biyokimya: lipidler

Biyokimya: Lipidler 26 Eylül 2007

1

301 BİYOKİMYA I

Hikmet Geçkil, Profesörİnönü ÜniversitesiBiyoloji Bölümü

Bölüm 8: Lipidler

Hikmet Geçkil

Lipidlerin bazı fonksiyonları?• Enerji• Yalıtım• Hücre zarı• Steroid hormon sentezi• Isı regülasyonu• Yağda eriyen vitaminlerin alınımı ve depolanması

Hikmet Geçkil 2Biyokimya: Lipidler 26 Eylül 2007

• Biyolojik lipidler bir çok farkli kimyasal yapıda bulunabilirler.

• Ancak, lipidlerin en yaygın bilinen özellikleri sudaki erimezlikleridir.

• Lipidlerin fonksiyonları da, kimyasal yapıları gibi farklılıklar gösterir.


• Trigliseroller (trigliseridler) depo edilen yağları oluştururken, fosfolipidler ve steroller biyomembranların (hücre zari) % 50 sini oluştururlar.


• Diğer lipidler canlıda veya hücrede az miktarlarda bulunurlarsa da, bunların enzim kofaktorleri, elektron taşıyıcılar, ışık absorbe eden pigmentler, bazı hormonlar ve hücre içi mesaj molekülleri olarak davrandıklarından oldukça önemlidirler.


• Depo edilen yağlar oldukça redüklenmiş çeşitli yağ asidi türevlerinden oluşmuşlardır.

• Yağ asitleri genelde 12-24 karbonu hidrokarbon zincirine sahip karboksilik asitlerdir (bir alkil zincirin ucunda bir karboksil grubu (COOH) vardır). yüksek bitki ve hayvanlarda en çok bulunan yağ asitleri C16 ve C18 çaşıtlarıdır.

• Örnek, palmitik asit (16:0):


• Bazı yağ asitleri yukarıda olduğu gibi doyurulmuşken (yani yapıda çift bag bulunmaz) ve dallanmamış bir yapı gösterirken [örneğin, palmitik asit (16:0) ve stearik asit (18:0)],


• Diğer bazılarında bir veya bir kaç çift bağ bulunur ki bunlara doymamış yağ asitleri denir. Örneğin, oleik asit (18:19):


• Lipidlerdeki yağ asidi zincirini tanımlamada kullanılan bu çeşit numaralandırma metodunda ilk rakam zincirdeki toplam karbon sayısını gösterirken, iki noktadan sonraki rakam ise çift bag sayısını ve delta işaretinin üstündeki rakam ise çift bağın pozisyonunu (karboksil ucundan başlayarak kaçıncı karbonda çift bağın oluştuğu) gösterir.

• Örneğin, palmitik asit (16:0), 16 karbondan oluşur ve hiç çift bağ taşımaz. Ancak, oleik asit (18:19), 18 karbondan oluşmakta ve 1 adet çift bag içermekte ve bu çift bag karboksil ucundan (COOH) başlanarak 9. karbonda (yani dokuzuncu karbonla onuncu karbon arasında) bulunur.


• Örneğin, stearik asit (18:0) 70 oC, oleik asit (18:1) ise 13 oC erime sıcaklığına sahiptir.

• Bu nedenledir ki, oda sıcaklığında doymamış yağ asidi içeren yağlar sıvı halde bulunurken, doymamış yağ asitlerinden meydana gelen yağlar kati veya mumumsu halde bulunurlar.


Bazı önemli yağ asitleri ve erime dereceleriDoymuş yağ asitleri erime noktası, (oC)12:0Laurik asit (Hindistan cevizi) 4414:0 Milistik asit 5216:0Palmitik asit (tüm yağlar) 6318:0 Stearik asit (tüm yağlar) 7020:0 Arasidik asit (fıstık yağı) 7522:0 Behenik asit (tohumlar) 8124:0 Lignoserik asit (fıstık yaği) 84Doymamış yağ asitleri16:1 Palmitoleik asit (tüm yağlar) -118:1 Oleik asit (tüm yağlar) 1318:2 Linoleik asit (bitkisel yağlar) -918:3 Linolenik asit -1720:4 Arasidinok asit -5024:1 Nervonik asit 39


• Yağ asitlerinden meydana gelmis en basit yağlar triasilgliserollerdir.

• Bunlara ayrıca trigliseridler de denir (gliserolun yağ asidi triesterleri).

• Bir yağ molekülü (trigliserol veya trigliserid) genel olarak üç adet yağ asidi molekülünün ester bağları ile bir adet gliserol molekülüne bağlanmaları ile meydana gelir:


• Esas olarak insan veya hayvanlarda yağlardan bahsedilirken trigliseroller kast edilir ve kilolu insanlarda bu yağ miktarı 15-20 kg kadar olabilir.


• Bu yağın çoğu adipoz dokusu (yağ dokusu)’nda bulunur.

• Hayvanlarda yağ dokusu hücreleri (adipositler) triaçilgliserollerin sentezi ve depolanması için özelleşmişlerdir.

• Diğer vücut hücrelerinde sadece bir kaç yağ damlacığı sitozolde bulunmasına rağmen, adipositler neredeyse tamamen yağla dolu bulunurlar. İnsanların yağ içeriği (erkekte % 21, kadında % 26) onların bir şey yemeden 2-3 ay yaşamasını mümkün kılar.


• Bazen (örneğin fosfolipidlerde), iki yağ asidi zinciri gliserolun iki karbonu ile ester bağı oluştururken, diğer karbon atomuna bir fonksiyonel grup (örneğin, fosfat) bağlanır.

• Bu tür iki zincirli lipid moleküllerine diaçilgliserol denir.


• Triaçilgliserollerin enzimatik sindirimi genellikle nötr pH’larda (örneğin, ince bağırsakta) çeşitli lipazlarla olur.

• Enerji kaynakları olarak kullanılabilmeleri için, triaçilgliserollerin en önce böyle bir enzimatik reaksiyonla yağ asitlerine ve gliserole parçalanmaları gerekir.

• Daha sonra yağ asitleri aktivasyon gibi işlemlerden geçerek içerdikleri enerji ileriki basamaklarda açığa çıkar (bu işlemler uzun zaman aldığından, lipidler karbonhidratlar gibi hazır enerji kaynakları değildirler).


• Bir gram yağın 1 gram karbonhidrattan 3 kat daha fazla enerji içerdiği düşünülürse, yukarıdaki miktardaki bir yağ aylarca yetebilecek enerji anlamına gelir.

• Ancak, glukoz ve glikojenin başlıca enerji kaynağı moleküller olarak kullanılmalarının nedeni bunların suda daha kolay erimesi ve enerji açığa çıkmasının daha kısa süre alması ile açıklanabilir.

• Bazı hayvanlarda deri altına stoklanmış lipidler sadece enerji rezervleri olarak değil, aynı zamanda o hayvanları çok düşük ısılara karşı bir izolasyon bariyeri gibi korur (örneğin, penguenler, balinalar, deniz fokları, kaz, ördek gibi rutin olarak soğuk su ile temasa gelen hayvanlar).


• Biyolojik mumlar (örneğin, balmumu) uzun zincirli (14-36 karbonlu) doymuş ve doymamış yağ asitleri ile uzun zincirli (16-30 karbon) bir alkol zincirinden oluşmuş esterlerdir.

• Mumlar triaçilgliserollerden daha yüksek erime noktalarına (60-100 oC) sahiptir.

• Ördek gibi suda yasayan ve tüyleri ıslanmayan kuşların bu özellikleri salgıladıkları ve kendilerini ıslanmaktan koruyan (su tutmayan) mumsu maddelerden dolayıdır.


• Doğal olarak 100’e yakın yağ asidi çeşidinin hücrede oluştuğu belirlenmiştir.

• Triaçilgliserollerin ester bağları asit ve alkali hidrolizi ile parçalanabilir.

• Hayvansal orijinli yağların NaOH ve KOH ile ısıtılması sonucu gliserol ve yağ asitlerinin Na+ ve K+ tuzları ortaya çıkar ki bunlar sabun olarak bilinirler. Bu olaya aynı zamanda saponifikasyon denir.


MEMBRAN LİPİDLERİ• Biyolojik membranların esas yapı maddesi gliserofosfolipidler

(fosfogliserit) dir. • Bunlar gliserolun 1. ve 2. karbon atomunda esterleşmiş yağ

asitleri taşıyan gliserol-3-fosfat molekülleridir. Buradaki fosfat grubuna ayrıca başka bir molekül de bağlanmış olabilir (örneğin, H, etanolamin, kolin, serin, inositol, gliserol gibi)

• Örneğin, sadece bir H bulunursa fosfatidik asit oluşur:


• Membran lipidleri hem polar ve hem de polar olmayan karakterleri bir arada taşırlar. Aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi, polar olmayan hidrofobik ‘kuyruk kısmı” ve hidrofilik ve polar bir “baş kısmı”ndan meydana gelmişlerdir.


• Bu duruma sahip moleküllere yaygın olarak “amfipatik” (çift karakterli) moleküller denir.

• Hücre zarlarının tabakalı yapısını oluşturan bu yapıda hidrofobik barier lipidlerden (yağ asidi zinciri) meydana gelirken, hidrofilik kısım (hücre dışı ortam ve sitoplazmaya bakan kısım) lipid molekülünün baş kısımlarını taşır.


• Bu membran bariyeri moleküllerin hücre içine ve dışına transferini düzenlediği için, aynı zamanda iyon, molekül ve sinyalleri membran boyunca transfer eden protein yapıları da bulundururlar.


• Moleküllerin membrandan tasınım olayı tüm canlılar için kritik bir fonksiyondur.

• Transport proteinindeki tek bir genetik mutasyon önemli hastalıklar ortaya çıkarabilir.

• Örneğin, sistin-üriya durumunda sistin amino asidi onu hücre içine taşıyan transport proteinindeki böyle bir mutasyondan dolayı bu amino asit hücre içine alınamaz ve kandaki sistin böbreklere gelir ki orada absorbe olamadığından çökelerek böbrek taslarının oluşmasına neden olur.


• Oksijen ve steroidler gibi yeterince hidrofobik moleküller ise membrandan rahatlıkla yüksek konsantrasyonlu bölgeden düşük konsantrasyonlu bölgeye pasif difüzyonla herhangi bir yardımcı moleküle ihtiyaç duymadan olur.

• İlginç olan, su gibi polar bir molekülün de membrandan rahatlıkla difuz olmasıdır. Suyun nispeten küçük bir molekül olması ve hem de oldukça yüksek konsantrasyonlarda bulunması böyle bir olayın gerçekleşmesine neden olur.


• Kolaylaştırılmış difuzyon olayında ise, yine yüksüz polar bir molekül membranda yerleşik taşıyıcı bir proteinin o molekülün taşınımı için kanal görevi görmesi ile olur.

• Yüklü moleküllerin membrandan transportu ise hem onların konsantrasyonlarına ve hemde oluşmuş olan elektron potansiyel gradiyentine bağlıdır.


• Diğer önemli bir membran transport sekli de aktif transporttur. Burada, moleküller konsantrasyon gradiyentlerinin tersi yönünde (düşük konsantrasyonlu bölgeden yüksek konsantrasyonlu bölgeye) taşınırlar. Bu olayda diğerlerinden farkli olarak aynı zamanda enerji (örneğin ATP’nin hidrolizi) kullanılır.


• Enerji, maddenin konsantrasyon gradiyentine karşı yönde hareket ettirilerek taşınımı için harcanır.

• Bu taşınımda tek bir molekül taşınıyorsa bu olaya uniport (yani tek yönlü), iki molekül aynı yöne doğru taşınıyorsa simport, iki molekül biri birine zıt yönde taşınıyorlarsa (biri hücre içine diğeri hücre dışına) antiport taşınım, bu görevlerde yer alan protein sistemlerin de uniporter, simporter ve antiporter denir.


• Bazı membran proteinleri klinik olarak da oldukça önemli fonksiyonlar taşırlar.

• Örneğin, sistik (bazen kistik denir) fibroz yaygın genetik bir bozukluk olup ABC transportu denen bir membran protein sistemindeki arızadan kaynaklanır ve epitel hücrelerde klorid kanalı olarak gören bu transporterin çalışmamasına neden olur.

• Nörotransmitterlerin sinapslardan difüzyonu ve alıcı hücrenin membranında yerleşik iyon proteinlerine bağlanması da böyle bir transport mekanizmasının çalışması ile olur.

• Dolayısı ile sıvı-mozaik modeli biyolojik membranlar için en yaygın kabul gören model biçimidir. Membranların önemli kısmı fosfolipid (gliserofosfolipid) ve glikolipidlerden meydana gelmiştir.


• Membranların büyük kısmını oluşturan fosfatidil kolin, sfingomiyelin, fosfatidil serin, ve fosfatidil etanolamin hepsi birer fosfolipiddir.


• Sfingosinlerin N-açil yağ asidi türevleri seramid olarak bilinirler.

• Fosfolipidler gibi bunlar da polar baş kısımlara ve polar olmayan hidrofobik yağ asidi zincirlerine sahiptirler.

• Ancak fosfolipidlerden farklı olarak bu lipidler gliserol içermezler.

• Bu lipidler gliserol yerine uzun zincirli bir amino alkol olan sfingosin içerirler.

• Sfingomiyelinler hücre zarında bulunmalarına rağmen, en yoğun olarak nöronların miyelin kılıflarını oluştururlar.


• Sfingolipidler bazı özellileri ile fosfolipidlere, bazı özellikleri ile triasilgliserollere benzerlik gösterdiklerinden, bu lipidleri keşfeden bilim adamı bunlara karışık yapılı anlamına gelen ve adını sfenks’den alan sfingolipidler adını vermiştir. (sfenks: gövdesi aslan, başı insan veya kartal olan yaratık).


• Buraya kadar bahsettiğimiz lipidler (triasilgliseroller ve membran lipidleri) hücrede veya organizmada büyük miktarlarda bulunurlar. Bazı istisnalar hariç, bu iki gruba bağlı lipidler hücrede pasif bir rol oynar.

• Üçüncü lipid grubu kütlesel olarak yukarıdaki iki gruba göre daha az miktarlarda bulunmalarına rağmen, spesifik ve aktif biyolojik fonksiyonlara sahiptirler. Bu gruba yüzlerce steroidin yanında vitamin A, D, E ve K gibi izopren türevleri vitaminler girer.

• Diğer aktif lipidler bazı enzimler için kofaktör, elektron taşıyıcıları olarak ve hücre içi sinyaller olarak hareket ederler.


• Membran lipidlerinin üçüncü önemli sınıfı birbirine kaynaşmış dört hidrokarbon halkasına sahip sterollerdir.

• Bu grubun en önemli molekülü kollestroldur. Bunlar bakteri membranlarında bulunmazlar.

• Kollestrolun oksidasyonu veya fotokimyasal çevrilimi ile çok değişik sayıda steroid hormon (örneğin, testosteron, aldosteron, kortizon, D vitamini) meydana gelir.


• Steroid hormonlar dokular arası mesaj taşınımını gerçekleştirirler.

• Steroid hormonların en büyük grubunu seks hormonları ve adrenal korteks hormonları meydana getirir.

• Bu hormonların hepsi benzer bir halkasal yapı (kollestrolun dörtlü halkasal yapısına benzer) içerirler ve herbiri bir dokuda yapılarak kan vasıtası ile hedef doku ve organlara taşınırlar


• Her hormon kendisine ait özel bir protein reseptöre bağlandığından, çok düşük konsantrasyonlarda (10-9 M) hormon bulunması sinyalin çekirdeğe ulaşması için yeterlidir. ökaryotik hücre membranlarında bulunan fosfatidilinozitol ve türevleri bu şekildeki bir hormon-reseptör etkileşimi ile hücre içine salınırlar ve birer mesaj molekülü olarak hareket ederler. Prostaglandinler diğer bir çeşit aktif lipiddir. Hepsi beş karbonlu bir halka taşırlar ve isimlerini ilk defa bulundukları prostat bezinden alırlar.


• En belirgin fonksiyonları hücre içi bir mesaj molekülü olan cAMP’nin sentezlenmesini düzenlemesidir. Bir çok hormon cAMP tarafından etkilenir. Bazı prostaglandinler doğum sırasında uterusun düz kaslarının kasılmasından sorumlu iken, diğer bazıları bazı spesifik organlara kanın akışını, uyku ve uyanma ritmini ve bazı dokuların belirli hormonlara (örneğin, epinefrin ve glukagon) karşı uyarılmasını etkilerler.


biyokimya: lipidler

Science