Adnan Menderes Üniversitesi
Tarımsal Biyoteknoloji Bölümü
TBY 118
Muavviz Ayvaz
(Yrd. Doç. Dr.)
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji Bölümü
Laboratuvar
Tekniği
4. Hafta (07.03.2014)
1
4. Haftanın Ders İçeriği
• pH kavramı ve ölçümü
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Biyoteknoloji’de Moleküller
2
Moleküller
• Karbonhidratlar
• Yağlar
• Proteinler
• Nükleik asitler
Bu ana dört hücresel molekülün biyolojik ve kimyasal
özelliği mevcuttur. Deney sırasında çalıştığınız
molekülün türünü bilmeniz size her zaman yardımcı
olacaktır.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
4 ana kategori altında toplayacağımız hücresel
molekül mevcuttur.
3
Karbonhidratlar
•
Mono: 1; sakkarit: şeker
• Monosakkaritler, disakkaritleri (2 monomer);
polisakkaritler (3+ monomer) oluşturmak için
bir araya gelirler
• Di: 2; poly: çok; sakkarit: şeker
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Karbonhidratlar şekerler olarak da adlandırılır.
• -Karbonhidrat monomerleri monosakkaritler
olarak da adlandırılır.
4
Karbonhidratlar
Karbonhidratların fonksiyonları (işlevleri)
• Yapısal molekül olarak özellikle bitkilerde, birçok
mantarda ve eklem bacaklılarda görev alırlar.
(örneğin selüloz ve kitin)
• Depo enerji molekülleri olarak görev alırlar
(örneğin nişasta ve glikojen)
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Canlı organizmaların temel enerji kaynağıdır
5
Karbonhidratlar
Monosakkaritler
• Genellikle
CH20’nun çoklu
katları şeklinde
moleküler
formülleri vardır
• Örneğin: C6H12O6
(Glukoz ve
fruktoz’un formülü)
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Monosakkaritler:
bir momomer
6
• Disakkaritler: iki monomer
• Kimyasal olarak iki monomerin bağlanması ile
oluşur.
• Disakkaritlere örnek sofra şekeri olarak bilinen
sukroz ve süt şekeri laktoz verilebilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Karbonhidratlar
7
Karbonhidratlar
• Temel polisakkaritlere örnek;
•
•
•
•
Nişasta: Bitkiler için depo şeker formudur
Glikojen: Hayvanlar için depo şeker formudur
Selüloz: Bitkilerdeki yapısal moleküldür
Kitin: Birçok omurgasız hayvanın dış-iskeletini oluştururlar
(çoğunlukla eklem bacaklılar)
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Polisakkaritler
• Polisakkaritler 2’den fazla monomerin kimyasal olarak
bağlanması sonucu oluşur.
8
Karbonhidratlar
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Polisakkaritler
• Polisakkaritler 2’den fazla monomerin kimyasal olarak
bağlanması sonucu oluşur.
9
Yağlar
• Depo enerji molekülleridir .
• Hücre membranlarının ana bileşenleridir
(fosfolipidler)
• Yüzey koruyucu madde olarak ve yalıtım işlevi
görürler.
• Birçok hormonun yapısına katılırlar (düzenleyici
kimyasal görevi).
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Yağların fonksiyonları
10
Yağlar
Trigliseritler
• Bu durum lipitleri hidrofobik
yapar (su ve yağın durumunu
düşünün)
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Hidrojen ve karbon
atomlarından oluşurlar.
11
Yağlar
Trigliseritler
• Çift bağ yapılarının bulunup bulunmamasına
bağlıdır.
• “Doymuş” un anlamı hidrojen bağlarının
varlığını gösterir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Farklı tiplerdeki yağ asitleri
12
Yağlar
• Yağların yapısında doymuşluk oranı arttığında
katı yapı oluşumu artar, doymamış yağ asitleri
yapısının daha çok olması durumunda ise sıvı
yapı oluşumu artar.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Trigliseritler
13
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Yağlar
14
Yağlar
• Bitkilerin yapısında bulunan trigliserit (mısır
yağı, zeytin yağı) yapıları doymamış yapılıdır.
• Bu durum bahsi geçen yağ yapılarının oda
sıcaklığında sıvı halde bulunmalarını sağlar.
Bu durumun istisnası tropikal bitkilerin
trigliserit yapılarıdır)
• Birçok hayvansal kaynaklı trigliserit (tereyağ)
doymuş yağ asitlerine sahiptir dolayısıyla oda
sıcaklığında katı halde bulunurlar.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Trigliseritler
15
Yağlar
Fosfolipidler
• Amfipatik: hidrofilik baş
kısmı ve hidrofobik kuyruk
kısmı vardır. Bu durum onları
hücre membran yapısı için
ideal bir konuma getirir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Hücre membranlarının temel
yapı taşlarıdır.
16
•
amfipatik anlamı İng. amphipathic
(Yun. amphi: her iki; pathos: duygu) Bir molekülün yapısında hem
hidrofobik hem de hidrofilik grubun bulunması. Protein ve lipitler de
amfipatik özellik gösterebilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Yağlar: Fosfolipidler
17
• Proteinler 20 amino
asit monomerinin
birleşiminden bir
araya gelmiş
oldukça büyük
polimer yapılı
moleküllerdir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
18
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
19
Amino asitler
• 20 farklı –R grubu (değişken) amino asitlerin
değişken kısmıdır ve proteinlerin spesifik
yapısını tayin eder.
• Bazı R grupları hidrofobiktir.
• Bazı R grupları ise hidrofiliktir.
• Bazı R grupları asidik ve bazıları ise baziktir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
20
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
Amino asitler
21
4 farklı protein yapısı mevcuttur.
• Birincil / primer yapısı : amino asit sırası
(Polipeptit)
• İkincil / sekonder yapı: polipeptitlerin katlanma
motifleri
• Tersiyer yapı: proteinin 3-D yapısı
• Quarterner yapı: birden fazla protein altbiriminin birleşmiş hali
• Primer yapı yukarıdaki yapılardan en stabil olanıdır.
Bunun nedeni amino asitleri birbirine bağlaya kovalent
bağ yapısıdır (kimyasal bağların en güçlü olanıdır)
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
22
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
• Primer yapı yukarıdaki yapılardan en stabil olanıdır.
Bunun nedeni amino asitleri birbirine bağlaya kovalent
bağ yapısıdır (kimyasal bağların en güçlü olanıdır)
23
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
24
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
25
Proteinler
• Proteinler yapıtaşları olan amino asitlerin uzun
zincir şeklinde biraraya gelmesiyle oluşan
polipeptit yapılarından oluşur.
• Fonksiyonel olabilmeleri için halka ya da
katlanmış eşsiz yapıda olmaları gereklidir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Protein yapıları
• Her bir proteininin işlevsel olabilmesi için eşsiz
bir yapısı mevcuttur.
26
Proteinler
• Tek bir hücre >10.000
fazla farklı protein
içerebilir
• Canlı organizmaların
her bir hücresinin
fonksiyonel olabilmesi
protein yapıları
olmazsa olmazdır.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Her bir proteinin 3
boyutlu yapısı onun
fonksiyonunu belirler
27
Proteinlerin bazı fonksiyonları
• Yapı/destek: Derideki kollajen yapısı,
ligamentler ve tendonlar
• Emzimler: hücrelerdeki kimyasal reaksiyonların
hızını arttırır (kataliz). Örneğin Amilaz enzimi
nişastayı şekerlere parçalar.
• Savunma: İmmun sistemdeki antibodiler
• Transport: Hemoglobin kanda oksijen (O2)taşır.
• Hareket: Aktin kasların kasılması için kontraktil
proteini önemlidir.
• Regülasyon: Hücre için mesajcı molekül olarak
hormonlar. Örneğin inüsilin
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Proteinler
28
Proteinler
• Denatüre olan proteinler
fonksiyonlarını/işlevlerini kaybeder.
• Denatürasyon sıcaklık, pH ve tuz
konsatrasyonunun değişiminde olabilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Denatürasyon: protein katlanmadığı zaman
eşsiz yapısını kaybeder ve denatüre olur.
29
• Bilgi yüklü polimerlerdir.
Protein yapıları için kod-bilgi taşırlar.
• Nükleik asitler nükleotit denilen monomer alt
birimlerden oluşmuşlardır.
• 2 tür nükleik asit vardır
• DNA (Deoksiribonükleik asit) ve
RNA (Ribonükleik asit)
• Genler: Proteinlerin
amino asit dizi bilgisini
içeren özel DNA bölgeleridir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
30
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
31
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
32
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
33
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
34
DNA
• Çift iplikli (Hidrojen bağlarıyla iplikler birbirine
bağlanır).
• Şeker-fosfat yapılı ana omurgaya sahiptir.
• 4 farklı tip nükleotit; adenin, guanin, timin ve
sitozin (A,G,T,C)
• Ana omurga yapısında kovalent bağlar yer alır.
• H-bağları bazlar arasında yer alır
• Adenin-Timin ile eşleşir
• Guanin-Sitozi ile eşleşir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
35
Nükleik Asitler
• Bakteriler halkasal yapılı bir kromozoma
• İnsanlar 46 adet lineer kromozoma sahiptir.
• Plazmid DNA’sı: Kromozomlardan farklı küçük, halkasal
DNA parçalarıdır.
• Plazmidler proteinlerin tıbbı/tedavi amaçlı yada farklı
maksatlar için üretiminde kullanılabilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Kromozomlar ve plazmidler
• Kromozomlar: uzun sarmal yapılı DNA parçalarıdır.
Yapılarında kalıtımın birimleri olan genleri içerirler.
• Farklı organizmaların farklı sayıda kromozomları vardır.
36
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Nükleik Asitler
37
Biyoteknoloji Laboratuvarındaki
Hücresel Makromoleküller
• Karbonhidratlar:
• Suda çözünmeleri kolaydır.
• Bu duruma istisna: Selüloz olarak verilebilir; Suda çözünmez
• Bakteriler, mayalar için gıda olabilirler
• Orta derecede suda çözünürler; topaklanmadan dolayı suda
çözünmeleri zorlaşabilir.
• Proteinler kolayca yapısal hasara uğramaları ve denatüre
olmaları nedeniyle laboratuvarda deneyin başından sonuna
hassasiyetle çalışmayı gerektirir.
• Proteinler ısıl işleme ve vortekslemeye karşı hassas olduklarından
bu konuda hassasiyet gösterilmelidir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Proteinler
• Nükleik asitler
• DNA: Uygun şekilde saklandıklarında yapısını sabit şekilde
yıllarca koruyabilir.
• Lipidler: Genelde suda çözünmezler.
38
pH kavramı ve ölçümü
pH’nın tanımı
• Sayısal olarak pH hidrojen iyonlarının litre başına mol
sayısının (Molar) negatif logaritması olarak tanımlanır.
pH= -log [H+]
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• pH bir çözeltideki hidrojen iyonlarının (H+ yada
protonların) konsantrasyonunun ölçümüdür.
39
pH kavramı ve ölçümü
Çözeltilerin pH’sının ölçülmesi
• Biyoteknoloji laboratuvarında pH ayarlaması DNA,
protein , nükleik asitler ve diğer hücresel moleküllerin
çözeltilerini hazırlarken gereklidir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Çözeltinin pH’sı biyolojik ve kimyasal özellikler
yönünden oldukça kritik öneme sahiptir.
40
pH kavramı ve ölçümü
• Çözelti saf sudan yüksek H+ konsantrasyonuna
sahip olduğunda değer 7’den aşağıya düşer ve
buna asidik denir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Saf su kendiliğinden iyonlarına ayrıldığında 10-7
M’lık bir H+ (ve OH-) konsantrasyonu içerir.
Burada negatif logaritma 7 dir. Buda bize saf
suyun pH değerinin 7 olduğunu gösterir.
41
pH kavramı ve ölçümü
• pH ölçeğinin logaritmik olması, pH’nın bir
birimini H+ iyonu konsantrasyonundaki 10-kat
değişim şeklinde ifade edilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Çözeltinin içerdiği H+ iyonları ya da molekülleri
konsantrasyonu saf suyun altına düştüğünde
ise pH değeri 7’nin üzerine çıkar ve buda bazik
yada alkali olarak adlandırılır.
42
pH kavramı ve ölçümü
• Proteinler, nükleik asitler, karbohidratlar ve
yağları içine alan birçok biyolojik molekül pH
değişimlerine karşı oldukça duyarlıdır.
• pH’da ani değişimler olduğu takdirde bu
moleküller işlevlerini yerine getiremez hale
gelirler.
• Birçok canlı organizma için pH değeri 6.5 ila 8.2
arasındadır.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Biyoloji’de pH neden önemlidir?
43
pH kavramı ve ölçümü
• İçme suyu arıtması işlemi doğru pH ile doğrudan
ilişkilidir.
• Şeker endüstrisinde pH’nın yanlış ayarlanması istemeyen
asitlerin oluşmasına ve çok az miktarda şeker elde
edilmesiyle sonuçlanır.
• Atıksuyun arıtımı sonrası deşarj edilecek suyun pH’sı çok
önemlidir. Burada kanalizasyona neden aşırı asidik yada
bazik kirleticilerin atılmaması gerektiğinin önemi bir kez
daha ortaya çıkar.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
pH’nın önemli olduğunu gösteren örneklere bakacak
olursak;
44
• Süt’ün pH’sı 6 olduğunda acılaşır. İyi kalite bir sütün pH’sı
kontrol edilmelidir.
• Klasik yöntemle jöle yapımında pH 4’den küçük olmalıdır
aksi takdirde jelleşme meydana gelmez.
• Araba parçalarının krom kaplaması doğrudan kaplama
çözeltisinin pH’sı ile doğrudan ilgilidir.
• Özetleyecek olursak, üretim süreçlerindeki en basit
kimyasal reaksiyonlar bile pH ile ilişkilidir. Üretimin iyi
kalitede olması optimum pH değerine bağlıdır. Kalite
standartlarını sabit hale getirmemiz ve ürünlerin düzgün
yapılı olması pH’nın sürekli kontrol edilmesi ile ilgilidir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
pH kavramı ve ölçümü
45
pH kavramı ve ölçümü
pH’yı ölçme prosedürü
• pH belirteç kağıtları hızlı ölçüm yapar ancak ölçüm
hassasiyeti pH metreye göre daha azdır. Örneğin 6,8 olan
bir çözeltinin pH’sını pH metre “6,8” olarak ölçerken pH
belirteç kağıtları “7” olarak ölçebilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Ph metre ve pH belirteci kağıtlar.
46
pH kavramı ve ölçümü
pH belirteç kağıtları
• pH’sı ölçülecek olan çözeltinin içine daldırılan belirteç
hızlıca çıkarılır. Belirteçte oluşan renk referans renk ile
karşılaştırılarak pH değeri tayin edilir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Bu kağıtlar dar aralıklı yada geniş aralıklı olabilir. Geniş
aralıklı ölçüm yapanlar 0-14 arasında değerleri gösterir.
pH değişimi renk teki değişim ile belirlenir.
47
pH metre
• pH metre, elektrodlar vasıtasıyla [H+] miktarını
hassas bir şekilde ölçerek pH değerini ölçer.
• pH metrenin doğru ölçümü verebilmesi için
belirli aralıklarda standart tamponlarla kalibre
edilmelidir.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
pH kavramı ve ölçümü
48
pH kavramı ve ölçümü
• pH metrenin cam elektrodunun kırılmaması için
dikkatli olunmalıdır. pH metre farklı çözeltiler ile
kontamine olmaması için her kullanımdan önce
ve kullanım sonrası saf su ile yıkanmalıdır. Bu
işlemi piset ile gerçekleştirebilirsiniz.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
pH metre
49
Tampon çözeltiler
• Tampon içeren bir çözeltiye asit yada baz ilave
edildiğinde pH çok fazla değişmez.
• Çözeltide tamponun bulunmadığı aksi durumda
ortama azıcık asit yada baz ilavesi çözeltinin
pH’sının ani değişimine neden olur. Biyoloji’de
çokça kullanılan tamponlar Tris tamponu ve
fosfat (PO4) temelli tamponlardır.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
• Tampon’un anlamı çözeltinin pH’sının değişimine
karşı koyan anlamındadır. Bu şu anlama gelir;
50
Tampon çözeltiler
Bir çözeltiye belli miktarlara kadar asit veya baz
eklendiğinde, çözeltinin pH değerinin değişmesini
engeller yönde tepkime verebilen özel çözeltilere
“tampon çözelti” denir.
Örneğin 0.01 mol hidroklorik asit, 1 litre saf suya
eklenirse; çözeltinin pH’ı 7’den 2’ye düşer. Ancak
aynı miktarda hidroklorik asidi, 1 litre tampon
çözeltiye eklersek, pH derişimi sadece 0.1 birim
civarında olur.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Tampon çözelti ne demektir?
51
Tampon çözeltiler
Vücudumuzdaki kan, bir çeşit tampon çözeltidir.
Kan ve benzeri biyolojik sıvıların işlevlerini yerine
getirebilmeleri için, ortamın pH değeri belirli
olmalı ve ani değişiklikleri engellemelidir. Kanın
oksijen taşıyabilmesi için ortamın pH değeri 7.4
olmalıdır. Eğer pH değeri 0.1 birim kadar bile
değişseydi, kan oksijen taşıma özelliğini
kaybederdi. Kanımızdaki tampon çözeltide
karbonik asit (H2CO3) ve bikarbonat (HCO3-)
konjuge asit baz çifti yanında, başka konjuge asit
baz çiftleri de vardır.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Tampon çözelti ne demektir?
52
Tampon çözeltiler
• Belirli biyolojik moleküller optimum fonksiyon
gösterebilmeleri için belirli pH’larda farklı
çözeltiler hazırlanmalıdır.
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Belirli pH’larda tampon çözeltiler hazırlama
53
ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji
Bölümü
Never Stop Thinking !
54
Download

Proteinler - Adnan Menderes Üniversitesi