her zaman korunur. Yeni zincirler ortamdaki nükleotidlerden sentezlenir. Bu olaya DNA’nın “yarı korunumlu” olarak eşlenmesi denir. Ortamdaki moleküller izotop ise yeni zincirlerde izotop olur. İzotop molekül taşıma şifre etkilemez.
DNA nın kendini yarı korunumlu ve doğru olarak eşlediği izotop tekniğiyle anlaşılmıştır. Bunun için DNA nın eşleneceği ortamdaki Deoksiriboz, Fosfat, Azot ve Bazlar izotop hale getirilerek deney yapılmaktadır.

b. DNA nın Yöneticilik Görevi : Canlı hücrelerde hayatın devamı binlerce farklı reaksiyonun gerçekleşmesiyle sağlanmaktadır. Farklı farklı olan bu reaksiyonların hepsi canlının vücut sıcaklığında gerçekleşebilir. Hem de canlının yaşamsı için bu reaksiyonların çok hızlı olması gerekmektedir ve de olmaktadır.

Bu kadar farklı reaksiyonun belli sıcaklıkta çok hızlı olarak gerçekleşmesini sağlayan biyolojik katalizörler olan enzimlerdir.
Enzimler ise protein yapıda olup Dna şifrelerine göre sentezlenirler. İşte DNA her türlü enzim ve protein sentezi için şifre vermekle, hücredeki olayları da dolaylı yoldan kontrol etmiş olur. Hücrede çekirdeğin yani DNA ların yönetici yapı olduğu çeşitli deneylerle ispatlanmıştır.

3. DNA ile İlgili Deneyler
DNA nın kendini doğru eşlediği, yarı korunumlu eşlediği ve DNA olmadığı zaman hücrenin hayatını uzun süare sürdüremediği yukarıda anlatılmıştı. Şimdi ise DNA ile ilgili bir başka deneyden bahsedeceğiz.
DNA molekülü yönetici bir moleküldür ve aktarıldığı diğer hücrelerde kalıtsal değişiklik meydana getirebilir. Bunu çok iyi açıklayan bir deney, O.T.AVARY (1944) ve arkadaşları tarafından yapılmıştır.

Diplococus pneumonia denilen bakterinin başlıca iki tipi vardır. Bunlardan birinci tipin etrafında polisakkarit yapılı bir kapsül varken ikinci tipte kapsül yoktur.
Kapsülü olan bakteri zatüre hastalığına sebep olmaktadır. Kapsülsüz olanlar ise akyuvarlar tarafından etkisiz hale getirilebildikleri için hastalık yapamazlar.
Kapsüllü bakterilerden elde edilen özüt, kapsülsüz bakterilerin bulunduğu ortama bırakılırsa, bir süre sonra kapsüllü bakteriler oluşur. Bu yeni özellikler, bakteriler tarafından yeni bakterilere de aktarılır. Bu deneylerde kapsülsüz hücrelerin katlıtımının değişmesine neden olan özütteki DNA dır. Yani DNA sürekli bir kalıtsal değişikliğe neden olabilir.

C. RİBO NÜKLEİK ASİT (RNA)
DNA da olduğu gibi nükleotidlerin birbirine bağlanmasından meydana gelmiş polinükletid yapıda bir moleküldür. DNA dan farklı olarak tek zincirden oluşur ve yapısı da Riboz şekeri ile Urasil bazı bulundururlar. Hem çekirdek hem de stoplazma da bulunurlar. Kendilerini eşleyemezler. Bütün çeşitleri DNA üzerinde, onun şifrelerine göre sentezlenir. Üç çeşidi vardır. Hepsi de protein sentezinde görev alarak hücre yönteminde rol oynarlar.
1. Mesajcı (mRNA)
Haberci RNA dır. Sentezlenecek proteinle ilgili bilgiyi (şifreyi) DNA dan alarak sitoplazmadaki ribozomlara götürür ribozomlarda protein sentezine kalıplık yapar. Proteinlerin yapsını oluşturacak amino asitler mRNA şifresine göre bağlanırlar. DNA her protein çeşidi için farklı kısımlardan farklı mRNA lar sentezletir. Bir mRNA aynı tür proteinin sentezinde tekrar tekrar kullanılır. Sentez bitince nükleotidlerine parçalanır. DNA dan mRNA sentezlenmesine transkripsiyon (yazılma) denir.
mRNA üzerindeki nükleotidler üçlü baz grupları halinde bulunur. Bir gruplarla kodon denir. Her kodon bir amino asiti şifreler.

2. tRNA(taşıyıcı RNA)
protein sentezinde kullanılacak olan amino asitlerin sitoplazmadan alarak ribozomlara taşımakla görevlidirler. tRNA ların şekli üç yapraklı yoncaya benzer. Bir ucuna amino asit bağlanır. Diğer ucuna da mRNA ile uyum sağlayacak üçlü nükleotid dizisi antikodon vardır. Her tRNA çeşidi ancak bir çeşit amino asit bağlayarak taşıyabilir.
Proteinlerin yapısına katılan 20 çeşit amino asit olduğundan en az 20 çeşit de tRNA vardır. RNA’da bulunan 4 çeşit nükleotidin tRNA larda üçerli gruplanmasıyla 61 farklı antikodan oluşabilir. Bundan dolayı canlılarda en fazla 61 çeşit tRNA bulunabilir. Ancak bir hücrenin tRNA çeşidi o hücrenin DNA larındaki kodon çeşidi kadarıdr. Çünkü tRNA lar DNA üzerinden sentezlenir.
Bazı amino asitler birden fazla tRNA çeşidiyle taşınabilmektedir. Muhtemelen bu amino asitler prote¬in sentezinde daha fazla oranda kullanılan amino asitlerdir. tRNA lar, mRNA larda olduğu gibi tekrar tekrar kullanılabilirler.
3. Ribozomal RNA (rRNA)
Aktif bir görevi olmayıp % 40 oranında ribozomla-rm yapısına katılırlar. Ribozomlarm % 60 lık yapı¬sını ise proteinler oluşturur.
Hücredeki RNA ların %80 ini rRNA, %15 ini tRNA ve %5 ini mRNA oluşturur. Bu oranlara bakarak mRNA nın hücrede sürekli bulunmadığını sadece protein sentezi öncesinde sentezlenip, sentezden sonra tekrar yıkıldığını söyleyebiliriz. tRNA ların sentezi de protein sentezi esnasında artar.

D. GENETİK ŞİFRE ve PROTEİN SENTEZİ
1. Genetik Şifrenin Çeşitliliği
DNA üzerinde, nükleotidlerin diziliş sırasının gene¬tik şifreyi oluşturduğunu söylemiştik. Hücrenin yö¬netimi esnasında gerçekleşen bütün olaylarda. DNA üzerindeki bu şifreler kullanılır. Bu şifreler sa¬yesinde sitoplazmaya bilgi aktarılır. Olaylar da bu bilgilere göre düzenlenir. DNA zincirleri üzerinde arka arkaya dizilmiş her üç nükleotid bir anlam ifa¬de eder ve bir iş yaptırır.
işte, DNA ve RNA daki bu üçlü dizilmelere (AAG, TSA, vs.) kodon ya da şifre kelime denir. Bunu şu benzetmeyle açıklayabiliriz; Biz insanlar, aramızdaki
anlaşmayı ve derdimizin ifadesini bir alfabe kulla¬narak yapıyoruz. Alfabemizde 29 harf vardır. Harf¬lerin birleşmesinden anlam ifade eden kelimeler, kelimelerin de bir kural dahilinde dizilmesinden, tam bir ifade olan cümleler meydana getirilir ve an¬latmak istediğimizi bu cümlelerle anlatırız.
İşte, DNA da aynen böyle bir alfabe kullanmakta¬dır. DNA ve RNA alfabesinde 4'er harf bulunmakta ve kural olarak her kelime (kodon) 3 harften oluş¬maktadır. O halde DNA ve RNA daki 4'er harf üçer üçer kombinasyon yapacak olursa 43 = 64 farklı kodon meydana gelir. DNA bütün mesaj ve emir¬leri bu 64 farklı şifreyi kullanarak verir. Kodonlar genetik şifrenin en küçük birimidirler. Taşıyıcı RNA'daki kodonlara antikodon denilir.
DNA üzerindeki kodonları kullanarak sitoplazmada protein sentezi yaptırır. Bir zincirinden bir proteinin sentezi için verdiği kodonlar dizisi bir cümle gibidir. Bu bilgileri şifreli olarak alan mRNA'dır. DNA, ilgili mRNA'ya adeta şu emri verir: "Sana verdiğim bu şifrelere göre bana bir protein yaptır." DNA'lar bu şekilde çok farklı proteinlerin şifrelerini verebilirler. DNA'nın bir protein için kaç nükleotidini kullanacağı, ilgili proteinin kaç amino asitten oluştuğuna bağlı¬dır. Proteinlerdeki amino asit sayısı 9 ile 700 ara¬sında değişebildiğinden, mRNA'ların nükleotid ve kodon sayıları da farklı olur. Mesela; 9 amino asit¬ten meydana gelen Vasopressin hormonunun ya¬pımında görevli mRNA, en az 27 nükleotid ve 9 kodon taşır. Bunun şifresini veren DNA'nın anlamlı zincirinde ise yine en az 27 nükleotid ve 9 kodon bulunmalıdır.
DNA'daki dört çeşit harf (A, G, C, T)'ten üçlü ter¬kiplerle elde edilen şifre (kelime) sayısı 64'tür. Bu şifreler, protein yapısına katılan 20 amino asiti faz¬lasıyla ifade edebilir
Özetle; bir hücrede bulunan kromozomlar (DNA'lar), taşıdıkları bu kodonlar sayesinde canlı için gerekli bütün proteinlerin sentezini gerçekleştirirler. Bir bakteri olan Echerichia Coli de yaklaşık 1.000.000 kodon (şifre) bulunurken, bir insan hücresinde or¬talama 1.850.000.000 şifre depo edilmektedir. Bu şifrelerin canlı türlerindeki sayısı farklı olduğu gibi, çeşitleri de farklıdır. Bugün yeryüzünde bulunan 2 milyon canlı türü dikkate alındığında, bütün canlılar¬da bulunan protein çeşidi sonsuzdur denebilir.

2. Her Canlı Hücre Protein Sentezini Yapar
Bütün canlı hücrelerde gerçekleştirilen temel ha-yatsal olaylardan biri protein sentezi dır. Bu olay bütün canlı hücrelerin temel organeli olan ribozom-larda gerçekleşir. Her canlı hücrenin yaşayabilme¬si, büyüyüp gelişebilmesi için kendi enzim ve yapı maddelerini üretmesi gerekir. Bu yapı maddeleri¬nin büyük çoğunluğu ve enzimler proteinden yapıl¬mıştır.
Heterotrof organizmalar besinlerle dış ortamdan yeterince protein alsalar bile, bunu kendi enzim ve yapı maddeleri olarak kullanamazlar. Çünkü prote¬inler DNA şifrelerine göre yapılmış olup. her canlı¬nın protein yapısı farklıdır. Dolayısıyla besinlerle alınmış proteinler, başka canlıların proteinleri olup, besini alan canlının vücut yapısına uymaz, insan¬lar arasında bile protein yapılarının farklı olduğu, kan alış - verişindeki çökelmeler ve doku nakillerin-deki uyuşmazlıklardan anlaşılabilir.
Hatta canlının dışardan aldığı proteinler kendi yapı¬sına uygun olsa bile, hücrelerine bunu protein ola¬rak dahil edemezler. Çünkü proteinler hücre zarın-daki porlardan geçemeyecek kadar büyük molekül¬lerdir. Bu iki sebepten dolayı heterotroflar besinler¬le aldıkları proteinleri, sindirimle amino asitlere hid¬roliz ederler ve 20 çeşit amino asit olarak hücreleri¬ne alabilirler, ötotroflarda ise protein sentezinde gerekli 20 çeşit arnino asilin tamamı hücre içinde diğer moleküllerden dönüştürülerek elde edilir, iş¬te; her canlı hücrenin, kendi DNA şifrelerine göre, sitoplazmalarmdaki amino asitleri birleştirerek ken¬di proteinlerini yapmalarına protein sentezi denir. Bu olayın mekanizması bütün hücrelerde aynıdır.
Bütün canlı hücrelerde gerçekleşen protein sente¬zini sırayla inceleyelim:

• mRNA nm sentezlenmesi (Transkripsiyon): Protein sentezi için gerçekleşen ilk iş, DNA'dan ilgili proteinin şifresinin mRNA'ya aktarılması¬dır. DNA'daki bilgiler mRNA'ya şifreli olarak aktarılır. Adenin karşısına Urasil, Timin karşısı¬na Adenin, Guanin karşısına Sitozin ve Sitozin karşısına Guanin gelir.
Bunun için DNA, nükleotid zincirlerinden birisi¬ni, onun da belli bir kısmını kullanır. Diğer kı¬sımlar başka proteinlerin şifresinde kullanıla¬caktır. Şifre veren DNA zincirine anlamlı zincir, diğerine ise tamamlayıcı (eş) zincir denir
• Bilginin sitoplazmaya aktarılması: Yapılacak proteinin şifresini alan mRNA çekirdek zarında-ki porlardan sitoplazmaya geçer ve ribozomun küçük alt birimine tutunur.
• Ribozomun aktifleştirilmesi: mRNA küçük alt birime başlandıktan sonra iki ribozom birimi bir¬leşerek, ribozom protein sentezine hazır hale getirilir (aktiflesir). Protein sentezini bir tek ribo¬zom yapabileceği gibi, birçok ribozom yanyana gelerek aynı mRNA şifresini beraber okuyabilir¬ler. Bu durum daha hızlı protein sentezlemek için yapılır. Oluşan bu ribozom zincirine poliri-bozom (polizom) denir.
• tRNA ların aktifleşmesi: mRNA bir ucuyla ri-bozoma yerleşince, sitoplazmada bulunan tRNA'lar amino asitleri kendilerine uygun olarak bağlarlar.
• Amino asitlerin ribozoma taşınması: Kendi amino asitlerini bağlayan tRNA lar, mRNA şifre sırasına göre ribozoma gelirler. Amino asıtlen tRNA ya bağlayan bağlar yüksek enerjili bağ¬lardır.
• mRNA-tRNA eşleşmesi: ilk tRNA antikodonu ile mRNA'nın başlangıç kodonu karşı karşıya gelerek hidrojen bağları ile bağlanır.
Şifrelerin okunması (translasyon): Birinci tRNA nın amino asiti tRNA dan koparak kendisinin yanındaki ikinci tRNA nın amino asiliyle birle¬şir, ilk peptid bağı kurulmuş ve ilk su molekülü açığa çıkmıştır. Böylece birinci mRNA kodonu okunmuş oiur.
işi biten tRNA, ribozomu terk eder. Yerine bir sonraki kayar. Bir ribozoma aynı anda iki tRNA yerleşebilir.
Bu şekilde, mRNA üzerindeki bütün kodonlar sırayla tRNA'larla eşleşerek kendilerini okut¬tururlar, yani amino asitlerini zincire ilave etti¬rirler.
Bütün kodonları okunan mRNA, başlangıç ucundan tekrar yeni bir protein molekülünün sentezi için ribozoma girer. Bu işlem ihtiyaç du¬yulan sayıda protein sentezleninceye kadar de¬vam eder. Sonuçta oluşan amino asit zincirine polipeptid denir. Çünkü amino asitleri birbirine bağlayan bağlar peptid bağlarıdır.
mRNA üzerindeki ilk şifreye (kodona) başlat¬ma kodonu denir. Bu kodon bütün protein sen¬tezlerinde AUG olup metionin amino asitini ifa¬de eder. Bundan önce kodon varsa bile okun¬maz. rnRNA'da bulunabilecek 64 kodon çeşi¬dinden 3 tanesi de durdurucu (STOP) kodon-lardıı. Bunlar polipeptid zincirine bir amino asit ilave ettirmeyip. protein sentezini durdururlar. Nükleotıd dizilen UAG, UGA, UAA olan bu ko-donlardan birisinin mRNA'da bulunması olayın durması için yeterlidir. Bunlardan sonra, kodon bulunuyorsa onlar da okunmaz.
Bitim kodonlanmn tRNA sı yoktur. Bu nedenle hücrede en fazia 64 çeşit kodon bulunmasına rağmen, 61 çeşit tRNA bulunabilir
Bütün protein se^tez!erı metionin amino asitiy-le başlamasına rağmen, görev yapan aktif pro¬teinlerin çoğunun ;ik amino asiti metionin değil¬dir. Çünkü protem sentezi tamamlanınca metio¬nin koparılarak atJr ve rsr protein kendi özgül yapısını kazanmış



4. Proteinlerin Çeşitliliği
Amino asitlerin birleşmesiyle oluşan protein sente¬zi bir dehidrasyon sentez reaksiyonudur. Çünkü her amino asitin bağlanmasıyla 1 molekül H2O açı¬ğa çıkar. Protein sentezine katılan 20 çeşit amino asitin hepsinde, bağlanan kısım aynıdır.
Bu reaksiyonlar esnasında katalizör olarak enzim¬ler kullanılır. Aktive edici olarak da ATP görev ya¬par. Bütün bu olaylar hücrede çok kısa sürede (10-70 saniye) gerçekleşir. Her hücrenin protein sen¬tez hızı birbirinden farklıdır. Bakteriler en hızlı pro¬tein sentezieme özelliğine sahiptir.
Protein sentezine; ribozom, mRNA, tRNA ve ami¬no asitler direk olarak katılmakta, ATP, DNA, en¬zimler bu olayda dolaylı olarak iş görmektedir. Bü¬tün canlıların proteinleri 20 çeşit amino asitten oluş¬tuğu halde, her canlının proteinleri kendine has bir yapıdadır. Bu da farklı DNA şifrelerinin olma¬sıyla sağlanmaktadır.

Proteinlerin molekül yapı¬larının farklı olmasında şu faktörler rol oynar:
• Proteindeki amino asit sayısı
• Proteinde yer alan amino asit çeşidi
• Amino asitlerin proteindeki yeri
• Amino asit çeşitlerinden kaçar tane kullanıldığı.

5. Proteinlerin Görevleri ve Yapıları
Sentezlenen proteinler (polipeptidler) hücrede şu işlerde kullanılırlar:
• Enzimlerin yapısında
• Hücredeki bütün zar sistemlerinin yapısında
• Hormonların büyük çoğunluğunun yapısında
• Hayvanlarda kasların yapısında
• Gerektiğinde enerji temininde
• Kromozom, ribozom, sentrozom ve diğer hücre organellerinin yapısında
• Antijen, antikor, hemoglobin, pıhtılaşmayı sağ¬layan proteinler, vs. kan proteinleri olarak
Bazı proteinler yukarıda belirtilen görevlerini düz bir polipeptid zinciri olarak gerçekleştirir. Ancak sentezlenen proteinlerin birçoğu enzim, hormon, an¬tikor ve yapısal olarak görev yaparken daha komp¬leks yapılara dönüşerek bu görevlerini gerçekleşti¬rirler. Eğer proteinler yüksek sıcaklığa maruz kalır-
larsa, kompleks yapılarını kaybederek primer yapıya indirgenir ve görev yapamaz hale gelirler. Hatta, bazen sıcaklık etkisiyle peptid bağlan bile kopabi-lir. Bu, olaylara proteinlerin denatürasyonu denir. Enzimlerin yüksek sıcaklıkta iş görmemeleri ve canlıların ısıdan zarar görmesi bundan dolayıdır.

E. ENZİMLER ve ÖZELLİKLERİ
1. Tanımı ve Görevleri
Hücrelerdeki yapım ve yıkım reaksiyonlarının ta¬mamına hücre metabolizması denir. Bu reaksi¬yonların önünde bir enerji engeli vardır. Aktivas-yon enerjisi denen bu engel aşılmadan reaksiyon¬lar başlamaz. Enzimler, canlı hücrelerdeki bütün biyokimyasal reaksiyonları hızlandıran ve bu enerji engelini azaltan biyolojik katalizörlerdir. Difüz-yon, osmoz ve fotosentezdeki ışıklı devre reaksi¬yonları gibi birkaç reaksiyon dışında, bütün reaksi¬yonlar enzimler sayesinde gerçekleştirilir. Enzimler reaksiyonları başlatmaz, ancak başlamış reaksiyonu hızlandırırlar. Hücrede birkaç saniyede meydana gelen reaksiyonların, enzimsiz olarak gerçekleş¬mesi beklenirse yıllarca sürebilir.

Reaksiyonları başlatan aktivasyon enerjisidir.
Canlı hücrelerin en önemli aktivasyon enerjileri ATP ve sıcaklıktır. Canlının vücut ısısı reaksiyon¬ların aktivasyonu için yeterli ise ATP harcanmaz. Ancak, ortam ısısının yetmediği reaksiyonlarda ATP aktivasyonu gerçekleştirir. Her reaksiyonun başlayabildiği bir enerji seviyesi ya da sıcaklık var¬dır. Enzimlerin varlığında reaksiyonlar daha düşük enerji seviyelerinde gerçekleşmektedir.
Bunu basit bir örnekle açıklayalım: Deney tü¬pünde ısıtılan glikoz çö¬zeltisi yüksek sıcaklığın etkisiyle, 200 - 300°C de havanın oksijeniyle ya¬nar ve H2O + CÛ2 ye ay¬rışır. Bunun için tüpü bel¬li dereceye kadar bir sü¬re ısıtmak gerekir.
Aynı reaksiyon bütün canlıların hücrelerinde, sani¬yenin daha küçük biriminde gerçekleşmektedir. Canlıların vücut ısısı ise 40CC den daha fazla de¬ğildir.
İşte cansız ortamda ancak 200 - 300°C de gerçek¬leşebilen bir reaksiyonun, hücrede en fazla 40°C de gerçekleşmesini sağlayan faktör enzimlerdir.
Enzimlerin enerji tasarrufuna etkisini yukarıdaki grafikle de gösterebiliriz. Sübstrat olan H2O2 (hid¬rojen peroksit) enzimler yardımıyla su ve oksijen ürünlerine ayrışıyor.

2. Enzimin Reaksiyonu Etkileme Biçimi
Enzimatik reaksiyonlara katılacak maddelere sübs-trat denir. Her enzim "aktif bölgesiyle" reaksiyona girdiği sübstratı etkiler. Geçici olarak sübstrat-enzim kompleksi meydana gelir ve sonra ayrılırlar.
Enzim tepkimeden hiç değişmeden çıkarken, sübs-trat ya parçalanır, ya başka bir maddeyle birleşir, ya da bir başka maddeye dönüşür.

3. Enzimlerin Yapısı ve Çeşitleri
Enzimlerin temel yapı maddesi protein olup, ba¬zı enzimler sadece prote¬inden oluşurlar. Bunlara basit enzim denir. Prote¬inleri sindirici enzimler¬den olan pepsin buna örnektir. Diğer birçok en¬zim ise proteine ilave olarak bir koenzim ile tnzımıerm Yapısı birlikte iş görür. Bunlara bileşik enzim denir. Ko-enzımler genellikle NAD, NADP ve B grubu vita¬minleridir. Bileşik enzimlerin protein kısmı (apoen-zim) koenzim olmadan iş göremez.
Bazı enzimlerin iş görebilmesi için aktif bölgelerin¬de Ca+2, Mg+2, Zn+2, K+, Na^, Fe+2 gibi metal iyon¬ları bulundurmaları gerekir. Bu maddelere kofak-tör denir. Bazı enzimler ise üretildiklerinde pasif olup, daha sonra başka maddeler tarafından aktif hale getirilirler. Örneğin pepsinojen ve tripsino-jen gibi protein sindirici enzimler pasiftir. Sindirim kanalında başka enzim ya da maddelerce aktifleş-tirilerek pepsin ve tripsin haline gelirler.
Enzimler, hücrelerin sitoplazmalarmda serbest ola¬rak bulunabildiği gibi ribozom, kloroplast ve mito-kondri gibi organellere tutunmuş olarak da bulunur¬lar. Hücre içi sindirim enzimleri ise lizozomlarda bulunur. Hücre dışına salgılanacak enzimler ise golgide paketlenir.
Enzimler etki ettikleri maddelere göre gruplandırı-lırlar. Hidroliz reaksiyonlarını gerçekleştiren enzim¬lerin genel adı hidrolaz dır.
Fotosentez ve solunum başta olmak üzere redoks tepkimelerini katalizleyen enzimlerin genel adı ok-sidoredüktaz dır. Hidrojenin dışındaki herhangi bir atom veya molekülü bir molekülden diğerine ak¬taranlara transferaz denir.
4. Enzimlerin Çalışmasını Etkileyen Faktörler
• Her enzim ancak bir çeşit sübstrata etki edebi¬lir, ona özgüdür. Bundan dolayı her reaksiyon çeşidi için ayrı enzim kullanılmaktadır. Örneğin oksijenli solunumda 20 nin üzerinde enzirr^cjö-rev almaktadır.
• Enzimler reaksiyondan etkilenmezler, girdikleri gibi çıkarlar. Bu yüzden aynı reaksiyon çeşidin¬de tekrar tekrar kullanılırlar.
• Enzim reaksiyonlarının bir kısmı tersinir (dö¬nüşümlü) dir. Yani aynı enzim reaksiyonu hem ürünler, hem de girenler yönünde katalizleye¬bilir.
• Enzimler etkinliklerini maddelerin c den başlatır.
Bu yüzden, kıyılmış et aynı miktar parça etten da¬ha kolay sindirilir. Besinlerin dişlerle parçalanması da enzimlerin etki yüzeyini artırır, reaksiyonun top¬lam süresini kısaltır.
• Enzimler vücut ve hücre dışında da aktiftirler. Bu özellikleriyle laboratuvar deneylerinde kulla¬nılmış ve daha iyi incelenmişlerdir.
• Enzimler çok az miktarlarıyla dahi etkilidirler. Reaksiyona girmeleri için belli bir miktara ulaş¬maları gerekmez. Çünkü bir molekül enzim bile bir saniyede binlerce moleküle etki edebilir.
• Birçok enzim, eğer hücre dışında iş görecekse ilgili yere küçük kanalcıklarla salgılanır.
• Her enzim belli bir koenzimle çalışır. Ancak ko-enzimler farklı proteinlerle de iş görebilirler.
• Enzimlerin çalışması ve enzimatik reaksiyonla¬rın hızı ortam sıcaklığından etkilenir. Genellik¬le 0°C nin altında ve 55°C nin üstünde enzim¬ler iş göremezler. Çünkü yüksek ısı enzimlerin protein yapısını bozar (denatürasyon).
Enzim çalışması için en uygun (optimum) sı¬caklık 20°C ile 40°C arasıdır. Bu optimum sı¬caklık türlere göre, hatta bir bireyin değişik hüc¬relerinde bile değişik olabilir.
Enzimlerin çalışması, ortam pH sından da etki¬lenir. Genellikle nötr ortamlarda (pH=7) iyi iş görürler. Ancak, bazı enzimler asidik (pepsin gibi), bazı enzimler ise bazik (lipaz gibi) ortam¬larda daha iyi iş görür. Kısacası her enzimin çalıştığı optimum bir pH değeri vardır.
Bazı faktörler enzimlerin çalışmasını engeller. Bunlara inhibitör denir. Cu, Hg gibi ağır metal¬ler, CO ve bazı zehirler birer inhibitördür. Bun¬lar reaksiyonun tamamen durmasına da sebep olabilir.
Bazı faktörler ise enzim reaksiyonunu olumlu etkiler. Bunlara aktivatör denir. Ortamın su oranının artması, optimum pH ve optimum sı¬caklık birer aktivatördür. Ortamda bazı iyonla¬rın bulunması da bir aktivatördür.
Reaksiyon ortamına enzim ve sübstrat ilavesi de reaksiyon hızını artırır.
e. Gen-Enzim İlişkisi: Enzimler protein yapıda ol¬duğundan, her enzim bir gen tarafından sentezlet-tirilir ya da onun kontrolü altındadır. Buna "Bir gen bir enzim hipotezi" denir. Hücrede gerçekleşen birçok hayatsal olay zincirleme reaksiyonlarla ger¬çekleşir. Bu reaksiyon kademelerinin her birinde ayrı enzim ve ayrı genler iş görmektedir.
Burada genlerden biri bozulursa ilgili enzim yapıla¬maz. Onun dönüştürdüğü reaksiyon da olmaz.
Örneğin, gen 2 mutasyona uğrarsa, enzim 2 yapı¬lamadığı için, sitrülin arjinine dönüştürülemez. Or¬tamda sitrülin birikir. Biriken bu ve benzeri mad¬deler hücrenin veya canlının ölümüne bile sebep olabilir. Sonuçta oluşması gereken madde canlı için hayatsal öneme sahipse yine canlı ölebilir. Re¬aksiyonun devam etmesi için yapılamayan madde¬yi (bu örnekte arjinin) ortama hazır vermek gerekir. Bu tür mutasyonlar insanlar ve diğer canlılarda gö¬rülmekte olup, öldürücü sonuçlar bile ortaya çıka¬bilmektedir. Bir bakteride ATP, protein ve RNA sentezleri gibi olayların enzimleri üretilemezse bak¬teri ölür.