Karbonhidratlar

KARBONHİDRATLAR
Yediğimiz besinlerin önemli bir kısmını oluştururlar.
İnsan mekanizmasının çalışmasını sağlayan enerjinin büyük bir kısmını sağlarlar.
Kısa süreli enerji depolama bileşikleri olarak iş görürler.
Bakteri ve bitki hücre duvarlarının ve ağaç gövdelerinin yapısal bileşenidirler.
Genetik bilginin saklanmasında ve transferinde rol alan nükleik asitlerin bileşenidirler.
Hücre yüzeyinde yer alan veya proteinlere bağlı polisakkaritler moleküler tanınmada rol oynarlar.
Pek çok karbonhidratın formülü
(CH2O)n veya Cn(H2O)m
(karbonun hidratı ya da hidrate olmuş, su bağlamış karbon)
formülüne uyar.
Ancak bu formüle uymayan veya amino, sülfat ve fosfat grubu içeren sakkaritler de vardır.
Karbonhidratlarda hidroksil gruplarının fazlalığı dikkat çeker. Primer ve sekonder alkol özelliği taşıyan hidrofilik hidroksil grupları karbonhidratlara su ile güçlü etkileşim potansiyeli kazandırır. Ayrıca bu gruplar, kurdukları hidrojen bağları aracılığıyla molekül içi ve moleküller arası etkileşim olanağı da sağlar.
En basit karbonhidratlar, küçük monomerik moleküller olan monosakkaritlerdir (ör. Glukoz). Birkaç monosakkaritin birbirine bağlanmasıyla oluşan oligosakkaritler (Yunancada oligos, birkaç anlamına gelir) ve çok sayıda (10dan fazla) monosakkaritin birbirine bağlanmasıyla oluşan polisakkaritler de vardır.
Atmosferdeki CO2 fotosentezle glukoza dönüştürülüp nişasta ve selüloz şeklinde depolanır. Hayvanlar bitkileri veya bitki yiyen diğer hayvanları yiyerek karbonhidrat elde ederler. Hayvansal dokulardaki şekerin kaynağı bitkilerden gelmektedir. Bitkiler ve hayvanlar bu karbonhidratı oksidatif metabolizmaları aracılığıyla tekrar CO2 ve suya dönüştürerek enerji elde ederler.
MONOSAKKARİTLER
(CH2O)n
Daha basit şekilde olunamayan şekerlerdir.Karbon atomu sayısına göre triozlar, tetrozlar, pentozlar… şeklinde ve aldehit veya keton gruplarının bulunup bulunmamasına göre aldoz veya ketoz diye alt gruplara ayrılır.
Örneğin formülde n=1 kabul edelim. Bu durumda formaldehit (H2C=O) oluşur ki, bu madde şeker tanımımıza pek uymaz; zehirli bir gazdır.
Monosakkaritler n’nin değerine göre farklı sınıflara ayrılır:
Gliseraldehit en küçük kiral karbonhidrattır. Karbonhidratlar Fischer tarafından kullanılan izdüşüm formülleri ile gösterilmektedir.
STEROİZOMER ve OPTİK ÖZELLİKLER.
Molekül formülleri aynı, fakat atomların dizilişleri açısından farklılık gösteren moleküllere İZOMER denir.
Atom dizilişlerindeki en önemli farklılık optik ve geometrik izomeridir.
Molekülü oluşturan atomlar düzlemin aynı tarafında ise CİS , farklı tarafında ise TRANS izomeri oluştururlar.
Optikçe aktif maddelerin izomerlerinden biri polarize ışığı sağa, diğeri sola çevirir.
Polarize ışık düzlemini sağa çeviren şekerlere DEKSTROROTATOR (+) ,D- sola çevirenlere ise LEVOROTATOR (-) L-denir.
Polarize ışığın sola yada sağa çevrilmesi moleküldeki KİRAL KARBON atomundaki hidroksil (OH) molekülünden kaynaklanır.
KİRAL KARBON: Bir C atomuna 4 farklı atom yada grup bağlandığında o karbon atomuna kiral (Asimetrik) C atomu denir.
D(+) GLUKOZ polarize ışığı + 52.80 sağa
L(-) GLUKOZ “ “ – 52.80 sola } Her iki karışım eşit oranda ise RASEMİK karışım denir.
HOFF kuralı: Optik izomerler 2ⁿ kadardır.
n= asimetrik C sayısı.
n
Trioz = 1 → 2¹ =2
Tetroz= 2 →2² =4
Pentoz= 3 →2³ =8
Heksoz= 4 →24 =16
(8’i D, diğer 8’i ise L dir.)
Optikce aktif maddelerin sudaki çözeltilerinin (%100g) polarimetrede polarize ışık yerine Na ışığını çevirme değerine SPESİFİK ÇEVİRME derecesi denir.
D-Glukoz +52.80
D-Fruktoz -92.30
Optikce aktif maddelerin spesifik çevirme derecelerinin değişmesine MUTAROTASYON denir
ENANTİOMERLER HALKA YAPILARI

5 üyeli halkalı yapı furanoz
6 üyeli halkalı yapı piranoz
adını alır.
5 ve daha fazla sayıda C içeren monosakkaritlerin % 99’u fizyolojik koşullarda halkalı yapıdadır. Piranoz ve furanoz şekillerinin bulunuşu ise:

Şekerin yapısına
pH’ya
Çözeltinin içeriğine
Sıcaklığa bağlıdır.
EPİMERLER
Glukozun 2, 3 ve 4 sayılı karbon atomları üzerinde bulunan –OH ve –H ın konfigürasyonunda değişikliklerin bir sonucu olarak birbirinden farklı izomerlere epimerler denir.Örneğin glukozun 2 ve 4 nolu karbonlarındaki değişikliklerle oluşan mannoz ve galaktoz birer epimerdir.
ALDOZ-KETOZ İZOMERİZMİ
Karbonhidratları, yapılarında aldehit veya keton grubu bulunduran poli alkoller olarak tanımlayabiliriz.
Yapılarında aldehit bulunduranlara aldoz, keton bulunduranlara ketoz denir.
TETROZLAR
(CH2O)4

Aldoz formunda 2 kiral C atomuna (C-2 ve C-3)
sahiptir. Dolayısıyla Treoz ve Eritroz adlı 2 diastereoizomeri vardır. Bunların da her birinin birer enantiomeri bulunur. Dolayısıyla toplam 4 stereoizomeri vardır.
PENTOZLAR
En bol bulunan heksoz D-glukozdur. Optik çevirmesi (+), yani sağa doğru (dekstrorotatori) olduğundan DEKSTROZ olarak da bilinir.
Karbonlara bağlı gruplar için iki tip yerleşim söz konusudur:
aksiyel (a) ve ekvatoryal (e)
Kesikli çizgiler, söz konusu grubun aksiyel konumda olduğunu, yani düzlemin altında bulunduğunu, düz çizgiler ise düzlemde bulunduğunu gösterir.
GLİKOZİTLER
Glikozitler, anomerik hidroksil gruplarının diğer bazı sübstitüentlerle yer değiştirmesi ile karakterize edilen, karbonhidrat türevlerinin büyük bir sınıfıdır.
Anomerik karbona bağlı atomlara göre O-glikozitler, N-glikozitler ve S-glikozitler olarak adlandırılırlar.
Halkalı yapıdaki bir monosakkaritin anomerik hidroksili ile başka bir bileşiğin hidroksil grubu arasından bir molekül suyun ayrılmasıyla bir O-glikozit oluşur ve oluşan eter bağına da glikozidik bağ adı verilir.
Bitkisel ve hayvansal dokularda çok sayıda glikozit bulunur. Bazıları çok toksiktir, ATP üretimi için gerekli enzimleri inhibe eder. Bu tip toksik glikozitlerin iki örneği aşağıda verilmiştir:
DEOKSİ ŞEKERLER
İçinde halka yapısına bağlanmış bulunan bir hidroksil grubunun yerini bir hidrojen atomunun aldığı şekerlerdir.Bunlar biyolojik olaylarda önemli olan bazı maddelerin hidrolizi sonucu oluşurlar.Örneğin DNA da bulunan deoksiriboz.
AMİNO ŞEKERLER
Karbonhidratta bir hidroksil grubu bir amino grubu ile yer değiştirirse amino şeker oluşur. Örneğin, glukoz veya galaktozdaki 2 no.lu OH’ın yerine NH2 grubu geçerse, sırasıyla glukozamin ve galaktozamin oluşur:
Amino şekerlerde daha da ileri modifikasyonlar yaygındır. Örneğin b-D-glukozaminden aşağıdaki maddeler türevlenebilir:
Bu gibi türevler doğal polisakkaritlerin bileşiminde yer alırlar. Bu tipteki diğer önemli amino şekerler:
DİSAKKARİTLER
İki monosakkaritin glikozidik bağ ile bağlanması sonucunda disakkaritler oluşur.
Disakkaritleri Birbirinden Ayıran Özellikler
1)Disakkariti oluşturan monomerlerin tipi ve stereokonfigürasyonu
2) Bağlantının yapıldığı karbonlar
En genel olanı 1®1 (trehalozdaki gibi), 1®2 (sukrozdaki gibi), 1 ®4 (laktoz, maltoz ve sellobiozdaki gibi) ve 1 ®6 (gentiobiozdaki gibi) bağlantılarıdır. En azından şekerlerden birinin anomerik karbonundaki OH bağa katılmaktadır.
3) Farklı tipte monomerlerden oluşuyorsa sırası
Molekülün iki ucu farklı kimyasal reaktiviteye sahiptir, çünkü bir monomerin anomerik karbonu glikozidik bağa katılırken diğeri çoğunlukla serbesttir. Örneğin, laktozdaki glukoz kalıntısı serbest bir anomerik karbona dolayısıyla potansiyel bir serbest aldehit grubuna sahipken ve Fehling belirteci ile oksitlenebilme özelliği gösterirken, galaktoz kalıntısı bu özellikte değildir. Laktoza bu nedenle İNDİRGEN ŞEKER denir, glukoza da İNDİRGEN UÇ. Diğer uç indirgen olmayan uç olarak tanımlanır. Sukrozda her iki kalıntıda da serbest anomerik hidroksil bulunmadığından sukroz indirgen bir şeker değildir.
4) Her bir kalıntıdaki anomerik hidroksilin konfigürasyonu
Bu özellik glikozidik bağın yapısına katılan anomerik karbonlar açısından oldukça önemlidir. Konfigürasyon a (bkz. Şeklin a kısmı, maltoz, trehaloz, sukroz) veya b (bkz. Şeklin b kısmı, sellobioz, laktoz, gentiobioz) şeklindedir. Bu özellik önemsiz gibi gözükebilir, ancak oldukça önemlidir. Çünkü molekülün şeklini etkiler. Farklı şekle sahip disakkaritler de farklı hidroliz enzimleri tarafından tanınır. Ayrıca anomerik konfigürasyondaki farklılık polisakkaritlerin sekonder yapılanmasında da önemli rol oynar.
POLİSAKKARİTLER
Monosakkaritlerin polimerleridirler. Aynı cins monosakkaritlerden oluşanlara homopolisakkarit, farklı tipte monomerlerden oluşanlara heteropolisakkarit denir.
Enerji deposu (bitkilerde nişasta, hayvanlarda glikojen) olarak iş görenleri vardır.
Yapısal görevleri olanlar da bulunur. (Örneğin, kitin, selüloz)
Diğer bir görevleri de hücre yüzey reseptörlerinin bileşimine girerek sinyal tanınmasında iş görmeleridir.
DEPO POLİSAKKARİTLERİ
Temel moleküller, bitkilerdeki nişastanın ve hayvanlardaki ve mikroorganizmalardaki glikojenin bileşeni olan;
AMİLOZ ve AMİLOPEKTİN
• Hem nişasta hem de glikojen hücreler içinde granüller halinde depolanır.
• Nişasta hemen hemen tüm bitkilerde bulunur. Ancak baklagillerin tohumları ve olgunlaşmamış meyveler özellikle nişasta bakımından zengindir
• Glikojen hayvanlarda karaciğerde depolanır, kas dokusunda da bol bulunur.
GLİKOPROTEİNLER
KARBONHİDRAT METABOLİZMASI
Metabolizmada karbonhidratın başlıca fonksiyonu bir yakıt olarak okside olmak ve diğer metabolik olaylar için enerji sağlamaktır.Bu rolü ile karbonhidrat, hücreler tarafından başlıca glikoz şeklinde kullanılır.
Karbonhidrat Ara Metabolizması
Memeli organizmasında karbonhidrat metabolizması aşağıdaki şekilde alt bölümlere ayrılabilir.
1.Glikoliz: Glukozun veya glikojenin Embden-Meyerhof yolu aracılığı ile pirüvat ve laktata oksidasyonudur.
2.Glikojenez: Glikozdan glikojen sentezidir.
3.Glukojenoliz: Glikojenin parçalanmasıdır. Glukoz karaciğer içinde başlıca son üründür ve pirüvat ve laktat kasta başlıca ürünlerdir.
4.Pirüvat’ın asetil-KoA’a oksidasyonu:Bu karbonhidrat, yağ ve protein oksidasyonunun en son ortak yolu olan glikoliz ürünlerinin sitrik asid döngüsüne girişinden önce olan bir basamaktır.
5.Hekzos monofosfat yolu (pentoz fosfat yolu, fosfoglukonatoksidatif yolu):Glukozun oksidasyonuna ait Embden-Meyerhof yolunun alternatifi olan bir yoldur.Kendisinin en önemli fonksiyonu NADPH ve riboz gibi önemli ara maddelerin sentezidir.
6.Glukoneojenez: Karbonhidrat olmayan kaynaklardan glukoz ve glikojen oluşturulmasıdır.
GLİKOLİZ
Glikoz doğada çok yaygın bir monosakkariddir. Hücreler glikozu özel bir yolla yıkar. Canlılar burada açığa çıkan enerjiyi, yaşamsal işlevlerini devam ettirebilmek için kullanırlar. Oksijen kullanmaksızın sitoplazmada gerçekleşen glikozun pirüvik asite(pirüvata) kadar yıkımına “glikoliz” denir.
Şeker parçalanması glikoz molekülünün aktivasyonu ile başlar. Glikoz ilk olarak “hekzokinaz” enziminin etkisi altında ATP ile tepkimeye girerek glikoz-6-fosfatı yapar ve kimyasal olarak aktif hale geçer. Glikoz-6-fosfat, glikoza göre enerjice daha zengindir. Glikoz-6-fosfat da fosfo-glikoizomeraz enzimi ile fruktoz-6-fosfata dönüşür. Daha sonra her biri bir enzim tarafından katalizlenen tepkimeler olur.
Glikoliz sonucunda 1molekül glikozdan 2 pirüvik asit oluşurken; 4 molekül ADP, ATP’ye çevrilir. Başlangıçta 2 ATP, glikozu, glikoz-6-fosfata ve fruktoz-6-fosfatı, fruktoz-1,6 difosfata çevirmek için kullanıldığından net kazanç 2 ATP’dir. Sonraki tepkimelerde kullanıma hazır 2 molekül de NADH+H+ koenzimi oluşur.
C6H12O6+ 2ATP 2C3H4O3(pirüvik asit) + 4H + 2ADP + 2P

Pirüvik asit(pürivat), oksijen bulamazsa ya laktik asite dönüşerek birikir ya da mayalarda olduğu gibi alkole dönüşür. Eğer oksijen bulursa asetil koenzim A’ya dönüşerek krebs çemberine katılır veya karaciğerde glikojene geri sentezlenir. Glikozun yeniden yapımına “glikoneogenez” denir.
Bazı bakteriler ve mayalar oksijen kullanamazlar. Fakat onlarda doğal olarak enerjiye ihtiyaç duyarlar. Glikoz molekülünü glikoliz reaksiyonu ile parçaladıktan sonra elde ettikleri pürivattan bir molekül CO2 çıkararak ASETALDEHİT oluştururlar. Daha sonra bu asetaldehit NADH2 ile reaksiyona girerek onun hidrojenlerini alır. Son ürün Etil Alkol’dür. Aşağıdaki reaksiyonda da görülen bu oksijensiz solunum tipine ETİL ALKOL FERMANTASYONU denir.

KREBS ÇEMBERİ (SİTRİKASİT ÇEVRİMİ)
Krebs devri karbonhidratlar, yağlar ve proteinlerin solunumla parçalanması olayında ortak karbon yoludur. Yağ asitleri ve aminoasitler farklı sayıda karbon atomu taşıdıkları için farklı sayıda ATP üretilmesine neden olurlar. Sonuçta oluşan su ve karbondioksit miktarı da farklı olur. Örneğin yağ asitleri az O2, çok H2 taşırlar ve solunum sonucunda az CO2 ve çok H2O oluşur. Bunu nedenle yağlar kurak ortam hayvanlarında iyi bir su deposu kaynağıdır.
O2’li solunumun glikoliz ve krebs çemberi devrinde doğrudan üretilen ATP miktarı çok azdır. Her iki devrede özellikle krebs devrinde organik bileşeğin parçalanmasıyla açığa çıkan H atomları yardımıyla NaDH2 ve FADH2 maddeleri üretilir. Bu maddelerdeki H atomlarının elektronları ETS’den geçerek en son O2’ye aktarılır ve elektronlar O2 ile birleşerek suyu oluşturur. Eğer bir çift hidrojen atomu ETS’ye NAD tarafından taşınırsa her bir hidrojen atomuna karşılık 3 ATP, FAD ile taşınırsa 2 ATP sentezlenir. Kreps çemberi mitokondrinin matriksinde, ETS ise solunum enzimlerini taşıyan kristada gerçekleşir.
Reaksiyon Dizisi Şöyledir: Glikoliz sonucunda oluşan iki pirüvata karşılık, iki ayrı krebs gerçekleşir. Her bir pirüvat 1 mol CO2 VE 2 H+ kaybeder. 2 C’lu Asetik asit oluşur. Oluşan asetik asit, CoA ile birleşip Asetil CoA’yı oluşturur. Bu olay ortamda O2 varlığında ve mitokondri zarında gerçekleştirilir. Asetil CoA, bir önceki krebs çemberinden kalan 4C’lu oksaloasetik asitle birleşir. Böylece 6C’lu sitrik asit oluşur. Sitrik asit 2 H ve 1 CO2 kaybedip 5C’lu ketoglutarik asiti meydana getirir. Buradan da 2H ve 1 CO2 ayrılıp 4C’lu süksinil-CoA meydana gelir. Bundan sonra reaksiyondan CO2 çıkmaz, buradan 1 GTP(=1 ATP) sentezlenir ve 4 C’lu süksinik asit oluşur. Süksinik asit 4C’lu Fumarik asite dönüşürken 2H daha ayrılır.
GLİKOJENEZ
Karaciğerde glukozdan glikojen sentezine glikojenez denir. Glikojen hayvansal dolaların da
özellikle karaciğer ve kaslarda yaygın halde bulunan polisakkarittir. Hidroliz edilirse glukoz ünitelerine
ayrılır.
Kaslarda glikojen oluşumunun, karaciğerde glikojen oluşumundan bir farkı vardır. Kaslarda
glukozdan başka şekerler kullanılamaz. Kas kontraksiyonu, glukojenin kullanılmı eden olur.
Azalan glikojenin yerini kan şekeri alır, karaciğer glikojeni de kan şekerini tamamlar.
GLUKOJENOLİZ
Kandaki glukoz düzeyi azaldığı zaman karaciğerdeki glikojen moleküllerinden glukoz birimleri ayrılarak kana verilir. Glikojen molekülünün, glukoz ünitelerine parçalanmasına glikojenolizis denir. Kanda glukoz düzeyinin artışı, glikojenezisin başlamasına neden olur. Tersi durumlarda, glikojenolizde hızlanma görülür.
Glikojenoliz, epinefrin hormonu tarafından kontrol edilir. Karaciğerde glikojenolize etki yapan diğer bir hormon glukagondur. İnsülin ise glukagona ters etki yapar. Kaslardaki glikojenoliz de karaciğerdekine benzer. Ancak, kaslarda glukoz serbest hale geçmez ve kan şekerine bir katkıda bulunmaz. Glikojenden meydana gelen glukoz 6 -forsfat, bir seri reaksiyondan geçerek laktik aside yıkılır.
PİRÜVAT’IN ASETİL-KoA’a OKSİDASYONU
Pirüvatın sitrik asid döngüsü içine girebilme yeteneği kazanmasından önce, bu maddenin, kendisinin iç mitokondrial zar içinden geçişine yardım eden spesifik bir pirüvat taşıyıcısı yolu ile mitokondrion içine taşınmış bulunması zorunludur. Mitokondrion içinde pirüvat oksidatif olarak asetil-KoA ya dekarboksile olur.
HEKZOS MONOFOSFAT veya PENTOZ FOSFAT YOLU
Glukozun, glukoz -6- fosfatta başlayıp, fruktoz -6- fosfatta biten bir yan yolu olup, daha çok karaciğer,aktif süt bezleri, adrenal korteks, yağ dokusu gibi özel dokularda meydana gelmektedir. Bu yol ile 6 molekül Glukoz – 6 fosfattan, 6 molekül CO2 ve 6 adet 5 karbonlu şeker meydana gelir.
Heksoz monofosfat yolunun iki önemli görevi vardır.
1. Bu reaksiyon dizisi devam ederken meydana gelen 5 karbonlu şekerler nükleik asitlerin sentezine girer.
2. Heksoz monofosfat yolunda meydana gelen NADPH+ molekülleri, organizma için gerekli bazı önemli bileşiklerin (kolesterol gibi) sentezinde kullanılırlar.
GLUKONEOJENEZ
Karbonhidrat olmayan maddelerden glukoz yapılması demektir. Diyetle yeteri kadar karbonhidrat alınamadığı zaman, vücudun glukoz ihtiyacını sağlar. Eritrositler ve sinir sistemi için glukozun, devamlı enerji kaynağı olarak sağlanması şarttır.
Glukoneogenez, diğer dokuların metabolizma ürünlerini örneğin kas ve eritrositler tarafından kanda oluşturulan laktik asidi ve yağ dokusu tarafından meydana getirilen gliserolü kandan temizlemek için gereklidir. Glukoneogenez glikojenik amino asitten, gliserolden, laktik asitten glukoz veya glikojen oluşturan reaksiyonlar dizisidir.

Bir cevap yazın