Upload
firat-batmaz
View
508
Download
66
Embed Size (px)
Citation preview
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
1.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Giriş
2. Proteinler
3. Enzimler
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Giriş
Biyoinorganik kimya, kimya disiplinlerinin arasında bir araştırma dalıdır. Biyoinorganik
kimyanın amacı, klasik inorganik elementlerinin ve metallerin canlı mekanizmasında ki
fonksiyonlarının aydınlatılmasıdır, yani biyokimyanın temel unsurlarını oluşturan ve
anorganik elementleri içeren pek çok molekül ve makromolekülün yapı ve fonksiyonlarının
incelenmesi ve ortaya çıkarılmasını amaçlayan bir bilim dalıdır.
Biyoanorganik Kimya en genel anlamda: anorganik Kimya ve biyolojinin girişim yaptığı
alanda yer alan bir bilim dalıdır.
Canlı mekanizmasında genellikle metaller proteinlerin (enzimlerin) aktif
merkezlerinde yer almaktadır.
Enzimlerin gerekli fonksiyonlarını ve görevlerini yerine getirebilmesi için bu
metallerin varlığı zorunludur. Metalproteinleri çok büyük ligandlar ile metal
kompleksler oluştururlar.
Ligand, koordine kovalent bağ aracılığıyla bir veya daha çok elektronunu bir veya
daha çok merkez atom veya iyona veren, atom, iyon veya fonksiyonel grup.
Ligand (biyokimya), reseptörlere bağlanan hücre dışında bir bileşik.
Kompleks, metal kompleks veya koordinasyon bileşiği olarak da adlandırılır, merkezi
bir atom veya molekül, ve ona zayıf şekilde bağlanmış olan çevresindeki atom veya
moleküllerden oluşmuş yapı.
İnorganik kimya, (anorganik kimya olarak da bilinir) inorganik, organik olmayan, yani
karbon-hidrojen bağı içermeyen bileşiklerin özelliklerini ve kimyasal davranışlarını
inceleyen kimya dalı.
Anorganik ve organik kimyayı birleştiren organometalik bileşikler, organometalik
kimya adında başka bir dalı oluşturur.
2. Proteinler
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Proteinler, amino asitlerin zincir halinde birbirlerine bağlanmasından oluşan büyük
organik bileşiklerdir. Açlık anında en son tüketilir. Kimyasal sindirimi midede başlar.
Proteinler, amino asitlerin yapıtaşlarından oluşan polimerlerdir. Her proteinin kendisine
has özelliklerinin olmasını sağlayan özel amino asit dizilimleri vardır.
Proteinlerin işlevlerinin çoğu, kendisini oluşturan amino asitlerin özelliklerinin tayin
edilmesiyle anlaşılabilir.
İnsandan virüse proteinlerin oluşumunda en çok kullanılan 22 çeşit amino asit vardır.
Bu zincirde bir amino asitin karboksil grubunun bir diğerinin amino grubuna
bağlanmasıyla oluşan bağ peptit bağı olarak adlandırılır. Her proteindeki amino asit dizisinin
sırası bir gen tarafından tanımlanır ve genetik kod ile kodlanmıştır. Genetik kod 22 "standart"
amino asit tanımlasa da proteinlerdeki amino asitler çevrim sonrası değişimle kimyasal olarak
değişikliğe uğrar.
Bu değişimler ya proteinin işlev görmeye başlamasından önce gerçekleşir ya da kontrol
mekanizmalarının parçası olarak, proteinin işlevini değiştirmek için olur. Proteinler belli
işlevleri yerine getirmek için beraberce de çalışabilirler ve bazıları bir araya gelip kararlı
kompleksler oluşturabilir.
Polisakkaritler, nükleik asitler ve yağlar gibi biyolojik makromoleküllere benzer şekilde,
proteinler de canlı organizmaların temel bileşenlerindendir ve hücrelerin içindeki her süreçte
yer alırlar.
Çoğu protein, biyokimyasal tepkimelerde katalizör işlevi olan enzimlerdir ve metabolizma
için yaşamsal bir role sahiptir. Başka proteinlerin ise yapısal veya mekanik işlevleri vardır:
Örneğin hücre iskeletindeki proteinler, hücrenin şeklini koruması için bir iskele görevi
yaparlar. Proteinler hücre haberleşmesi, bağışıklık yanıtı, hücre tutunması ve hücre bölünme
döngüsünde yer alır.
Protein, beslenmemizin önemli bir parçasıdır. Hayvanlar her amino asiti
sentezleyemediklerinden, zorunlu (esansiyel) aminoasitleri gıda yoluyla almak zorundadırlar.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Sindirimde hayvanlar yedikleri proteini serbest amino asitlere parçalayıp bunlarla yeni
proteinler sentezler.
Miyoglobin proteininin temelde alfa sarmallardan oluşmuş 3 boyutlu yapısının şematik gösterimi. Protein
zinciri, amino uçtan karboksil uca doğru maviden kırmızıya geçiş yapacak şekilde renklendirilmiştir.
"Protein" sözcüğünün kaynağı, Yunanca'nın "birincil öneme sahip" anlamını taşıyan
πρώτα (prota) sözcüğüdür. Bu isim, proteinleri 1838'de ilk tanımlayan Jöns Jakob Berzelius
tarafından verilmiştir. 1926'da James B. Sumner'in üreaz enziminin bir protein olduğunu
göstermesine kadar, proteinlerin canlılar için ne derece önemli olduğu tam anlaşılmamıştır.
Yapısı çözülen ilk proteinler arasında insülin ve miyoglobin bulunur ki, insülin için Sir
Frederick Sanger 1958'de, miyoglobin için de Max Perutz ve Sir John Cowdery Kendrew
1962'de Nobel Kimya Ödülü kazanmıştır. Her iki protein de kırınım analizi ile üç boyutlu
yapıları çözümlenen ilk proteinlerdendir.
3. Enzimler
Enzimler, kataliz yapan (yani kimyasal tepkimelerin hızını artıran) biyomoleküllerdir.
Hemen tüm enzimler proteindir. Enzim tepkimelerinde, bu sürece giren moleküllere substrat
denir ve enzim bunları farklı moleküllere, ürünlere dönüştürür. Bir canlı hücredeki
tepkimelerin hemen tamamı yeterince hızlı olabilmek için enzimlere gerek duyar. Enzimler
substratları için son derece seçici oldukları için ve pek çok olası tepkimeden sadece birkaçını
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
hızlandırdıklarından dolayı, bir hücredeki enzimlerin kümesi o hücrede hangi metabolik
yolakların bulunduğunu belirler.
Her katalizör gibi enzimler de bir tepkimenin aktivasyon enerjisini (Ea veya ΔG‡)
azaltarak çalışır ve böylece tepkime hızını çarpıcı şekilde artırır. Çoğu enzim tepkimesi, ona
karşılık gelen ve katalizlenmeyen tepkimeden milyonlarca kere daha hızlıdır. Diğer
katalizörler gibi enzimler de katalizledikleri tepkime sonucunda tükenmez ve bu tepkimelerin
dengesini değiştirmez.
Ancak, diğer çoğu katalizörden farklı olarak enzimler çok daha özgüldür (spesifiktir).
Enzimlerin 4000'den fazla biyokimyasal tepkimeyi katalizlediği bilinmektedir.
Enzimlerin büyük çoğunluğu protein olmakla beraber, ribozim adlı bazı RNA molekülleri
de tepkimeleri katalizler, bunun en iyi bilinen örneği ribozomu oluşturan bazı RNA'lardır.
Enzimlerin etkinliği başka moleküller tarafından etkilenebilir. İnhibitörler enzim
aktivitesini azaltan moleküllerdir, aktivatörler ise enzim aktivitesi artıran moleküllerdir.
Etkinlik ayrıca sıcaklık, kimyasal ortam (örneğin pH) ve substrat konsantrasyonu tarafından
etkilenir. Bazı enzimler endüstriyel amaçla kullanılırlar, örneğin antibiyotik sentezinde.
Ayrica bazı ev ürünlerinde biyokimyasal tepkimeleri hızlandırmak için enzim kullanılır
(örneğin, çamaşır tozunda bulunan enzimler lekelerdeki protein ve yağları parçalar).
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
2.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Nükleik Asitler
2. Temel Kimyasal Elementler
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Nükleik Asitler
Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid birimlerden
oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik
asit (RNA)'dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur.
Nükleik asitlerin başlıca işlevi genetik bilgi aktarımını sağlamaktır, ancak bazı RNA türleri
insan olarak da işlev görürler.
RNA'yı oluşturan kimyasal gruplar. P, fosfat; Z, riboz şeker; A, C, G, U, sırasıyla adenin,
sitozin, guanin ve urasil. Zincirin doğrultusu şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının sırası tarafından
belirlenir.
Nükleik asitler başlıca hücre çekirdeğinde bulunmalarından dolayı keşfedildiklerinde bu
şekilde adlandırılmışlardır. Bu polimerleri oluşturan nükleotid birimlerin her biri üç bölümden
oluşur: 1) Azotlu heterosiklik bir baz, 2) beş karbonlu (pentoz) bir şeker ve 3) bir fosfat
grubu. RNA'da bulunan şeker riboz, DNA'da ise deoksiribozdur. DNA ve RNA içerdikleri
azotlu bazlarda da farklılık gösterirler: adenin, guanin ve sitozin her ikisinde, timin yalnızca
DNA'da, urasil ise yalnızca RNA'da bulunur.
RNA molekülleri ilk sentezlendiklerinde bu dört temel baz dan oluşmalarına rağmen bazı
RNA türleri sonradan enzimler tarafından modifikasyona uğrarlar ve başka tür bazlar da
içerebilirler. RNA moleküllerinde bulunan, değişime uğramış (modifiye) baz türlerinin sayısı
yüze yakındır.
Nükleik asitlerin dizinleri onları oluşturan nükleotitler bir harflik kısaltmalarla yazılırlar.
Adenin, sitozin, guanin, timin ve urasilin kısaltmaları sırasıyla, A, C, G, T ve U'dur. Dizinin
yazılış yönü şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının zincir üzerindeki sırasına göredir, bilimsel
konvansiyonda dizinler şekerlerin 5'-3' karbonlarının doğrultusunda okunurlar.
Nükleik asitler tek bir zincirden oluşabildikleri gibi birbirine sarılmış iki zincirden de
oluşabilirler. Spiral merdiven görünümlü bu yapıya çift sarmal denir. Çift sarmallı bir nükleik
asitteki iki zincir aralarında oluşmuş hidrojen bağları ile birbirlerine bağlıdırlar. Bazı tek
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
zincirli nükleik asitler de kendi üzerlerine katlanıp iki sarmallı bölgeler oluşturabilir. DNA
genelde çift sarmallı olmakla beraber bazı virüslerin içerdikleri DNA tek zincirlidir. RNA
molekülleri de genelde tek zincirden oluşmakla beraber bazı virüslerin içinde çift sarmallı
RNA bulunur.
Nükleik asit zincirindeki şeker ve fosfat grupları değişimli olarak birbirine bağlıdır,
oksijen atomlarının paylaşılmasıyla oluşan bu bağlara fosfodiester grubu denir. Fosfat grupları
şeker molekülünün 3' ve 5' karbon atomlarına bağlıdır. Azotlu bazlar pentoz halkasının 1'
karbonuna bağlıdır.
Çift sarmallı nükleik asitlerde şeker-fosfatlı zincirler silindirik yapının dışında yer alır,
azotlu bazlar ise bu yapının ortasına doğru uzanarak birbirleriyle hidrojen bağları oluştururlar.
Hidrojen bağı kurmuş her bir baz çiftindeki bazlardan biri pürin sınıfından, öbürü pirimidin
sınıfındandır, bunların toplam uzunluğu sabittir. Genelde çift sarmalın genişliği onu oluşturan
baz dizininden bağımsız ve sabittir. DNA'da adeninin her zaman timin ile, guanin de her
zaman sitozin ile eşlidir. Bu baz çiftlerine tümleyici bazlar denir.
Bu eşlenmenin gerçekleşmesi için iki zincir birbirlerine göre ters yönde akarlar. Yani iki
sarmalın dizini iki satır olarak yazıldıklarında bir satırdaki dizin 5'-3' yönünde, öbür satırdaki
ise 3'-5' yönündedir. Bu iki dizinden biri öbürünün tümleyici dizinidir.
Baz eşlenmesinin bir diğer sonucu da iki zincirin birbirlerine sarılarak spiral merdiven
gibi bir yapı oluşturmalarıdır. Bu çift sarmal genelde sağ el kuralına göre döner, bir
dönmesinde 10 baz çifti vardır. James Watson ve Francis Crick DNA'nın bu üç boyutlu
yapısını keşfedip 1962'de Nobel Tıp veya Fizyoloji ödülünü kazandılar.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
RNA'yı oluşturan kimyasal gruplar. P, fosfat; Z, riboz şeker; A, C, G, U, sırasıyla adenin, sitozin, guanin ve
urasil. Zincirin doğrultusu şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının sırası tarafından belirlenir.
İşlevleri
Nükleik asitlerin hücrede, bilgi depolama ve aktarımında önemli bir rol oynarlar. Dört
temel taştan uzun polimerler oluşturabilmeleri, ayrıca bazların birbiriyle hidrojen bağı kurma
özelliği, DNA'nın kendini ikilemesi, DNA'daki bilginin RNA'ya kopyalanması
(transkripsiyon) ve diğer önemli hücresel süreçlerde kullanılır.
Bilgi aktarımı
Baz eşlenmesinin genetikte bilginin kopyalanması ve korunumunda çok önemli bir rol
oynar. Hidrojen bağları, eşlenmiş bazları bir arada tutacak kadar güçlü, ancak iki nükleik asit
zinciri ona etki eden çeşitli enzimler tarafından birbirinden kolaylıkla ayrılabilecek kadar
zayıftır. Örneğin, DNA polimeraz enzimi tarafından katalizlenen DNA'nın kopyalanmasında
iki zincir birbinden ayrılır, ve her bir bazın karşısına onu tamamlayıcı bazı içeren nükleotid
yerleştirilerek yeni bir zincir oluşturulur. DNA'daki bilginin RNA'ya kopyalanması da benzer
bir mekanizmayla gerçekleşir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Baz eşlenmesinin hücreye sağladığı bir diğer fayda, çift sarmalda bilginin iki kopya olarak
saklı olmasıdır. DNA kopyalamasında meydana gelebilen hatalar bu sayede hücredeki hata
kontrol mekanizmaları tarafından algılanıp tamir edilir.
Yapısı
RNA'nın kendi kendisiyle baz eşleşmesi
Taşıcıyı RNA'nın üç boyutlu yapısı
DNA molekülünün çift sarmal yapısının aksine RNA, tek zincirli olmasından dolayı çok
çeşitli şekiller alabilir. Bunları belirleyen, nükleotitlerinin diziliş sıralaması, yani dizinidir.
Molekülün farklı bölgeleri tümleyici dizinlere sahipseler oralardaki bazlar birbirleriyle
hidrojen bağları oluşturabilirler. Bu bölgelerdeki nükleotitler yapısal bir görev görürler,
molekülün diğer kısımlarının ilmik veya saç firketesi gibi şekillere girmelerini sağlarlar.
Karmaşık üç boyutlu şekiller oluşturabilmek RNA'nın başka moleküllerle etkileşiminde ve
katalitik işlevlerinde önemlidir.
Bazı RNA molekülleri bir iskelet görevine sahiptir, çok sayıda proteinden oluşmuş
komplekslerin biraraya gelmesi ve beraber kalmalarını sağlar. Bir örnek, protein sentezinde
görev alan taşıyıcı RNA (tRNA) molekülleridir, bunların kendilerine has şekilleri hem
ribozomdaki enzimler ve rRNA tarafından tanınmalarını sağlar hem de taşıdıkları aminoasitin
ribozom üzerinde doğru noktaya yanaşmasını sağlarlar.
Katalitik
RNA molekülleri enzim gibi çalışabilirler. Bu moleküllerin üç boyutlu yapıları öyledir
ki içerdikleri bazların reaktif grupları bir kimyasal reaksiyonu katalizleyebilecek bir
konumdadır. Bazı mRNA molekülleri bu şekilde kendi kendilerini kesme özelliğine
sahiptirler. Ribozomlardaki ribozomal RNA (rRNA) molekülü de aminotransferaz
reaksiyonunu katalizleyerek protein sentezinin gerçekleşmesini sağlar.
Gen ifadesinin denetimi
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DNA ve RNA'nın içerdiği bazı dizinler DNA ve RNA'yı okuyan enzimlerin işleyişine
etki edebilirler. Bu dizinleri tanıyan bir protein doğrudan oraya bağlanabilir. Bunun gen
ifadesine etkisi duruma göre olumlu veya olumsuz olabilir. Mesajcı RNA (mRNA)
durumunda, kendisiyle baz eşleşmesi yaparak oluşabilen çift sarmallı bir yapı ya bir proteinin
ona bağlanmasına neden olabilir, ya da, aksine, üzerinde ilerlemekte olan bir ribozomun
ondan ayrışmasına neden olabilir. MikroRNA (miRNA) adı verilen kısa RNA'lar ise mRNA
ile eşleşerek çift sarmallı bir yapı oluşturur, bu da o mRNA'nın proteine çevirisini engeller.
DNA sarmalın polimorfizm olarak adlandırılan çeşitli halleri http://www.imb-
jena.de/IMAGE_DNA_MODELS.html adresinde görülebilir.
Düzlemsel olmayan riboz halkasınında dahil olduğu eşitli büzgüler DNA
konformasyon sayısını daha da artırır.
RNA'nın kendi kendisiyle baz eşleşmesi
A,B ve Z DNA yapıları yukarıdaki tablodan görülebilir. Daha ayrıntılı bilgiyi
http://www.imb-ena.de/IMAGE_DNA_MODELS.html adresinde bulabilirsiniz.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Taşıcıyı RNA'nın üç boyutlu yapısı
2. Temel Kimyasal Elementler
Canlılar için gerekli kimyasal elementler dört ana kategoriye ayrılabilir:
1. Hacimli Elementler
2. Makro mineraller ve iyonlar
3. Eser elementler
4. Ultra eser elementler
Önceki sınıflandırmada sadece genel biyolojik olarak aktif iyon oksidasyon basamakları
belirtildi.
Eğer yük gösterilmemişse, element ağırlıklı olarak karşı atomla biyolojik bileşiklerde
kovalent olarak bağlanır.
Bileşikler (karbon (C), kükürt (S), fosfor gibi elementler (P), arsenik (As), bor (B),
selenyum (Se)) her ne kadar oksijen içeren iyonlarında pozitif yüklü oksidasyon basamağına
sahip olsalar da.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Temel elementlerin aydınlatılması tarihsel çalışmalara dayanmaktadır ki bu da 1970'lerde
Klaus Schwarz tarafından yapıldı.
Diğer temel unsurlar çeşitli biyolojik türleride mevcut olabilir.
Temel durumlar şu kesin kriterlerle belirlenmektedir:
1. Element diyetten uzaklaştırıldığında psikolojik eksiklik ortaya çıkar.
2. Element tekrar eklendiğinde rahatlama görülür.
3. Spesifik biyolojik fonksiyon elementle ilişkilidir.
Tablo 1.1 yetişkin bir insan için seçilmiş temel elementlerin ağırlığa karşı yaklaşık
yüzde oranlarını gösterir.
Tablo 1.1
Her element bir doz-cevap eğrisi izler (Şekil 1.1 'de gösterilmiştir ) referans olarak 2
uyarlanmıştır.
En düşük dozda organizma hayatta değil, halbuki eksikliğin olduğu bölgelerde
organizma daha az optimum fonksiyonlarda hayattadır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Optimal doz bölgesinin konsantrasyon seviyesinin olduğu bölgeden sonra daha yüksek
dozlar sonunda ölümcül etkilere neden olabilir.
Şekil 1.1
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
3.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Biyolojik Sistemlerde Metaller
2. İnorganik Kimyanın Temelleri
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Biyolojik Sistemlerde Metaller
Biyolojik sistemlerde metaller bir dizi işlevlerine göre farklı şekillerdedir. Grup 1 ve 2
metalleri ozmotik denge ve yükün sürdürülmesi veya yapısal elementler olarak işlev
görürüler. Tablo 1.2
Geçiş metal iyonları çinko (II) gibi tek oksidasyon basamağında bulunurlar. Süperoksit
dismutazda yapısal elementler, protein aktivitesi için başlatıcı fonksiyon işlevleri
görürler.(Tablo 1.3)
Tablo 1.2
Tablo 1.3
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Geçiş metalleri elektron taşıyıcı olarak birden fazla oksidasyon basamağında bulunur.
Yani, sitokromazda demir demir iyonları - nitrojenaz enziminin demir-kükürt kümelerinde,
sitokrom c oksidaz, azurin ve plastocyaninda oksijen taşınımını kolaylaştırıcı olarak. Tablo 1.4, Tablo
1.5, Tablo 1.6.
Tablo 1.4
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Tablo 1.5
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Tablo 1.6
2. İnorganik Kimyanın Temelleri
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Sert-Yumuşak Asit Baz Teorisi:
Periyodik çizelgedeki tüm iyonların Lewis asit baz etkileşimi dikkate alındığında
iyonların A ve B gibi iki temel sınıfa ayrıldığı görülür: Bunların halonjenür iyonları ile yaptığı
komplekslerin oluşum sabitleri (Kf ) zıt sıralıdır.
A sınıfı I- < Br- < Cl - < F
Bsınıf F- < Cl- < Br- < IA
A sınıfı asitlere sert asitler, B sınıfı asitlere yumuşak asitler denir. Al3+
sert bir asite,
Hg 2+
yumşak bir asite örnek verilebilir. Sert asitlerde elektrostatik parametre ( Z2/ r)
artıkça baı kuvveti (oluşum sabiti) artar.
Bu hal bağlanmanın iyonik modele uyumunu gösterir. Yumuşak asitlerde polarize
olabilme yeteneği arttıkça bağ kuvveti artar. Bu da bağlanmanın kovelent karekterini gösterir.
Benzer bir sınıflandırma nötr moleküler asitler ve bazlar içinde uygulanır.
Örneğin; Lewis asidi fenol, (C2H5)2O: ile (C2H5)2S: den daha kararlı bir kompleks
oluğturur. Bu Al3+
‘ün F’u Cl’ dan daha çok tercih etmesine benzer.
Buna karşın Lewis asidi I2, (C2H5)2S: ile daha kararlı bir kompleks yapar. Çünkü Fenol A
sınıfı bir asit, I2 B sınıfı bir asittir.
Sert asitler grup içinde daha hafif bazik atomları bağlamayı tercih eder.
F- >> Cl- > Br- > I- ; R2 O >> R2 S; R3N >> R3S
Yum"ak asitler her grupta zıt eğilim gösterir
F- << Cl- < Br- < I- ; R2 O << R2 S; R3N << R3S
Yukardaki açıklamalara göre böyle bir genelleme yapabiliriz: Sert asitler sert
bazlarla ,yumuşak asitler yumuşak bazlarla bağlanma eğilimi gösterir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Sertlik ve yumuşaklığa göre bazı metallerin tercih ettiği ligandlar Tablo 1.7 de
gösterilmiştir.
Biyolojik Metal-İyon kompleksleşmesi
Termodinamikler:
Metal iyonlarının kararlılık termodinamikleri adım adım oluşum sabitleriyle aşağıda
gösterilmiştir.
Sırasıyla kararlılık sabitleri kapsamlı olarak da şu şekilde gösterilebilir;
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Biyolojik metal-ligand etkileşimlerini daha iyi ölçmek için KMLx [M] kavrama faktörü
belirlenmiştir. KML K1 karalılık sabiti, [M] ise metal iyonunun konsantrasyon sabitidir.
Doğal olarak sulu ortamlarda meydana gelen metal iyon konsantrasyon değişikliği metal
türleri için iyi seçiciliği olarak aşağı yukarı şu değerlerdedir;
ki bu da iyon gerekli olan yerlerde gereken iyon konsantrasyonunu sağlar.
Daha fazla detaylandırılmış tartışmalar Tablo 1.8 de gösterilmiştir:
Kinetikler:
Bir öğrenci temel kimya dersindeki kurslardan reaksiyon oranlarının, oranları belirlemede
yer alan reaktantların sayısına bağlı olarak çeşitli sınıflara ayrıldığını öğrenir. Bunlar;
1. Sıfırıncı tercih: reaksiyon oranları reaktantların konsantrasyonundan bağımsızdır
2. İkinci tercih: reaksiyon oranı bir reaktantın konsantrasyonuna bağlıdır.
3. İkinci tercih: reaksiyon oranı iki reaktantın konsantrasyonuna bağlıdır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Yüksek tercih: reaksiyon oranı ikiden fazla reaktantın konsantrasyonuna bağlıdır.
Biyoinorganik kinetikler;
Kompleks enzimatik reaksiyonların reaksiyon oranlarını çalışır,
Sık sık reaksiyonun ilgisini izole etmek için durumları basitleştirir,
Ve enzimin katalitik aktivitesi için önerilen mekanizmayla ilişki kurar.
Tablo 1.9 bazı sulu çözücülerin değişim reaksiyonları için sabitlerin oranlarını rapor etmiştir;
Kompleks oluşumlarına ilişkin bazı reaksiyon mekanizmaları;
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Fuoss-Eigen Eşitliği;
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
4.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Biyolojik Sistemlerde Metallerin Geometrik ve Elektronik Yapıları
2. Koordinasyon Bileşiklerinde Bağlanma
3. Canlı Sistemlerde Koordinasyon Bileşikler
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Biyolojik Sistemlerde Metallerin Geometrik ve Elektronik Yapıları
Biyolojik sistemlerde metal iyonları tarafından oluşturulan bazı önemli geometriler
aşağıda listelenmiştir. Unutulmamalıdır ki biyolojik sistemlerdeki bu geometriler genellikle
hem bağ uzunluğu hem de bağ açısı olarak bozulmuştur.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
2. Koordinasyon Bileşiklerinde Bağlanma
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
3. Canlı Sistemlerde Koordinasyon Bileşikler
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
OKTAHEDRAL, TETRAHEDRAL VE KARE DÜZLEM ALANDA d ELEKTRONLARI İÇİN
YAKLAŞIK ENERJİ SEVİYELERİ
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
d orbitallerinin x, y, z eksenleri
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Antitümor aktif platin bileşiği cis – dichlorodiammineplatinum
Spektrokimyasal Seri
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
5.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Biyo Organometalik Kimya
2. Elektron Transferi
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Biyo Organometalik Kimya
Organometalik kompleksler 18 ve 16 e kuralına uyarlar. Bu kurallar aşağıda gösterilmiştir.
Bu kurallar aynı zamanda biyo organometalik sistemlere de uygulanabilir. 16 ve 18 elektron
kuralına göre geçiş metallerinin değerlik elektronlarının 4s, 3d, 4p veya 5s, 4d, 5p kabuklarına
yerleşmesiyle oluşur.
16- veya 18- elektron kuralına ligand katkıları aşağıdaki tabloda verilmiştir:
18 Elekron Kuralı
ns2(n-1)d
10np
6 2 + 10 + 6 = 18
Cr(CO)6 ( 4s13d
5) 6 + (2 x 6) = 18
Fe(CO)5 (4s23d
6) 8 + (2 x 5) = 18
Ni(CO)4 (4s23d
8) 10 + (2 x 4) = 18
V(CO)6+
(4s23d
3) 4 + (2 x 6) = 16
Elektron Sayımı
Nötür Ligant Yöntemi
1e verenler : H, halojenürler, alkiller( metil •CH3, etil •C2H5, fenil •C6H5 vs)
2e verenler :NR3 (amin), PR3 (fosfin), CO (karbonil), N≡CR (nitriller)
R2C=CR2 (alkenler), RC≡CR (alkinler, bazen 4e verir)
3e verenler :NO (nitrozil, bazen 1e verir), C3H5 (allil radikali)
4e verenler : Etilendiamin (en), Dienler (bütadien, vs.)
5e verenler : Siklopentadienil (Cp)
6e verenler: Benzen (bn)
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Elektron Sayımı İyonik Ligant Yöntemi (e çifti vericisi yöntemi)
Katyonik 2e verenler: NO+ (nitrosil) M—NO (Doğrusal bağlanır)
Anyonik 2e verenler : halojenürler (F-, Cl-, Br-, I-), R3C- (alkiller), Ph- (fenil)
H- (hidrür), RO- (alkoksit), RS- (tiyolat), NO- (nitrosil)
Anyonik 4e verenler: O2-
(oksit), S2-
(sülfür), RN2-
( imit), C3H5- (3
-allil)
Anyonik 6e verenler: N3-
(nitrür), P3-
(fosfür), Cp- (5-siklopentadienil)
Diğerleri: M – M bağları bağ başına 1e verir ; tek bağ 1e, iki bağ 2e
M=CR2 karben nötral ve 2e vericidir
M=CR2 karben nötral ve 2e vericidir
2-COM=CR2 karben nötral ve 2e vericidir
köprü karbonil metal başına 1e verir
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
2. Elektron Transferi
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
6.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Canlı Sistemlerin Elementleri
2. Metal İyonların Biyolojik Görevleri
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Canlı Sistemlerin Elementleri
Aynı şekilde yerkabuğunda eser miktarda bulunan elementler canlı yaşamı için çok önemli
olabilir.
Cu ve Se gibi.
Geçiş metalleri biyolojik depo ve taşınım için önemlidir. Canlı organizmalarda bulunma
bollukları sırasıyla; demir, çinko, bakır, molibden, kobalt, krom, vanadyum ve nikel
şeklindedir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
2. Metal İyonların Biyolojik Görevleri
Metaller organizmada genellikle proteine bağlı olarak kofaktör şeklinde bulunabileceği gibi,
kobalamin ( vitamin B12) gibi yapılarda da bulunabilirler.
Aşağıdaki çizelge metal iyonları içeren biyomoleküllerin bir özetidir. Çizelgeden de görüleceği
üzere metal iyonları proteinlerin dolayısıyla enzimlerin yapısına girmektedir. Enzimlerin yaklaşık %30
u etkin konumunda bir metal iyonuna sahiptir. Böyle enzimlere metalloenzim denilmekte olup, asit
baz hidrolizi, redoks tepkimeleri ve karbon-karbon bağlarının çevrimine kadar çok değişik
tepkimelerde görev alırlar.
Metal iyonları sadece enzimlerin değil diğer birçok molekülün elektron taşıyıcılar, (örneğin
klorofilde olduğu gibi fotoredoks tepkimelerde görev alırlar.) metal biriktirme konumları, O2 bağlama
ve depolama konumları ve sinyal dönüştürme gibi önemli işlevlerinede hizmet etmektedir.
Bunun yanında metal iyonları yapısal roller de oynar; örneğin Ca2+
iyonu proteinlerin
katlanmasına katılır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Bu bölümün büyük bir kısmı polipeptitlerle ilgili olacaktır.
Polipeptitler peptit bağları ile bağlanmış α aminoasitlerdir.
Proteinlerde 20 farklı alfa aminoasit bulunmaktadır
Alfa aminoaasitler alfa karbon atomuna bir amino grubu
(NH2), bir alkil karboksil grubu (-COOH), bir hidrojen atomu (-H) ve bir yan grubun
(-R) bağlanmasıyla ortaya çıkan bileşiklerdir.
Alkil grupları hidrofobik karakter verir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Bu gruplara daha polar grupların bağlanması yapıya hidrofilik karakter kazandırır.
Bu polar grupların çoğu metal iyonlarıyla kompleks oluştururken Brönsted asitleri
Metal iyonları enzimlerde yer alan peptit bağındaki yukarda sayılan işlevsel gruplara
etki ederek birçok önemli işlevde görev alır.
Bunun yanında Metal iyonları kristal minareller veya amorf katılar halinde pek çok
organizmada yapısal öneme sahiptir. Aşağıdaki çizelgede görüldüğü gibi örneğin ana
kaynağı kalsiyum olan hidroksiapatit minerali hayvanlar âleminde kemik, diş ve
kabukların ana bileşeni olarak çok
yaygındır.
BİYOİNORGANİK KİMYA
7.HAFTA
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Kalsiyum Biyokimyası
2. Oksijen Taşınımı ve Depolanması
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Kalsiyum Biyokimyası
Ca2+
hormonal harekette haber verici, kas büzülmesinde tetikleyici, kan pıhtılaşmasında
başlatıcı gibi birçok biyokimyasal işlevlerde önemli roller üstlenir.
Ca2+
iyonunun rollerinden pek çoğu sert ligant oksijene ilgisi nedeniyle oluşturduğu
komplekslerin alkali metal iyonları ve d-metal iyonlarınca ve kendisinden hafif diğer grup
iyonlarınca (Be2+
ve Mg2+
) oluşturulanlara göre orta kararlıkta olmasından kaynaklanır.
Ca2+
ve Mg2+
aralarındaki farklılıkları karşılaştırırsak;
İlk olarak düşük seçiciliğinden ötürü Ca2+
iyonları suya karşı nötr oksijen ligantlarını
(karboniller ve alkoller) bağlayabilir.
İkincisi yüksek koordinasyon sayısı ve düzensiz koordinasyon geometrisini tercih etmeleri
açısından Na+ ve K
+ u arındırmasıdır. +2 yükü ile Ca
2+ alkali metal iyonlarının
bağlayamayacağı anyonları bağlar.
Üçüncü fark ise Ca2+
ya bağlanma ve ondan ayrılma hızları yüksektir. Ayrıca Ca2+
nin çok
yüksek tepkime vermesi yani yüksek değişim hızı zar kanallarının açılıp kapanması, iyon
taşınmasının düzenlenmesi ve kasların kasılmasına bu iyonun kullanılma nedenini açıklar.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
2. Oksijen Taşınımı ve Depolanması
Oksijen solunumdaki önemi, fotosentez sırasındaki üretimi, elektron aktarımları,
fotokimyasal süreçler gibi geniş bir alanda görev alır.
Oksijen bağlayan ve taşıyan üç protein hemoglobin, hemosiyanin ve hemeritrindir. Bu
proteinler bir metal atomu veya bir çift metal atomundan faydalanır.
Hemoglobin en yaygın oksijen taşıyıcısı olup kırmızı kan hücrelerinde bulunur ve
omurgalılarda akciğer veya solungaçlardan O2 nin kullanılacağı ve CO2’e indirgeneceği
dokulara oksijen taşımak için kullanılır. Hemoglobinde oksijen hem denilen bir Fe2+
iyonunun bağlı olduğu bir demirli-porfirin proteine bağlanır.
Hemosiyanin yumuşakçalar ve eklembacaklılarda bulunur. Bu proteine iki Cu+ iyonu
bağlıdır ve protein O2 ile etkileştiğinde Cu+ Cu
2+ ye yükseltgenirken O2 ise O
2- ye
indirgenir.
Hemeritrin ise deniz solucanlarının çok azında bulunan bir oksijen bağlayıcı proteindir.
Bu proteindeki oksijen bağlayıcı birbirine çok yakın iki Fe2+
iyonudur. Fe2+
iyonları
hemoglobinde olduğu gibi hem grubuna bağlı olmayıp protein üzerindeki verici gruplara
doğrudan bağlıdır. O2 ise hidrokisperoksit (HO2-
) iyonuyla demir atomlarından birine
bağlanır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
8.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Hemoglobin ve Miyoglobin
2. Hemoglobinle Oksijen Taşınması
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Hemoglobin ve Miyoglobin
Hemoglobin yapısında 4 hem halkası vardır. Bu nedenle 4 tane oksijen atomu
bağlamaktadır.
Hem 4 pirol halkasının oluşturduğu porfirinden oluşmuş proteindir. Porfirinlerin
karakteristik bir özelliği, pirol halkalarının azot atomlarına bağlanan metal iyonları ile
kompleks oluşturmasıdır. Örneğin, hemoglobindeki demirli-porfirin olan hem buna örnektir.
Hem Oksijen bağlama ve taşımada ( miyoglobin, hemoglobin),elektron taşınmasında (
sitokromlar), fotosentezde (klorofil), enzimlerin yapısında görev alırlar.
Dört pirol halkasının metenil köprüleriyle bağlanmasıyla porfirinler oluşur. Doğada
bulunan porfirinler, porfin çekirdeğindeki hidrojenlerin yerine (pirol halkasında koyu
yazılmış olan hidrojenler) çeşitli yan grupların (asetil, propil, metil, vinil) bağlanmasıyla
oluşurlar.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Hem proteinleri ;
Oksijen bağlama ve taşımada (miyoglobin, hemoglobin)
Elektron taşınmasında (sitokromlar)
Fotosentezde (klorofil)
Enzim olarak görev alırlar
Hemoglobindeki sarmal protein bu O2 taşıyıcının işlevinde düzenleyici rol oynar. Bu
proteindeki sarımlar oksijen bir demir porfirin ucuna bağlandığı zaman ortaya çıkan
gerginliğe bir yay gibi tepki gösterir ve protein bu gerginliği diğer uçlara taşır.Bu etkileşimin
net sonucu ikinci konumun O2 ilgisini arttırmasındandır. Bu olaya kooperatiflik denir ve
hemoglobinin O2 bağlama ve serbest bırakmasını daha etkin hale getirir
O2 molekülü Fe 2+
ile etkileşiminde güçlü bir pi alıcısı olarak görev yapar. Bunun yanında
NO, CO, CN-, RNC, N3
- ve SCN
- leri de pi alıcısı olduklarından bunlar da Fe
2+ ile etkileşime
girerler. Bu tür ligantlar hemoglobinin işlevini tamamen yok edebilir ve ölüme neden olabilir.
Hemoglobindeki Fe2+
'in koordinasyon sayısı 6 olup bu koordinasyon yerlerinden dördüne
pirol halkasının azotu, beşincisine globin molekülünün histidininin imidozol grubunun azotu,
altıncısına ise su molekülü bağlanarak hemoglobin teşekkül eder.
Suyun yerine O2 geçerse bu hemoglobine oksihemoglobin adı verilir. Hemoglobin
molekülünde dört hem grubu bulunduğuna göre oksijen için dört birleşme yeri vardır.
Hemoglobinin oksijen yerine CO2 ile birleşmesine karboksihemoglobin (karbhemoglobin)
adı verilir. Dayanıksız bir bileşiktir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Hemoglobinin altıncı koordinasyon yerine CO gelirse buna da karboksihemoglobin adı
verilir. Hemoglobinin CO'e ilgisi O2 den daha fazladır.
Hemoglobindeki demirin Fe3+
haline yükseltgenmesiyle elde edilen maddeye hemin adı
verilir ve bu hemoglobin çeşidine de methemoglobin adı verilir. Hemoglobindeki altıncı
koordinasyon yerine CN - bağlanırsa buna da siyanohemoglobin adı verilir
Hidrofobik gruplar, aynı zamanda hem kompleksinin yükseltgenmesi sonucu oluşacak
iyonların çözücü moleküllerini bağlamasına ( solvatasyona) engel olur. Sonuçta Fe(II)
kompleksi O2 yi bağlayıp serbest bırakmaya yetecek kadar uzun süre yaşar.
Miyoglobin oksijensiz şekli olan deoksi-miyoglobin yapısı yukarıdaki şekilde görüldüğü
gibi polipeptid zinciri ile sarılmıştır.Hem’in taşındığı protein cebi polar olmayan yan gruplu
amino asit kalıntılarından oluşur ve hidrofobiktir. Bu hidrofobiklik sayesinde hem
kompleksinin yükseltgenmesi sonucu oluşacak iyonların çözücü moleküllerini bağlamasına
yani solvatasyona engel olur. Bu gruplar daha büyük moleküllü grupların Fe atomu
yakınlarına ulaşmasına ve böylece Fe-O2-Fe köprüsü içeren türlerin oluşumuna engel olur.
Deoksi-Mb koordinasyon konumlarının dördü porfirin halkası azot atomlarınca işgal
edilmiş, beş koordinasyonlu yüksek bir spin Fe(II) kompleksidir. Beşinci grup hemi proteine
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
bağlayan histidin grubundaki imidazol ligandının N atomu tarafından doldurulur. Fe(II) nin
böyle beş koordinasyonlu hem kompleksleri daima yüksek spinlidir . Yüksek spinli Fe(II)
iyonu, porfirin halkasının merkez oyuğundan büyüktür ve bundan dolayı halka düzleminin
0,40 Angström yükseğinde bulunur. (4) Hemoglobin ve miyoglobindeki etkin konumlar dahil
bütün yüksek spin Fe(II) porfirin kompleksleri, porfirin makro halkasının büzülmesine ve
bükülmesini içerir. Düşük spin Fe (II) iyonu daha küçüktür ve halkaya rahatça sığar O2 altılı
koordinasyon çevresini tamamladığında kompleks düşük spinli hale dönüşür ve Fe(II) iyonu
biraz büzülür ve düzlemin içine girer.
2. Hemoglobinle Oksijen Taşınması
Oksijenin Taşınması: Oksijen kanda oksihemoglobin halinde taşınır. Çok az bir kısmı
kan plazmasında çözünmüş olarak taşınır. (% 2 kadar). Akciğerlerde kana geçen O2,
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
alyuvarlardaki hemoglobinle birleşip oksihemoglobini oluşturur.
Hb + O2 => Hb O2(Oksihemoglobin) Doku kılcallarında hemoglobinden ayrılıp doku
sıvısına, oradan da difüzyonla hücrelere geçer.
Karbondioksitin Taşınması: Hücrelerde oluşan CO2, doku sıvısına geçip difüzyonla
kılcal damarlara geçer. Normal olarak CO2, kanda çok az erir ve az bir kısmı kan plazması ile
taşınır. Büyük bir kısmı ise alyuvarlara girer. Alyuvarlarda karbonik anhidraz enziminin
katalizlemesi sonucu CO2, su ile birleşerek karbonik asiti oluşturur.
Karbonik asit (H2CO3), iyonlaşarak H+ ve HCO3
-(bikarbonat) iyonu meydana getirir. H
+
iyonu alyuvarlarda hemoglobinle, birleşerek HCO3- iyonları ise plazmada taşınarak akciğer
kılcallarına getirilir.
Akciğer kılcallarında HCO3- iyonları tekrar alyuvarlara girerek H+ iyonları ile birleşir ve
H2CO3 (karbonik asit) oluşturur. Yine karbonik anhidraz enziminin etkisiyle, karbonik asit,
H2O ve CO2 e ayrışır. Böylece serbest kalan CO2 difüzyonla önce plazmaya, oradan da
akciğer alveollerine geçer ve soluk verme ile dışarı atılır.
Karbondioksitin Taşınması: Hücrelerde oluşan CO2, doku sıvısına geçip difüzyonla kılcal
damarlara geçer. Normal olarak CO2, kanda çok az erir ve az bir kısmı kan plazması ile
taşınır. Büyük bir kısmı ise alyuvarlara girer. Alyuvarlarda karbonik anhidraz enziminin
katalizlemesi sonucu CO2, su ile birleşerek karbonik asiti oluşturur.
Karbonik asit (H2CO3), iyonlaşarak H+ ve HCO3
-(bikarbonat) iyonu meydana getirir. H
+
iyonu alyuvarlarda hemoglobinle, birleşerek HCO3- iyonları ise plazmada taşınarak akciğer
kılcallarına getirilir.
Akciğer kılcallarında HCO3- iyonları tekrar alyuvarlara girerek H+ iyonları ile birleşir ve
H2CO3 (karbonik asit) oluşturur. Yine karbonik anhidraz enziminin etkisiyle, karbonik asit,
H2O ve CO2 e ayrışır. Böylece serbest kalan CO2 difüzyonla önce plazmaya, oradan da
akciğer alveollerine geçer ve soluk verme ile dışarı atılır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
9.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Oksijen Bağlanmasının Kobalt İçeren Modelleri
2. Demir İçeren Model O2 Taşıyıcılar
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Oksijen Bağlanmasının Kobalt İçeren Modelleri
O2 ‘nın metal kompleksleriyle etkileşimi üzerinde gerçekleştirilen çoğu araştırmacının
amacı oksijen taşıyıcıların işlevini anlamaktır. Sonular O2’nın yükseltgen olarak davrandığını
göstermiştir.d –blok metalleri arasında O2 bağlayan en iyi element kobalttır.
Fe(II) kompleksleri gibi Co(II) kompleksleri de O2 aktarımı yoluyla tepkimeye girer:
[LCo]2+
+O2 =[LCo3+
O2 -]
Ürün formal olarak süperoksit iyonunun Cu(III) kompleksidir. İkinci bir
Co(II)kompleksi ile kolayca tepkimeye girerek peroksit iyonu köprüsü içeren bir bir
kompleks oluşturur:
[LCo3+
O2 - ]+ [LCo]
2+=
[LCo
3+-(O2
2_ ) _Co
3+L]
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Bu yapının 1.47 Ao
O-O bağ uzunluğunun tipik peroksit bağ uzunluğu olan 1.49 Ao ‘
ye oldukça yakındır
Salen ( Schiff bazı ligandı) gibi ligantlar ve pridin gibi bazdan oluşan Co (III)
kompleksleri, O2 ile Mb veya Hb’nin tepkimelerini andıran hızlı, tersinir tepkime verir
Bir önceki slaytta ki [Co(salen)(py)] kompleksinin bir X-ışını incelemesi O-O bağ
uzunluğunu 1.26 A0 vermektedir ki, bu O2 (1.21 A
0) ve O2
- (1.34 A
0) için bilinen değerler
arasındadır. EPR spektrumları,59
Co çekirdeği ile etkileşen bir çiftlenmemiş elektron
göstermektedir. Yüksek spinli bir d7 kompleksinde üç çiftlenmemiş elektron olacağından
elektron olacağından elektron Co(II) atomu üzerinde bulunamaz ve benzer özelliklere sahip
ligantların kompleksleri üzerindeki incelemeler ligant alanın, kompleksi düşük spinli (yani bir
çiftlenmemiş elektronlu) olmaya zorlayacak kadar güçlü olmadağını ortaya koymuştur. EPR
aşırı ince kenetlenme sabitlerinin yorumu düşük spinli bir dizi d7 desteklemektedir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Bu gözlemler, bir O2- ligandının düşük spinli bir d
6 Co(III) merkezine bağlanmış olabileceğini
göstermektedir.
Co’ a O2 bağlanması için başka bir öneri, O2 nin potansiyel karakterini göz önüne alan uzun
O-O bağına dayanır. Öneri, O2 nın bir bağ oluşturmak üzere bir elektron çifti verdiği ve O2
nin orbitallerinin Co ın dxz ve dyz orbitallerinden elektron aldığı yöndedir. Böyle bir geri
bağlanma, O-O bağını zayıflatır ve uzatır. O2 ye trans konumdaki ligandın alıcı karakteri,
sistemine elektron sağlamada bir yarış başlatarak büyük ölçekli bir etki oluşturacaktır.
2. Demir İçeren Model O2 Taşıyıcılar
O2-içeren demir–porfirin modellerinin sentezi için ilk girişimler, demir atomları arasında
µ-O köprüsüne sahip yükseltgenmiş porfirin dimerlerinin oluşumuyla sonuçsuz kaldı. Bu
güçlük µ-O dimer oluşumuna direnç gösterecek ve böylece tersinir O2 koordinasyonu
sağlayacak sübstitüye porfirinlerin sentezine yol açtı.
Dimer oluşumunun sterik engellenmesi, koruma çitli porfirinler adı verilen
moleküllerde düzlemsel halkanın bir tarafını bloke eden çit gruplar tarafından başarılır. N-
alkilimidazol gibi hacimli bir ligandın koordinasyonu ancak engellenmiş taraftan
olasıdır.İmidazol (Im), kendisine trans konumdaki bir alıcının koordinasyonunu kolaylaştıran
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
bir vericidir. Komplekse O2 ile bağlanma konusunda Mb ye benzer sekilde bir yatkınlık sağlar
ve bloke edici sübstitüentler O2 için bir cep oluşturup [Fe (porph)(Im)2 ] oluşumunu engeller.
Koruyucular aynı zamanda ikinci bir Fe merkezi ile tepkimeyi önleyip etkisiz µ-O2 türleri
oluşmasına olanak tanımaz.
Çitli porfirin yapısı Mb ve Hb oksijen komplekslerinin yapısı konusunda yol
göstericidir. Kompleksin diyamagnetik oluşu (düşük spinli) tekli O2 Fe(II) kompleksinin
düşük spin d6
yapısında olduğunun belirtisi olarak düşünülebilir; bu durum Fe yükseltgenmesi
ve O2 indirgenmesinin Co kompleksindekiler kadar önemli olmadığına işaret eder. Ancak
1107 cm-1
deki O-O gerilim titreşimleri O2 nin 1150 cm-1
deki değerinden çok O2- nin 1145
cm-1
değerine yakındır. Bu fark bir ½ spin iyonu O2- ile yine bir -½ spin iyonu olan düşük
spinli Fe+3
ün bileşimini önerir. Kompleks için gözlenen düşük spin karakteri Fe(III) ve O2-
nin spin çiftleşmesinden kaynaklanabilir; bu durumda kompleks kobalt model bileşiklerine
benzer olacaktır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Böylece bir olasılığın gerçekliği sentezi başarılan bir oksijen d3
Cr(III) porfirin
kompleksinde sadece iki çiftlenmemiş elektronun bulunması şeklindeki gözlemle de
vurgulanabilir.d3 Cr(III) üç çiftlenmemiş elektron taşıdığından gözlenen spin için tek
açıklama O2- den bir elektron ile spin çiftlenmesidir. Bu çelişen belirtiler merkezi metal iyonu
ve liganda belirli yükler atfetmenin bir defa daha aşırı basitleştirme anlamına geldiğini
gösterir.
KOOPERATİFLİK
Hemoglobinin işlevi akciğer dokularında karşılaşılan yüksek oksijen kısmi basınçlarında
O2 yi bağlama kanda herhangi bir kayba uğramaksızın taşıma ve hücre dokularında
miyoglobine devretmedir. Bu adımlar gerçekte de gözlendiği gibi düşük kısmi basınçlarda Mb
nin Hb den daha yüksek oksijen ilgisine sahip olmasını gerektirir.
Mb + O2 = MbO2
[MbO2]/[Mb]p
œ=[ MbO2 ] /[Mb]+[MbO2 ]
Burada p oksijenin kısmi basıncıdır. Kısmi oksijen doygunluğu oranı (œ) MbO2
şeklindeki Mb derişiminin toplam Mb derişimine oranıdır.
Denge ifadesi şu sekle dönüşür:
œ=Kp/1+Kp
œ nın oksijen kısmi basıncına bağlılığı p ye göre değişir.
Bağlanmanın diğer bir özelliği ise bir asit grubu olmasına rağmen Hb tarafından O2
bağlanması pH a bağlıdır ve düşük pH larda daha fazla O2 nın serbest bırakıldığı
gözlenir. Böylece metabolizma etkin olmakta ve pH yı düşüren CO2 derişiminin arttığı
durumlarda O2 hücrede daha serbest hale geçer. Son bir ayrıntı olarak Hb proteinine
hem konumundan çok uzaklarda organik fosfatların bağlanması da O2 bağlanmasını
etkiler.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Mb ve Hb arasındaki yapısal fark:
Mb nin sadece tek bir hem grubundan
Hb nın ise dört hem grubu ile Mb nin bir tetrameri olmasıdır. Bu fark yaşamsal
önemdedir,zira Hb dört heme biriminin birlikte O2 bağlanmasına yol açar; Hb ye bir
O2 bağlandığı zaman bundan sonra O2 moleküllerinin bağlanma ilgisi daha yüksektir
Kooperatif etkinliğin kaynağı Hb nin kristal yapısını belirleyen M.F.Perutz tarafından
önerilmiş ve Hb deki bir Fe atomu oksijenlenmesinin komşularda yapısal değişimlere
yol açtığı belirtilmiştir.porfirin düzleminin 0.4 A0 üzerinde yer alan yüksek spinli
Fe(II) atomu O2 ile koordinasyon bağı yaptığı zaman düşük spine dönüşür düzlemin
içine girer ve proteinin histidin ucunu da birlikte çeker. Bunun sonucunda proteinin
şekli değişir ve diğer konumların bağlanma özellikleri değişir. pH ve fosfata
bağımlılık metal atomuna nispeten uzak noktalardan kaynaklanan konformasyonal
etkilere atfedilir. Bu son değişiklik yapıların uzak noktaların etkisine duyarlılığını bir
kez daha vurgular.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
10.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Asit Katalizi İşleten Enzimler
2. Demir-Kükürt Proteinleri ve Hem Dışı Demir
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Asit Katalizi İşleten Enzimler
Bir metalloenzimdeki metal iyonu, çözeltide küçük bir kompleksin parçası olarak
yüklenemeyeceği bazı görevleri üstlenebilir. Zn2+
iyonu biyokimyasal sistemlerde yaygın
olarak bulunan bir lewis asididir ve yine +2 değerlikli küçük iyonlar Mg2+
ve Cu2+
yerine
niçin çinko kullanıldığı da araştırılması gereken ilginç bir konudur.
Bu iyonlar arasındaki bir fark Zn2+
nın Mg2+
dan daha yumuşak bir alıcı olması ve böylece
Zn2+
nın biyomoleküllere karşı daha kuvvetli lewis asidi özelliği göstermesidir.
KARBONİK ANHİDRAZ
Zn2+
içeren karbonik anhidraz enzimi hidralaz ailesinin bir temsilcisidir.
Karbonik anhidraz CO2 in basit ve önemli hidrasyon-dehidrasyon dengesinin
katalizinde görev alır:
Karbonik anhidraz, hidrolitik enzim takımlarından biridir; diğer ikisi proteinlerden
amino asitlerin uzaklaştırılmasını sağlayan karboksi peptitaz ve bir fosfat ester
katalizörü olan alkali fosfatazdır.
Karbonik anhidrazın bazı değişik izozimlerinin kristal yapıları kinetik inhibitör
varlığında belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar Zn2+
nın dört koordinasyonlu bir
çevreye sahip olduğunu ve bunların üçünün üç histidindeki imidazol azot ligantları ve
dördüncüsünün bir su molekülü veya hidroksit iyonu olduğunu göstermiştir.
CO2 hidrasyon dengesinin ileri ve geri yöndeki tepkimelerinin hızları yükselen pH ile
artar. Bu gözlem, H2O ligandının CO2 e karşı nükleofil olarak davranan çinkoya
koordine olmuş OH- ligandı ile hızla yer değiştirdiği önerisine yol açmıştır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Önerilen bu mekanizma, CO2 bağlanmasının önerilen konumuna bitişik bir hidrofobik
cep varlığını gösteren karbonik anhidrazın X ışını kristal yapısına dayanır. Bunun
ötesinde inhibe edilmiş bir enzim ile CO2 in ilk birleşmesinde CO2 in hidrofobik
bölgede tutulduğu, IR spektrumlarınca da gösterilmektedir.
Karbonik anhidraz tarafından CO2 in hızlı hidrasyon/dehidrasyonunun Zn2+
yanındaki
hidrofobik bölgede olduğu görülmektedir.
KARBOKSİPEPTİTAZLAR
Karboksipeptitazlar çinko içeren diğer bir enzim grubudur. Bunların işlevi
proteinlerdeki peptit bağlarının katalitik hidrolizidir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Çok çalışılmış bir örnek olan bovin karboksipeptitaz A, bir Zn2+
ya bağlı olan tek bir
polipeptit zincirinden oluşur. X ışını kristal yapısı Zn2+
iyonunun koordinasyon çevresini
gösterir.
Daha kapsamlı incelenmiş karbonik anhidrazda olduğu gibi, Zn2+
ya suyun
koordinasyonu H2O ve OH-
nükleofili arasındaki dengeleşme hızını arttırabilir. Seçenek
olarak, bir lewis asidi gibi davranan Zn2+
peptit karbonil grubuna koordine olarak C atomu
üzerindeki elektron yoğunluğunu azaltıp hidrolizi arttırabilir.
Proteinlerin karboksipeptitaz tarafından katalizlenen hidrolitik parçalanması için lewis
asidi ve hidrokso mekanizmalarının her ikisi de mümkün görülmektedir.
REDOKS KATALİZÖRÜ
İlk birincil enerji dönüşüm süreci olan fotosentez ve solunum redoks tepkimeleri
içerdiğinden, yükseltgenme ve indirgenmeyi katalizleyen enzimlerin çok önemli metabolik rol
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
oynamalarının gerektiği açıktır. Böyle tepkimeler elektron aktarımı, atom aktarımı veya grup
aktarımı yoluyla olabilir. Metalloenzimler bu yolların üçünde de işlev gösterebilir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
2. Demir-Kükürt Proteinleri ve Hem Dışı Demir
Hb ve Mb deki demirin porfirin ligant çevresi redoks enzimlerinde de önemlidir. Bundan
dolayı biyokimyaca önemli hem proteinlerinin büyük bir sınıfında demir bir porfirin ligandına
koordinedir. Diğer bütün demir proteinler hem dışı olarak tanımlanır. Demiri dört S atomunun
oluşturduğu düzgün dörtyüzlü bir çevrede içerenler özellikle önemlidir.
Bunlar 0,0 ile -0,5 V arasında indirgeme potansiyeli gösterir ve NAD nin NADH a ve N2
nin NH3 e indirgenmesine katılır; asidik çözeltilerden H2 üretebilir.
Demir kükürt proteinlerde bir veya daha fazla Fe atomu etkin uçlarda bulunabilir. Örneğin
sisteinden RS- nin oluştuğu düzgün dörtyüzlü çevrede izole haldeki Fe atomu,
S2-
köprü oluşturucu atomlar ile yapılmış iki Fe atom kümeleri,
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Ve model yapı gösterilen 4Fe, 4S ferrodoksindir.
Doğal Fe-S kümelerine model olabilecek bileşiklerin sentezi ve yapılarının
araştırılması anorganik kimyanın etkin bir alanıdır. Örneğin FeCl3, NaOCH3, NaHS ve
benziltiyolün metanolde tepkimeye girerek [Fe4S4(SCH2Ph)4]2-
oluşturdukları
bulunmuştur. Manyetik geçirgenliği, elektronik spektrumu, redoks özellikleri ve 57Fe
spektrumu ferrodoksinlerininkinin aynıdır.
Fe4S4 gibi demir-kükürt kümeleri, bitki ve hayvanlardaki enzimlerde katalitik redoks
konumları sağlar; ayrıca yük delokalizasyonun varlığını gösteren yapay modeller
hazırlanmıştır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
11.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Asit Katalizi Enzilmler
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Asit Katalizi Enzilmler
Sulu ortamda metal iyonlarının Brönsted ve Lewis asitliklerinin merkezi metalin
değerliğindeki artışa paralel olarak artar.
Bu temel özellik, metalloenzimlerde ya metalloenzimin metal iyonunun kendisinin Lewis
asitliği yoluyla asit katalizörü olarak etki etmesi, yada bir ligandın metal iyonuna
koordinasyonu sonucunda artan asitliği şeklinde ortaya çıkan Brönsted asitliği şeklinde
kullanılmıştır.
Bir metalloenzim deki metal iyonu, çözeltide küçük bir kompleksin parçası olarak
yüklenemeyeceği bazı görevleri üstlenebilir.
Örneğin, enzimin etkin ucu hidratasyonun kesintiye uğraması veya çözelti geçişinin
kontrol altına alınması yoluyla ana su kitlesinden koruna bilir.
Bu özelliklerin bir bölümü Hb yoluyla oksijen taşınımında anlatılmış bulunmaktadır.
Zn2+
iyonu biyokimyasal sistemlerde yaygın olarak bulunan bir Lewis asididir ve yine +2
değerlikli küçük iyonlar Mg2+
ve Cu2+
yerine niçin çinko kullanıldığını da araştırılması
gereken ilginç bir konudur.
Bu iyonlar arasındaki bir fark Zn2+
nın Mg2+
dan daha yumuşak bir alıcı olması ve
böylece Zn2+
nın biyomoleküllere karşı daha kuvvetli Lewis asidi özelliği göstermesidir.
Cu2+
iyonu da yumuşaktır; ancak çinkodan farklı olarak bakırın +1 yükseltgenme
basamağına geçebilmesi davranışlarını karmaşıklaştıracak redoks tepkimelerine yol açacaktır.
Diğer bir nokta kataliz olayının genel olarak atomların yeni düzenlenmesini
gerektirmesidir.
Hızlı tepkimeler, ligantları yapısal olarak etkilerken hızlı bir şekilde ligant alınmasını ve
serbest bırakılmasını sağlayan metal iyonunun özelliğidir
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Gerçekten Zn2+
kompleksleri, Mg2+
ve Ni2+
ninkilere oranla daha oynaktır. Buna ek olarak
geometrik düzenleme (devirgen davranışın bir yönü olarak) çinko kompleksleri için genellikle
kolay iken, bunlara karşılık olabilecek Mg 2+
ve Cu2+
kompleksleri için değildir.
Biyokimyasal sistemlerde kullanılmak üzere Zn2+
ile yarışabilecek tek iyon Cd2+
dır, fakat
kadmiyum çinkodan daha nadir bulunan bir elementtir ve bu mekanizmalara katılabilecek
kadar bulunamaz.Çinkonun özgün nitelikleri Çizelge 19.5 te özetlenmiştir.
19.4 Karbonik anhidraz
Şimdi Zn2+
içeren enzim karbonik anhidraza dönelim, zira bu iyi tanımlanmış ve önemli
hidralaz ailesinin bir temsilcisidir ( Bkz. Çizelge 19.2 ) Karbonik anhidraz CO2 in basit ve
önemli hidrasyon-dehidrasyon dengesinin katalizinde görev alır.
CO2 (aq) + H2O(s) H2CO3 (aq)
Pekçok enzim mekanizmasında olduğu gibi doğru yolun bulunması güçtür ve zekice
anlam çıkarmaya bağlıdır; emin olmak için birden fazla olasılık değerlendirilmelidir.
Çinko(II) içeren enzimler izozimler veya genetik açıdan belirgin şekillerde bulunur ve I-VII
Romen rakamları ile imgelenir.
Karbonik anhidraz, hidrolitik enzim takımlarından biridir; diğer ikisi proteinlerden amino
asitlerin uzaklaştırılmasını sağlayan karboksi peptitaz ve bir fosfat ester katalizorü olan alkali
fosfatazdır.
Çizelge 19.5 Çinkonun özgün nitelikleri şunlardır:
1. Ni, Cd, Fe ve Cu dan daha kolay bulunur.
2. Mn(II) ve Fe(II) den daha kuvvetli kompleks oluşturur.
3. Ni(II) ve Mg(II) den daha hızlı ligant değişimi yapar.
4. Cu(II), Fe(II), Mn(II) ye oranla redoks etkin değil.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
5. Ni(II) ve Mg(II) den daha esnek koordinasyon geometrisine sahip.
6. İyi Lewis asidi; M2+
iyonlarınında yalnız Cu(II) daha kuvvetlidir.
Karbonik anhidrazın tanımlanmasını gerçekleştirmek için çok değişik araçlardan
yararlanılmıştır. Karbonik anhidrazin bazı değişik izozimlerinin kristal yapıları kinetik
inhibitör varlığında belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar Zn2+
nın dört koordinasyonlu bir
çevreye sahip olduğunu ve bunların üçünün üç histidindeki imidazol azot ligantları ve
dördüncüsünün bir su molekülü veya hidroksit iyonu olduğunu göstermiştir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
12.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Azot Bağlanması
2. Fotosentez
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Azot Bağlanması
Bölüm 11.2 de H2 ile N2 nin NH3 üretmek üzere yüksek sıcaklık ve yüksek basınçda
katalizlenen tepkimesi anlatılmıştı. Yüksek basınç ve yüksek sıcaklık uygulamaksızın doğa,
çok daha farklı ve gelişmiş bir yoldan biyolojik ortamda NH3
oluşturmayı başarır. Doğa tarafından kullanılan indirgeme aracı ATP dir ve indirgeme yarı
tepkimesi şöyle gösterilebilir:
N2 + 16 MgATP + 8 e-+ 8 H+ -7 NH3 + 16 MgADP + 16 P;+ H2
Burada Pj, anorganik fosfattır. Bu süreç muhtemelen yüksek basınç ve yüksek sıcaklık
endüstriyel Haber süreci kadar etkin değildir, çünkü biyolojik sistem hidrojen üretimi için ve
oldukça indirgen biyolojik sistemi atmosferik oksijenden korumak için önemli ölçüde enerji
harcar. Ancak ilginç olan, sürecin oda sıcaklığında ve basıncında çeşitli baklagillerin kök
modüllerinde yaşayan Rhizobium organizmalarında (örneğin yonca, ADP ATP alfalfa,
fasulye ve bezelyelerde) olduğu gibi bazı bakterilerde ve mavi-yeşil deniz yosunlarında
meydana gelmesidir. Nitrogenaz enzim, bu tepkimeyi esas olarak oksijensiz
ortamlarda yürütür. Enzimin çözdüğü problem, N=N molekülünün çok asal özelliğinin
aşılmasıdır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
N2 indirgenmesinin gerçekleştiği Mo-Fe-S kümesinin X-ışını yapısı bir açık konum
taşır. Bu kümenin daha fazla indirgenmiş olması halinde N2 nin merkezi boşlukla
birleşebileceği ve bundan sonra indirgenme ve yükseltgenmeye uğrayacağı konusunda
spekülasyon yapılmaktadır. Bu süreç hakkında ayrıntılı bilgi sahibi olmaktan çok uzağız
veya hatta N2 nin daha önce hiç karşılaşılmadığı şekilde böyle bağlanıp bağlanmadığını da
bilmiyoruz; fakat yeni yapısal veriler etkin uç için mevcut olanlardan daha belirgin bir
model sunmaktadır.
Anorganik kimyada diazot kompleksieri çok iyi bilinmektedir (Bölüm 11.2), fakat
bunlar önerilen biyolojik yapıdan oldukça farklıdır. Kuvvetli bir asit varlığında bazı anorganik
kompleksierde N2, proton etkisiyle amonyum iyonlarına indirgenir:
19 [Mo(PR3)(N2)2] + 8H+ -7 2 NH/ + N2 + Mo (VI) + ...
Çoklu metal bağlanma konumlannın N2 indirgenmesini sağladığı görüşü
organometalik kimyada yankı bulmuş ve izoelektronik CO molekülünün metal kümeleri
tarafından proton etkisiyle indirgendiği gösterilmiştir.
Nitrogenaz enziminde bir molibden-dem ir-kükürt kümesi N2 yi NH4 + ya indirger.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
2. Fotosentez
Fotosistem II nin işlevleri
Fotosentetik süreç için enerji, bir magnezyum dihidroporfinin kompleksi (18) olan
magnezyum makrohalkası klorofil a, tarafından güneş ışığından soğurulur. Foto uyarmadan
sonra PSII bir demir-kükürt kompleksi için indirgenme aracı olarak davranabilir ve burada
elektronlar CO2 e aktarılır. Elektron-aktarım adımından sonra kalan psn nin yükseltgenmiş
şekli sulu O2 ye yükseltgemeye yetecek kuvvette değildir. psn "nin indirgenmiş haline
dönüşümü, bazı demir esaslı redoks çiftlerini ve plastokinon adı verilen kinonu da içeren bir
dizi ardarda ara bileşikler yoluyla iki ADP molekülünün iki ATP molekülüne
dönüştürülmesinde kullanılır.
Klorofil a, PSll’nin O2 üretimi için kullandığı ışık enerjisini toplar.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
PSII nin önerilen yapıları ve mekanizması
Başlangıç soğurması klorofil Q bandının tekli temel halden tekli uyarılmış hale
uyarılmasına karşılık gelir CO Çözeltide izole klorofil molekülleri hızla sistemiçi
daha düşük enerjili spin üçlüsüne eQ) geçiş gösterir ve çözeltide molekülün
fotokimyasal elektron aktarım tepkimesi için bu hal sorumludur, Bunun trersine, PS
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
tepkime merkezi sistemiçi geçişi kısadevre yapıp bir elektronu anında iQ den klorofile
komşu kloroplasttaki elektron alıcılara aktarır. Burada tekrar üç boyutlu yerleşim
düzeninin biyokimyadaki anahtar rolünü görüyoruz, Böyle bir tepkimenin basitleştirilmiş
modeli floresans özellik gösteren porfırin-amit-kinon molekülü (19) kullanılarak
gözlenmiş ve porfirinin tekli halinden kinona yük aktarımı üçlü hale geçişe göre i 04 kat
hızlı olduğu bulunmuştur.
Klorofil ışık soğurur ve soğurulan enerji bir tepkime merkezine aktarılır,
d) Tepkime merkezi düzenlenmesi
Moleküllerdeki üç boyutlu düzenleme, tekli uyarılmış halin enerjisini hızlı bir şekilde
(10 ps içerisinde) aktarımını sağlar. Tekli hal, üçlüden daha yüksek enerjilidir ve onun
kullanılması enerji etkinliğinde artışa yol açar; sistemiçi üçlü hale geçiş ısı şeklinde enerji
kaybına neden olur. Bu adımda üç boyutlu akıllı düzenlemeler, başka bir yaşamsal rol
üstlenir, Enerji depolayan tepkimelerin ürünleri, geri dönüp yeniden tepkenleri oluşturabilir
ve böylece enerjiyi boşa harcayabilir; ancak sistem öyle organize olmuştur ki, elektronlar
tepkime adımları boyunca ters tepkimelerin olabileceğinden çok daha hızlı aktarılır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Tıptaki Metaller
Biyokimyasal sistemlerde metal iyonlarının çok çeşitliliğine bakıldığında, kalsiyum,
demir, çinko ve bakır gibi bazı elementlerin günlük alımına katkı sağlamak üzere bazı
metallerin verilmesi mantıklıdır. Tedavi amacıyla anorganik bileşiklerin kullanımı
uzun süredir devam edegelen bir gelenektir.
Fotosentez
Basit kare düzlem pt(ll) kompleksi cis-[PtCI2(NH3)2] nin bakteriyel bölünmeyi
durdurması gözlemine dayanarak bir dizi yeni antitümör tedavi araçları geliştirildi. Bu
gözlem, tümör hücrelerinin hızla bölünmesinin platin kompleksierince
durdurulabileceği görüşüne yol açmıştır. 26 Tıp çevrelerinde cisplatin olarak
adlandırılan platin kompleksi hızlı gelişen tümörün DNA sına saldırır. Testicular
kansere karşı çok etkindir. Cisplatin kullanılmadan önce bu kanserden%5 olan yaşama
şansı, şimdi cisplatin tedavisiyle %80 in üzerine çıkarılmıştır. Bu başarı, platin
kemoterapisinin etkinliğini arttırmak ve genişletınek amacıyla çok sayıda platin(II) ve
platin(IV) kompleksinin denenmesine yol açmıştır.
Diğer anorganik tedavi araçları peptik ülser ve gastrit için bizmut bileşikleri ve artrit
için altın bileşikleridir.
Galyum nitratın [Ga(N03)3] kanser hastalarında kemikten hızlı kalsiyum kaybına yol
açan hiperkalsemiyaya karşı etkin olduğu bulunmuştur.
İlaçlardaki metal sistemleri antitümör etkili kare düzlem cis-Pt(II) komplekslerini,
kalsiyum kaybını azaltmak için galyum nitratı ve artrit için altın bileşiklerini içerir
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
13.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Stokrom P-450 Enzimleri
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Stokrom P-450 Enzimleri
˝Sitokrom P-450˝,oksijenin bir hidrokarbon türü maddeye katılmasını katalizleyen demir
porfirin etkin uçlarına sahip bir enzim ailesini tanımlar. ˝P-450˝ ifadesi porfirinin mavi-yakın
morötesi bölgedeki özgün soğurma bandının konumundan kaynaklanmaktadır; bant ˝Soret
bandı˝ olarak adlandırılır; bu moleküllerin karbonil komplekslerinde kırmızıya doğru bir
kayma ile 450 nm de görülür.bu tepkime sınıfının en önemli temsilcisi katılma tepkimesidir.
R-H+1/2O2 R-O-H
Olasılıkla bir atom aktarım mekanizmasına göre oluşan bir tür redoks tepkimesi olan
O nun R-H ya sokulması, ilaçlar, stereoit başlangıç maddeleri ve pestisidler ğibi hidrofobik
bileşiklere karşı vücut savunmasının bir kısmıdır.RH ın R-OH a hidroksillenmesi hedef
bileşiğin suda çözünürlüğünü artırarak eliminasyonuna yardımcı olur.
Çevrim 19.2, P-450 için önerilen katalitik çevrimi göstermektedir. Dizi, demirin
dinlenme hali Fe(II) şeklinde bulunduğu enzim (a) ile başlar.Hidrokarbon tepkeni (b) de
bağlanır, bunu (c)yi oluşturan demir porfirine bir elektron aktarımı izler.Bu Fe(II) kompleksi
bağlı gurupla birlikte 02 bağlama yönünde (e) ye ilerler.
Çevrimin bu noktasında; CO ile rakip tepkime kolayca tanımlanabilen (d) yi verir ve
bu da enzime ismini veren 450 nm deki soğurmadan sorumludur.) Anahtar bir tepkime
oksijen kompleksi (e) porfirin halkasının ikinci bir elektron tarafından indirgenip halka
radikal anyonunu oluşturmasıdır. İki H+ iyonunun alınması Fe(IV) akua kompleksi (f) yi
meydana getirir ve bu konumuna H2O molekülünün alınması çevrimi yeniden başlangıç
noktasına getirir. Bu çevrimin anahtarı Fe(IV) akua kompleksi (f) nin oluşmasıdır.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
(a)- Etkin Ucun Yapısı
Proteinin amino asit dizini heme grubu ve Fe atomu çevresinde katlanmış bir yapı
oluşturarak çözeltiden perdelenmiş ve düşük geçirgenliğe sahip bir çevre meydana getirir.
Hidrokarbon bunun hemen yanına bağlanmıştır ve saldırıya uğrayacak C-H bağı Fe den
hemen hemen 5 Å uzaklıktadır. Oksijen bağlanacak uca trans konumunda Fe atomu
üzerindeki ligant sistein grubunun bir tiyolat yan zinciridir(14). O2 koordine olduğundan, O2
molekülünün dış ucu çözeltide yer alır, fakat hidrokarbon cep içerisinde enzime bağlıdır.
P-450 nin etkin ucundaki demir atomu hidrokarbon sübstitüentlerce perdelenir, fakat
O2 sulu faz ile temastadır.
(b)- Oksijenleme Mekanizması
P-450 tarafından tam oksijenleme mekanizması yoğun bir araştırma konusudur. İki
olasılığın varlığı düşünülmekte olup,birisi C-H bağına saldırabilecek oksijen radikal türlerinin
oluşumunu, diğeri O atomunun C-H bağına aktarımını içerir. Bir organik bileşiğin Fe(IV) O
tarafından yükseltgenmesine örnek olacak anorganik öncü tepkimeler bulunmamaktadır ve P-
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
450 tepkime mekanizması üzerindeki mevcut tartışmalar mutlaka anorganik kimyacılarca
bilinen olası yükseltgenme tepkimeleri alanını genişletecektir. Bir radikal mekanizma önerisi
bazı klasik olmayan özellikleri gerekli kılar. Radikal yükseltgenmeler genellikle seçici ve
stereospesifik değildir; P-450 yükseltgenmeleri oldukça seçicidir ve kiral gurupların optik
etkinliğini korur.
Bir artı oksijen merkezinin C-H bağı üzerine hücumu ile oksijenlemenin başarıldığı
önerisi, bir enzim mekanizmasını açıklamak üzere önerilen özgün bir mekanizma örneğidir.
Stereokimyasal konfigürasyonun korunması ve bağlı grupta O atomunun C-H bağına
yaklaşımını engelleyecek gruplar bulunması halinde tepkinliğin azalması bunu desteklyen
verilerdir. Etkin olarak nötr O biriminin aktarımı, demir porfirini Fe(IV) den Fe(III) e
indirgerken organik grubu yükseltger.
Bu yoldan S atomunun rolü S-Fe-O parçasının atomik orbitalleri üzerinde dikkatleri
odaklayarak molekül orbital terimleriyle ifade edilebilir. Dikkatimizi kükürt 3pz, demir
3dz2,3dzx,3dyz, ve oksijen 2p orbitalleri üzerinde sınırlarsak, şekil 19.15 de görülen orbital
şemasını elde ederiz. Bu parçadaki 13 elektron bağyapan orbitalleri, zayıf bağakarşı 3σ
orbitalindedir. Kompleksteki demirin yüksek formal yükseltgenme sayısı, kolayca polarize
olabilen S atomundan 2σ ve 3σ orbitallerine önemli ölçüde yük aktarımı yoluyla kararlılığın
arttırılması seklinde açıklanabilir. trans S atomunun özel görevi,Fe atomu üzerindeki yükün
denetlenmesi yoluyla O atomunun aktarılabilmesidir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
UYGULAMA
Örnek 19.5
Bir metalloenzim elektron dizilişinin irdelenmesi P-450 deki Fe=O yükseltgenme
merkezi porfirinin de bir elektronla yükseltgendiği bir Fe(IV) kompleksi olarak tanımlanır.
Böyle bir resim,maddenin 57Fe Mösöbauer spekturumunca da desteklenir.15 Kompleksin
manyetik geçirgenliği üç çiftlenmemiş elektron bulunduğunu gösterir.Bunlar hangi
orbitallerde bulunabilir?
Yanıt:
Fe(IV) yükseltgenme hali bir d4 dizilişine karşılık verir. Kuvvetli bir alanda yaklaşık
düzgün sekizyüzlü bir çevrede iki çiftlenmemeiş elektrona sahip t42g olmalıdır(15). Metal
iyonu üçlü haldedir (S=1). Porfirin halkasının yükseltgenmesi п HOMO düzeyinden bir
elektron kopararak orada çiftlenmemiş elektron bırakır. Bu diziliş yükseltgenmiş serbest
ligandın ikili hali olarak düşünülebilir.
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
BİYOİNORGANİK KİMYA
14.HAFTA
2012
Biyoinorganik Kimya
Prof. Dr. Hamdi TEMEL
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
İÇİNDEKİLER
Biyoinorganik Kimya
1. Koenzim B12
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
1. Koenzim B12
Çeşitli biyokimyasal ortamlardaki olaylara katılan lityum, brom ve iyodun da önünde
olarak kobalt yer kabuğunda en çok bulunan 30. elementir; ancak bilinen tek kobalt içeren
biokimyasal çevre koenzim B12 dir ve burada kobalt beş azot atomu ile bir adenosin
ligandının karbon atomuna bağladır(16). Bu moleküldeki karbon- kobalt bağı, koenzim B12
yi biyolojik organometalik bileşiklerin ilk örneği yapar. Yakın benzerlikler taşıyan vitamin
B12 adenosin yerinde bir siyano ligandı taşır ve kobalta bağlı başka organik gruplarla da
karşılaşır.
Kobalamin ismi bu B12 türevleri sınıfı için kullanılır. Vitamin ilk olarak 1929 da
karaciğer özütlerinde bulunmuş ve daha sonra vitamin B12 veya koenzim B12 eksikliğinin
insanlarda öldürücü bir anemi türüne yol açtığı gözlenmiştir. Co-CN bağı, vitaminin X-ışını
tek kristal beirlemesinde ortaya çıkarılmıştır. Bu gözlem otomatik X-ışını difraktometrelerin
İn ve yüksek hızlı bilgisayarların bulunmadığı bir zamanda çok büyük bir başarı olrak kabul
edilmiş ve Dorathy Hodgding’e 1964 Nobel kazandırmıştır.16 bu ilginç yapıya ek olarak,
koenzim B12 aşağıda anlatıldığı şekilde olağan dışı çok amaçlı bir kimya ortaya koyar.
Çizelge 19.7 deki tepkimeler koenzim B12 nin kimyasal işlevliğini gösterir, zira sulu
ortamda yer almasına karşın özel ligant çevresi kobaltın üç yükseltgenme basamağında da
bulunabilmesine olanak sağlar. Enzimin Co(III) hali yükseltgen ve elektrofiliktir. Bundan
dolayı Co(III) kolayca Co(II) ye indirgenir
DİCLE ÜNİVERSİTESİ UZAKTAN EĞİTİM UYGULAMA VE ARAŞTIRMA MERKEZİ AİLE DANIŞMANLIĞI SERTİFİKA PROGRAMI
2012
Daha ileri indirgenme Co için sulu ortamda nadir olarak rastlanan Co(1) e yol açar.
Co(I) nükleofiliktir, böylece kolay bir şekilde metillenir. Metionin sentazda olduğu gibi
metilleme tepkimelerindeki yararlı işlevleri yanında “metil kobalamin “ Hg(CH3)2 ve
Pb(CH3)4 gibi çok zehirli bileşikler oluşturmak üzere sulu çözeltide ağır metal iyonlarının
metilen-dirilmesine katrılır. Kobaltın olağan dışı kimyasını destekleyen bu ligant çevresi,
kobaltın ekvator konumularındaki 4 azot verici atomunu sağlayan porfirin benzeri kolin
halkasını içerir. 5. konum eşlenik bir azot vericiden oluşur ve 6. ise bir karbon ligandıdır(16).
Bu Co-C bağ, koenzim B12 yi biyolojik az rastlanan bir organometal molekülü örneği yapar.
Co-C bağı zayıftır ve kolayca homolitik parçalanmaya uğrayarak karbon esaslı bir radikal
meydana getirir ve o da karbon-hidrojen bağlarından proton koparabilir. Koenzim B12
tarafından radikal esaslı hidrojen koparılması, bağlı gruplardaki C-H ve C-C bağlarının
birbirine dönüştürülmesinde kullanılır.
Koenzim B12 çok işlevli bir enzimdir; Co (I) e indirgenebilir ve
metillendirildiğinde metillendirme aracı olarak kullanılır.