Hücrenin Kimyası

Hücre kimyasal olarak su, organik moleküller ve inorganik iyonlardan oluşur.

Su

Su molekülünün polaritesi ve bunun sonucunda oluşan hidrojen bağı, suyu yaşam süreçlerine yakından bağlı özel özelliklere sahip benzersiz bir madde haline getirir. Yaşam başlangıçta sulu bir ortamda gelişmiştir ve bir organizmanın hücresel kimyasının ve metabolizmasının çoğu hücrenin sitoplazmasının sulu içeriği içinde meydana gelmiştir. Suyun özel özellikleri, yüksek ısı kapasitesi ve buharlaşma ısısı, polar molekülleri çözme kabiliyeti, yapışkan ve yapışkan özellikleri ve pH’ın temeline yol açan iyonlara ayrışmasıdır. Suyun bu özelliklerini anlamak, yaşamın sürdürülmesindeki öneminin anlaşılmasına yardımcı olur.

Suyun önemli özelliklerinden biri polar bir molekül olmasıdır: su molekülleri içindeki hidrojen ve oksijen (H₂O) polar kovalent bağlar oluşturur. Bir su molekülüne net bir yük olmasa da suyun polaritesi hidrojen üzerinde hafif pozitif bir yük ve oksijen üzerinde hafif negatif bir yük oluşturur ve suyun çekim özelliklerine katkıda bulunur. Su, oksijen hidrojenden daha elektronegatif olduğu için yükler üretir, bu da paylaşılan bir elektronun oksijen çekirdeğinin yakınında hidrojen çekirdeğinden daha fazla olmasını ve böylece oksijenin yakınında kısmi negatif yük oluşturmasını sağlar.

Suyun polaritesinin bir sonucu olarak, her su molekülü, su molekülleri arasındaki zıt yükler nedeniyle diğer su moleküllerini çeker ve hidrojen bağları oluşturur. Su ayrıca diğer polar molekülleri ve iyonları da çeker veya çekilir. Su ile kolayca etkileşime giren veya suda çözünen polar bir madde hidrofiliktir. Buna karşılık, yağlar ve yağlar gibi kutupsal olmayan moleküller su ile iyi etkileşime girmez. Bu polar olmayan bileşikler hidrofobiktir.

Organik Moleküller

Proteinler, karbonhidratlar, nükleik asitler ve lipitler, daha küçük organik moleküllerden inşa edilen yaşam için gerekli büyük moleküller olan dört ana biyolojik makromolekül sınıfıdır. Makromoleküller, bilim adamlarının daha büyük polimerler oluşturmak için kovalent bağlarla birleştirilen monomerler olarak adlandırdıkları tek birimlerden oluşur. Polimer, parçalarının toplamından daha fazladır: yeni özellikler kazanır ve bileşenleri tarafından oluşturulandan çok daha düşük bir ozmotik basınca yol açar. Bu, hücresel ozmotik koşulların korunmasında önemli bir avantajdır. Bir monomer, su molekülü salınımı ile başka bir monomer ile birleşir ve kovalent bir bağ oluşmasına neden olur. Bilim adamları bu reaksiyonları dehidrasyon veya yoğuşma olarak adlandırır. Polimerler daha küçük birimlere (monomerler) ayrıldıklarında, bu reaksiyonlarla kırılan her bağ için bir su molekülü kullanırlar. Bu tür reaksiyonlar hidroliz reaksiyonlarıdır. Dehidrasyon ve hidroliz reaksiyonları tüm makromoleküller için benzerdir, ancak her monomer ve polimer reaksiyonu kendi sınıfına özeldir. Dehidrasyon reaksiyonları tipik olarak yeni bağ oluşumu için bir enerji gerektirirken, hidroliz reaksiyonları tipik olarak bağları kırarak enerjiyi serbest bırakır.

Karbonhidratlar karbonhidratlar, hücre için hayati bir enerji kaynağı olan ve bitki hücrelerine, mantarlara ve ıstakoz, yengeç, karides, böcek ve örümcekleri içeren tüm eklembacaklılara yapısal destek sağlayan bir grup makromoleküldür. Karbonhidratlar monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olarak sınıflandırılabilir. Glikoz depolama, nişasta veya glikojen gibi polimerler şeklinde, metabolizma için biraz daha az erişilebilir hale getirir; bununla birlikte, bu, hücrenin dışına sızmasını veya hücrenin aşırı su almasına neden olabilecek yüksek bir ozmotik basınç oluşturmasını önler.

Proteinler proteinler, hücre için çok çeşitli işlevleri yerine getiren bir makromolekül sınıfıdır. Enzimler, taşıyıcılar veya hormonlar gibi davranarak metabolizmaya yardımcı olurlar ve yapısal destek sağlarlar. Proteinlerin yapı taşları amino asitlerdir.

Lipitler lipitler, doğada apolar ve hidrofobik olan bir makromolekül sınıfıdır. Başlıca tipler arasında katı ve sıvı yağlar, mumlar, fosfolipitler ve steroidler bulunur. Yağlar depolanan bir enerji şeklidir ve triasilgliseroller veya trigliseritler olarak da bilinir. Kolesterol bir steroid türüdür ve membranın sıvı doğasını korumaya yardımcı olduğu plazma zarının önemli bir bileşenidir.

Nükleik asitler Nükleik Asitler, hücre bölünmesi ve protein sentezi gibi hücresel aktiviteleri yönlendiren nükleotidlerden oluşan moleküllerdir. İki tür nükleik asit vardır: DNA ve RNA. DNA, hücrenin genetik planını taşır ve onu ebeveynlerden yavrulara aktarır. RNA, protein sentezinde ve düzenlenmesinde rol oynar.

İnorganik İyonlar

İnorganik iyonlar hücre kütlesinin %1’inden daha azını oluşturur, ancak hücre fonksiyonu için kritik öneme sahiptir. Bir hücrede bulunanlar arasında sodyum, potasyum, magnezyum, kalsiyum, fosfat ve klorür bulunur.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Biology 2e, Unit 1: The Chemistry of Life.