TUS TUS Temel Tıp Bilimleri Kimyasal Türler Arası Etkileşimler Testi #3

Fizyolojik pH = 7,4 değerinde tuz köprüsü (iyonik etkileşim) oluşabilmesi için bir amino asidin pozitif yüklü (bazik), diğerinin ise negatif yüklü (asidik) yan zincire sahip olması gerekir. - Lizin (Lys, $pK_R \approx 10{,}5$) fizyolojik pH'da protonlanmış olup pozitif yüklüdür ($-NH_3^+$). - Aspartat (Asp, $pK_R \approx 3{,}9$) fizyolojik pH'da deprotonize olup negatif yüklüdür ($-COO^-$). Bu iki zıt yüklü grup arasında güçlü bir elektrostatik çekim (tuz köprüsü) kurulur. Lösin, valin apolar; serin, treonin nötr polardır. Doğru cevap A şıkkıdır.

Coulomb yasasına göre elektrostatik kuvvet ortamın dielektrik sabiti ($\\varepsilon$) ile ters orantılıdır: $F \propto \frac{1}{\varepsilon}$ Proteinin iç ortamındaki kuvvetin su ortamındaki kuvvete oranı: $\frac{F_{\text{iç}}}{F_{\text{su}}} = \frac{\varepsilon_{\text{su}}}{\varepsilon_{\text{iç}}} = \frac{80}{4} = 20$ Dolayısıyla hidrofobik iç kısımda dielektrik sabiti düşük olduğu için iyonik etkileşim 20 kat daha güçlüdür. Doğru cevap D şıkkıdır.

50 baz çifti içeren bir DNA molekülünde toplam $50 \times 2 = 100$ nükleotit bulunur. Chargaff kurallarına göre $G = C$ ve $A = T$'dir. $G = 30$ olduğuna göre, $C = 30$ baz çifti bulunur. Geriye kalan baz çiftleri $A-T$ çiftleridir: $50 - 30 = 20$ adet $A-T$ baz çifti vardır. - Her G-C çifti arasında 3 hidrojen bağı kurulur: $30 \times 3 = 90$ bağ. - Her A-T çifti arasında 2 hidrojen bağı kurulur: $20 \times 2 = 40$ bağ. Toplam hidrojen bağı sayısı = $90 + 40 = 130$'dur. Doğru cevap C şıkkıdır.

Hidrofobik etkinin temel itici gücü suyun entropi değişimidir. Katlanmamış durumda apolar yan zincirlerin etrafında düzenli ve kısıtlanmış bir 'su kafesi' (klatrat yapısı) oluşur. Protein katlanıp apolar kalıntılar içeri gömüldüğünde bu klatrat kafeslerindeki su molekülleri serbest kalır. Serbest su moleküllerinin düzensizliği artar, yani sistemin su entropisi belirgin şekilde pozitifleşir ($\Delta S_{\text{su}} > 0$). $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ eşitliğine göre bu yüksek pozitif entropi katkısı $\Delta G$'yi negatif yaparak katlanmayı yönlendirir. Doğru cevap B şıkkıdır.

Disülfit bağları, iki sistein (Cys) kalıntısının yan zincirlerindeki sülfidril (tiyol, $-SH$) gruplarının 2 elektron ve 2 proton vererek oksidasyona uğramasıyla oluşur. Oluşan kovalent bağlı dimerik yapıya 'sistin' adı verilir. Metiyonin de kükürt içerir ancak tiyol grubu içermez (tiyoeter içerir) ve disülfit bağı oluşturamaz. Doğru cevap C şıkkıdır.

Lennard-Jones 6-12 potansiyelinde van der Waals çekim enerjisi (London dispersiyon kuvvetleri) dipol-indüklenmiş dipol ve anlık dipol dalgalanmalarından kaynaklanır ve aralarındaki mesafe $r$ ile $r^{-6}$ (yani $\frac{1}{r^6}$) şeklinde orantılıdır. Çok yakın mesafelerdeki elektron bulutlarının örtüşmesinden kaynaklanan itici kuvvet ise $r^{-12}$ (yani $\frac{1}{r^{12}}$) ile orantılıdır. Doğru cevap E şıkkıdır.

Fosfolipitler amfipatik moleküllerdir; hidrofilik baş grupları polar su molekülleri ile hidrojen bağları ve elektrostatik (iyon-dipol/dipol-dipol) etkileşimler kurarak dışa bakar. Apolar yağ asidi kuyrukları ise hidrofobik etki ve van der Waals (London dispersiyon) kuvvetleri sayesinde içe doğru yönelerek sudan kaçar ve birbirleriyle paketlenir. Doğru cevap A şıkkıdır.

Standart bir alfa-helikste polipeptit omurgasındaki her bir amino asidin ($n$. kalıntı) karbonil oksijeni ($-C=O$), kendisinden 4 kalıntı sonra gelen ($n+4$. kalıntı) amino grubunun hidrojeni ($-NH-$) ile omurga içi hidrojen bağı yapar ($n \to n+4$ kuralı). Yan zincirler heliksin dışına doğru yönelir. Doğru cevap B şıkkıdır.

Düzlemsel aromatik halka sistemine sahip interkalatör ajanlar (etidyum bromür, doksorubisin, daunorubisin), DNA çift sarmalında üst üste istiflenmiş baz çiftlerinin arasına girer. Burada bazların aromatik halkaları ile ilacın düzlemsel aromatik halkaları arasında '$\pi\text{-}\pi$ istiflenme (pi-stacking)' ve van der Waals etkileşimleri kurulur. Bu durum heliksi uzatır ve replikasyon/transkripsiyonu bozar. Doğru cevap D şıkkıdır.

Biyolojik sistemlerde bağ enerjileri: 1. Kovalent bağ ($C-C$, $C-H$ vb.): $\approx 350 - 450\ \text{kJ/mol}$ (En güçlü). 2. İyonik etkileşim / Tuz köprüsü (özellikle hidrofobik cepte): $\approx 40 - 80\ \text{kJ/mol}$. 3. Hidrojen bağı: $\approx 10 - 30\ \text{kJ/mol}$. 4. Van der Waals (London dispersiyonu): $\approx 1 - 4\ \text{kJ/mol}$ (En zayıf). Sıralama: Kovalent bağ > İyonik bağ > Hidrojen bağı > Van der Waals etkileşimi. Doğru cevap A şıkkıdır.

Hem demiri ($Fe^{2+}$), protoporfirin IX halkasındaki 4 pirol halkasının azot atomlarıyla ve polipeptit zincirindeki 'proksimal histidin' (His F8) kalıntısının imidazol azotuyla koordine kovalent bağlar kurar. Serbest olan 6. koordinasyon pozisyonuna ise geri dönüşümlü olarak moleküler oksijen ($O_2$) bağlanır. Doğru cevap E şıkkıdır.

Tek bir su molekülünde oksijen atomu üzerinde 2 adet ortaklanmamış elektron çifti (hidrojen bağı alıcısı) ve 2 adet kovalent bağlı hidrojen atomu (hidrojen bağı vericisi) bulunur. Buzun düzgün dörtyüzlü (tetrahedral) kafes yapısında, her bir su molekülü 2 adet bağı hidrojenleri üzerinden, 2 adet bağı ise oksijenin elektron çiftleri üzerinden yaparak aynı anda tam 4 adet hidrojen bağı kurar. Doğru cevap C şıkkıdır.

Üre ve guanidyum klorür güçlü kaotropik ajanlardır. Bu moleküller hem suyun dinamik hidrojen bağı ağını bozarak hidrofobik etkiyi zayıflatır, hem de polipeptit omurgasındaki polar gruplarla ve yan zincirlerle doğrudan yarışmalı hidrojen bağları kurarak proteinin yerel ikincil ve üçüncül bağlarını çözer. Peptit bağlarını kovalent olarak hidroliz etmezler. Doğru cevap B şıkkıdır.

Pozitif yüklü bir katyonun (örneğin kuaterner amonyum, lizin veya arjinin yan zinciri) aromatik bir halkanın (triptofan, tirozin, fenilalanin) elektronca zengin $\pi$ elektron bulutunun merkezine elektrostatik çekimle yaklaşması sonucu oluşan etkileşime 'Katyon-pi (cation-$\pi$)' etkileşimi denir. Nörotransmitter-reseptör ve enzim-substrat bağlanmasında sıklıkla görülür. Doğru cevap B şıkkıdır.

Antijen-antikor bağlanması tamamen geri dönüşümlü (non-kovalent) zayıf etkileşimlerin kümülatif toplamı ile gerçekleşir. Bu etkileşimler: hidrojen bağları, elektrostatik etkileşimler (tuz köprüleri), hidrofobik etkileşimler ve van der Waals kuvvetleridir. Antijen ile antikor arasında fizyolojik olarak asla kovalent bağ kurulmaz. Doğru cevap E şıkkıdır.

Gibbs-Helmholtz eşitliği kullanılır: $\Delta G^\circ = \Delta H^\circ - T\Delta S^\circ$. Verilen birimler uyumlu hale getirilir: $\Delta H^\circ = -30\ \text{kJ/mol}$ $\Delta S^\circ = -20\ \text{J/(mol}\cdot\text{K)} = -0{,}02\ \text{kJ/(mol}\cdot\text{K)}$ $T = 300\ \text{K}$ $T\Delta S^\circ = 300 \times (-0{,}02) = -6\ \text{kJ/mol}$ $\Delta G^\circ = -30 - (-6) = -30 + 6 = -24\ \text{kJ/mol}$. $\Delta G^\circ < 0$ olduğundan bağlanma kendiliğinden gerçekleşir. Doğru cevap D şıkkıdır.

DNA'nın şeker-fosfat omurgasındaki fosfat grupları fizyolojik pH'da negatif yüklüdür ($-PO_4^-$). Çekirdek histon proteinleri ise pozitif yüklü lizin ve arjinin kalıntıları bakımından son derece zengindir. Aralarındaki birincil bağlayıcı kuvvet güçlü 'iyonik (elektrostatik) etkileşimler'dir. Histon asetilasyonu lizinlerin pozitif yükünü nötralize ederek bu iyonik bağı zayıflatır. Doğru cevap A şıkkıdır.

Katı $\text{NaCl}$ suya atıldığında, suyun polar yapısı nedeniyle oksijenin kısmi negatif ucu ($\delta^-$) pozitif $\text{Na}^+$ iyonlarını kuşatır; hidrojenlerin kısmi pozitif uçları ($\delta^+$) ise negatif $\text{Cl}^-$ iyonlarını sarar. İyonlar ile polar su molekülleri arasında oluşan bu güçlü 'iyon-dipol etkileşimleri', kristalin iyonik kafes enerjisini aşarak tuzun çözünmesini (hidrasyonunu) sağlar. Doğru cevap C şıkkıdır.

Kollajenin üçlü heliksinde zincirlerin merkezde son derece dar bir alanda bir araya gelmesi gerekir. Bu dar alana yalnızca yan zinciri sadece bir hidrojen atomundan ibaret olan en küçük amino asit, yani 'Glisin' sığabilir (Gly-X-Y tekrarı). Glisinin varlığı, komşu zincirlerin omurgaları arasında zincirler arası sıkı hidrojen bağlarının kurulabilmesi için zorunludur. Doğru cevap E şıkkıdır.

HbS mutasyonunda yüzeyde yer alan hidrofilik glutamat yerine apolar valin geçer. Hemoglobin deoksijenize olduğunda molekül yüzeyinde hidrofobik bir 'yapışkan bölge' (sticky patch) açığa çıkar. Bu apolar valin, komşu deoksi-HbS molekülünün hidrofobik cebi (Phe 85 ve Leu 88) ile 'hidrofobik etkileşim' kurarak lifli polimerler oluşturur ve eritrositin oraklaşmasına neden olur. Doğru cevap B şıkkıdır.