Doç. Dr. Ufuk ÇakatayDoç. Dr. Hakan Ekmekçi

Biyomoleküller: Fonksiyonel Gruplar

Fonksiyonel Grup Nedir?

• Molekül yapısında bulunan ve molekülün karakteristik kimyasal reaksiyonlarından sorumlu olan spesifik/özgün bir grup atomdur.

• Fonksiyonel gruba proton donörü olan karboksil grubunu örnek göstermek mümkündür.

Karboksilik asit, Karboksilat iyonu, Karboksilat iyonunun üç boyutlu yapısı

Fonksiyonel Grupların Genel Özellikleri Nelerdir?

• Aynı fonksiyonel gruplar bağlı olduğu molekülün büyüklüğüne bağlı olmaksızın aynı ya da benzer kimyasal reaksiyonlara girer.

• Fonksiyonel grubun rölatif/göreceli reaktivitesi yakınında bulunan diğer fonksiyonel gruplar tarafından değiştirilebilir.

• R harfi fonksiyonel gruba bağlı olan H atomunu ya da organik molekülün diğer kısmını (Hidrokarbon yan zinciri) ifade eder.

• Moleküldeki bir hidrojen atomunun çıkmasıyla oluşurlar. Bazı fonksiyonel gruplar iyonize diğerleri yüklü/polar formdadır

Biyomoleküllerde Bulunan Temel Fonksiyonel Gruplar

Fonksiyonel Grupların Genel Özelliklerinin Amino Asid Yapısı

Üzerinde İrdelenmesi

Fonksiyonel Gruplara Bağlanan R Gruplarının Genel Yapısı ve

Adlandırılması• Organik kimyada CnH2n+2 genel formülü ile gösterilen

alkan grubu bileşikler biyomoleküller sınıflandırmasına dahil olmasa da, bu bileşiklerden bir hidrojen atomunun çıkmasıyla oluşan ve CnH2n+ 1 yapısındaki R harfi ile gösterilen alkiller, biyomoleküllerdeki fonksiyonel gruplara bağlanırlar. Alkenler çift bağ içeren CnH2n -2 bleşiklerdir. Hidrofobik bileşiklerdir.

Adlandırma• Alkan/Alkil/Alken • Metan/Metil/Meten• Etan/Etil/Eten• Propan/Propil/Propen• Bütan/Bütil/Büten

Alkanlardan Türevlenen, Genel Olarak “R” ile Gösterilen, Biyomoleküllerin

Yapılarında Bulunan Alkil Gruplarının Yapıları ve Adlandırması

Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Gruplar Molekülün Kimyasal

Reaktivitesini Belirler

Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Gruplar

Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Grupların Tanımlanması I

• Hidroksil grubu: Su molekülündeki bir hidrojen atomu yerine alkil grubunun geçmesiyle oluşur.

• Karbonil grubu: Karbon atomuna çift bağlı bir oksijen atomu içerir. Aldehitlerde üçüncü bağ bir alkil, dördüncü bağ ise hidrojen atomu ile oluşturulur. Ketonlarda üçüncü ve dördüncü pozisyonlarda aynı ya da farklı bir alkil grubu yer alır.

• Karboksil grubu: Yapısında karbon atomuna çift bağlı oksijen atomu (Karbonil grubu) içerir. Üçüncü bağ bir alkil grubu ile, dördüncü bağ ise proton donörü olan hidroksil grubu ile yapılmıştır.

• Metil ve Etil grupları: Metan ve etandan bir hidrojen atomunun çıkmasıyla oluşan fonksiyonel gruplardır.

• Fenil grubu: Benzen molekülünden bir hidrojen atomunun çıkmasıyla oluşan aromatik/halkalı yapıda bir fonksiyonel gruptur.

• Ester: Karboksil ve hidroksil grupları arasından bir molekül suyun ayrılmasıyla oluşurlar

• Eter: İki hidroksil grubu arasından bir molekül suyun ayrılması ile oluşur

Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Grupların Tanımlanması II

• Amino grubu: NH3 molekülün monoalkillenmiş türevi

• Amido grubu: NH3 molekülün monoaçillenmiş türevi

• Guanido grubu: Karbon atomuna bir çift ve iki tek bağlı azot atomu içeren fonksiyonel grup.

• İmidazol grubu: Üç karbon ve iki hetero atomdan (azot atomundan) oluşan beş üyeli heterosiklik halka yapısındaki fonksiyonel grup

• Sülfhidril / Tiyol grubu: S atomuna bağlı bir hidrojen atomu içeren fonksiyonel grup

• Disülfid: İki sülfhidril grubu arasından iki hidrojen atomunun ayrılmasıyla oluşur

• Fosforil: Fosfor atomu beş bağ yapabilme özelliğindedir. Bağların biri çift bağlı oksijen ile, diğer üçü ise tek bağlı oksijen atomlarını içerir

Biyomoleküllerde Bulunan Fonksiyonel Gruplar Elektriksel Yük Taşıyabilir

• Amino asit

• ATP

1313

Sulu çözeltide Yapı İsimhakim olan formlar

HİDROKSİL

KARBONİL

KARBOKSİL

İMİNO

AMİNO

TİYOL

FOSFAT

PİROFOSFAT

Aldehit ve Keton Grubu İçeren Biyomoleküller

Monosakkaridler/Şekerler • Glukoz (Aldehit grubu içerir)

• Fruktoz (Keton grubu içerir)

Karboksil Grubu İçeren Biyomoleküller

• Yağ asitleri: Stearik Asit (Hidrofilik karboksil grubu içerir)

• Amino asitler: Glisin (Karboksil grubu içerir)

Amino Grubu İçeren Biyomoleküller

Amino Asitler• Alanin (Amino grubu içerir)

• Üre (Amino grubu içerir)

Alkol (Hidroksi-OH) Grubu İçeren Biyomoleküller

• ATP

• Glukoz 6-fosfat

Fosfat Grubu İçeren Biyomoleküller• ATP

• Glukoz 6-fosfat

Bazı Biyomoleküller Birden Fazla Fonksiyonel Grup İçerir

Elektrofil ve Nükleofil Nedir?

• En kısa haliyle, elektrofil elektronca fakir, nükleofil ise elektronca zengin demektir.

• Nükleofiller, eksi yük iceren ya da serbest (esleşmemis elektron) elektron çifti içeren moleküllerdir. NH3, H2O, R-SH gibi serbest elektron çifti içeren moleküller, ya da –COO-, I-, OH-, gibi eksi yük iceren moleküllerdir.

• Elektrofiller ise artı yük iceren ya da elektronegatif atomlarin elektron çekmesinden dolayi elektronca fakirlesip, kismi arti yüklü hale gelen moleküllerdir.

Elektrofil ve Nükleofil Gruplar Nasıl Reaksiyona Girer?

• İlk basamakta kuvvetli bir elektrofil (E+) çift bağın yapısında bulunan pi elektronlarını kendine çekerek + yüklü karbokatyon oluşturur. Nükleofil karbokatyon yapısına katılarak monosubstitue ürünü oluşturur.

Hücrede Nükleofil Olarak Görev Yapan Fonksiyonel Gruplar

Su Mükemmel Bir Nükleofildir.

• Metabolik reaksiyonların çoğu nükleofillerin (elektrondan zengin moleküllerin), elektrofillerin (+) merkezlerine saldırısını kapsar.

• Kovalent bağların kırılması ve oluşumunda elektrondan zengin nükleofiller yer alır.

• Su molekülünün oksijen atomu nükleofilik özelliktedir.

• Proteinler, nükleik asitler ile lipitlerin sentezi ve parçalanması, nükleofiller tarafından saldırıyı içerir. Glikojenden glukoz birimlerinin salınmasında su veya inorganik fosfatlar tarafından enzim katalizli nükleofilik saldırı yer alır.

Su İki Çift Eşleşmemiş Elektron İçerdiği İçin Mükemmel Bir Nükleofildir.

Nükleofilik Reaksiyonlar I

• Soldan sağa: Protein sentezi ve degradasyonu sırasındaki nükleofilik saldırılar: Peptid bağının sentezi sırasında amino grubundaki azot atomunun, yıkımda ise su molekülünün oksijen atomunun nükleofilik atağı söz konusudur.

Nükleofilik Reaksiyonlar II

• Soldan sağa: DNA sentezi sırasında ana zincirdeki deoksiriboz şekerin 3 numaralı karbon atomuna bağlı –OH grubunun nükleofilik oksijen atomu, deoksinükleozid trifosfatın (dNTP) şeker kısmındaki 5 numaralı karbon atomuna bağlı fosfor atomuna nükleofilik saldırıda bulunur ve böylelikle 3’-5’ fosfodiester bağı oluşur.

• An Experiment on a Bird in an Air Pump by Joseph Wright of Derby, 1768. Original in the National Galery, London