Karbonhidratlar

carbohydrates

**

Organik maddelerden bazıları hücrede enerji (karbonhidratlar ve yağlar) bazıları yapı malzemesi (proteinler, yağlar vs.), bazıları da metabolizmada düzenleyici (regülatör) madde (proteinler, vitaminler vs.) olarak görev yapar.

Vücudun farklı organlarında ve dokularında bu maddelerin oranı değişik olabilir, örneğin karaciğer hücresinde % 80 su, % 12 protein, % 2 çekirdek asitleri, % 5 yağ, % 1 karbonhidrat, % 1 steroit bulunur.

Karbonhidratlar:

Organik maddelerin en basiti karbonhidratlardır.

Bütün canlı hücrelerde bulunurlar; en seri ve kolay yoldan enerji elde etmek için kullanılırlar. Bileşimlerindeki karbon, hidrojen ve oksijen oranı 1 C : 2H : 1 O'dir.

Deney tüpünde ısıtıldıklarında su vererek kömürleşirler.

Şekerler kimyasal olarak aldehit, meyve şekerleri ise keton (çok değerlikli alkol'dur).

Kapalı formülleri aynı olduğu halde, atomlarının diziliş düzeni farklı olan birçok karbonhidrat, gerek kimyasal gerekse fiziksel özellikleri bakımından büyük farklar gösterirler, örneğin, glikoz (dekstroz) ve fruktos (levuloz) kapalı formülleri bakımından aynı olmasına karşın, atom dizilişi bakımından farklıdır.

Moleküllerin yönelim farklılıklarını anlayabilmek için genellikle simgelerle gösterilen açık formülleri yazılır. Buna yapısal formül veya konfigürasyon denir ve bağlar bir çizgi şeklinde gösterilir (hidrojen bir, oksijen iki, azot üç, karbon dört bağlı).

Moleküllerin uzayda yönelimleri bakımından da farklar görülür. Konfigürasyonun aynı olmasına karşın uzaydaki dizilişlerin farklı olmasına "Konformasyon" denir (sağ elle sol elin uzaydaki duruş farkları gibi).

Konformasyonu farklı olan maddelere de "İzomerler" denir. İzomerler farklı kimyasal tepkimeler gösterir. 

Glikozun açık ve halkalı yapısı. Karbon atomları numaralanmıştır.

Canlılar tarafından alınan bütün karbonhidratlar (sakkaroz nişasta, selüloz vs.) sindirim sisteminde basit şekerlere ve daha sonra da karaciğerde glikojene çevrilir.

Glikoz memeli kanında mutlaka bulunması gereken bir bileşiktir.

Derişimi kanda % 60-110 mg. ve dokularda 0.1 gr. kadardır; eğer 0.04 M'ın altında düşerse beyin hücreleri aşırı derecede duyarlı hale geçer. Sürekli sinir impulsları göndererek kasların kasılmasına ve sonunda ölüm meydana gelmesine neden olur.

Beynin önemli yakıt maddesidir; kandaki en düşük derişimlerinde dahi beyin öncelikle beslenir. Glikozun kandaki derişimi çok karışık bir mekanizma ile denetlenir; karaciğer, pankreas, hipofiz ve adrenal bezler bu düzenlemede görev alır.

Monosakkaritler: 

Biyolojik olarak en önemli karbonhidratlardır.

Canlılar için monosakkaritlerin en önemli olanı üzüm şekeri olarak adlandırılan D-glikoz (= d-glikoz)'dur (C6H1206).

Dekstroz da denilen D-glikoz çözelti halinde ışığı sağa kırmaktadır.

Canlılar, glikozun genellikle D formu kullanılır.

Glikoz ve diğer tek zincirli şekerler, çözeltilerde düz zincirler şeklinde değil, birinci karbonu 5. ya da 4. karbona bağlayan oksijen bağlarından dolayı halka şeklindedir.

Ayrıca hayvanlar için süt şekerinin parçalanmasından meydana gelen G a I a k t o z"; keza bitkilerde (özellikle meyvelerde, balda ve çay şekerinin bir kısmını oluşturan) bulunan meyve şekeri "D-Fruktoz" önemli monosakkaritlerdendir. Fruktoz en tatlı şekerdir (yaklaşık çay şekerinden 10 defa daha tatlı).

Pentozlar (beş karbonlu şekerlerin) deoksiribozun, DNA'nın yapısına; riboz da RNA'nın ve keza nukleotitler ile ATP'nin yapısına katılır.

Disakkaritler: 

Genellikle iki basit şekerden bir molekül su çıkmasıyla meydana gelirler

Sukroz (çay şekeri), fruktozla glikozun birleşmesinden meydana gelir (yalnız bitkilerde).

Bu seriden maltoz iki molekül glikozdan (Bitkilerde)

Laktoz, glikoz ve galaktozdan meydana gelir. (Hayvanlarda)

Laktoz memeli sütünde bulunur ve yavrunun beslenmesinde önemli rol oynar.

Polisakkaritler:

Mono ve disakkaritler gerçek çözelti meydana getirebilir ve kristalize olabilirler. Buna karşın polisakkaritler kolloitlerden sayılırlar.

Bitkiler, yaptıkları şekerleri, ozmotik basıncı yükselteceğinden dolayı, monosakkarit halinde depolayamaz. Bu nedenle büyük kısmını polisakkaritlere çevirirler.

Nişasta: 

En önemli bitkisel polisakkarittir.

İyotla maviye boyanır ve monosakkaritlere parçalanmadan indirgenemez.

Hidrolizleri (parçalanmaları) seyreltilmiş hidroklorik asit (HCI) ya da nişastayı parçalayan enzimlerin (amilaz) etkisi altında olur.

Dekstrin denen ara ürün üzerinden, maltoza ve sonuçta glikoza parçalanırlar.

Organizmalar, maltoza ve nişastaya, öbür yandan sellobiyoza ve selüloza karşı farklı davranırlar. Sellobiyoz, maltozun uzayda dizilimi farklı olan izomeridir.

Maltoz, glikojen ve nişasta için amilaz ve maltaz enzimine (hayvanlarda bulunur), selüloz ve sellobiyaz için selülaz ve sellobiyaz enzimine gerek duyulur (bu sonuncular yalnız bazı bakteri ve birhücrelilerde bulunur).

Omurgalıların sindirim kanalında bu son maddeleri parçalayacak enzim üretilemez; böylece simbiyoz bakterilere ve birhücrelilere gereksinim duyulur (at, sığır, kemiriciler ve gevişgetiren-lerde); keza ilkel bazı organizmalar (sümüklüböcek gibi) ve birçok mantar bu enzimi salgılar. Bundan başka odun yiyen termitler de simbiyont kamçılıları bağırsaklarında taşır.

Glikojen: 

Hayvansal hücrelerde, glikojen dediğimiz hayvansal polisakkarit bulunur.

Bir glikoz molekülünden H, diğerinde OH çıkarak bir bağ oluşur. Binlerce glikoz molekülünün birbirine bağlanmasıyla glikojen meydana gelir, özellikle karaciğerde ve kasta bu şekilde yedek enerji kaynağı olarak depo edilir; gereksinim halinde daha küçük moleküllere (glikoza) parçalanılarak kullanılır.

Çok büyük ve az çözünür moleküller olduklarından, hücre zarından geçemeyerek genellikle hücre aralarında büyük granüller halinde depo edilirler; özel boyamalarda rahatlıkla görülürler.

Bağırsak parazitlerinde glikojen miktarı toplam kuru ağırlıklarının % 45'ine kadar ulaşabilir.

Sümüklüböcekler ayaklarından glikojen salgılar.

Kuru halde beyaz bir toz şeklindedir ve çözündüğünde hafifçe kolloyidal çözelti meydana getirir; kaynatıldığında, nişasta gibi tutkal meydana getirmez; iyotla kahverengi olur (nişasta da mavi).

Enzimatik olarak maltoz üzerinden D-glikoza dönüştürülür.

Selüloz: 

Yine binlerce glikoz molekülünden oluşmuştur; suda erimez (keza ısıtıldığı zaman da suda erimez); iyotla boyanmaz; kapalı formülü (C6H10O5)750, boyu 4000 A°, çapı 7-8 A° kadardır.

Bitki dokusunun büyük bir kısmı bu moleküllerden yapılmıştır; hayvanlarda, tulumlular (Tunicata) hariç yapıya katılmazlar.

Selülozdaki glikozun bağları (beta glikozit) glikojenden farklıdır.

Selüloza benzeyen hemi-selüloz, hekzoz ve pentozdan oluşmuştur.

Enzimler etki eder. Selüloz, bazı plastiklerin, sentetik ipeğin, fotoğraf filmlerinin, bazı cilaların ve patlayıcıların yapımında ticari amaç için kullanılır.

Keza toprakta parçalanmasıyla karbonik asidin meydana gelmesine ve yeterli parçalanmalarda humusun oluşmasına neden olur.

Karbonik asidin bir kısmı da toprakta karbonat taşları şeklinde bağlanır. Fazla miktarda selüloz (tam parçalanma olmadığı hallerde) toprağın bozulmasına neden olur.

Kitin:

Birçok hayvanın kutikulasında bulunan, selüloza benzer, onun gibi uzun zincir yapısında bir maddedir.

N-asetilglikozamin denen yapıtaşlarından meydana gelmiştir.

Bakterilerden ve sümüklüböceklerin midelerinden çıkarılan kitinaz ile sindirilir.

L-Askorbik Asit: Redokskatalizör olarak hücrede hizmet görür; bitkiler tarafından üretilir ve bazı hayvanlar için vitamin özelliği vardır (insanda C vitamini).

Neuramin Asit: Membran oluşturan glikolipitte ve sütteki oligosakkarinde bulunur.

Uron Asidi: Okside edilmiş asidik mukopolisakkaritlerin yapıtaşı olarak şekerlerin CH2OH grubu üzerinde bulunur.

Glikuron Asidi: Sidikte diğer maddelere bağlı olarak dışarıya atılır.

Mukopolisakkaritler:

Kısmen yapıtaşı, kısmen kaygan bir madde olarak, kısmen koruyucu madde olarak ve kısmen de etkili madde olarak kullanırlar.

Bunlar büyük sayıda polimerize olmuş karbonhidrat molekülleridir.

Yapıtaşları N-atomunda asetillenmiş galaktozamin ya da glikozamin gibi amino şekerlerdir.

Asidik mukopolisakkaritler bunun dışında glikuron asidi de içerir.

Sülfat köküyle asidik özelliği biraz daha kuvvetlendirilir.

Asidik ve nötral mukopolisakkaritler glikuron asidi taşıyıp taşımadıklarına göre birbirlerinden ayrılırlar. Asidik mukopolisakkaritler polianyon özellikleri ile uzun zincirler oluştururlar.

Proteinler ile gevşek kompleksler yaparlar.

Çoğu asidik muko-polisakkarit, su ile, hücre arasında viskoziteyi artıran (akışkanlığı azaltan) temel maddeleri yapar. Bu viskozite ile yapısal protein ilflerinin yayılma doğrultusu ve işlevsel düzenlenmesi sağlanır.

Dallanmamış, milyonun üzerinde moleküler ağırlığa sahip "Hyaluron Asidi" zincirleri, glikuron asiti ve N-asetilglikozaminden oluşmuş disakkaritlerle kompleksler meydana getirirler.

Hyaluron asidi bağ dokuda, gözün iç sıvısında ve sinoviyal sıvıda esas madde olarak bulunur. Mezenşim hücreleri ve fibroblastlardan meydana gelir.

Kaygan madde olarak, su tutucu olarak, parazit ve zehirlerin yayılmasını önleyici madde olarak işlev görür.

Koruyucu etkinliği "Hyaluronidaz Enzimi" tarafından ortadan kaldırılır. Bu enzim bakterilerden, yılan zehirinden ve spermadan elde edilebilir. Keza yumurtanın jelatinimsi koruyucu dış tabakası, yine hyaluron asidi içerir.

Gözün korneası, hyaluron asidindeki glikozamin yerine galaktozamin içeren "Kondroyitin (C h o n d r o i t i n)" maddesi içerir.

Kıkırdakta, keza kemiklerde, deride, kirişlerde, atardamarların duvarında, kalp kapakçıklarında, "K o n d r o y i t i n s ü I f a t A, B ve C" bulunur. Bu madde hyaluron asidindeki gibi uzun zincir şeklindedir (moleküler ağırlığı 250.000 civarında); fakat N-asetilgalaktozamin içerisindeki kükürt asidi kökünün bağlanmasıyla ayrılır. Bu nedenle kondroyitinsülfat, kuvvetli asit özelliği gösterir ve metilen ya da toluidin mavisi ile metachromasie denen renge boyanmasıyla tanınır. İyon değiştiricisi olarak önemlidirler, özellikle kemik ve kıkırdakta Ca+ +'nın apatit şeklinde bağlanmasında. Yaşlılıkta kondroyitinsülfat birikmesi artar. Vücuttaki yarılanma süreleri 8-16 gündür (hyaluron asidinde 2 gün).

Yaşlandıkça, özellikle aort duvarında, glikuron asidi yerine galaktoz içeren "K e r a t o s ü I f a t" birikimi artar.

Rektum hücrelerinde, bazofil lökositlerde ve karaciğerde "H e p a r i n" bulunur. Moleküler ağırlığı 16.000'in üzerindedir. Disakkarit yapıtaşları, sülfürlenmiş

N-glukozamin ve glikuron asidinin stereoizomer "I d u r o n" asidi ile kompleksinden oluşmuştur. Heparin kan pıhtılaşmasını önler (thrombin üzerindeki etkisiyle). Proteinlerle tuz benzeri bileşikler yapabilir. Kandaki lipoproteid komplekslerini parçalayan "L i p o p r o t e i d a z"ı serbest bırakır.

Nötral mukopolisakkaritlerde, daha önce değindiğimiz gibi, glikuron asidi ve sülfat yoktur. Glikozaminden başka galaktoz, mannoz ve L-fruktoz gibi doğal şekerleri, hatta neuramin asidi içerir. Asidik mukopolisakkaritlerin aksine, sıkı peptit ya da protein kompleksleri yapar.

Nötral mukopolisakkaritler deride, bağ dokuda; keza tükrükteki, sindirim bezlerindeki, sümükteki, rahim ağzı ve solunum borusundaki, kaygan sıvıların içinde bulunan "M u k o i d"de de bulunur. Kan gruplarının oluşmasında etkisi vardır.

Glikoz, hücrelerde glikoliz ve Krebs tepkimeleriyle su ve karbondioksite kadar parçalanır; bu arada önemli miktarda enerji açığa çıkar. Seyrek olarak proteinlerle (glikoprotein) ve yağlarla (glikolipid) birleşerek yapı maddesi olarak kullanılır.

Kaynak: Ali Demirsoy., Yaşamın Temel Kuralları