Bilgi

11.3: Amino transferazlar, amino asitlerle reaksiyonlarda önemlidir - Biyoloji

11.3: Amino transferazlar, amino asitlerle reaksiyonlarda önemlidir - Biyoloji


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

11.3: Amino transferazlar, amino asitlerle reaksiyonlarda önemlidir

Amino asitler, hem proteinlerin yapı taşları olarak hem de metabolizmada ara ürünler olarak merkezi roller oynarlar. Proteinlerde bulunan 20 amino asit, çok çeşitli kimyasal çok yönlülük taşır. Belirli bir proteinin kesin amino asit içeriği ve bu amino asitlerin dizisi, o proteini kodlayan gendeki bazların dizisi tarafından belirlenir. Proteinlerin amino asitlerinin kimyasal özellikleri, proteinin biyolojik aktivitesini belirler. Proteinler, canlı hücrelerdeki reaksiyonların yalnızca tümünü (veya çoğunu) katalize etmekle kalmaz, aynı zamanda neredeyse tüm hücresel süreçleri kontrol eder. Ayrıca proteinler, amino asit dizilimlerinde, o proteinin nasıl üç boyutlu bir yapıya katılacağını ve oluşan yapının kararlılığını belirlemek için gerekli bilgileri içerir. Protein katlanması ve stabilitesi alanı, yıllardır kritik derecede önemli bir araştırma alanı olmuştur ve bugün çözülmemiş büyük gizemlerden biri olmaya devam etmektedir. Bununla birlikte, aktif olarak araştırılmaktadır ve her gün ilerleme kaydedilmektedir.

Amino asitleri öğrenirken, amino asit yapısını ve özelliklerini anlamanın en önemli nedenlerinden birinin protein yapısını ve özelliklerini anlayabilmek olduğunu unutmamak önemlidir. Küçük, nispeten basit bir proteinin bile son derece karmaşık özelliklerinin, proteini oluşturan amino asitlerin özelliklerinin bir bileşimi olduğunu göreceğiz.

Tepe
Gerekli amino asitler

İnsanlar 20 amino asitten 10'unu üretebilir. Diğerleri gıdada sağlanmalıdır. Yapamadığımız 10 temel amino asitten 1 tanesinin bile yeterince alınmaması, vücudun proteinlerinin #8212kas ve benzerlerinin bozulmasına neden olur ve #8212 ihtiyaç duyulan tek amino asidi elde eder. Yağ ve nişastadan farklı olarak, insan vücudu fazla amino asitleri daha sonra kullanmak üzere depolamaz— amino asitler her gün yiyeceklerde bulunmalıdır.

Üretebildiğimiz 10 amino asit alanin, asparagin, aspartik asit, sistein, glutamik asit, glutamin, glisin, prolin, serin ve tirozindir. Tirozin, fenilalanin'den üretilir, bu nedenle diyet fenilalanin açısından yetersizse, tirozin de gerekli olacaktır. Esansiyel amino asitler arginin (gençler için gereklidir, ancak yetişkinler için gerekli değildir), histidin, izolösin, lösin, lisin, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan ve valindir. Bu amino asitler diyette gereklidir. Bitkiler, elbette, tüm amino asitleri üretebilmelidir. İnsanlar ise tüm amino asitlerin biyosentezi için gerekli enzimlere sahip değildir.

Bu yapıları ve özellikleri neden öğrenelim?
Tüm yaşam bilimleri öğrencilerinin amino asitlerin ve biyolojik moleküllerin diğer yapı taşlarının yapısını ve kimyasını iyi bilmeleri çok önemlidir. Aksi takdirde proteinler, enzimler veya nükleik asitler hakkında mantıklı düşünmek ve konuşmak mümkün değildir.
Tepe

Amino Asitlerdeki Atomlar


Proteinojenik amino asitler üzerinde site seçici kovalent reaksiyonlar

Yerinde doğru biyokonjugasyon reaksiyonları hakkında kapsamlı inceleme.

Yakınlık kaynaklı kovalent reaksiyonlar hakkında kapsamlı inceleme.

Sinyal olaylarının kesin kontrolünü sağlamak veya biyomoleküllerin hatasız sentezini sağlamak için doğa, benzersiz alan seçiciliği ile proteinojenik amino asitleri içeren organik reaksiyonlar geliştirmiştir. Örneğin, atanmış enzimler, sinyal proteinlerindeki translasyon sonrası modifikasyonların bölgesini doğru bir şekilde belirler ve ribozomlar, korunmasız bir amino asidin C-terminal karboksilik asidini, uzamsal olarak sınırlı yakınlık yoluyla diğer amino asidin N-terminal amino grubuyla kesin olarak bağlar. Uzun yıllardır kimyagerler, doğayı taklit ederek biyomoleküller üzerinde alan seçiciliği elde etmeye çalışıyorlar. Kemoselektif protein konjugasyon reaksiyonlarının, enzimolojinin ve protein-protein etkileşimlerinin gelişmesiyle hareket eden son on yılda, bölge seçici protein konjugasyon reaksiyonlarında bir patlama yaşandı. (Bu derlemede, bölge seçici bir protein konjugasyon reaksiyonu, hedeflenen organik bir reaksiyon olarak tanımlanır. tek bir amino asit fizyolojik koşullar altında bir protein veya proteomdaki bir tür amino asit yerine, örneğin tüm sisteinler arasında tek bir sistein kalıntısı.) Bu derlemede, kesin sitenin bu özelliğini gösteren biyokonjugasyon reaksiyonlarındaki son gelişmeleri özetliyoruz. seçicilik, proteinojenik amino asitlerin reaksiyonlarına odaklanan (genetik manipülasyonlar yoluyla proteinlere verilen kodlanmamış veya proteinojenik olmayan amino asitlerdekiler hariç).


3.1 β-alanin ve β-aminoizobutiratın kökeni

3.2 Aminomutaz tipi reaksiyonlar (MIO'ya bağımlı ve radikal SAM tipleri)

Şekil 8 Aminomutaz tipi reaksiyon mekanizmaları: (I) MIO'ya bağlı reaksiyon mekanizması (II) radikal SAM tipi reaksiyon mekanizması (III) α-L-aspartat liyaz reaksiyon mekanizması.

(S)- ve (R)-β-fenilalaninler olarak (R, Taxus cuspidata 61'de taksol biyosentezinde Tc PAM tarafından seçilir ve Pantoea aglomerans'ta (62) andrimid biyosentezinde Pa PAM tarafından seçilir) ve (S)- ve (R) -β-tirozinler (R, Chondromyces crocatus 63'te kondramid biyosentezinde CmdF tarafından seçilir ve Streptomyces globisporus 64'te enediyne antibiyotik C-1027 biyosentezinde Sg TAM tarafından seçilir) doğada bulunur, β-pozisyonlarındaki stereokimyalar, amino-MIO eklentisinin sinnamik asit ve p-hidroksisinnamik asit üzerindeki nükleofilik saldırısının aminomutazlar tarafından seçiciliğiyle yüzleşmek için. Enediyne antibiyotik kedarcidin biyosentezinde, MIO'ya bağımlı aminomutazların bu ailesine ait olan KedY4 tarafından 2-aza-L-tirozinden nadir bir ( R )-2-aza-β-tirozinin yapıldığı bilinmektedir. 65

Lisin 2,3-aminomutaz (LAM), 66 glutamat 2,3-aminomutaz (GAM), 67 ve arginin 2,3-aminomutaz (AAM) dahil olmak üzere başka bir aminomutaz ailesi, 68, bir [4Fe-4S] kümesi içerir. radikal SAM (S-adenosil-L-metionin) motifi ve PLP (piridoksal 5'-fosfat) bağlama motifi (Şekil 8-II). Bu reaksiyonda, bir reaksiyon ara ürünü olarak bir a-amino asit-PLP aldimin kompleksi önerilmektedir. Ara maddenin β-pozisyonundaki bir hidrojen atomu, radikal bir ara madde ve 5'-deoksiadenosin vermek üzere indirgeyici bir bölünme ile SAM'den üretilen bir 5'-deoksiadenosil radikali tarafından soyutlanır. Radikal ara ürün daha sonra üç üyeli aziridin ara ürününe dönüşür ve α-amino grubu β pozisyonuna yeniden düzenlenir. α-pozisyonunda üretilen radikal daha sonra bir sonraki katalitik döngü için bir 5'-deoksiadenosil radikalini yeniden oluşturmak üzere 5'-deoksiadenozinden bir hidrojen atomu soyutlar. Son olarak, β-lisil aldiminin hidrolizi reaksiyonu tamamlar. Şimdiye kadar, LAM ve GAM, in vitro olarak karakterize edilmiştir. 69 blasticidin S'deki β-Arginin'in aynı enzimatik reaksiyonla oluşturulduğu öne sürülmüştür, çünkü sırayla benzer gen blsG, biyosentetik gen kümesinde kodlanmıştır. 68 β-Lizin 5,6-aminomutazın da benzer bir reaksiyon mekanizmasıyla C-6 ila C-5'te bir amino grubu yeniden düzenlemesini katalize ettiği bilinmektedir. 70 Bu reaksiyonda, adenosilkobalamin, 6-amino grubunu 3,5-diaminoheksanoik asit oluşturan C-5 pozisyonuna yeniden düzenlemek için benzer bir radikal reaksiyona neden olan bir 5'-deoksiadenosil radikali üretmek için SAM yerine bir kofaktördür. Daha yüksek bitkilerde, L-lösin 2,3-aminomutazın, (R)-β-lösin verecek şekilde bir a-amino grubu 2,3-yeniden düzenlenmesini katalize ettiği bilinmektedir, ancak moleküler düzeyde ayrıntılı reaksiyon mekanizması düzeyi araştırılmamıştır. 71

α-L-aspartat liyazının, fumarat oluşturmak için bir asit-baz katalitik mekanizma yoluyla bir α-amino grubunun çıkarılmasını katalize ettiği de belirtilmelidir (Şekil 8-III). 72 Bu enzim kofaktör gerektirmez ve ayrıca fumarat ve amonyaktan aspartat sentezlemek için ters reaksiyonu katalize eder. Bu enzim türünden biri olan metilaspartat amonyak liyaz, mesakonattan çeşitli β-amino asitleri stereoselektif olarak üretmek üzere tasarlanmıştır. 73

3.3 Glutamat mutaz tipi reaksiyonlar (C–C bağı yeniden düzenlemeleri)

3.4 α-aspartat, 3-metilaspartat ve β-glutamatın dekarboksilasyonu

10 β-aminoizobutirat ve β-aminobutirat gibi β-amino asitler üretmek için piruvoil bağımlı ve PLP'ye bağlı dekarboksilazların reaksiyon mekanizması.

İncednin biyosentezinde, glutamat 2,3-aminomutazın etkisiyle a-L-glutamattan türetilen β-glutamat, PLP'ye bağımlı β-glutamat dekarboksilaz IdnL3 tarafından (S)-β-aminobütirata dekarboksillenir (Şekil 10). 81 Bu reaksiyonda yalnızca bir stereoizomer üretildiğinden, IdnL3, β-glutamatın (S)-β-aminobutirat üretme eğilimini tanımalıdır. Bu enzim spesifik olarak β-glutamatı tanır ancak α-L-glutamatı veya diğer proteinojenik α-L-amino asitleri tanımaz. β-aminobütirat, incednine verimli bir şekilde dahil edildiğinden, bu dönüşüm, incednin üreten suşta benzersiz olmalıdır. Salinilaktam 37 ve mikromonolaktam 82 biyosentetik gen kümelerinde bir dizi glutamat 2,3-aminomutaz ve β-glutamat dekarboksilaz geni kodlanmıştır, bu da aynı senaryonun bu poliketid yollarında başlangıç ​​birimi olarak β-aminobütirat sağladığını düşündürmektedir.

3.5 α,β-doymamış karboksilatlar üzerine amonyak veya amino gruplarının Michael eklenmesi

Şekil 11 α,β-doymamış karboksilatlara Michael amonyak veya amino asit amino grubunun eklenmesi mekanizması: (I) cremimisin biyosentezinde β-aminononanoat oluşumu (II) Bleomisin biyosentezinde 2,3-diaminopropionat oluşumu (III) oluşumu 2, 3-diaminopropionat in viomycin biyosentezinde: (IV) pacidamisin nükleosit antibiyotik ailesinin biyosentezinde 2,3-diaminobutanoate oluşumu.

2,3-diaminopropiyonik ve 2,3-diaminobütanik asitler gibi 2,3-Diamino asitlerin de, sırasıyla dehidroalanin ve dehidrobütirine Michael tarafından amonyak veya bir amino asit a-amino grubu eklenmesi yoluyla oluşturulduğuna inanılmaktadır. Bleomisin biyosentezinde, NRPS üzerinde oluşan bir dehidroalanin bir Michael alıcısı olur ve bir sonraki NRPS modülündeki a-L-asparajinin a-amino grubu, kondenzasyon alanındaki dehidroalanin parçasının C-3 pozisyonuna saldırarak formal bir 2 verir, 3-diaminopropanoik asit kısmı (Şekil 11-II). 87 Viomisin ve kapreomisin'de a,β-diaminopropionat oluşumu için benzer senaryolar önerilmiştir (Şekil 11-III). 88 Viomycin biyosentezinde, PLP'ye bağımlı enzim VioB, Michael akseptörü olarak dehidroalanin oluşturmak için a-L-serin veya O-asetillenmiş serini tanır. İlişkili bir enzim olan VioK, varsayılan bir ornitin siklodeaminaz, VioB aktif bölgesinde 2,3-diaminopropionat oluşturmak için bir nükleofil olarak amonyak sağlar, ancak amonyağın VioK'dan VioB'ye dahil edilme mekanizması belirsizliğini koruyor. Sinnamisin biyosentezindeki lizinoalanin oluşumu, 2,3-diaminopropionik asit parçasını oluşturmak için ilgili bir mekanizmadır. 89 Bu durumda, nükleofil, siklik peptitteki lizin kalıntısının ε-amino grubudur. Pacidamisin nükleozid antibiyotik ailesinin biyosentezinde, PLP'ye bağımlı bir enzimin, bir nükleofil olarak amonyak veya bir amino asit amino grubu kullanılarak bir treonin hidroksil grubunun değiştirilmesinde rol oynadığı görülmektedir (Şekil 11-IV). biyosentetik enzimlerin kesin işlevleri belirsizdir. 90–92

Benzer şekilde, viomisinin kapreomisin kısmı, PLP'ye bağlı enzim VioD tarafından katalize edilen bir dehidrasyon ve ardından amino asidin β-pozisyonunda amino grubunun kurulumunu tamamlamak için terminal guanidino grubundan intramoleküler konjugat eklenmesi yoluyla oluşturulur. 93-95 Benzer bir reaksiyon mekanizması streptotrisin biyosentezinde streptolidin oluşumunda uygulanabilir, çünkü streptotrisin biyosentetik gen kümesinde homolog genler korunur, 96,97 dahil etme çalışmaları 4-hidroksikapreomisidinin gerçek bir biyosentetik ara madde olduğunu ancak kapreomisidin olmadığını önermiştir. 98,99

3.6 Aminotransferaz tipi reaksiyonlar (β-ketokarboksilatların transaminasyonu)

12 Mikrosistin-LR'nin biyosentezi. β-Ketokarboksilat, PLP'ye bağımlı aminotransferaz tarafından transaminasyona tabi tutulur ve daha sonra mikrosistin-LR'ye dahil edilir.

Biyokimya sınavı 2

HX + H2O X- + H3O+
• doğru X'e sahipseniz, en iyi tampon sistemi olarak kullanılabilir
• eğer bir şey arabelleğe alınmamışsa, o zaman çok fazla tehlikeli, çok asidik veya çok bazik olabilir = biraz kararlı olmalı

• çok fazla H
• tükürükteki dalgalanmanın neden olduğu çok fazla OH

• böbrekler (kanı süzün, vücuttan neyin çıkması gerektiğini bulur, idrara gider) ve akciğerler (Oksijen CO2 yapraklarına girer) pH dalgalanmalarını kontrol etmek için önemlidir

150.000 g'de santrifüj ettikten sonra şunları elde edersiniz:
-süpernatan: üst tabaka, enzimlerin sitozol konsantre çözeltisi, RNA, monomerik alt birimler, metabolitler, inorganik iyonlar

İz elementler (parlak sarı gölgeli), gereksinimler çok daha küçüktür: insanlar için günde birkaç miligram Fe, Cu ve Zn, diğerlerinden daha az.

Bu, hücredeki birçok biyolojik reaksiyonda yüksek oranda birleştirilir.

Ekzergonik reaksiyonlar enerji açığa çıkarır

Hücredeki rolü, bir ekonomideki paranınkine benzer: ekzergonik reaksiyonlarda "kazanılır/üretilir" ve endergonik reaksiyonlarda "harcanılır/tüketilir".

NAD(P)H (nikotinamid adenin dinükleotid (fosfat)) elektronları oksidatif reaksiyonlardan toplayan ve daha sonra bunları biyosentezde çok çeşitli indirgeme reaksiyonlarında veren elektron taşıyan bir kofaktördür.


CH103: Müttefik Sağlık Kimyası

Bu metin, creative commons lisansı altında yayınlanmıştır. Bu çalışmaya atıfta bulunmak için lütfen tıklayınız. Burada .

7.1 Metabolizma Nedir?

7.2 Yaygın Biyolojik Reaksiyon Tipleri

7.3 Yükseltgenme ve İndirgeme Reaksiyonları ve ATP Üretimi

7.4 Reaksiyon Spontanlığı

7.5 Enzim Aracılı Reaksiyonlar

7.6 Farmakolojiye Giriş

7.7 Bölüm Özeti

7.8 Referanslar

7.1 Metabolizma Nedir?

Metabolizma organizmalarda yaşamı sürdüren kimyasal reaksiyonlar kümesidir. Bölüm 6'da ele alınan birincil ve ikincil metabolitlerdeki metabolik süreçlerin örneklerini gördük. Genel olarak, metabolizmanın üç ana amacı şunlardır: (1) hücresel süreçleri çalıştırmak için gıdanın enerjiye dönüştürülmesi (2) gıda/yakıtın dönüştürülmesi. proteinler, lipidler, nükleik asitler ve karbonhidratlar için yapı taşları ve (3) atık ürünlerin ortadan kaldırılması. Bu enzim katalizli reaksiyonlar, organizmaların büyümesine ve çoğalmasına, yapılarını sürdürmesine ve çevrelerine tepki vermesine izin verir. (Metabolizma kelimesi ayrıca, sindirim ve maddelerin farklı hücrelere ve hücreler arasında taşınması da dahil olmak üzere, canlı organizmalarda meydana gelen tüm kimyasal reaksiyonların toplamına atıfta bulunabilir; bu durumda, hücreler içinde yukarıda açıklanan reaksiyon dizisine ara metabolizma denir. )

Metabolik reaksiyonlar şu şekilde sınıflandırılabilir: katabolikyıkılmak bileşiklerin (örneğin, sindirim sırasında proteinlerin amino asitlere parçalanması) veya anabolikinşa etmek (sentezi) bileşiklerin (proteinler, karbonhidratlar, lipidler ve nükleik asitler gibi). Genellikle katabolizma enerji açığa çıkarır ve anabolizma enerji tüketir.

Şekil 7.1 Katabolik ve Anabolik Reaksiyonlar. Katabolik reaksiyonlar, moleküllerin daha küçük bileşenlere parçalanmasını içerirken, anabolik reaksiyonlar daha küçük moleküllerden daha büyük moleküller oluşturur. Katabolik reaksiyonlar genellikle enerji açığa çıkarırken, anabolik süreçler genellikle enerji gerektirir.

Metabolizmanın kimyasal reaksiyonları, bir kimyasalın bir dizi adımdan başka bir kimyasala dönüştürüldüğü, her adımın belirli bir enzim tarafından kolaylaştırıldığı metabolik yollar halinde düzenlenir. Enzimler metabolizma için çok önemlidir çünkü enzimler katalizör görevi görürler – bir reaksiyonun daha hızlı ilerlemesine izin verirler. Ek olarak, enzimler, enzim aktivitesinin aktivasyonu veya inhibisyonu yoluyla, hücrenin ortamındaki değişikliklere veya diğer hücrelerden gelen sinyallere yanıt olarak metabolik reaksiyon hızını düzenlemek için hücreler için bir mekanizma sağlayabilir. Enzimler aynı zamanda organizmaların enerji açığa çıkaran kendiliğinden tepkimelere bağlayarak, kendi başlarına gerçekleşmeyecek enerji gerektiren arzu edilen tepkimeleri yürütmelerine izin verebilir. Enzim şekli, bir reaktantın spesifik bağlanmasını belirlediğinden enzimin işlevi için kritik öneme sahiptir. Bu, bir kilit ve anahtar modeli burada reaktan, enzim bağlanma bölgesinin tam şekli veya bir uyarılmış uyum modeli, burada tepkenin protein ile teması, tepkene bağlanmak için proteinin şeklinin değişmesine neden olur.

Şekil 7.2 Enzim-Substrat Bağlanma Mekanizmaları. (A) Kilit ve Anahtar Modelinde, substratlar enzimin aktif bölgesine yerleşir ve enzim şeklinde başka bir değişiklik gerekmez. (B) İndüklenmiş Uyum Modelinde, enzim ile substrat etkileşimi, substrata daha iyi uyması ve kimyasal reaksiyona aracılık etmesi için enzimin şeklinin değişmesine neden olur.

Şekil 7.2A, Socratic'ten modifiye edilmiştir ve Şekil 7.2B, Concepts in Biology'den modifiye edilmiştir.

7.2 Yaygın Biyolojik Reaksiyon Tipleri

Biyolojik sistemler içinde enzimlerin aracılık ettiği altı ana biyokimyasal reaksiyon sınıfı vardır. Bunlara grup transfer reaksiyonları, karbon-karbon çift bağlarının oluşumu/çıkarılması, izomerizasyon reaksiyonları, ligasyon reaksiyonları, hidroliz reaksiyonları ve oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları dahildir. Bu bölüm size bu altı reaksiyon tipine kısa bir giriş yapacak ve ardından aşağıdaki bölüm oksidasyon-redüksiyonlarına ve bunların hücresel enerjinin ana formu olan adenosin trifosfat (ATP) oluşumu için nasıl kritik olduklarına daha derinlemesine odaklanacaktır. . Tüm bu reaksiyon türlerinin biyolojik sistemlerdeki reaksiyonların hızını hızlandırmak için bir enzim katalizörü (genellikle spesifik bir protein) gerektirdiğini unutmayın.

Grup Transfer Reaksiyonları

İçinde grup transfer reaksiyonları, bir fonksiyonel grup, verici molekül olarak görev yapan bir molekülden, alıcı molekül olacak başka bir moleküle aktarılacaktır. Bir amin fonksiyonel grubunun bir molekülden diğerine transferi bu tip reaksiyonun yaygın örneğidir ve aşağıdaki Şekil 7.3'te gösterilmiştir.

Şekil 7.3 Bir Amin Fonksiyonel Grubunun Transferi. Biyolojik sistemlerde yaygın bir grup transfer reaksiyonu, daha sonra protein sentezi için kullanılabilecek a-amino asitleri üretmek için kullanılan bir reaksiyondur. Bu reaksiyonda, bir a-amino asit verici molekül olarak görev yapar ve bir a-keto asit (bu moleküller bir karboksilik asit fonksiyonel grubu ve bir a-karbon ile ayrılmış bir keton fonksiyonel grubu içerir) alıcı olarak görev yapar.Alıcı molekülde, karbonil oksijen, amin fonksiyonel grubu ile değiştirilirken, donör molekülde, amin fonksiyonel grubu, yeni bir keton fonksiyonel grubu oluşturan bir oksijen ile değiştirilir.

Karbon-Karbon Çift Bağlarının Oluşumu/Kaldırılması

Karbon-karbon çift bağlarının oluşumuna ve uzaklaştırılmasına aracılık eden reaksiyonlar da biyolojik sistemlerde yaygındır ve adı verilen bir enzim sınıfı tarafından katalize edilir. liyazlar. Karbon-karbon çift bağlarının oluşumu veya çıkarılması, istenen organik molekülleri oluşturmak için sentetik organik kimya reaksiyonlarında da kullanılır. Bu tür tepkimelerden birine denir. hidrojenasyon reaksiyonu, burada bir hidrojen molekülü (H2) bir C-C çift bağına eklenir ve onu bir C-C tekli bağına indirger. Bu, doymamış yağlar kullanılarak yapılırsa, doymamış yağlar doymuş yağlara dönüştürülebilir (Şekil 7.4). Bu tip reaksiyon genellikle, onları oda sıcaklığında sıvılardan katılara dönüştüren kısmen hidrojene yağlar üretmek için yapılır. Bitkisel yağdan yapılan margarinler bu şekilde yapılır. Ne yazık ki, bu reaksiyonun bir yan ürünü, içeren TAGS'lerin oluşumu olabilir. trans çift ​​bağlar. Trans yağ tüketmenin sağlığa zararları kabul edildikten sonra, Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), trans yağların dahil edilmesini yasakladı. trans gıda ürünlerindeki yağlar. Bu yasak 2015 yazında yürürlüğe girdi ve gıda üreticilerine gıda tedarikinden çıkarmaları için 18 Haziran 2018'e kadar üç yıl süre verdi.

Şekil 7.4 Margarin Üretmek İçin Yağların Hidrojenasyonu. Doymamış yağlar, oda sıcaklığında katı kalacak margarinler üretmek için doymuş yağ asitlerini üretmek için kısmen veya tamamen hidrojene edilebilir. Doymuş hidrokarbonları oluşturmak için yeni hidrojen atomlarının eklenmesi, nihai üründe sarı ile gösterilmiştir.

Üstteki fotoğraf Cottonseed Oil tarafından, alttaki fotoğraf ise Littlegun tarafından sağlanmıştır.

İzomerizasyon Reaksiyonları

İçinde izomerizasyon reaksiyonları tek bir molekül, aynı moleküler formülü koruyacak, ancak şimdi bir yapısal veya stereoizomer oluşturan atomların farklı bir bağlanma düzenine sahip olacak şekilde yeniden düzenlenir. Glikoz 6-fosfatın fruktoz 6-fosfata dönüştürülmesi, izomerizasyon reaksiyonunun iyi bir örneğidir ve şekil 7.5'te gösterilmiştir.

Şekil 7.5 Glikoz 6-fosfatın Fruktoz 6-fosfata izomerizasyonu.

Ligasyon Reaksiyonları

Ligasyon reaksiyonları iki molekülü birleştirmek için ATP'nin enerjisini kullanır. Protein sentezi sırasında amino asidin transfer RNA (tRNA) molekülü ile birleşmesi bu tür reaksiyona bir örnektir. Protein sentezi sırasında tRNA molekülleri, amino asitlerin her birini yeni büyüyen protein dizisine dahil edilebilecekleri ribozoma getirir. Bunu yapmak için önce tRNA moleküllerinin uygun amino aside bağlanması gerekir. Bu reaksiyona aracılık eden amino asil – tRNA sentetazları olarak adlandırılan spesifik enzimler mevcuttur. Sentetaz enzimleri, amino asidi tRNA molekülüne kovalent olarak bağlamak için ATP'nin enerjisini kullanır. Bu işlemin bir diyagramı Şekil 7.6'da gösterilmektedir. 20 amino asidin her biri için kendine özgü bir tRNA molekülü ve doğru amino asidin kendi tRNA molekülü ile doğru bağlanmasını sağlayacak belirli bir sentetaz enzimi vardır.

Şekil 7.6 Ligasyon Reaksiyonu Metioninin Uygun tRNA ile Kovalent Olarak Bağlanması. Metionin için amino-asil tRNA sentetaz enzimi (mavi ile gösterilmiştir) metionini (açık pembe) metionin tRNA molekülü (koyu pembe) ile kovalent olarak bağlar. Bu reaksiyon, ATP molekülünün AMP'ye parçalanmasından sağlanan enerjiyi gerektirir ve fosfat bağlarının iki inorganik fosfat iyonuna (2 Pi) parçalanmasıyla enerjiyi serbest bırakır.

Hidroliz Reaksiyonları

sınıflandırması hidroliz reaksiyonları Bir molekülü parçalamak için ona su eklenmesini içeren ileri reaksiyonları veya molekülleri birleştirmek için suyun çıkarılmasını içeren ters reaksiyonu içerir. dehidrasyon sentezi (veya yoğunlaşma)(Şekil 7.7) .Bir molekülü iki moleküle ayırmak için su eklendiğinde bu reaksiyona denir. hidroliz. ‘ terimiparçalama‘ parçalanmak anlamına gelir ve terim ‘hidro‘ su anlamına gelir. Böylece, terim hidroliz su ile parçalamak demektir. Bu reaksiyonun tersi, daha büyük bir moleküle birleştirmek için iki molekülden suyun çıkarılmasını içerir. İki molekül su kaybettiği için susuz. Bu nedenle, suyun uzaklaştırılmasıyla moleküllerin oluşumu olarak bilinir. Dehidrasyon sentezi. Su aynı zamanda bu reaksiyonların bir yan ürünü olduğundan, genellikle kondenzasyon reaksiyonları olarak da adlandırılırlar. Bölüm 6'da gördüğümüz gibi, vücuttaki ana makromolekül sınıflarının (proteinler, karbonhidratlar, lipidler ve nükleik asitler) oluşumu, Dehidrasyon sentezisuyun moleküllerden uzaklaştırıldığı yer (Şekil 7.x). Besin moleküllerimizin normal sindirimi sırasında, ana makromoleküller, süreç boyunca yapı taşlarına parçalanır. hidroliz.

Şekil 7.7 Hidroliz ve Dehidrasyon Sentezi. Hidroliz reaksiyonları, moleküllere su ilavesiyle daha büyük polimerlerin monomerik yapı taşlarına parçalanmasına aracılık eder. Reaksiyonun tersi, daha büyük polimer yapısını oluşturmak için monomer yapı taşlarından suyun uzaklaştırıldığı dehidrasyon sentezidir.

Bölüm 6'da öğrendiğiniz gibi, ana makromoleküller, dehidrasyon sentezi süreci boyunca tekrar eden monomer alt birimlerini bir araya getirerek oluşturulur. İlginç bir şekilde, ana makromolekül türlerinin her biri için dehidrasyon sentezi işlemlerinde kullanılan organik fonksiyonel birimler, birbirleriyle benzerliklere sahiptir. Bu nedenle reaksiyonlara birlikte bakmakta fayda var (Şekil 7.8)

Şekil 7.8 Makromolekül Oluşumunda Yer Alan Dehidrasyon Sentezi Reaksiyonları. Lipidlerin, nükleik asitlerin (DNA/RNA), proteinlerin ve karbonhidratların biyosentezi için gerekli olan başlıca organik reaksiyonlar gösterilmiştir. Tüm reaksiyonlarda, iki elektron çeken grup (karboksilik asit, fosforik asit ve hemiasetalin her biri bir merkezi karbon veya fosfor atomuna bağlı iki oksijen atomuna sahiptir) içeren fonksiyonel bir grup olduğuna dikkat edin. Bu, bir alkol veya amin fonksiyonel grubundan elektronegatif oksijen veya nitrojen tarafından saldırıya uğrayabilen reaktif kısmen pozitif bir merkez atomu (karboksilik asit ve hemiasetal durumunda karbon veya fosforik asit durumunda fosfor) oluşturur.

Esterlerin ve ilgili bileşiklerin, amidlerin, fosfoesterlerin ve asetallerin oluşumu, su kaybını içeren dehidrasyon sentezi ile oluşturulur. Bu reaksiyonların her biri için reaksiyon mekanizmaları çok benzerdir. Örnek olarak ester bağının oluşumuna bir göz atalım (Şekil 7.9).

Şekil 7.9 Ester Oluşumunun Reaksiyon Mekanizması. (1) Bu reaksiyon mekanizması, karboksilik asit fonksiyonel grubunun doğası gereği kurulur. Karbonil oksijenin ve alkol fonksiyonel gruplarının varlığı, elektronegatif oksijen atomlarının elektronları merkezi karbon atomundan uzaklaştırdığı bir elektron çekme durumu yaratır. Bu, merkezi karbonun güçlü bir kısmi pozitif karaktere sahip olduğu çok kutuplu bir durum yaratır. (2) Karboksilik asidin merkezi karbon atomunun güçlü kısmi pozitif karakteri, kırmızı ile gösterilen alkol fonksiyonel grubundan yalnız çift elektron gruplarından birini çeker. Bu, alkol fonksiyonel grubu ile karboksilik asit fonksiyonel grubu arasında yeni bir kovalent bağın oluşmasını sağlar. Bu, merkezi karbona bağlı beş bağa ve gelen alkolün oksijen atomuna bağlı üç bağa sahip bir ara ürün oluşturur. (3) Merkezi karbona beş bağ içeren ara ürün kararsızdır ve normalde oluşmaz, ancak karbonil oksijenin varlığı reaksiyonu daha uygun hale getirir. Elektronegatif karakteri nedeniyle merkezi karbon atomunun etrafındaki ekstra elektron potansiyelini geçici olarak emebilecek ve çift bağ geçici olarak merkezi oksijene kayacak ve yalnız bir çift ara ürün oluşturacaktır. (4) Karbonil oksijen üzerindeki fazladan yalnız çift, merkezi karbon ile çift bağı yeniden oluşturmak için geri kayar. (5) Bu, merkezi karbon atomu ile orijinal alkol fonksiyonel grubu arasındaki ortak elektron çiftinin, kovalent bağı kırarak alkole geçmesine neden olur. (6) Serbest alkol grubundaki ekstra yalnız elektron çifti, bir su molekülü ve son ester yapısını oluşturan yeni gelen alkol grubundan protonu alır.

Ana makromoleküller için gösterilen dehidrasyon sentezi reaksiyonlarının tümü, ester bağı oluşumu için gösterilene benzer bir reaksiyon mekanizmasına sahiptir. Reaksiyonların tersinin, su molekülünün bağ boyunca eklenmesiyle bağ bağlantısının hidrolizine aracılık ettiğini gösterdiğine dikkat edin. Bu, ester durumunda orijinal fonksiyonel grupları, bir karboksilik asidi ve bir alkolü geri yükler.

Yükseltgenme-İndirgenme Reaksiyonları

Bir oksidasyon-redüksiyon (redoks) reaksiyonu iki atom veya bileşik arasında elektron transferini içeren bir kimyasal reaksiyon türüdür. Elektron veren maddeye indirgenmiş, elektron alan maddeye ise oksitlenmiş madde denir. redoksreaksiyonlar her zaman birlikte meydana gelmek zorundadır. Eğer bir molekül oksitlenirse, o zaman başka bir molekülün indirgenmesi gerekir (yani elektronlar bir bileşiğe eklenmek için yoktan var olmazlar, her zaman bir yerden gelmek zorundadırlar!).

Elektron bileşimindeki değişiklik, elektron bileşimindeki değişiklikle değerlendirilebilir. oksidasyon durumu (veya sayı)bir atomun. Bu nedenle, bir oksidasyon-redüksiyon reaksiyonu bir molekülün, atomun veya iyonun oksidasyon durumunun (sayısının), bir elektron kazanarak veya kaybederek değiştiği herhangi bir kimyasal reaksiyondur. Bu bölümde bir molekülün oksidasyon durumunu nasıl değerlendireceğimizi öğreneceğiz. Genel olarak, redoks reaksiyonları, fotosentez, solunum, yanma ve korozyon veya paslanma dahil olmak üzere yaşamın bazı temel işlevleri için yaygın ve hayati öneme sahiptir.

Şekil 7.10'da gösterildiği gibi, hangi üyenin elektron kazandığını ve hangi üyenin elektron kaybettiğini hatırlamanıza yardımcı olacak kolay bir anımsatıcı ‘LEO'dur, aslan GER’ diyor. aslan anlamına gelir Los Elektronlar = Öoksitlenmiş ve GER anlamına gelir Gdeğil Elektronlar = reğitimli.

Şekil 7.10. Yükseltgenme ve İndirgenme Kuralları. Aslanın anımsatıcı LEO'su, GER'in Yükseltgenme-İndirgeme reaksiyonlarının ana kavramlarını hatırlamanın yararlı bir yolu olduğunu söylüyor, bir molekül Lozlar Eseçmeler Öoksitlenmiş (aslan) ve ne zaman bir molekül Gains Elektronlar reğitimli (GER).

Oksidasyon Durumlarını Atama Kuralları

NS paslanma durumu Bir elementin değeri, bir iyonik bağ sırasında bir atomun kaybettiği veya kazandığı veya bileşiklerdeki diğer atomlarla kovalent bağlarla birleştiğinde kaybettiği/tanelendiği görünen elektronların sayısına karşılık gelir. Bir atomun oksidasyon durumunu belirlerken izlenecek yedi yönerge vardır:

  1. Bir atomun element halindeki oksidasyon durumu 0'dır. (Bu, iki atomlu moleküller olarak meydana gelen element formlarını içerir. Örneğin, bir O molekülündeki her oksijen2, oksidasyon durumuna sahiptir = 0.)
  2. Tüm atomların toplam oksidasyon durumu nötr türler 0 ve bir iyon iyon yüküne eşittir. (Örneğin, NaCl = 0'ın genel oksidasyon durumu, bu bağdaki Na + 'nın oksidasyon durumu +1 ve klor atomunun oksidasyon durumu Cl – , -1 olmasına rağmen. Bunları birbirine eklediğinizde bir iyon durumunda, toplam yük her zaman belirtilir.Örneğin, bir OH – iyonunun toplam yükü -1 iken OH – içindeki oksijen -2 oksidasyon durumuna sahiptir ve hidrojen +1 oksidasyon durumuna sahiptir.)
  3. Grup 1 metalleri, iyonik bağa dahil olduklarında +1 oksidasyon durumuna ve Grup 2 +2 oksidasyon durumuna sahiptir.
  4. Bileşiklerde florin oksidasyon durumu -1'dir
  5. Hidrojen, bileşiklerde genellikle +1 oksidasyon durumuna sahiptir.
  6. Oksijen genellikle bileşiklerde -2 oksidasyon durumuna sahiptir.
  7. İkili metal bileşiklerinde, Grup 17 (veya 7A) elementlerinin oksidasyon durumu -1, Grup 16 (veya 6A) -2 ve Grup 15 (veya 5A) -3'tür.
  8. Diğer atomların oksidasyon durumları, 1-7 numaralı kurallara göre hesaplanır.

Yanma reaksiyonlar hemen hemen her zaman O şeklinde oksijen içerir2ve neredeyse her zaman ekzotermik, yani ısı üretirler. Işık ve ısı yayan kimyasal reaksiyonlara halk arasında “yanma” denir. Karbon bileşiklerinin tamamen yanması karbondioksit (CO2) üretimi ile sonuçlanır.2) ve su (H2Ö). Karbonun, tipik olarak -4 ila +4 arasında değişen bir dizi oksidasyon durumunda bulunabileceğini unutmayın. Uygarlığımızı sürdürmek için enerji sağlayan yakıtların yakılması ve bizi hayatta tutan enerjiyi sağlayan gıdaların metabolizması, redoks reaksiyonlarını içerir.

Tüm yanma reaksiyonları aynı zamanda redoks reaksiyonlarıdır. Yanma reaksiyonu için genel formül:

C x H y + O 2 → CO 2 + H 2 Ö

Spesifik bir örnek, asetilenin yanmasıdır (C2H2) meşalelerde:

2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2Ö

Oksijen (temel formunda) yanma reaksiyonlarında çok önemli bir reaktandır ve aynı zamanda ürünlerde de bulunur. Yanma reaksiyonları, reaksiyondaki her bir elemente oksidasyon numaraları atanarak redoks potansiyelleri için değerlendirilebilir:

Genel olarak yanma reaksiyonlarında, hidrokarbon (bu durumda asetilen), karbondioksit ve su üretmek için moleküler oksijen tarafından oksitlenir. Bu süreçte oksijen azalır.

Solunumda, havada soluduğumuz oksijenin gıda maddelerini karbondioksit ve suya oksitlediği biyokimyasal süreç, redoks reaksiyonları canlı hücrelere enerji sağlar. Tipik bir solunum reaksiyonu, glikozun oksidasyonudur (C6H12Ö6), basit bir şeker.

C6H12Ö6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2Ö

Vücudun içinde, ATP üretimi için kullanılabilecek şekilde salınan enerjiyi toplamak için reaksiyon kontrol edilir. Serbest bırakılan enerjinin bir kısmı organizma için ısı üretmek için de kullanılır, ancak ateş üreten hızlı bir yanma reaksiyonu şeklinde değil. Hidrokarbonları içeren redoks reaksiyonlarında, hidrojenlerin genellikle elektronlarla birlikte çıkarıldığına dikkat edin. Böylece, hangi moleküllerin oksitlendiğini ve hangilerinin indirgendiğini gösteren bir gösterge olarak kullanılabilirler. Örneğin, glikoz molekülünün üzerindeki reaksiyonda (C6H12Ö6) karbondioksite dönüşürken hidrojenlerini kaybediyor. Glikoz hidrojenleri kaybederken elektronları da kaybeder ve bu nedenle glikoz oksitlenmiş bileşendir. Benzer şekilde, reaktant tarafındaki oksijen, hidrojenleri ve ayrıca elektronları kazandığı ürün tarafında suya dönüştürülür. Böylece bu reaksiyonda oksijen suya indirgenir.

Reaksiyon sınıflandırmalarının da örtüşebileceğini ve birden fazla kategoriye girebileceğini unutmayın. Örneğin, hidrojenasyon reaksiyonu Yukarıda karbon-karbon çift bağlarının çıkarılmasında sunulan, aynı zamanda bir redoks reaksiyonunun bir örneğidir. Bu reaksiyonda, hidrokarbonlar, doymuş hidrokarbonları oluşturan çift bağlar çıkarıldığı için hidrojenler ve ayrıca elektronlar kazanırlar. Böylece, bu reaksiyonda TAG'ler azaltılmaktadır. Bu durumda, oksitlenmiş bileşen (H2) bu süreçte tamamen tüketiliyor.

7.3 Oksidasyon ve İndirgeme Reaksiyonları ve ATP Üretimi

Yukarıda görüldüğü gibi, çok fazla karbon ve hidrojen bağı içeren organik moleküller yüksek enerji potansiyeline ve CO'ya oksitlenme kabiliyetine sahiptir.2 ve su. Tüm büyük makromoleküller arasında yağlar en yüksek hidrokarbon içeriğine sahiptir ve bu nedenle en büyük enerji potansiyelini (9 Cal/g) içerir. Proteinler ve karbonhidratlar, yapılarına katılan oksijen ve nitrojen gibi çok daha fazla heteroatoma sahiptir ve daha az enerji potansiyeline sahiptir (hem proteinler hem de karbonhidratlar için 4 Cal/g). Bu bölümde, oksijen içeren fonksiyonel gruplara sahip organik moleküllerin oksidasyon potansiyelini ele alacağız.

Alkol Fonksiyonel Grupları

Alkol fonksiyonel grupları, tüm oksijen içeren fonksiyonel gruplar arasında en büyük oksidatif potansiyele sahiptir. Alkollerin reaktivitesi, -OH grubuna bağlı spesifik karbon atomuna bağlı karbon atomlarının sayısına bağlıdır. Alkoller bu temelde üç sınıfa ayrılabilir.

  • Birincil (1°) alkol, OH grubuyla birlikte karbon atomunun (kırmızı renkte) bağlı olduğu alkoldür. bir diğer karbon atomu (mavi renkte). Genel formülü RCH'dir.2AH.

  • İkincil (2°) alkol, OH grubuyla birlikte karbon atomunun (kırmızı) bağlı olduğu alkoldür. 2 diğer karbon atomları (mavi renkte). Genel formülü R'dir.2CHOH.

  • Üçüncül (3°) alkol, OH grubuyla birlikte karbon atomunun (kırmızı) bağlı olduğu alkoldür. üç diğer karbon atomları (mavi renkte). Genel formülü R'dir.3COH.

Bazı alkoller oksidasyon reaksiyonlarına girebilir. Redoks reaksiyonlarında, elektronları alan molekül indirgenirken (GER) oksitlenen reaksiyonun bileşeninin elektron kaybettiğini (LEO) unutmayın. Organik reaksiyonlarda elektronların akışı genellikle hidrojen atomlarının akışını takip eder. Bu nedenle, hidrojen kaybeden molekül tipik olarak elektron da kaybeder ve oksitlenmiş bileşendir. Elektron kazanan molekül indirgeniyor. Alkoller için hem birincil hem de ikincil alkoller oksitlenebilir. Tersiyer alkoller ise oksitlenemezler. Birçok oksidasyon reaksiyonunda oksitleyici ajan, reaksiyon okunun üzerinde [O] olarak gösterilir. Oksitleyici ajan bir metal veya başka bir organik molekül olabilir. Reaksiyonda oksitleyici ajan, indirgenen veya elektronları alan moleküldür.

Alkol oksidasyon reaksiyonlarında, alkolden gelen hidrojen ve alkolün bağlı olduğu karbona bağlı bir hidrojen, elektronlarıyla birlikte oksitleyici ajan tarafından molekülden çıkarılır. Hidrojenlerin ve elektronlarının çıkarılması, bir karbonil fonksiyonel grubunun oluşumuyla sonuçlanır. Birincil alkol durumunda, sonuç bir aldehit oluşumudur. İkincil alkol durumunda, sonuç bir keton oluşumudur. Üçüncül bir alkol için, alkol fonksiyonel grubuna bağlı karbonun kendisine bağlı bir hidrojen atomuna sahip olmadığına dikkat edin. Bu nedenle oksidasyona uğramaz. Üçüncül bir alkol oksitleyici bir maddeye maruz kaldığında hiçbir reaksiyon meydana gelmez.

Oksidasyona uğrayan birincil alkolün, yeni oluşan aldehitteki karbonil karbonuna bağlı bir hidrojen atomunu hala muhafaza ettiğine dikkat edin.Bu molekül, başka bir oksijen atomu eklemek ve karbonil hidrojen atomunu çıkarmak için bir oksitleyici madde ve su ile ikincil bir oksidasyon reaksiyonuna girebilir. Bu, bir karboksilik asit oluşumu ile sonuçlanır.

Örnek Sorun:

Her alkolün oksidasyonu için bir denklem yazın. Oksitleyici bir maddeyi belirtmek için okun üzerindeki [O]'yu kullanın. Reaksiyon olmazsa, ok işaretinden sonra "reaksiyon yok" yazın.

Çözüm

İlk adım, her bir alkolün sınıfını birincil, ikincil veya üçüncül olarak tanımaktır.

Bu alkol, yalnızca bağlı olduğu bir karbon atomu üzerinde OH grubuna sahiptir. bir diğer karbon atomu, bu nedenle birincil alkoldür. Oksidasyon önce bir aldehit oluşturur ve daha sonra oksidasyon bir karboksilik asit oluşturur.

Bu alkol, diğer üç karbon atomuna bağlı bir karbon atomunda OH grubuna sahiptir, bu nedenle üçüncül bir alkoldür. Reaksiyon oluşmaz.

Bu alkolün bir karbon atomu üzerindeki OH grubu diğer iki karbon atomuna bağlıdır, bu nedenle ikincil alkol oksidasyonu bir keton verir.

Daha fazla pratik:

Her alkolün oksidasyonu için bir denklem yazın. Oksitleyici bir maddeyi belirtmek için okun üzerindeki [O]'yu kullanın. Reaksiyon olmazsa, ok işaretinden sonra "reaksiyon yok" yazın.

Aldehit ve Keton Fonksiyonel Grupları

Alkol bölümünde yukarıda gösterildiği gibi, aldehitler bir koarboksilik asit üretmek için oksidasyona uğrayabilir. Bunun nedeni, karbonil karbon atomunun, çıkarılabilen ve bir oksijen atomu ile değiştirilebilen bir hidrojen atomunu hala tutmasıdır. Ketonlar ise karbonil karbon atomuna bağlı bir hidrojen atomu içermez. Böylece daha fazla oksidasyona uğramazlar. Yukarıda belirtildiği gibi, oksitleyici bir maddeye maruz kalan ketonlar reaksiyona girmez.

İndirgeme Reaksiyonları

Aldehitler ve ketonlarla indirgeme reaksiyonları, bu bileşikleri aldehitler durumunda birincil alkollere ve ketonlar durumunda ikincil alkollere dönüştürür. Esasen alkol oksidasyon reaksiyonlarının ters reaksiyonlarıdır.

Örneğin, aldehit, etanal ile birincil alkol, etanol elde edersiniz:

Bunun basitleştirilmiş bir denklem olduğuna dikkat edin, burada [H] “bir indirgeyici ajandan gelen hidrojen” anlamına gelir. Genel anlamda, bir aldehitin indirgenmesi birincil alkole yol açar.

Propanon gibi bir ketonun indirgenmesi size 2-propanol gibi ikincil bir alkol verecektir:

Bir ketonun indirgenmesi ikincil bir alkole yol açar.

Sağlığınıza: Alkollerin Fizyolojik Etkileri

Metanol insanlar için oldukça zehirlidir. 15 mL kadar az metanol yutulması körlüğe neden olabilir ve 30 mL (1 oz) ölüme neden olabilir. Bununla birlikte, olağan ölümcül doz 100 ila 150 mL'dir. Metanolün toksisitesinin ana nedeni, aldehit ailesinin en basit üyesi olan formaldehite oksidasyonunu katalize eden karaciğer enzimlerine sahip olmamızdır:

Formaldehit, hücrelerin bileşenleri ile hızla reaksiyona girerek proteinleri pıhtılaştırır, pişirmenin bir yumurtayı pıhtılaştırmasına çok benzer şekilde. Formaldehitin bu özelliği, metanolün toksisitesinin çoğunu açıklar.

Organik ve biyokimyasal denklemler sıklıkla sadece organik reaktanları ve ürünleri gösteren yazılır. Bu şekilde, karmaşık denklemleri dengelemek yerine organik başlangıç ​​malzemesine ve ürüne odaklanıyoruz.

Etanol, karaciğerde asetaldehite oksitlenir:

Asetaldehit sırayla asetik aside oksitlenir (HC2H3Ö2), daha sonra karbondioksit ve suya oksitlenen hücrelerin normal bir bileşenidir. Bununla birlikte, asetaldehitin toksik olduğu ve kronik, yüksek alkol kullanımı ile tehlikeli seviyelere çıkabileceği unutulmamalıdır. Karaciğer alkol metabolizmasının ana bölgesidir, bu nedenle kronik içme, normal karaciğer dokusunu artık işlev göremeyen yara dokusuna dönüştüren tehlikeli bir hastalık olan karaciğer sirozuna yol açabilir.

Etanolün kendisi de insanlar için toksik olabilir. 1 pt (yaklaşık 500 mL) saf etanolün hızlı yutulması çoğu insanı öldürür ve akut etanol zehirlenmesi her yıl birkaç yüz insanı öldürür - genellikle bir tür içki yarışmasına katılanlar. Etanol serbestçe beyne geçer, burada solunum kontrol merkezini baskılar, akciğerlerdeki solunum kaslarının bozulmasına ve dolayısıyla boğulmaya neden olur. Etanolün sinir hücresi zarları üzerinde etki ederek konuşma, düşünce, biliş ve yargıda azalmaya neden olduğuna inanılıyor.

Ağır alkol kullanımı karaciğer hastalığı ve bazı kanser türleri riskini artırırken, bazı raporlar ılımlı alkol kullanımının (her yaştaki kadınlar için günde 1 içkiden fazla ve 65 yaş ve üstü erkekler için 2 yaşından büyük değil) olduğunu öne sürmektedir. 65 yaşın altındaki erkekler için içecekler) kalp hastalığı ve iskemik inme riskini azaltmada bazı faydalar sağlayabilir. Daha fazla bilgi için Mayo Clinic, alkol tüketiminin risklerini ve potansiyel faydalarını özetleyen ayrıntılı bir web sitesine sahiptir.

Sürtünme alkolü genellikle %70 sulu izopropil alkol çözeltisidir. Yüksek buhar basıncına sahiptir ve ciltten hızla buharlaşması bir soğutma etkisi yaratır. Yutulduğunda toksiktir, ancak metanol ile karşılaştırıldığında cilt tarafından daha az emilir ve bu nedenle topikal olarak kas ağrıları için kullanılabilir.

Genel olarak, oksidasyon ve indirgeme süreçleri yaşam için kritik öneme sahiptir. Bunun nedeni, gıda moleküllerimizin oksidasyonunun, hücresel metabolizma ve yaşam için gerekli diğer enerjik reaksiyonlar için ana enerji kaynağı olan adenozin trifosfat (ATP) (Şekil 7.11) için ana enerji kaynağını geri dönüştürmek için vücudumuzdaki hücrelere yeterli enerji sağlamasıdır (Şekil 7.11). Bu aynı zamanda RNA biyosentezi için önemli bir yapı taşıdır. Fosfat bağları ADP ve su üretmek için hidrolize edildiğinde, büyük bir enerji salınımı olur. ATP fosfoester bağlarının hidrolize uğrama yeteneği, onun bu kadar büyük bir enerji kaynağı olmasının nedenidir! Son fosfat bağının hidrolizi en fazla enerjiyi serbest bırakır ve en yaygın olarak enerji gerektiren diğer reaksiyonlarla birleştirilir (Bölüm 3'te nöronlarda negatif dinlenme potansiyelinin oluşumu sırasında Na+/K+ ATPaz Pompası süreçlerinde görüldüğü gibi). ATP molekülü adenozin difosfata (ADP) parçalandığında, ATP molekülüne geri dönüştürülmesi gerekir. Ortalama bir insan tipik olarak vücut ağırlığını her gün ATP olarak kullanır (60-75 kg)!! Ancak ortalama bir insandaki ATP/ADP miktarı sadece yaklaşık 0.10 mol'dür. Bu, her ATP molekülünün her gün 500-750 kez geri dönüştürülmesi gerektiği anlamına gelir! Bu, gıda moleküllerimizin oksidasyonu sırasında toplanan elektronlardan (e-) ve protonlardan (H+) gelen büyük bir enerji girdisi gerektirir (Şekil 7.11).

Şekil 7.11 ATP/ADP Geri Dönüşümü. ATP, vücuttaki ana enerji kaynağıdır. Yüksek enerjili fosfat bağlarının bölünmesi, nöron fonksiyonu, kas kasılması ve vücuttaki diğer metabolik süreçler için kullanılan büyük miktarda enerjiyi serbest bırakır. Aslında, insan vücudunu çalıştırmak için o kadar çok enerjiye ihtiyaç vardır ki, her bir ATP molekülünün günde ortalama 500-750 kez geri dönüştürülmesi gerekir.

Düşünce sorusu 1: Vücutta herhangi bir anda 0.1 mol ATP varsa, insan vücudunda kaç tane ATP molekülü vardır? Bu moleküllerin her biri 750 kez (özellikle aktif bir günde) geri dönüştürülürse, Sadece bu enerji kaynağını yeniden oluşturmak için kaç kimyasal reaksiyon gerçekleşir?

Düşünce sorusu 2: Vücutta herhangi bir anda 0.1 mol ATP varsa ve ATP'nin molar kütlesi 507.181 g/mol ise, Vücutta bulunan ATP'nin gram cinsinden kütlesi nedir?

ATP moleküllerinin büyük kısmı mitokondri içinde geri dönüştürülür. Mitokondri, hücre içinde bakteri ortakyaşamı olarak ortaya çıktığı düşünülen hücre içindeki küçük organellerdir (Şekil 7.12). Mitokondri çift zara sahiptir, iç zar oldukça kıvrımlıdır ve katlanmıştır, gömülü zar proteinleri için çok fazla yüzey alanı sağlar. Mitokondri ayrıca bakteriyel kökenlerini anımsatan kendi dairesel DNA'larını da içerir.

Şekil 7.12 Mitokondrinin Temel Yapısı. Mitokondri, ADP'nin ATP'ye geri dönüştürüldüğü birincil bölge olduğundan, genellikle hücrenin güç merkezi olarak bilinir.

Yiyecekler yutulduğunda, büyük makromoleküller (proteinler, karbonhidratlar ve lipitler) monomer birimlerine sindirilir. Nişastadan gelen glikoz veya TAG'lerden gelen yağ asitleri gibi monomer birimleri, ADP'den yenilenen ATP'ye bir enerji kaynağı olarak kullanılabilecekleri hücrelere verilir. Bu rejenerasyon süreci denir oksidatif fosforilasyon. Oksidatif terimi, gıda moleküllerinin tamamen karbondioksite (CO2) oksitlenmesi nedeniyle kullanılır.2) enerjiyi serbest bırakma işlemi sırasında. fosforilasyon bir moleküle bir fosfat grubu ekleme işlemidir. Bu durumda, gıda moleküllerinin, özellikle elektronların ve protonların oksidasyonundan elde edilen enerji, ADP'yi tekrar ATP'ye fosforile etmek için kullanılıyor (Şekil 7.13).

Gıda moleküllerinin parçalanmasındaki oksidasyon reaksiyonlarının çoğu, mitokondri adı verilen iç kısımda gerçekleşir. matris.Bu süreçte toplanan elektronlar (e-) ve protonlar (H+), taşıyıcı moleküller tarafından mitokondrinin iç zarına taşınır (Şekil 7.13). İç zara ulaştıklarında elektronlar bir dizi proton pompası proteinine iletilir. Elektronların enerjisini kullanarak, proton pompaları H+'yı konsantrasyon gradyanına karşı hareket ettirir. zarlar arası boşluk mitokondri. NS zarlar arası boşluk mitokondrinin iki zarı (iç zar ve dış zar) arasındaki alandır.

Zarlar arası boşluk protonlarla dolduğunda, bu bir gradyan potansiyeli. bir düşünebilirsin gradyan potansiyeliinsanların bir barajdaki suyun gücünü elektrik üretmek için kullanmasına benzer şekilde. Barajdaki su, barajda yüksek su olduğunda potansiyel enerjiyi tutar. Baraj, suyun dışarı akması için kontrollü bir şekilde açıldığında, yüksek yoğunluklu bir alandan düşük yoğunluklu bir alana hareket eden barajlı suyun gücü, elektrik üretebilen türbinleri döndürmek için kullanılır. Benzer şekilde mitokondride, zarlar arası boşlukta yoğunlaşan protonlar da potansiyel enerjiye sahiptir. Bu proton gradyanından elde edilen enerji, adı verilen bir proton kanalı proteini aracılığıyla ATP üretmek için kullanılır. ATP sentaz. ATP sentaz, ADP'ye ve bir fosfat iyonuna (PO) bağlandığında4 3- ), H+ iyonlarının akışının kanal boyunca hareket etmesine izin vererek kanal açılır. H+ iyonlarının protein içindeki hareketi, proteinin bir dişli çark veya bir türbin gibi dönmesine neden olur. Bu tornalama işlemi ADP ve PO sağlar4 3- Birleşerek ATP oluşturur.

Proton gradyanını oluşturmak için kullanılan elektronlar, moleküler oksijeni (O2) suya (H2Ö). Bu işlem için sağlanan oksijen, ciğerlerimizden soluduğumuz oksijendir. Bu nedenle, oksidatif fosforilasyon süreci olarak da bilinir. hücresel solunum. Aslında bu, nefes almanın hayatta kalmamız için çok önemli olmasının nedenidir. Proton pompalarının elektron taşıma zincirinde hareket eden elektronları kabul etmek için sabit bir oksijen kaynağı olmadan, elektronlar yedeklenecek ve bir trafik sıkışıklığı gibi proton pompalarının içinde sıkışacak ve protonların zarlar arası boşluğa daha fazla hareket etmesini engelleyecektir. Proton gradyanı olmadan ATP üretimi artık mümkün olmazdı. Oksijen eksikliği sırasında ATP'si tükenen ilk organ beyindir. Oksijen taşıyan kanın beyne geçişini engellerseniz, bir kişi 5 – 10 saniye gibi kısa bir sürede bayılacaktır!

Oksidatif fosforilasyon sürecinin bir özeti Şekil 7.13'te gösterilmektedir.

Şekil 7.13 Mitokondride Oksidatif Fosforilasyon. (1) Gıda moleküllerinden gelen elektronlar, mitokondrinin iç zarındaki protein pompalarına taşınır. (2) Elektronların enerjisini kullanarak, protein pompaları protonları (H+) protonların yoğunlaştığı zarlar arası boşluğa taşır. (Protonların oksidasyon işlemi sırasında gıda moleküllerinden de geldiğine dikkat edin – hidrojenler ve elektronlar oksidasyon sırasında sıklıkla birlikte hareket eder!). (3) Elektronlar, içinde barındırılan enerjinin çoğu harcanana kadar tüm pompalardan geçirilir. Daha sonra oksijeni azaltmak için protonlarla birlikte kullanılırlar (O2) suya (H2Ö). (4) H+ gradyanı, baraj yapılmış su gibi enerji potansiyeli taşır. ATP sentaz proteininden geçtiğinde, protein bir dişli çark gibi döner ve ATP'yi yeniden üretebilir.

Bu Şekil aşağıdakilerden uyarlanmıştır: Geraldine Adele Lewis

7.4 Reaksiyon Spontanlığı

Önceki bölümlerde, kimyasal reaksiyonlarla ilgili önemli bir anahtar bilgi öğrendiniz: Her tür kimyasal reaksiyonda, bağlar kırılır ve yeni ürünlere yeniden birleştirilir. Enerjinin kimyasal bağlarda depolandığını da öğrendiniz. Bu, kimyasal bağa dahil olan atomlar arasındaki çekim enerjisidir ve denir. bağ enerjisi. Bu nedenle, bir kimyasal bağı kırmak için enerji gerekir (yani atomları birbirinden ayırmak için birbirlerine olan çekimlerinin üstesinden gelinmesi gerekir). Benzer şekilde, yeni bağlar oluştuğunda, bağın oluşumu bağlarda yer alan atomların her biri için daha kararlı bir durum yarattığı için enerji açığa çıkar. Etraflı,

Tahvil Kırmak = Enerji Gerektirir

Bağ Oluşturma = Enerji Serbest Bırakır

Ayrıca, tüm kimyasal bağların eşit olarak oluşturulmadığı da not edilmelidir. Önceki bölümlerde, bazı atomların, bağda yer alan atomlar arasında elektronları tamamen bağışlayacakları veya kabul edecekleri iyonik bağlar oluşturma eğiliminde olduğunu öğrenmiştik. Diğerleri, atomlar arasında elektronları paylaştıkları kovalent bağlar oluşturur ve bazen bu paylaşım eşit değildir ve bir polar kovalent bağ oluşturur. Böylece, her bir kimyasal bağ türü için, bağ enerjisi farklı olacak. Her molekülün kendine özgü bağ enerjileri olacaktır. Reaksiyonlar için gereken toplam enerjiyi etkileyen diğer faktörler, reaktanların ve ürünlerin (yani katı, sıvı veya gaz halindeki) fiziksel durumu, reaksiyonun sıcaklığı ve mevcut reaktanların ve ürünlerin miktarlarıdır. Bu nedenle, bir reaksiyonun devam edip etmeyeceğini değerlendirirken kendiliğinden, denklemin hangi tarafının enerjiye ihtiyaç duyulacağını veya serbest bırakılacağını belirlemek gerekir. Reaksiyon, reaktant tarafındaki bağları kırmak için ürün tarafında oluşandan daha fazla enerji gerektiriyorsa, reaksiyona "reaksiyon" denir. endergonik ve irade enerji girişi gerektirir. Bu tür bir reaksiyon, kendiliğinden olma. Ürün tarafında yeni bağların oluşmasıyla üretilen reaksiyon, denklemin tepken tarafındaki kimyasal bağları kırmak için gereken enerjiden fazlaysa, reaksiyon enerjiyi serbest bırakacakve olduğu söyleniyor ekzergonik. Ekzergonik reaksiyonlar kendiliğinden gerçekleşir. Reaksiyonun kendiliğindenliği, bir Gibb's Serbest Enerji diyagramı kullanılarak bir kimyasal reaksiyon için grafiksel olarak değerlendirilebilir (Şekil 7.14). Ölçerek Gibbs Serbest Enerjisindeki (ΔG) Değişiklikler Bir reaksiyonun ürünleri ve reaktanları arasında faydalı iş yapmak için mevcut serbest enerji miktarını belirlemek mümkündür. Eğer ΔG negatif ise reaksiyon kendiliğindendir, ve eğer ΔG pozitif ise reaksiyon kendiliğinden değil. Eğer ΔG = 0 reaksiyon denge durumundadır, yani ileri reaksiyon, ters reaksiyonla eşit oranda gerçekleşir ve reaktanlar ve ürünlerde net kazanç veya kayıp olmaz.

Reaksiyon kendiliğindenliğinin bir enzimin varlığına veya yokluğuna (yani bir enzimin varlığına) bağlı olmadığına dikkat edin. yapamam kendiliğinden olmayan bir tepkimeyi kendiliğinden tepkimeye dönüştürür.)

Şekil 7.14 Gibbs Serbest Enerji Diyagramları. Reaksiyonlar kendiliğinden olduğunda ve enerji saldığında (ekzergonik) ΔG negatif olacaktır (soldaki grafik), tepkimeler kendiliğinden olmadığında ve reaksiyona enerji eklenmesi gerektiğinde (endergonik) ΔG pozitif olacaktır (sağdaki grafik).

7.5 Enzim Aracılı Reaksiyonlar

Enzimlerin en önemli tek özelliği, canlı organizmalarda meydana gelen kimyasal reaksiyonların hızını artırma yeteneğidir. katalitik aktivite. Enzimler, reaksiyonun geçiş durumuna ulaşmak için gereken enerjiyi azalttıkları için reaksiyon hızını hızlandırırlar. Reaksiyonun geçiş durumu, reaksiyon işlemi sırasında oluşan kararsız bir ara yapıdır. Örneğin, bir ester oluşumunun reaksiyon mekanizmasını gösteren Şekil 7.9'da, merkezi karbon atomuna 5 bağ içeren adım 3, bu reaksiyonun kararsız geçiş durumunu temsil eder. Geçiş durumu, reaksiyonun en yüksek enerjisine sahiptir ve Gibbs Serbest Enerji Diyagramında tepken ile ürün enerjileri arasında meydana gelen ‘tepe’nin zirvesi olarak belirtilir (Şekil 7.15). Enzimler veya katalizörler mevcut olduğunda, geçiş durumu enerjisi azalır ve bu da reaksiyon hızı üzerinde üstel bir etkiye sahiptir (Şekil 7.15). Böylece enzimler, reaksiyon hızını birçok büyüklük mertebesinde artırabilir.

Şekil 7.15 Enzim Aracılı Bir Reaksiyonun Gibbs Serbest Enerji Şeması. Katalizlenmemiş bir reaksiyonun reaksiyon enerjisi kırmızı ile gösterilir. Reaksiyonun geçiş durumunun reaksiyonun en kararsız kısmı olduğuna ve dolayısıyla grafikte en yüksek serbest enerjiye sahip konum olduğuna dikkat edin. Geçiş durumu ve reaktanlar arasındaki enerji farkı, genellikle aktivasyon enerjisi olarak bilinen Gibbs serbest aktivasyon enerjisi olarak adlandırılır. ( ΔG ‡ ) . Bir enzimin varlığında (mavi çizgi) Aktivasyon enerjisi azalır, bu da reaksiyon hızında üstel bir artışa neden olur. Enzimin varlığının, reaktanların veya ürünlerin Gibbs Serbest Enerjisini değiştirmediğine dikkat edin. Böylece, bir enzimin varlığı veya yokluğu DEĞİL Bir reaksiyonun kendiliğindenliğini belirler.

Çoğu enzim protein olduğu için, aktiviteleri protein yapısını bozan faktörlerin yanı sıra genel olarak katalizörleri etkileyen faktörlerden etkilenir. Protein yapısını bozan veya denatüre eden faktörler arasında sıcaklık ve katalizörleri etkileyen pH faktörleri genel olarak reaktan (substrat) konsantrasyonu ve enzim konsantrasyonu bulunur. Bir enzimin aktivitesi, bir substratın kaybolma hızı veya bir ürünün oluşma hızı izlenerek ölçülebilir.

Yüzey Konsantrasyonu

Belirli bir miktarda enzim varlığında, bir enzimatik reaksiyonun hızı, substrat konsantrasyonu arttıkça, sınırlayıcı bir hıza ulaşılana kadar artar, bundan sonra substrat konsantrasyonundaki daha fazla artış, reaksiyon hızında önemli bir değişiklik oluşturmaz (bölüm (a) Şekil 7.16 Bu noktada, o kadar çok substrat mevcuttur ki, esasen tüm enzim aktif bölgelerinin kendilerine bağlı substrat vardır.Başka bir deyişle, enzim molekülleri substrat ile doyurulur.Aşırı substrat molekülleri, substrat zaten bağlanana kadar reaksiyona giremez. enzimlere reaksiyona girmiş ve salınmıştır (veya reaksiyona girmeden salınmıştır).

Şekil 7.16 Konsantrasyon ve Reaksiyon Hızı (a) Bu grafik, substrat konsantrasyonunun, sabit miktarda enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyon hızı üzerindeki etkisini gösterir. (b) Bu grafik, enzim konsantrasyonunun biyolojik sistemlerde sabit bir substrat seviyesinde reaksiyon hızı üzerindeki etkisini gösterir. Biyolojik sistemlerde enzim konsantrasyonunun mevcut substrat miktarından çok daha küçük olduğuna dikkat edin. Böylece biyolojik sistemlerde enzim konsantrasyonu artışları asla doyma noktasına ulaşmayacaktır.

Bir benzetme düşünelim. On taksi (enzim molekülü), her seferinde bir yolcu olmak üzere bir konser salonuna 10 dakikalık bir yolculuğa insanları (alt tabaka) götürmek için bir taksi durağında bekliyor. Standda sadece 5 kişi varsa konser salonuna gelme oranı 10 dakikada 5 kişidir. Standdaki kişi sayısı 10'a çıkarılırsa, oran 10 dakikada 10 gelene kadar yükselir. Standda 20 kişi varken, oran yine de 10 dakikada 10 varış olacaktır. Taksiler “doymuş”. Taksiler 2 veya 3 yolcu taşıyabilseydi aynı prensip geçerli olurdu. Oran, dengelenmeden önce daha yüksek olurdu (10 dakikada 20 veya 30 kişi).

Enzim Konsantrasyonu

Enzimin konsantrasyonu, substratın konsantrasyonundan önemli ölçüde düşük olduğunda (biyolojik sistemlerde olduğu gibi), enzim katalizli bir reaksiyonun hızı, doğrudan enzim konsantrasyonuna bağlıdır [Şekil 7.16]. Bu, herhangi bir katalizör için doğrudur, katalizör konsantrasyonu arttıkça reaksiyon hızı artar.

Sıcaklık

Çoğu kimyasal reaksiyon için genel bir kural, 10°C'lik bir sıcaklık artışının reaksiyon hızını yaklaşık olarak iki katına çıkarmasıdır. Bir dereceye kadar, bu kural tüm enzimatik reaksiyonlar için geçerlidir. Ancak belirli bir noktadan sonra sıcaklıktaki bir artış, protein yapısının denatürasyonu ve aktif bölgenin bozulması nedeniyle reaksiyon hızında bir azalmaya neden olur [Şekil 7.17'nin (a) kısmı]. Birçok insan proteini için denatürasyon 45°C ile 55°C arasında gerçekleşir. İnsan vücudunun 37 o C'lik sabit bir sıcaklığı koruduğuna dikkat edin. Bu nedenle, çoğu protein bu sıcaklık civarında maksimum aktiviteye sahip olacak şekilde evrimleşmiştir. Yüksek sıcaklıklarda, enzimler eriyecek ve fonksiyon kaybına neden olacak şekilde denatüre olurken, daha düşük sıcaklıklarda protein, reaksiyona aracılık etmek için kinetik olarak hızlı hareket edemez. Derin deniz termal menfezlerinde bulunanlar gibi diğer türler, bu ortamlar için özelleşmiş enzimlere sahip olacak ve farklı optimal sıcaklık aralıklarına sahip olacak.

Şekil 7.17 Sıcaklık ve pH'a Karşı Reaksiyon Hızı (a) Bu grafik, sabit miktarda enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyonun hızı üzerindeki sıcaklığın etkisini gösterir. (b) Bu grafik, pH'ın, sabit miktarda enzim tarafından katalize edilen bir reaksiyon hızı üzerindeki etkisini gösterir.

0°C ve 100°C'de enzim katalizli reaksiyonların hızı neredeyse sıfırdır. Bu gerçeğin birkaç pratik uygulaması vardır. Nesneleri, içinde veya üzerinde olabilecek herhangi bir bakterinin enzimlerini denatüre eden kaynar suya koyarak sterilize ediyoruz. Yiyeceklerimizi, enzim aktivitesini yavaşlatan buzdolabında veya dondurarak koruyoruz. Hayvanlar kışın kış uykusuna yattığında vücut ısıları düşer ve metabolik işlem hızları hayvanların dokularındaki yağ rezervlerinde depolanan enerji miktarıyla korunabilecek seviyelere düşer.

Hidrojen İyon Konsantrasyonu (pH)

Çoğu enzim protein olduğu için hidrojen iyonu (H+) konsantrasyonundaki veya pH'daki değişikliklere duyarlıdırlar. Enzimler, aşırı hidrojen iyonları seviyeleri (yüksek veya düşük) tarafından denatüre edilebilir. herhangi pH'daki değişiklik, küçük bile olsa, enzimin asidik ve bazik yan gruplarının ve substrat bileşenlerinin iyonlaşma derecesini de değiştirir. Enzimin substratını bağlayabilmesi için aktif bölgede bulunan iyonlaşabilen yan grupların belirli bir yüke sahip olması gerekir. Bu yüklerden birinin bile nötralizasyonu, bir enzimin katalitik aktivitesini değiştirir.

Bir enzim, bir molekülün uygun şekilde yüklü halde bulunduğu dar pH aralığında maksimum aktivite gösterir. Bu pH aralığının medyan değerine enzimin optimum pH'ı denir [Şekil 7. 17'nin (b) kısmı]. Mide suyu (midede salgılanan sıvılar) dışında, çoğu vücut sıvısının pH değerleri 6 ile 8 arasındadır. Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, çoğu enzim bu pH aralığında optimal aktivite sergiler. Bununla birlikte, birkaç enzimin bu aralığın dışında optimum pH değerleri vardır. Örneğin, midede aktif olan bir enzim olan pepsin için optimum pH 2.0'dır.

7.6 Farmakolojiye Giriş

Farmakoloji ilaç moleküllerinin kullanımları, modları ve etki mekanizmaları ile ilgilenen tıp dalıdır. Dönem hareket mekanizması (MOA) bir ilaç maddesinin farmakolojik etkisini ürettiği spesifik biyokimyasal etkileşimi ifade eder. Bir etki mekanizması genellikle, bir enzim veya reseptör gibi ilacın bağlandığı spesifik moleküler hedeflerden bahsetmeyi içerir. Reseptör bölgeleri, ilacın kimyasal yapısına ve orada meydana gelen spesifik etkiye dayalı olarak ilaçlar için spesifik afinitelere sahiptir. Reseptörlere bağlanmayan ilaçlar, vücuttaki kimyasal veya fiziksel özelliklerle basitçe etkileşime girerek karşılık gelen terapötik etkilerini üretirler. Bu şekilde çalışan ilaçların yaygın örnekleri, antasitler ve müshillerdir. Karşılaştırıldığında, bir eylem modu (MoA)Canlı bir organizmanın bir maddeye maruz kalmasından kaynaklanan hücresel düzeyde fonksiyonel veya anatomik değişiklikleri tanımlar.

Bu bölüm öncelikle yaygın uyuşturucu MOA'larına odaklanacaktır. İlaçlar, ana makromolekül gruplarının herhangi birinden veya farklı grupların karışımlarından moleküler hedefler üzerinde hareket edebilir. DNA ve RNA sıklıkla proteinlerle kompleksler oluşturur ve birçok hücresel reseptör, hem glikoproteinleri hem de glikolipidleri oluşturan karbonhidrat yapıları ile modifiye edilir. İlaçlar, Şekil 7.18'de gösterildiği gibi hücrede çok spesifik konumlarda moleküler hedeflerin bağlanması yoluyla etkilere sahip olabilir.

Şekil 7.18 Hücresel İlaç Hedefleri. İlaç molekülleri, etkilerine aracılık etmek için birçok farklı hücresel hedefi bağlayabilir. Birkaç tanesi yukarıdaki şemada belirtilmiştir.

Antagonistler

Antagonistler ayrıca inhibisyon mekanizmalarına göre alt kategorilere ayrılabilir. Bunlar şunları içerir: rekabetçi, rekabetçi olmayan ve geri dönüşü olmayan inhibitörler(Şekil 7.19) rekabetçi inhibitörlernormal ligand/substrat ile aynı bağlama görüşüne geri dönüşümlü olarak bağlanacaktır. Normal substratın bağlanmasıyla rekabet eden aktif siteye girip çıkacaklar ve böylece reseptör/enzimin genel aktivitesini azaltacaklar. Rekabetçi inhibitörler, ilaç hedefinin şeklini değiştirmediğinden ve ilaç hedefinin aktif bölgesini kalıcı olarak bloke etmediğinden, neden oldukları inhibisyon, ilave substrat eklenerek üstesinden gelinebilir.

A rekabetçi olmayan inhibitör aktif bölgeden uzak bir bölgedeki bir ilaç hedefine geri dönüşümlü olarak bağlanacak ve hedefin normal substrat tarafından bağlanmasını veya aktivasyonunu önleyecek bir konformasyonel değişikliğe neden olacaktır. Rekabetçi olmayan inhibitörler, ilaç hedefinde konformasyonel değişikliklere neden olduğundan, neden oldukları inhibisyon, normal substrattan daha fazla ekleyerek üstesinden gelinemez. Bununla birlikte, ilaç hedefi kalıcı olarak değiştirilmeyecektir. İnhibitör metabolize edildiğinde, ilaç hedefi uygun şeklini geri kazanacak ve aktivitesini koruyacaktır. Bu tür bağlanma ve konformasyonel değişiklik olarak bilinir. allosterik bağlanma. Bir allosterik bağlanma bölgesi ilaç hedefinin aktif bölgesinden uzaktaki herhangi bir bağlanma bölgesidir.

Nihayet, geri dönüşü olmayan inhibitörlerilaç hedefine kovalent olarak bağlanacak ve ya doğrudan aktif bölgeyi ya da ilaç hedefinin konformasyonel şeklini artık işlevsel olmayacak şekilde kalıcı olarak değiştirecektir.

Şekil 7.19 İlaç Hedefinin İnhibisyonunun Mekanizmaları. Yarışmalı inhibisyonda, antagonist ilaç hedefinin aktif bölgesine bağlanır ve normal substratın bağlanmasını geri dönüşümlü olarak engeller. Rekabetçi olmayan inhibisyonda, antagonist, ilaç hedefinin şeklinde bir konformasyonel değişikliğe neden olduğu ve normal substratın ilaç hedefine bağlanmasını (yukarıda gösterildiği gibi) önlediği veya etkinliği etkilediği ilaç hedefi üzerindeki allosterik bir bölgeye bağlanır. normal substrat tarafından ilaç hedef aktivasyonunu azaltarak normal substratın. Rekabetçi olmayan inhibitörler ilaç hedefine geri dönüşümlü olarak bağlanır ve ilaç hedefini kalıcı olarak değiştirmez. Geri dönüşü olmayan inhibitörler, ilaç hedefine kovalent olarak bağlanır ve aktivitesini kalıcı olarak değiştirir.

Bu rakam BioNinja'dan uyarlanmıştır.

7.7 Bölüm Özeti

Metabolizma organizmalarda yaşamı sürdüren kimyasal reaksiyonlar kümesidir. Metabolik reaksiyonlar şu şekilde sınıflandırılabilir: katabolik - NS yıkılmak bileşiklerin veya anabolik - NS inşa etmek (sentezi) bileşikleri. Vücuttaki çoğu metabolik reaksiyon, bir enzim katalizörü. Enzim şekli işlevi için kritik öneme sahiptir. Enzimler substratlarını şu yollarla bağlarlar: Kilit ve Anahtar Modeliya da Uyarılmış Uyum Modeli.

Vücutta meydana gelen yaygın enzimatik reaksiyon türleri şunları içerir: Grup Transfer Reaksiyonlarıaracılık ettiği Transferaz Enzimleri,oluşumu veya kaldırılması Karbon-Karbon Çift Bağlarıtarafından liyaz enzimler,İzomerizasyon Reaksiyonlarıaracılık ettiği İzomeraz Enzimleri,Ligasyon Reaksiyonlarıiki substratı bir araya getiren ve aracılık eden Ligaz Enzimleri,hidroliz reaksiyonlarısubstratlardan suyun eklenmesini veya çıkarılmasını içeren ve aracılık eden hidrolaz Enzim, ve Oksidasyon ve İndirgeme Reaksiyonlarıelektronların bir bileşikten diğerine hareketini içeren oksidoredüktazlar.

Dehidrasyon sentezi (hidrolaz enzimlerinin aracılık ettiği) vücuttaki tüm ana makromolekülleri yapmak için kullanılır. lipidlergliserol ve yağ asitlerinin bir araya gelmesiyle oluşur. ester bağları(karboksilik asit + alkol= Ester).karbonhidratlarşeker monomerlerinin bir araya gelmesiyle oluşur. glikozidik tahviller(hemiasetal + alkol= asetal).Proteinler amino asitlerin bir araya gelmesiyle oluşur peptid bağları(karboksilik asit + amin =amid).Nükleik Asitler (DNA/RNA)nükleotidlerin birbirine bağlanmasıyla oluşur fosfodiester bağları(fosforik asit + alkola fosfoester).

Organik oksidasyon ve indirgeme reaksiyonları genellikle oksijen içeren bileşikleri içerir. Oksidasyon ile ilgili olarak, Birincil Alkolleroksitlenebilir aldehitlerdaha fazla oksitlenebilir Karboksilik asitler.İkincil Alkolleroksitlenebilir Ketonlar.Üçüncül Alkoller ve KetonlarYAPAMAM oksitlenmek. Azaltma ile ilgili olarak, aldehitlerazaltılabilir Birincil Alkoller.ketonlarazaltılabilir İkincil Alkoller.

ATP, hücre içindeki ana enerji para birimidir. İnsan vücudunda çok düşük konsantrasyonlarda bulunur (

250 g) Ancak, ortalama bir insan ağırlığını (50 – 75 kg) her gün ATP'de kullanır! Bu nedenle, ATP, ADP ve ATP arasında değişen insan vücudunda sürekli olarak geri dönüştürülmelidir. ATP, mitokondride denilen bir süreçte geri dönüştürülür. oksidatif fosforilasyon. Bu süreçte, oksidasyon yoluyla gıda moleküllerinden enerji alınır. Gıda moleküllerinden çekilen elektronlar, ADP'yi fosforile ederek ATP yapmak için bir enerji kaynağı olarak kullanılabilir. Spesifik olarak, yiyeceklerden gelen elektronlar, elektron taşıma zincirinde bir proton (H+) gradyanmitokondrinin zarlar arası boşluğunda. Proton gradyanı, ATP sentaz protein kanalından bir nehir gibi akar ve ATP üretimini yönlendirir.

Atomlar arasındaki kimyasal bağlar olarak bilinen enerjiyi depolar. bağ enerjisi. Her molekülün kendine özgü bağ enerjisi vardır. Bu nedenle, bir kimyasal bağ koparken, iki atom arasındaki bağ enerjisini yenmek için enerji eklenmesi gerekir. Yeni bağlar oluştuğunda enerji açığa çıkarırlar.

Bir kimyasal reaksiyonun olabilmesi için doğal, reaksiyon olmalı ekzergonikveya reaksiyonun bir ürünü olarak enerjiyi serbest bırakmak. Bir reaksiyon enerji girdisi gerektiriyorsa, buna şöyle denir: endergonik ve kendiliğinden oluşmaz. Spontanlık şu şekilde ölçülebilir: Gibbs Serbest Enerjisindeki Değişim (ΔG). Bu aynı zamanda grafiksel olarak da gösterilebilir. EğerΔG negatif, enerji açığa çıkacak ve reaksiyon kendiliğinden, buna karşılık EğerΔG olumlu, reaksiyon enerji girişi gerektirir ve kendiliğinden DEĞİL. EğerΔG = 0, reaksiyon dengedeve her iki yönde de net hareket yoktur.

Bir enzim katalizörünün aracılık ettiği bir kimyasal reaksiyonun hızını birçok faktör etkileyecektir. Bunlar şunları içerir:

  • Substratın konsantrasyonu - artan substrat, tüm enzim substratla doyana kadar reaksiyon hızlarını artıracaktır.
  • Artan enzim konsantrasyonu reaksiyon hızını artıracaktır.
  • Sıcaklık veya pH'ın değiştirilmesi, enzim katalizli bir reaksiyonun reaksiyon hızlarını değiştirecektir. Enzim katlanması ve hareketi bu parametrelerin her ikisinden de etkilenir. Böylece enzimler optimal pH ve sıcaklık aralıklarına sahiptir.

Farmakoloji İlaç moleküllerinin etki biçimlerini ve mekanizmalarını inceler. İlaç molekülleri, hücre içinde kendi adı verilen birkaç farklı mekanizma yoluyla hareket edebilir. etki mekanizması (MOA). İlaçlar, etkilerine aracılık edebilirler. agonistler (vücudun normal reaksiyon mekanizmalarını taklit eden) veya antagonistler (vücudun normal reaksiyon mekanizmalarını inhibe eder). İlaç yakınlık bir ilacın hedef molekülüne ne kadar iyi bağlanacağını ifade ederken, etki ilacın hedefini ne kadar iyi aktive ettiğinin bir ölçüsüdür.

antagonistlerreaksiyonları üç ana mekanizma kullanarak inhibe eder.

  • Rekabetçi Engelleme
  • Rekabetçi Olmayan İnhibisyon
  • geri dönüşü olmayan inhibisyon

İçinde Rekabetçi inhibisyon,inhibitör, enzimin aktif bölgesi ile geri dönüşümlü olarak bağlanır ve daha fazla substrat eklenerek üstesinden gelinebilir. Rekabetçi olmayan inhibitörler,Öte yandan, bir şeye bağlanmak allosterik bölgeenzimin aktif bölgesinden uzaklaşır. Bu nedenle, daha fazla substrat ekleyerek üstesinden gelinemezler. Bu mekanizmaların her ikisi de geri dönüşümlü inhibitör süreçlerdir. geri dönüşü olmayan inhibitörlerenzime kovalent olarak bağlanır ve şekil ve işlevi kalıcı olarak değiştirir.


Soyut

Organ fonksiyonunun biyokimyasal analizinde, bir enerji arzı (ATP) gerektiren bileşen süreçleri, denge kurma eğilimi nedeniyle kendiliğinden meydana gelenlerden ayırmanın yararlı olduğu vurgulanır ve örneklerle gösterilir.

Üre sentezinde aspartat ve karbamoil fosfatın stokiyometrik oluşumu, aspartat konsantrasyonunun aspartat aminotransferaz sistemindeki denge tarafından belirlenmesi gerçeğiyle açıklanabilir. Bu, hepatik aspartat konsantrasyonunu yaklaşık 0.7 m m'de sabitler. Karbamoil fosfat sentezi reaksiyonu için herhangi bir nitrojen fazlası kullanılabilir hale gelir ve sitrülin ile etkileşime giren herhangi bir aspartat otomatik olarak değiştirilir. Her iki yönde de çalışan glutamat dehidrojenaz reaksiyonu - bir denge sistemi olarak - karbamoil fosfat ve aspartatın stokiyometrisine aracılık etmede rol oynar.

Alaninin periferik dokulardan karaciğere bir nitrojen taşıyıcısı olarak işlevi, periferik dokulardaki alanin aminotransferazın dengeye doğru hareket etme eğilimi ile açıklanabilir. Özellikle dallı zincirli amino asitlerden transaminasyon yoluyla oluşan herhangi bir glutamat, verilen piruvat ve a-oksoglutarat doku konsantrasyonlarında alanin oluşturmak üzere bağlanır. Alanin, glutamatın aksine hücre zarlarından kolayca geçtiği için dolaşıma boşaltılır. İkinci bir nitrojen taşıyıcısı olarak glutaminin rolü tartışılmıştır.

Asidotik böbrek tarafından amonyak atılımında ana enerji gerektiren süreç H+ iyonlarının atılımıdır. Amonyağın transferi ve amonyağın glutamin ve glutamattan salınması denge ilişkileri temelinde anlaşılabilir. Ana nokta, glutamat dehidrogenaz sisteminin renal kortekste dengeye yakın olmasıdır. Amonyağın geri çekilmesi ve a-oksoglutarat konsantrasyonunun düşmesi (Alleyne'e göre fosfoenolpiruvat karboksikinazın artan aktivitesinden dolayı) bu nedenle glutamatın dehidrojene olmasına neden olur. Glutamat bir glutaminaz inhibitörüdür ve glutamat konsantrasyonundaki düşüş inhibisyonu giderir.

Perfüze sıçan karaciğerinde veya izole hepatositlerde alaninden laktat oluşumu, laktat dehidrojenaz ve alanin aminotransferaz sistemlerindeki denge ilişkilerinin sonucudur.

Denge reaksiyonlarının oluşumunu belirleyen anahtar faktörler, hücre veya hücre bölmesi içindeki metabolik konsantrasyonlardır. Doku metabolit konsantrasyonlarının nasıl düzenlenebileceği sorusu tartışılmaktadır.


Arka plan

Metabolizma, hücreler içinde bileşikleri sentezleyen ve parçalayan karmaşık bir enzim katalizli reaksiyonlar kümesini temsil eder. Metabolik evrimin erken evrelerinde geniş özgüllüğe sahip az sayıda enzimin var olması muhtemeldir. Bu enzimleri kodlayan genler muhtemelen kopyalanmıştır ve dizi farklılığı yoluyla daha özel hale gelen paralog enzimler üreterek örneğin HisA (EC:5.3.1.16) ve TrpC (EC:5.3.1.24) izomerazlarına yol açmıştır. sırasıyla histidin ve triptofan biyosentezinde etkilidir [1-4]. Ek olarak, gen duplikasyonu, HisA, HisF (EC:2.4.2.-) ve TrpA (EC:4.2.1.10) gibi fonksiyonel olarak farklı reaksiyonları katalize eden enzimler üreterek yenilikleri teşvik edebilir. Metabolizmanın klasik görüşü, bileşiklerin sentezi ve bozunması için nispeten izole reaksiyon veya yol setlerinin yeterli olduğudur. Yeni bakış açısı, metabolik bileşenleri (substratlar, ürünler, kofaktörler ve enzimler) tek bir ağ içinde dallar oluşturan düğümler olarak görmektedir [5, 6].

Son birkaç yılda, farklı türlerden metabolik ağlar hakkında artan miktarda bilgi mevcut hale geldi [7-10], bu da hem spesifik yolların [11, 12] hem de tüm metabolik ağların [11, 12] evrimi üzerine karşılaştırmalı genomik ölçekli çalışmalara izin verdi [7-10]. 13-16]. Toplu olarak, bu çalışmalar, gen çoğaltmanın metabolizmanın evrimine katkısını vurgulamaktadır. Bununla birlikte, farklı evrimsel ailelere ait olsalar bile aynı reaksiyonu katalize eden analog enzimlerin de bu süreçte önemli bir rol oynadığı öne sürülmüştür [17]. Bu, örneğin, L-valin ve L-lösin biyosentezinde görev yapan üç farklı tipte asetolaktat sentaz (EC:2.2.1.6) ile sonuçlanır. Escherichia koli. Ek olarak, metabolik süreçlerin modern perspektifi, evrimsel çalışmaların sadece enzimler arasındaki filogenetik ilişkileri değil, aynı zamanda metabolik ağların bazı topolojik özelliklerinin etkisini de içermesi gerektiğini göstermiştir [5, 6, 18-20]. Bu özelliklerden biri, alternatif ağ dalları ve enzimler kullanarak metabolizmanın başarısızlıkları - örneğin dengesiz akışları teşvik eden mutasyonları - atlatma yeteneğidir. Burada, farklı metabolitler yoluyla ilerleyen, ortak bir üründe birleşen bu alternatif dallara ve enzimlere atıfta bulunmak için 'alternolog' terimini sunuyoruz. Bazı yazarlar, alternatif dalların ökaryotlarda gen duplikasyonuna benzer bir dereceye kadar genetik tamponlamaya katkıda bulunabileceğini öne sürmüşlerdir [18], ancak bu alternologların diğer filogenetik gruplardaki metabolizmanın evrimindeki rolü hala çözülmeyi beklemektedir. Evrimsel terimlerle, modern türlerde bazı yolların ve dalların evrensel oluşumunun, bunların son ortak atada (LCA) var olduklarını düşündürdüğü varsayılabilir. Bu yolların evrimi ve paralogların, analogların ve alternologların ortaya çıkışı, artan genom boyutunun, protein yapısal karmaşıklığının ve değişen ortamlardaki seçici baskıların bir sonucu olarak artan metabolik çeşitliliği yansıtır. Örneğin, amino asit biyosentezinin evriminde, L,L-diaminopimelat veya alfa-aminoadipat yoluyla L-lizini sentezleyen alternatif yolların, çeşitli dallarda bağımsız olarak geliştiği öne sürülmüştür [21-23]. Bu yolların evrimi, L-arginin ve L-lösin [22–24] ve hatta Krebs döngüsü [24] biyosentezi ile yakından ilişkilidir, ancak tüm bu yolların kökeni hala tartışılmaktadır. Çeşitli çalışmalar [6, 25, 26] amino asitlerin en eski metabolik bileşikler arasında olabileceğini öne sürdü. Bununla birlikte, bu çalışmalardan iki ana soru ortaya çıktı: biyosentetik ağları neyden kaynaklandı ve nasıl gelişti? Ve gen duplikasyonu (paraloglar), fonksiyonel yakınsama (analoglar) ve ağ yapısal alternatifleri (alternologlar) bu süreçlere nasıl katkıda bulundu? Bu çalışmanın amacı, hem ağ perspektifini hem de karşılaştırmalı genomik yaklaşımını birleştirerek bu soruları ele almaktır. Bu amaçla, proteinlerin mimarisinin, metabolizmanın evrimi sırasında göreli ortaya çıkışlarını tanımlamak için kullanılabilecek yapısal bilgileri koruduğunu düşünüyoruz. Spesifik olarak, evrimin erken aşamalarında 20 amino asitten en az 16'sının biyosentezini varsayılan olarak katalize eden enzim güdümlü reaksiyonların bir çekirdeğini sınırlayan, LCA'nın varlığına daha yakın bir şekilde ortaya çıkan bir dizi enzim ve dal belirledik. Ek olarak, çeşitli türlerde amino asit biyosentezinin evrimi sırasında bu çekirdeğe biyokimyasal fonksiyonel alternatiflerin (paraloglar, analoglar ve alternologlar) katkılarını belirledik.


Peptit Zincirlerinin Sistein ve Serin Kalıntılarında Dehidroalanine (DHAL) Dönüştürmeleri Yoluyla Enzimatik Olmayan Bölünmeleri. II. Sisteinil Peptidlerin Spesifik Kimyasal Bölünmesi

Makale Görünümleri, Kasım 2008'den bu yana tüm kurumlar ve bireyler arasında COUNTER uyumlu tam metin makale indirmelerinin toplamıdır (hem PDF hem HTML). Bu metrikler, son birkaç güne kadar olan kullanımı yansıtacak şekilde düzenli olarak güncellenir.

Atıflar, Crossref tarafından hesaplanan ve günlük olarak güncellenen, bu makaleye atıfta bulunan diğer makalelerin sayısıdır. Crossref alıntı sayıları hakkında daha fazla bilgi edinin.

Altmetrik Dikkat Puanı, bir araştırma makalesinin çevrimiçi olarak aldığı dikkatin nicel bir ölçüsüdür. Çörek simgesine tıklamak, altmetric.com'da verilen makale için puan ve sosyal medya varlığı hakkında ek ayrıntılar içeren bir sayfa yükleyecektir. Altmetric Dikkat Puanı ve puanın nasıl hesaplandığı hakkında daha fazla bilgi edinin.

Not: Özet yerine, bu makalenin ilk sayfasıdır.


Çözüm

Keten UGT74S1, daha önce bildirildiği gibi [29] ve SECO'yu sırayla SMG ve SDG'ye glükosile eder [29] ve ilk kez, Gln 337 ve Ser 357'nin bu enzim tarafından SMG'nin SDG'ye dönüştürülmesi için çok önemli olduğuna ve Trp 355 ve His 352'nin, SECO'ya yönelik UGT74S1 glukosilasyon aktivitesi için gereklidir. SMG birikmediğinden planta içinde, ticari olarak mevcut değildir ve bu çalışmada açıklanan mutantlardan ikisi yalnızca bu metaboliti üretmiştir, artık bir fermantasyon ortamında SMG üretmek için araçların ve kaynakların mevcut olduğuna inanıyoruz.