Bilgiustam
Türkiye'nin Bilgi Sitesi

Vücudun Kimyasal Bileşimi: Elementler ve Bileşikler

0 27

Vücut, elementlerden veya bileşiklerden oluşan farklı moleküllerden oluşur. İnsan fizyolojisinin mekanizmalarını tam olarak anlamak için, vücudun kimyasal bileşimini anlamak önemlidir. Hücreler ve yapılar arasındaki çeşitli etkileşimleri göz önünde bulundururken bu faydalı olacaktır. Bu yazıda vücudunun temel kimyası ve bunun biyolojik işlev üzerindeki etkisi ile ilgili bilgiler bulunmaktadır.

Atomlar

Atom, benzersiz kimyasal özelliklere sahip en küçük madde birimidir. Atomlar, hücre yapısının kimyasal birimleridir. Protonlar ve nötronlar ve elektron yörüngeleri içeren merkezi bir çekirdekten oluşurlar. Bir proton +1 pozitif yük taşırken, bir nötronun yükü yoktur. Böylece çekirdeğin net bir pozitif yükü vardır. Elektronlar –1 negatif yük taşır ve sonuç olarak pozitif çekirdeğe çekilir. Genel olarak, proton sayısı genellikle elektron sayısına eşittir. Atomların benzersiz (bireysel) kimyasal özelliklere sahip olduğu ve bu nedenle her atom türünün kimyasal element veya sadece element olarak adlandırıldığını unutulmamalıdır.
Atom numarası, bir atomdaki proton sayısını ifade ederken, atom ağırlığı dalton cinsinden ölçülen bir atomdaki proton ve nötron sayısını ifade eder. Elementlerin, izotop adı verilen birden fazla formda bulunması mümkündür; tek fark, çekirdekteki nötron sayısıdır, protonlar ve elektronlar her zaman orijinal elementle aynı kalır. İnsan vücudu, biçim ve işlev için dört ana unsura bağlıdır: Hidrojen (H), Oksijen (O), Karbon (C) ve Azot (N).

Moleküller-Bağlar

Atomlar, iki veya daha fazlası birbirine bağlandığında moleküller oluşturur.
A 1 —bağ — A 2 = Molekül: A 1 A 2
Dış yörüngedeki elektronlar iki atom arasında paylaşıldığında kovalent bağlar oluşur. Bu tür bir bağ oluştuğunda, moleküller ortak elektronları etrafında dönebilir ve şekil değiştirebilir. Her atom karakteristik sayıda kovalent bağ oluşturur. Bağların sayısı, dış yörüngede bulunan elektronların sayısına bağlıdır.
Örneğin:
• Hidrojen (H), dış yörüngesinde 1 elektron bulunan atom numarası 1’e sahiptir. Hidrojen 1 bağ oluşturur (tek bağ) yani 1 elektron paylaşılır.
• Oksijen (O), dış yörüngesinde 6 elektron bulunan atom numarası 8’e sahiptir. Böylece Oksijen 2 bağ oluşturur (çift bağ), yani 2 elektron paylaşılır.
• Azot (N), dış yörüngesinde 5 elektron bulunan atom numarası 7’ye sahiptir. Azot 3 bağ oluşturur (üçlü bağ), yani 3 elektron paylaşılır.
• Karbon (C), dış yörüngesinde 4 elektron bulunan atom numarası 6’ya sahiptir. Karbon 4 bağ oluşturur, yani 4 elektron paylaşılır.
Genel olarak: Dış yörüngedeki elektron sayısı + Paylaşılan elektronlar = 8 (tam sekizli)
Paylaşılan herhangi bir elektronun kararlı bir duruma ulaşma çabası içinde olduğuna dikkat edilmelidir. Çoğu atomda, bu bir sekizli veya dış yörüngede sekiz elektrondur. Not Hidrojenin dış yörüngesinde yalnızca biri mevcut ve biri paylaşılan olmak üzere 2 elektron için boş alan vardır. İyonlar, bir veya daha fazla elektronun kazancı veya kaybı nedeniyle net elektrik yüklü atomlardır. İyonik bağlar , iki zıt yüklü iyon arasında oluşan bağlardır. Katyonlar net pozitif yüklü iyonlardır, anyonlar ise net negatif yüklü iyonlardır.
İyonik element formları, suda çözündüklerinde elektrik iletebildikleri için vücut için önemlidir. Bu iyonlara elektrolit denir. Moleküllerde kovalent olarak bağlanan tek atomlar veya atomlar iyonlaşmaya uğrayabilir. Örnek vermek gerekirse:
NaCl; Na + + Cl –
R-COOH; R-COO- + H +
R-NH 2 + H +; R-NH 3
En dış yörüngesinde tek bir elektron bulunan atom, serbest radikal olarak bilinir. Serbest radikaller oldukça reaktiftir ve kısa ömürlüdür. Organizma açısından, hücresel bozulmadan sorumludurlar. Güneş hasarı, cilt hücrelerine etki eden serbest radikallerin klasik bir örneğidir. Polar bağlar, elektronların eşit olmayan bir şekilde paylaşıldığı bağlardır. Eşitsiz paylaşım, daha yüksek paya sahip atoma daha fazla negatif yük verir ve elektron payı daha düşük olana biraz daha fazla pozitif yük vermektedir.
Hidrojen bağları, bir polar bağdaki hidrojen atomu (daha pozitif, elektronun daha az payı) ile başka bir polar bağdaki oksijen veya nitrojen atomu (elektronun daha negatif, daha büyük payı) arasındaki zayıf bağlardır. Bir su molekülünün hidrojeni ile diğerinin oksijeni arasındaki hidrojen bağı. Bu tahviller oldukça zayıftır.

Su

Su, insan vücudundaki en yaygın moleküldür (~% 98-99). Her iki hidrojen atomu da tek oksijen atomuna polar bağlarla bağlanır. Oksijenin biraz negatif yükü vardır ve hidrojen atomlarının her biri biraz pozitif yüke sahiptir. Bu, pozitif hidrojen atomları ile komşu su moleküllerinin negatif oksijen atomları arasında hidrojen bağlarının oluşmasına izin verir. Suyun durumu zayıf hidrojen bağları tarafından belirlenir. Düşük sıcaklıklarda bağlar bozulmadan kalır ve su donmaktadır. Sıcaklık yükseldiğinde bağlar zayıflar ve su sıvı hale gelir. Sıcaklık yeterince yüksekse bağlar tamamen kırılır ve su bir gaza dönüşür.

Çözünen Maddeler

Bir sıvıda çözünen maddelere çözünen maddeler denir, sıvının kendisine ise çözücü denir. Çözelti terimi, çözücüler bir çözücü içinde çözüldüğünde ortaya çıkan nihai ürünü ifade eder. Su, insan vücudundaki en yaygın molekül olduğu için, suyun en bol çözücü olması şaşırtıcı olmamalıdır. Vücuttaki kimyasal reaksiyonların çoğu suda çözünmüş molekülleri içerir. Hidrofilik (su seven) moleküller, suda kolayca çözünen moleküllerdir. Genel olarak, hidrofilik moleküller polar gruplara (ör. OH-) ve / veya iyonize (ör., COO- veya NH2 +) ekli fonksiyonel gruplar. Buna karşılık, suya çekilmeyen moleküllere hidrofobik moleküller denir (sudan korkma). Elektriksel olarak nötr kovalent bağlara sahip moleküllerdir (örneğin, karbon zincirli moleküller). Polar olmayan moleküller suyla karıştırıldığında iki faz (tabakalar) oluşur. İyi bir örnek, yağı ve suyu karıştırıp kabın bir süre kurumasına izin vermesidir. Görünür iki farklı katman olacaktır.
Polar / iyonize bir bölgeye ve bir ucunda ve diğer ucunda polar olmayan bir bölgeye sahip moleküller amfipatik olarak adlandırılır. Su ile temasta molekül hem hidrofilik hem de hidrofobik özelliklere sahip olduğundan, amfipatik moleküller su ile karıştırılırsa, moleküller su ile temas edecekleri yüzeyde polar (hidrofilik) bölgeler ve kümenin merkezinde yer alan polar olmayan (hidrofobik) bölgeler ile kümeler oluşturur. Yapılan düzenleme, sudaki genel çözünürlüğü artıracaktır.

Konsantrasyon

Çözeltilerle ilgili olarak, konsantrasyon, bir birim çözelti hacminde bulunan çözünen madde miktarıdır. Konsantrasyon değerleri, mevcut molekül sayısını yansıtmaz.

Asit

Bir asit, çözelti içinde protonları (hidrojen iyonları) serbest bırakan bir moleküldür. Tersine, baz bir protonu kabul edebilen bir moleküldür. Asitler ve bazlar ayrıca kuvvetlere ayrılabilir. Güçlü bir asit, çözeltideki tüm hidrojen iyonlarını serbest bırakan bir asittir. Hidroklorik asit (HCl), güçlü bir asidin mükemmel bir örneğidir. Zayıf asitler, çözelti içinde tamamen iyonize olmayan veya hidrojen iyonlarını kaybetmeyen asitlerdir ve serbest hidrojen iyonlarının (protonlar) konsantrasyonu, çözeltinin asitliği olarak adlandırılır. Birim pH = -log [H + ] olup burada [H +], serbest hidrojen iyonlarının konsantrasyonudur. pH, biyolojik sistemlerde çok önemli bir kavramdır ve insan fizyolojisi süreçlerinde kesinlikle büyük bir ağırlığa sahiptir. Saf suya nötr bir çözelti denir ve 7 pH değerine sahiptir. Alkalin çözeltiler ayrıca bazik çözeltiler olarak bilinir ve bu nedenle daha düşük bir hidrojen iyonu konsantrasyonuna [H + ] sahiptir. Alkali çözeltilerin pH’ı 7’den büyüktür. Asidik çözeltiler, yüksek konsantrasyonda hidrojen iyonlarına [H + ] sahiptir. Asidik çözeltilerin pH’ı 7’den azdır. PH ölçeğindeki her sayı, hidrojen konsantrasyonunda [H + ] 10 katlık bir değişikliği göstermektedir. Turnusol kâğıtları, şerit bir çözeltiye batırıldıktan sonra kâğıttaki renk değişikliklerine bağlı olarak pH’ı belirleyen test şeritlerdir.

Organik Moleküller

Organik moleküller karbon omurgaları içerir. Her karbon atomu diğer atomlarla, özellikle diğer karbon atomlarıyla ve hidrojen, nitrojen, oksijen ve sülfür atomlarıyla 4 kovalent bağ oluşturacaktır. Karbon, birçok küçük molekülü birbirine bağlayarak, çoğu insan fizyolojisi için önemli olan çok büyük polimerler (makromoleküller) oluşturabilir.

Karbonhidratlar

Bu önemli karbon bazlı moleküller, hücrelere enerji sağladıkları için yaşam için hayati öneme sahiptir. Karbonhidratlar belirli bir oranda karbon, hidrojen ve oksijenden oluşur. N herhangi bir tam sayı olduğunda, formül şu şekildedir: Cn (H 2 O) n. H— C —OH
Karbonhidratlar, polar hidroksil (OH-) grupları sayesinde suda kolaylıkla çözünür. Çoğu tatlıdır ve yaygın olarak bilinen adı şekerdir. Monosakkaritler en basit şekerlerdir. Glikoz (C 6 H 12 O 6 ) en bol olanıdır ve kandaki başlıca monosakkarit olduğu için kan şekeri olarak adlandırılır. Vücuttaki yaygın monosakkaritler 5 veya 6 karbon atomu içerir ve sırasıyla pentoz ve heksoz olarak adlandırılır. Disakkaritler, birbirine bağlı iki monosakkaritten oluşan karbonhidratlardır. Sükroz, glikoz ve fruktozdan oluşur. Maltoz, glikoz ve glikoz zincirlerinden oluşur. Laktoz, süt şekeri, glikoz ve galaktozdan oluşur.
Bir oksijen atomu, bir uçtan bir hidrojen atomunun ve diğerinden bir hidroksil grubunun çıkarılmasıyla monosakkaritleri birbirine bağlar. Hidroksil grubu ve hidrojen, bir su molekülü oluşturmak için birleşir. Bu nedenle, bir disakkaridin hidrolizi, oluşan bağı koparacak ve iki monosakkaridi ayıracaktır. Polisakkaritler, birçok monosakkarit uzun zincirler halinde birbirine bağlandığında oluşur. Hayvan hücrelerinde glikojen ve bitki hücrelerindeki nişasta, birbirine bağlı binlerce glikoz molekülünden oluşur.

Yağ Asitleri (Lipitler)

Lipitler, ağırlıklı olarak, nötr kovalent bağlarla birbirine bağlanmış hidrojen ve karbon atomlarından oluşur. Lipitler polar değildir ve dolayısıyla suda çok fazla çözünmezler. İnsan fizyolojisi hakkında bilgi edinirken dikkat edilmesi gereken dört ana lipit sınıfı vardır.
Yağ asitleri, bir ucunda bir karboksil grubu bulunan karbon ve hidrojen atomları zincirleridir. Genellikle, çift sayıda karbon atomundan yapılırlar çünkü iki karbon atomundan oluşan parçaların birbirine bağlanmasıyla sentezlenirler. Tüm karbon atomları tek kovalent bağlarla bağlanırsa, zincire doymuş yağ asidi denir. Zincir çift bağlardan oluşuyorsa, zincire doymamış yağ asidi denir. Dahası, zincirde yalnızca bir çift bağ varsa, o zaman tekli doymamış yağ asididir, birden fazla çift bağ varsa buna çoklu doymamış yağ asidi denir.
Triaçilgliseroller veya trigliseridler vücuttaki lipidlerin çoğunu oluşturur. 3 hidroksil grubu gliserolün her biri, üç yağ asidinin karboksil gruplarıyla, dolayısıyla adındaki tri ile birleştirilerek oluşturulurlar. Bir triasilgliserol hidrolize edildiğinde, yağ asitleri gliserolden salınır ve ürünler, hücre fonksiyonları için enerji sağlamak üzere metabolize edilebilir.
Triaçilgliserollerin, fosfolipidler adı verilen yakın bir akrabası vardır. Tek fark, gliserolün hidroksil gruplarından birinin bir fosfata bağlı olmasıdır. Bir fosfolipid, yağ asidinde polar olmayan bir bölgeye sahiptir, dolayısıyla molekül amfipatiktir. Fosfolipidler vücuttaki zarların yapımında çok önemlidir.
Son olarak, steroidler birbirine bağlı 4 karbon atomu halkasından oluşur. Halkalara bağlı birkaç polar hidroksil grubuna sahip olabilirler. Steroidler polariteleri nedeniyle suda çözünmezler. Testosteron ve östrojen gibi seks hormonları, steroidlerin yanı sıra kolesterol ve kortizol örnekleridir.

Proteinler

Karbon, hidrojen, oksijen ve nitrojenin ortak dört elementine ek olarak, proteinler ayrıca küçük miktarlarda kükürt ve diğer elementleri de içerir. Proteinler, amino asitler adı verilen bağlantılı alt birimlerin çok büyük molekülleridir. Çok uzun zincirler oluştururlar. Amino asitler, bir amino (NH oluşan 2 ) ve bir terminal karbon atomuna bağlı bir karboksil (COOH) grubudur. R, amino asit yan zinciri olarak bilinen başka bir fonksiyonel grup veya karbon zinciridir.
H
|
R — C — COOH
|
NH2
Canlı organizmalardaki proteinler aynı 20 amino asit setinden oluşur. Her bir amino asit, yan zinciri (R) ile ayırt edilir. Amino asitler, peptit bağları ile birleştirildiklerinde, bir polipeptit veya peptit bağlarıyla bağlanmış bir amino asit dizisi oluştururlar. Bir amino asidin karboksil grupları, başka bir amino asidin amino grubu ile polar bir kovalent bağ oluşturduğunda bir peptid bağı oluşur. Bu bağın oluşumunda bir su molekülü açığa çıkar. Yeni oluşan molekül daha sonra bir ucunda serbest bir amino grubuna ve diğerinde ek amino asitlerin bağlanmasına izin veren serbest bir karboksil grubuna sahip olacaktır.
Glikoproteinler, monosakkaritler, proteindeki (polipeptit) spesifik amino asitlerin yan zincirlerine kovalent olarak bağlandığında yapılır. Bir glikoprotein oluşumunda ayrılan spesifik amino asitler serin ve treonindir.

Protein Yapısı

Bir proteinin birincil yapısını iki şey belirler;
• Zincirdeki amino asit sayısı
• Her bir spesifik amino asidin zincirde oluştuğu yer
Her bir amino asit, peptit bağları etrafında dönebildiğinden, bir polipeptit zincirinin esnek olduğunu hatırlamak önemlidir. Bu nedenle polipeptit zincirleri, birkaç şekle veya konformasyona bükülebilir. Bir proteinin üç boyutlu yapısı, vücuttaki işleyişinde önemli bir rol oynamaktadır.
Proteinlerin yapısı birkaç faktör tarafından belirlenir, bu faktmrler şunlardır:
• Zincirin komşu kısımları ile herhangi bir su molekülü arasında hidrojen bağı
• Zincir boyunca polar ve iyonize parçalar arasındaki herhangi bir iyonik bağ
• Zincirin komşu kutupsal olmayan bölgeleri arasında van der Waals kuvvetleri olarak adlandırılan zayıf bağlar
• İki amino asidin yan zincirlerini birbirine bağlayan kovalent bağlar
Bir peptit bağındaki nitrojene bağlı hidrojen ile diğerindeki çift bağlı oksijen arasında hidrojen bağları oluştuğunda bir alfa sarmal konformasyonu oluşur. Hidrojen bağları zinciri bükerek bobin haline getirir. Polipeptit zincirinin paralel uzanan bölgelerindeki peptit bağları arasında hidrojen bağları oluştuğunda, beta-yaprak konformasyonu adı verilen düz ve genişletilmiş bir bölge oluşur. Alfa sarmal ve beta levha biçimleri çok yaygındır. Yan zincirler arasında iyonik bağlar oluştuğunda ve dolayısıyla tekrarlayan herhangi bir hidrojen bağıyla kesintiye uğradığında, halka konformasyonları adı verilen düzensiz bölgeler meydana gelebilir. Multimerik proteinlerin birden fazla polipeptit zincirinden oluşan proteinler olduğunu bilmeye değer. Zincirler benzer veya farklı olabilir.

Nükleik Asitler

Nükleik asitler genetik bilgiyi depolar, iletir ve ifade eder. Nükleik asitler, nükleotid adı verilen alt birimlerden oluşur. Nükleotidler bir fosfat grubu, bir şeker ve bir karbon ve nitrojen atomları halkası içerir. Halka aynı zamanda baz olarak da bilinir çünkü hidrojen iyonlarını (protonları) kabul edebilir. Nükleotidler, bir nükleotidin fosfat grubu ile diğerinin şekeri arasındaki bağlarla birbirine bağlanır. Bu şekilde nükleotidler uzun zincirler oluşturur. DNA (deoksiribonükleik asit), genetik bilgiyi nükleotid alt birimlerinin dizisinde depolar. RNA (ribonükleik asit), orijinal DNA talimatlarına göre polipeptidler oluşturmak için spesifik amino asit dizilerini birbirine bağlama talimatlarını yazmak için DNA’da depolanan bilgileri kullanır.
DNA nükleotidleri, deoksiriboz adı verilen beş karbonlu bir şeker içerir. DNA, dört farklı baza karşılık gelen dört farklı nükleotide sahiptir. Pürin bazları adenin (A) ve guanin (G) iki kaynaşmış nitrojen ve hidrojen halkasından oluşur. Pirimidin bazları sitozin (C) ve timin (T) sadece bir nitrojen ve hidrojenden oluşur. Guanin ve sitozin çifti, timin ve adenin çifti ise, bir pirimit ile eşleştirilmiş bir pürindir.
Bir DNA molekülü çift sarmal gibi görünür. Bir zincirdeki bir pürin bazı ve diğerindeki bir pirimidin bazı arasında hidrojen bağları tarafından tutulan birbiri etrafında dolanan iki nükleotit zincirinden oluşur. RNA, DNA’dan biraz farklıdır. Özellikle, RNA tek bir nükleotid zinciridir, şeker ribozu içerir ve timin yerine pirimidin baz urasil mevcuttur. Urasil bu nedenle pürin adenin ile eşleşebilir.

Kaynakça:
https://www.biologyonline.com/tutorials/chemical-composition-of-the-body
https://www.random-science-tools.com/chemistry/chemical_comp_of_body.htm
https://www.livescience.com/3505-chemistry-life-human-body.html

Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu

Bunları da beğenebilirsin

Cevap bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.