Biyofiziksel Kimya

Canlı organizmalar; karmaşık yapılı ve oldukça organizedirler, hareket etme, metabolizma ve üreme yetenekleri vardır. Ayrıca büyüme özelliği taşıyıp etkiye tepki verirler. Önemli biyolojik sistem fonksiyonlarını fiziksel olarak açıklamak için çalışan ve bu amaçla geniş bir araştırma yelpazesine sahip olan bilim dalına Biyofiziksel Kimya denir.

Atom ve İzotoplar

Atom bir elementin bütün özelliklerini taşıyan en küçük birimidir. Atomlar proton, nötron ve elektron ismi verilen alt birimlerden meydana gelir. Bir elementin proton sayıları eşit nötron sayıları farklı olan atomlarına izotop denir.

Molekül, Bileşik ve Kimyasal Bağlar

İki veya daha fazla atomdan oluşan en küçük parçacığa molekül denir. Bileşik ise farklı cins iki veya daha fazla atomun bir araya gelmesiyle oluşan yapıdır. Atomları birarada tutan kuvvete Kimyasal Bağ adı verilir.

Radyoaktivite

Kararlı hale gelebilmek çekirdeklerinden partikül ve elektromanyetik dalga yayan izotoplara radyoaktif izotoplar denir. Kararlı hale gelmek için atom çekirdeğinden partikül ve elektromanyetik dalga yayılması olayına ise radyoaktivite denir.

Radyoaktif Bozunma ve Yarılanma Ömrü

Kararsız radyoizotopların çekirdekleri farklı tiplerde ışınlar yayarak parçalanmalarına radyoaktif bozunma denir. Radyoaktif izotopun başlangıçta sahip olduğu radyoaktivitenin yarısını kaybetmesi için geçen süreye yarılanma ömrü denir.

Nükleer Fisyon ve Nükleer Füzyon

Radyoizotopun çekirdeğinin daha hafif çekirdeklere bölünmesi olayına Nükleer Fisyon (Çekirdek Fisyonu) denir. Hafif çekirdeklerin daha ağır bir çekirdek oluşturmak için birleşmelerine ise Nükleer Füzyon (Çekirdek Füzyonu) denir.

Radyoizotopların Zararları

Radyoizotoplara bağlı olarak hücrelerde genetik ve somatik olmak üzere iki farklı hasar olabilmektedir. Radyasyona en duyarlı dokular sırasıyla kemik iliği, dalak, sindirim kanalı, üreme organları ve lenf bezleridir.

Radyoizotopların Kullanım Alanları

Radyoizotopların başlıca kullanım alanları; nükleer enerji, endüstriyel kullanım, sağlık sektörü, araştırma, sterilizasyon ve yaş tayinidir.

Su ve Sulu Çözeltiler

Su (H 2O) molekülü, 1 Oksijen (O) ve 2 Hidrojen (H) atomundan oluşmaktadır. Oksijen atomunun elektronlara karşı ilgisi hidrojen atomlarından daha yüksektir. Su molekülü diğer su moleküllerine hidrojen bağı ile bağlanır. Bir adet su molekülü, sıvı formda 3.4 su molekülüne, buz formunda ise etrafındaki 4 su molekülüne bağlanarak tetrahedral (dört yüzlü) bir yapı oluşturur.

Su Molekülünün Özellikleri

• Su polar (kutuplu) bir moleküldür ve sürekli bir dipol (çift kutuplu) yapı gösterir.
• Su molekülü kolaylıkla hidrojen bağları oluşturur.
• Su polar moleküller için iyi bir çözücüdür.
• Yüksüz (nonpolar) moleküller suda çözünmezler.

Suyun Biyolojik Görevleri

• Suyun organizmada önemli biyolojik görevleri bulunmaktadır. Bunlar:
• Su makromoleküllerin yapı taşıdır.
• Su iyi bir çözüdür.
• Su ısı düzenleyicisidir.
• Su enerjiyi yönetir.
• Su iyi bir taşıyıcıdır.
• Su iyi bir substrat ve kosubstrattır.

Suyun Organizmada Dağılımı

Organizmada suyun fonksiyonel dağılımı hücre içi (intraselüler) sıvısı ve hücre dışı (ekstraselüler) sıvısı olarak şekillenir. Hücre içi sıvısı organizmada bulunan suyun % 70’ini, hücre dışı sıvısı ise % 30’unu oluşturur.

Suyun İyonizasyonu ve pH Kavramı

Suyun iyonizasyonunda su molekülü (H2O), Hidrojen (H+) ve Hidroksid (OH-) iyonlarına ayrışır. Çözeltilerde protonlar, pratik olarak daima H3O+şeklinde hidratize durumda bulunurlar fakat basitleştirilerek H+şeklinde yazılırlar.

pH, H+ iyonu konsantrasyonunun 10 tabanına göre eksi ( -) logaritmasıdır. Suda çözündüğü zaman ortama H+ iyonu veren maddelere asit, H+iyonu alan maddelere ise baz denir.

pH değerinin belirlenmesi elektrometrik ve kolorimetrik metotlar ile yapılabilmektedir.

Biyolojik Tamponlar

Zayıf bir asit ya da baz ve onun tuzundan oluşan çözeltiye tampon çözelti denir. Biyolojik sistemler pH değişimlerini kendi mekanizmaları ile dengede tutar. Bu mekanizmalar; solunum, sulandırma, renal mekanizma ve tampon sistemlerdir.

Hücre İçin Önemli Bazı Biyofiziksel Kavramlar

Difüzyon

Moleküllerin içerisinde bulunduğu çözeltinin her tarafına eşit olarak kendiliğinden yayılmasına difüzyon denir.

Ozmoz ve Ozmotik basınç

Suyun az yoğun ortamdan çok yoğun ortama enerji harcanmadan geçişine ozmoz denir. Suyun bu geçişi sırasında oluşan basınca ise ozmotik basınç denir.

Diyaliz

Yarı geçirgen bir zar aracılığı ile küçük moleküllü maddeleri büyük moleküllü maddelerden ayırma işlemine diyaliz denir. Böbrek yetersizliği olanlarda kanın vücut dışında bulunan yarı geçirgen bir zardan geçirilerek vücutta birikmiş olan üre, kreatinin gibi zararlı ürünlerden temizlenmesi işlemine hemodiyaliz denir.

Donma Noktası

Bir çözücü içerisinde bulunan çözünmüş maddeler içinde bulundukları çözücünün donma noktasını düşürürler. Protoplazma (hücre içeriği), içerisinde bulunan çözünmüş maddelerin donma noktasını düşürmesinden dolayı saf suyun donma noktasında donmaz ve faaliyetlerine devam eder.

Yüzey Gerilimi

Çözelti içerisindeki moleküller her yönden eşit olarak çekilmekte ve serbestçe hareket edebilmektedirler. Yüzeydeki sıvı molekülleri ise hava moleküllerinden daha büyük bir kuvvetle sıvının merkezine doğru ve iki yana eşit kuvvetle çekilirler. Bu şekilde birbirlerine yapışarak kümeler oluşturur, rahat hareket edemezler ve yüzeyde ince ve elastik bir zar meydana getirirler.

Adsorpsiyon

Dengelenmemiş kuvvet alanlarının etkisiyle bir maddenin yüzeyine başka moleküllerin bağlanması olayına adsorpsiyon denir.

Maddelerin Hücre Membranlarından Geçişi

Moleküller hücre membranlarından 2 farklı mekanizma ile geçiş yaparlar. Bunlar;

Pasif Transport: Enerji (ATP) kullanılmadan gerçekleştirilir. 3 şekilde olur:

• Difüzyon: Konsantrasyon farkına göre çalışır.
• Kolaylaştırılmış difüzyon: Bir taşıyıcı yardımı ile gerçekleştirilir.
• Ozmoz: Suyun difüzyonu olarak bilinir.

Aktif Transport: Enerji (ATP) kullanılarak gerçekleştirilir