Biyokimyasal Tepkimeler Nedir ve Biyoteknoloji Nedir

Bu yazımızda sizlere biyokimyasal tepkimeler nedir ve biyoteknoloji nedir konularını anlatacağız. Canlı molekül yoktur; Biyokimyasal tepkimeler son derece etkili, özgül ve stereoseçici katalizörler olan enzimlerce etkinleştirilir. Biyokimyasal tepkimeler, kimyanın genel yasalarına uyarak gelişir. Canlı sistem­lerdeki moleküllerin etkileşimi, her bakımdan laboratuvar tüplerinde meydana gelen tepkimelere benzer, öyleyse kimya ile biyokimya arasında neden bu ayrım yapılır diye sorabiliriz. Çünkü hücrelerdeki kimyasal sistemlerin evrim koşulları çok farklı bir özellik gösterir: sıcaklık ve pH hemen hemen hiç değişmez; derişim ve basınç koşullarında aşırılık görülmez. Bu koşullarda, tep­kimeye giren çeşitli maddelerin aralarında yeterli hızlarda et­kileşmesi için kaçınılmaz olarak bir katalizör gerekir. Üstelik bu katalizörün, seçimlilik, stereoözgüllük, çözünürlük ve zehirli olmama gibi, genellikle organik kimyadaki katalizörlerin çok azında bir arada bulunan koşullara sahip olması gerekir. Evrim sırasında kullanılan katalizörler, enzimlerdir. Bu enzimlerin etkililiği önemsenecek boyuttadır. Mesela karbon dioksitin, CO₂ + H₂0 —> H₂CO₃ şeklindeki hidratlanma tepki­mesinin bir deney tüpünde katalizörsüz oluşumuna oranla enzim eşliğinde oluşumu, 10 milyon kere daha hızla ger­çekleşir. Bu aşırı etkililiğin edenlerinden biri, enzimin Protein yapısında, hızlandırılacak tepkimeyi kolaylaştırmak için etkin merkezler dizisine sahip olmasıdır. Etkin merkezlerin birbirine yakınlığı, bir tepki­menin değişik aşamaları ara­sındaki aralığı kısaltır. Karbondioksidin etkinleşmesi_, suyun nükleofil etkisi, moleküller arası yeniden düzenleme ve karbonik asidin etkinliğini giderme en az alan içinde, dolayısıyla da en kısa sürede gerçekleşir. Bu düzenli etkileşimler (entropi azalması), bir enerji kazananıyla iki katına çıkar. Enzin – altepken etkileşimleri olağanüstü bir şekilde düzenlenmiştir.

Bütün diğer biyomoleküller (mesela DNA ve hemoglobin) gibi, enzimlere de yaşam molekülleri denir; çünkü bunlar da yaşama imkân verir; ama canlı moleküller değildir. DNA’nın kendi orijinalini ya­ratması, özel hidrojen bağlarına izin veren purik, sterik ve pirimidik bazların birbirini tamamlamasıyla açıklanır. Bu hidrojen bağları, anorganik kimyada su ve amonyak arasında var olan bağlarla aynıdır. Bi­yomoleküller, sodyum klorürün uyduğu fizikokimyasal yasalara uyar. Çok iyi uyarlanan temel süreçlerin birbirini izlemesine imkân veren yapılarının kar­maşıklığından başka bir şey değildir; ne var ki bazı yo­rumcular bu uyumda ilahi bir ilkenin yansımasını ve uygu­lanmasını görme eğiliminde­dirler. Gerçekte, hücreler yaşar ve ölür, ama bunları oluşturan kimyasal sistem, Lavoisier’nin ortaya koyduğu şu ilkeye bağlı kalır: hiçbir şey yok olmaz, hiçbir şey yok olmaz, hiçbir şey de yoktan var edilemez.

Biyoteknoloji Nedir

Enzimlerin gösterdiği performans, kimyacıları bunları sanayi alanında kullanmaya itti. Nitekim bazı enzimler, alkollü içkilerin (glikozun alkole dö­nüşmesi), peynirin veya ekmeğin mayalanmasında uzun süreden beri kullanılmaktadır. Biyoteknolojide sağlanan gelişme, bu teknolojinin programlan­madığı maddelerin üretiminde de kullanılmasına imkân ver­miştir.

Biyoteknoloji yöntemleri alanında, biri petrokimyada, diğeri de proteinlerin üretiminde olmak üzere iki büyük örnek verilebilir.

Propilen oksit (C₃H₇O) gibi petrokimyadaki önemli ara ürünlerin sentezinde, CETUS yönteminin kullanılması düşünüldü; ama ekonomik bakımdan kârlılığı tartışma konusudur. Bu oksit, klorhidrinden (CH₃– CHCl-CH₂OH), halohidrinepoksidaz enzimi eşliğinde üretilir. Klorhidrin molekülüyse, hidrojen peroksit ve klorperoksidaz eşliğinde propenin klor üzerine tepkimesi sonucunda elde edilir. Hidrojen peroksit de glikozun, glikoz-2-oksidaz aracılığıyla arbano-2-heksuloza açık havada dönüşmesi sırasında ortaya çıkar.

Tam sentez yoluyla hazırlanması uygulamada imkânsız olan maddeler, bugün biyoteknoloji yoluyla üretilmektedir. Mesela, insan ensülini, tripsin katalaz adındaki enzim sayesinde domuz ensülininden elde edilir. Domuz ensülini ile insan ensülini arasındaki fark, tek bir amino- aside bağlıdır: alaninin yerini treoninin alması gerekir. Bu ornatma enzim aracılığıyla gerçekleşir ve üretilen ensülin, şeker hastalarında eksilen en­süline tam olarak özdeştir.

Ancak, enzimlerin kullanımı tepkime sisteminde artan bir karmaşıklığa yol açar. Nitekim, nikotinamit adenosin dinükleotitin (indirgenmiş biçimi NADH, yükseltgenmiş biçimi NAD⁺) biyokimyasal tepkime indirgeni olan oksidoredüktazın maliyeti çok yüksektir ve yeniden çevrime girmesi gerekir. Sisteme NADH yenileme enzimleri katılarak bu çevrim sağlanır. Ama karmaşıklığı bakımından tepkime kabı gerçek bir hücreye benzemeye başlar. Enzimlerden yararlanma zor­lukları arasında sulu olmayan ortamların, biyolojik pH’lerden farklı pH’lerin veya yüksek sı­caklıkların kullanımı yer alır; bütün bu koşullar, doğal ortamda enzimlerin hiç karşılaşmadığı koşullardır.