Makromoleküller

Öğle yemeğinde ne yediğinizi düşünün. Ambalajların arkasında "Besin Değerleri" tablosu var mıydı? Böyle bir tablo gördüyseniz ve bu besinin protein, karbonhidrat ve yağ içeriğine baktıysanız burada söz edeceğimiz büyük biyolojik molekül türlerinin birçoğuna zaten aşinasınız demektir. "Büyük biyolojik molekül" gibi kulağa bu kadar garip gelen bir şeyin vücudunuzda ne işi olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Cevap oldukça basit! Bu moleküller vücudunuzda belirli bir düzeyi koruyabilmeniz için size yapı taşları sağlar; çünkü vücudunuz da bu büyük biyolojik moleküllerden meydana gelir!

Kendinizi tıpkı bir atom yığını ya da yürüyen, konuşan bir su torbası olarak düşünebilirsiniz. Bunun yanı sıra, kendinizi dört önemli büyük biyolojik molekülden -şeker gibi karbonhidratlar, yağlar gibi lipitler, proteinler, DNA ve RNA gibi nükleik asitler- oluşan bir topluluk olarak da düşünebilirsiniz. Bu, tabii ki de vücudunuzdaki tüm moleküllerin bundan ibaret olduğu anlamına gelmiyor ancak önemli büyük moleküllerin çoğu bu sınıflardan birine aittir. Bu dört büyük biyolojik molekül, bir hücrenin kuru ağırlığının büyük kısmını oluşturur. (Küçük bir molekül olmasına rağmen, ıslak ağırlığın büyük kısmını da su oluşturur.)

Büyük biyolojik moleküller organizmada birçok görev yerine getirirler. Bazı karbonhidratlar gelecekteki ihtiyaçlar için enerji depolar, bazı lipitler de hücre zarının olmazsa olmaz yapısal bileşenleridir. Nükleik asitler, çoğu protein yapmak için yönergeler içeren kalıtsal bilgiyi depolar ve aktarır. En geniş kapsamlı işlevler proteinlere aittir: bazıları yapısal destek sağlar ama çoğu hücrede metabolik tepkimeleri katalizlemek veya sinyaller alıp iletmek gibi belli başlı görevler gerçekleştiren minik makinelere benzerler.

Daha sonraki makalelerde karbonhidratları, lipitleri, nükleik asitleri ve proteinleri daha detaylı inceleyeceğiz. Şimdi, bu molekülleri oluşturup parçalayan, temel kimyasal tepkimelere göz atalım.

Çoğu büyük biyolojik moleküller polimerdir, yani monomer adı verilen tekrarlayan altbirimlerden veya yapı taşlarından oluşan uzun zincirlerdir. Monomeri bir boncuk olarak düşünürseniz polimeri de bir kolye, yani bir araya gelmiş bir sürü boncuk olarak düşünebilirsiniz.

Karbonhidratlar, nükleik asitler ve proteinler doğada genellikle uzun polimerler halinde bulunurlar. Polimerik yapıları ve büyük (bazen devasa!) boyutları yüzünden makromolekül bir başka deyişle, küçük alt birimlerin birleşmesiyle oluşan büyük (makro) moleküller olarak sınıflandırılır. Lipitler genellikle polimer olmadıkları ve diğer üçünden küçük oldukları için; bazı kaynaklar tarafından makromolekül olarak sınıflandırılmazlar${}^{1,2}$‍. Çok sayıda başka kaynak ise "makromolekül" terimini daha serbestçe, dört tür büyük biyolojik molekülün genel adı olarak kullanıyor${}^{3,4}$‍. Bu sadece bir isimlendirme farklılığı, bu yüzden üzerinde durmamıza gerek yok. Sadece lipitlerin dört ana büyük biyolojik molekül türünden biri olduğunu, ama genellikle polimer oluşturmadıklarını unutmayın.

Monomerleri kullanarak nasıl polimer elde deriz? Büyük moleküller genellike bir monomerin diğer bir monomerle (veya uzayan bir monomer zinciriyle) kovalent bağ kurduğu, sonucunda su açığa çıkan dehidrasyon sentezi tepkimeleriyle oluşurlar. Tepkimenin adından yola çıkarak, tepkime sırasında ne olduğunu aklınızda tutabilirsiniz: su molekülünün kaybından dolayı dehidrasyon ve yeni bir bağın kurulmasından dolayı sentez.

Yukarıdaki dehidrasyon sentezi tepkimesinde iki glikoz şekeri molekülü (monomer), tek bir molekül halinde maltoz şekerini meydana getirmek için birleşiyor. Glikozlardan biri bir H, diğeri bir OH grubu kaybediyor ve iki glikoz molekülü arasında yeni bir kovalent bağ oluşurken açığa bir su molekülü çıkıyor. Aynı sürecin tekrarlanması sonucu zincire daha çok monomer eklendikçe zincir daha da uzayarak bir polimer oluşturuyor.

Polimerler tekrarlayan monomer birimlerden oluşuyor olsa da şekil ve yapı açısından çok çeşitlilik gösterebilirler. Karbonhidratlar, nükleik asitler ve proteinlerin hepsi birkaç farklı tür monomer içerirler ancak yapıları ve dizilimleri işlevleri için önemlidir. Örneğin DNA'nızda dört çeşit nükleotit monomeri ve vücudunuzdaki proteinlerde yirmi çeşit aminoasit monomeri bulunur. Tek bir monomer çeşidi bile farklı özelliklere sahip farklı birçok polimer meydana getirebilir. Örneğin nişasta, glikojen ve selüloz glikozdan oluşmuş karbonhidratlardır ama farklı bağlanma ve dallanma özellikleri gösterirler.

Polimerleri nasıl tekrar monomerlere dönüştürürüz (örneğin vücudumuzun yeni bir molekül oluşturmak için başka bir molekülü parçalaması gerektiğinde)? Polimerler, bağlarının bir su molekülünün eklenmesi ile koparıldığı ya da bölündüğü, hidroliz tepkimeleri aracılığı ile monomerlere parçalanırlar.

Bir hidroliz tepkimesi sırasında birçok alt birimden oluşan bir molekül ikiye ayrılır. Yeni moleküllerden biri su molekülünden gelen hidrojen atomunu kazanırken diğeri bir hidroksil (-OH) grubunu kazanır. Bu, dehidrasyon sentezi tepkimesinin tam tersidir ve yeni bir polimerin yapımında kullanılabilecek monomerler açığa çıkarır. Örneğin aşağıdaki hidroliz tepkimesinde bir su molekülü maltozu iki glikoz monomerine ayırıyor. Bu tepkime yukarıda gösterilen dehidrasyon sentezi tepkimesinin tam tersidir.

Dehidrasyon sentezi tepkimeleri molekülleri oluşturur ve genellikle enerji gerektirir. Hidroliz tepkimeleri ise molekülleri parçalarlar ve genellikle enerji açığa çıkarır. Kullanılan monomerler her biri için farklı olsa da karbonhidratlar, proteinler ve nükleik asitler bu tepkimelerle oluşturulup parçalanırlar. (Hücredeki nükleik asitler dehidrasyon senteziyle polimerleşmezler. Nasıl bir araya geldiklerini nükleik asitler hakkındaki makalede inceleyeceğiz.) Dehidrasyon sentezi tepkimeleri, polimer olmamalarına rağmen, lipitlerin bir araya gelmesinde de görev alır${}^3$‍.

Vücudumuzdaki enzimler hem dehidrasyon sentezi hem de hidroliz tepkimelerini katalizler, yani hızlandırırlar. Bağları yıkmada görevli enzimlerin isimleri genellikle -az ile biter: örneğin maltaz enzimi maltozu, lipazlar lipitleri ve peptidazlar da (proteinler hakkındaki makalede göreceğimiz gibi, polipeptit olarak da bilinen) proteinleri parçalarlar. Besinler, sindirim sisteminizde dolaşırken, hatta tükürüğünüze değdiği andan itibaren bu gibi enzimler tarafından işlenir. Enzimler büyük biyolojik molekülleri parçalayarak vücudunuz tarafından kolayca emilip kullanılabilecek yapı taşlarına dönüşmelerini sağlarlar.