KARBOHİDRATLAR

Karbohidratlar, doğada yaygın olarak dağılmış ve en büyük kütlesel miktarlarda bulunan biyomoleküllerdir. Sakkarit olarak da bilinirler. Kimyasal olarak hem amino asitlerden ve hem de nükleotidlerden daha basit moleküllerdir.

Her ne kadar CnH₂nOn genel formülü ile tanımlanırlarsa da, bu çoğu zaman yanlış anlaşılmalara neden olur. Çünkü bazı moleküller bu tanımlamaya uydukları halde (örneğin formaldehit CH₂O, laktik asit C₃H₆O₃, gibi) karbohidrat değildirler. Aynı zamanda karbohidratlar modifiye olmuşlarsa (örneğin, deoksiriboz C₅H₁₀O₄) yukarıdaki tanımlamaya uymazlar.

*      Karbohidratlar C, H, O elementlerinden oluşur. Genel formülleri (CH₂O)n şeklindedir. (Yukarıdaki uyarıyı unutmayınız)

*      DNA, RNA ve ATP’nin yapısına katılırlar.

*      Hücrede 1. derecede enerji verici olarak kullanılırlar.

*      Sindirimi en kolay olan organik bileşiklerdir.

*      Yeşil bitkilerin yapraklarında fotosentez sonucu üretilirler.

*      Hücre zarının yapısına katılırlar.

*      Yapı birimleri (monomerleri), monosakkaritlerdir.

Karbohidratlar, yapılarındaki monomer sayısına göre monosakkarit, disakkarit ve polisakkarit olmak üzere üç grupta toplanırlar.

  

UYARI: 3-8 C sayısına sahip Monosakkaritler bulunmaktadır. Ancak müfredat kapsamında 5 ve 6 C’lular işlenecektir.

A – MONOSAKKARİTLER (TEK ŞEKERLER)

*      Karbohidratların en küçük yapı birimi (Monomeri) monosakkaritlerdir.

*      Heksozların hepsinde aynı sayıda C, H ve O bulunur. C₆H₁₂O₆ şeklinde gösterilirler. Fakat açık yapıları birbirinden farklıdır. Bu şekilde kapalı formülleri aynı açık formülleri farklı olan maddelere izomer denir. Heksozlar birbirinin izomeridir.

*      Sindirime uğramazlar. Hidroliz edilemezler.

*      Suda kolaylıkla çözünürler.

*      Hücrede solunum ve birçok biyokimyasal olayda doğrudan kullanılır.

*      Bütün canlı hücrelerde bulunurlar.

*      Fotosentez sonucu üretilirler.

SIK KULLANILAN MONOSAKKARİT ÇEŞİTLERİ

5C’lu Pentozlar

a- Riboz:

        *          Yapısal karbohidrattır.

        *        Enerji olarak kullanılmazlar.

        *      ATP, RNA, NAD ve FAD’ın yapısına katılır. 

b-  Deoksiriboz

         *      Yapısal karbohidrattır.

        *      Enerji olarak kullanılmazlar

        *      DNA’nı yapısına katılır. Riboz’a göre bir oksijen atomu eksiktir.

6C’lu Heksozlar

a-  Glikoz (Kan şekeri, üzüm şekeri)

*      Hem bitkisel hem de hayvansal tüm hücrelerde bulunur

*      İnsan kanında ölçümü yapılan şekerdir.

*      ATP enerjisi üretebilmek amacıyla hücresel solunumda öncelikle ve en çok kullanılan glukozdur. Hücresel solunumun ilk basamağı olan glikoliz hücre sitoplazmasında gerçekleşir ve tüm canlılarda ortaktır. Glikoliz, glikozun sitoplazmada enzimler yardımıyla piruvata kadar parçalanması olayıdır.

*      Glikoz ototrof canlılar tarafından fotosentez veya kemosentez yoluyla üretilir. Hetetroflar ise dışarıdan hazır olarak alırlar.

*      Memelilerde alınan galaktoz ve fruktoz monosakkaritleri karaciğerde glikoza dönüştürülerek kana karışır.

*      İnsan kanında 100 mlt’de 90–100 mg glikoz bulunur. Bu değer sabit tutulmaya çalışılır. Kandaki glikoz miktarının düzenlenmesinde, pankreas bezi ve karaciğerin görev alır. Kandaki glikoz miktarı normal değerin altına düşerse pankreastan glukagon hormonu salgılanarak karaciğeri uyarır. Bunun sonucunda karaciğerdeki glikojenler glikozlara parçalanır ve kana verilir. Kandaki glikoz miktarı artarsa pankreastan insülin hormonu salgılanır ve kandaki glikozun karaciğere ve kaslara geçişi hızlanır. Glikozlar glikojene dönüştürülerek depo edilir.

*      Glikozun fazlası yağa çevrilerek depo edilir. Gerek duyulursa tekrar glikoza çevrilerek kullanılır.

*      Glikoz lipitlerle birleşerek Glikolipit ve proteinlerle birleşerek Glikoproteinleri oluştururlar. Glikolipit ve glikoproteinler hücre zarının yapısına katılır. Yine sinir hücrelerindeki glikolipit tabakası da örnek olarak verilebilir.

NOT:

1.  Beyinin en önemli besin kaynağıdır.

2.  Ayıraçlardan benedict ve fehling çözeltileri ile kiremit kırmızısı renk verir.

b-  Fruktoz (Meyve şekeri)

*      Meyvelerde, balda ve bazı hayvanlarda (İnsanda semen içeriğinde) bulunur.

*      Fruktoz en tatlı monosakkarittir.

c-  Galaktoz

*      Memelilerde süt şekeri olan Laktozun yapısına katılır.

*      Bitki ve hayvansal hücrelerde bulunur.

Heksozların açık ve kapalı yapıları

NOT: Monosakkaritlerin bağırsak zarından emilim hızları farklılık gösterir.

B –  DİSAKKARİTLER (ÇİFT ŞEKERLER)

*      Disakkaritler, iki monosakkaritin birbirine glikozit bağı ile bağlanması ile oluşurlar.   Bu sırada 1 molekül su açığa çıkar.

*      Monosakkaritlerden birinin (OH^–) iyonu, diğerinin (H⁺) iyonu ile birleşir. Bu iyonlar birleşerek su açığa çıkar (dehidrasyon). Bu iyonların ayrıldıkları karbonlar arasında yeni bir bağ oluşur. Bu bağa “GLİKOZİT BAĞI” denir.

*      Glikozit bağı ile disakkaritlerin oluşmasına “glikozitleşme” denir. 

*      Disakkaritler, monomerlerin birleşmesiyle meydana geldikleri için büyük moleküllerdir ve hücre zarından geçemezler (istisnaları hariç). Bu nedenle disakkaritlerin canlılar tarafından kullanılabilmeleri için sindirime uğrayarak monomerlerine (monosakkaritler) parçalanmaları gerekir.

*      İnsanda sindirim kanalında ince bağırsakta sindirilirler.

*      Monosakkaritlere göre daha az tatlıdırlar

*      Dehidrasyon sonucu oluşurlar

*      Kristal halde bulunurlar.

a-    MALTOZ (Arpa şekeri)

*      Malt=Arpa tohumunda bulunur.

*      Bira sanayinde çok kullanılır.

*      X yönündeki reaksiyon bitkilerde görülür, hayvanlarda görülmez.

*      X yönündeki reaksiyon bitkilerde hücre içinde, hayvanlarda hücre dışında gerçekleşir.

*      X yönünde ATP harcanır, Y yönünde ATP harcamaz

*      X yönünde su üretilir, Y yönünde su tüketilir.

 

b-   SAKKAROZ (SÜKROZ) (Çay şekeri)

*      Şeker pancarı ve şeker kamışında bulunur.

*      X yönünde reaksiyon bitkilerde görülür, hayvanlarda görülmez.

*      X yönünde ATP harcanır, su üretilir.

*      Y yönündeki reaksiyon bitkilerde hücre içinde, hayvanlarda hücre dışında gerçekleşir.

   

c-    LAKTOZ (Süt şekeri)

*      Dişi memelilerin süt salgısında bulunur.

*      X yönünde reaksiyon hayvanlarda gerçekleşir, bitkilerde gerçekleşmez.

*      X yönünde ATP harcanır, su üretilir.

*      Y yönündeki reaksiyon hayvanlarda görülür, bitkilerde görülmez.

*      Y yönünde ATP harcanmaz, su tüketilir.

  

C – POLİSAKKARİTLER (Çok şekerliler)

*      Çok sayıda monosakkaritin birbirine glikozit bağı ile bağlanmasıyla meydana gelmiştir.

*      Tüm polisakkaritlerin temel yapı birimi (Monomeri) glikozdur.

*      Polisakkaritlerin sentezinde; birbirine bağlanan glikoz sayısının (n) bir eksiği kadar glikozit bağı (n-1) kurulur. Bağ sayısı kadar da (n-1) su açığa çıkar.

*      Dehidrasyon sentezi sonucunda oluşurlar.

*      Polimer maddelerdir. Bu nedenle hücre zarından difüzyon ile geçemezler. Hücre içine alınabilmeleri için sindirime uğramaları gerekir.

*      Kanda bulunmazlar.

*      Karaciğer hücrelerinde karbohidratlar, yağlara ve proteinlere karşılıklı olarak dönüşebilir.

*      Karbohidratlar, polisakkarit şeklinde depo edilmek zorundadırlar. Çünkü monosakkaritler (glikoz) kolay çözündükleri için hücre zarından dışarı çıkabilirler. Polisakkaritlerin ise çözünmeleri zordur ve çözünmeden hücre zarından çıkamazlar. Hücrede depo edilerek hücrenin osmatik basıncını ayarlarlar.

*      Polisakkaritlerin farklı olmasının sebebi glikoz birimlerinin birbirlerine farklı şekillerde bağlanmasıdır.

YAPISAL POLİSAKKARİTLER

a-    SELÜLOZ

*      Bitkisel hücrelerde bulunur.  Hayvan hücrelerinde yoktur.

*      Bitki hücrelerinin hücre çeperinin yapısına katılır.

*      Hücre zarında sentezlenir. Yaklaşık 10.000 glikozdan meydana gelir.

*      Suda çözünmez.

*      Selüloz hayvan hücrelerinde sentezlenemez. Otçul hayvanlar selülozu bitkilerden alırlar. Otçul hayvanların bağırsaklarında selülozu sindiren enzimleri (selülaz) üreten bakteriler yaşar. Otçul hayvanlar, bakterilerin ürettikleri enzimlerle selülozu sindirirler. Otçul hayvan ile bu bakteri arasındaki ortak yaşama biçimine mutualizm denir.

*      Selülozun sindirimi zor olduğu için otçulların bağırsakları uzundur. Bu bitkilerden yararlanmak için geliştirilmiş adaptasyondur.

*      İnsanlar selülozu sindiremezler. Bu nedenle selüloz sindirim artığı olarak dışarı atılır. Selüloz lifleri, bağırsak yüzeyini aşındırarak hücrelerin mukus salgılamasını uyarır. Böylece besinler sindirim kanalından kayarak ilerler, bağırsak hareketi kolaylaştırılmış olur. Bu sebeple lifli besinler tüketmek sağlık açısından faydalıdır.

*      Selüloz, iyotlu çinko klorür ile açık mavi-yeşil renk verir.

b-   KİTİN

*      Böcek, örümcek ve kabuklular gibi eklembacaklıların dış iskelet yapısını oluşturur. Ayrıca mantarların hücre duvarında da vardır.

*      Saf haldeki kitin polisakkariti aslında yumuşaktır. Ancak dış iskeletin yapısına kalsiyum karbonat tuzu da katıldığı için sert bir yapı kazanır.

*      Yapıları farklı kitin çeşitleri mevcuttur.

DEPO POLİSAKKARİTLER ; İhtiyaç halinde enerji elde etme amacıyla kullanılabilirler.

a- NİŞASTA

*      Bitkisel kaynaklıdır. Hayvan hücrelerinde bulunmaz.

*      Glikozun bitkilerdeki depo şeklidir.

*      Tahıllarda ve patates gibi yumrularda, tohumlarda bulunan depo polisakkarittir.

*      Bitkilerin fotosentez ile ürettikleri glikoz, lökoplastlarda nişastaya dönüştürülerek depo edilir.

*      Hayvanlarda nişasta sentezlenemez.

*      Memeliler nişastayı dışarıdan alarak amilaz ve maltaz enzimi ile sırasıyla dekstrin, maltoz ve glikoza parçalanır.

*      İnsanda ağızda ve ince bağırsakta amilaz enzimleri nişasta sindirimini sağlar.

*      Nişasta ile iyot çözeltisi(lügol) mavi-mor renk verir.

b- GLİKOJEN

*      Bakteri, mantar ve hayvanlarda glikozun bir kısmı glikojene dönüştürülerek depo edilir.

*      İnsan ve yüksek organizasyonlu diğer hayvanlarda, karaciğer ve kaslarda depo edilen polisakkarittir.

*      Karaciğerde depo edilen glikojen, gerektiğinde hidroliz edilerek glikoza dönüştürülür ve kana karışır.

*      Kaslarda depo edilen glikojen yalnızca kasların kasılması için gerekli enerji ihtiyacını karşılamak amacı ile glikoza dönüştürülür, kana verilemez.

*      Suda çözünür.

*      Glikojen, iyot çözeltisi ile kiremit kırmızısı renk verir

Hidroliz: Büyük moleküllerin yapısına su katılarak yapı birimlerine ayrılmasına denir. Disakkaritlerin ve polisakkaritlerin parçalanmaları birer hidroliz olayıdır.

Dehidrasyon: Küçük moleküllerin birleşerek büyük moleküller oluşturmaları sırasında su açığa çıkarmasına denir. Monosakkaritlerin birleşerek Disakkarit ve Polisakkaritleri oluşturmalarında su açığa çıkarmaları dehidrasyon olayıdır.

NOT:

3.  Dehidrasyon sırasında ATP kullanılırken hidroliz sırasında ATP kullanılmaz.

Glikozun (α ve β) farklı bağlanması ile farklı polisakkaritler meydana gelir.

       

Bitkilerde Karbohidrat Metabolizması

Bitkiler üretici (ototrof) canlılardır, fotosentezle glukoz sente­zi yapabilirler. Bitki hücrelerinde glikojen ve laktoz sentezi gerçekleşmedi­ğinden bu moleküllerin hidrolizi de gerçekleşmez. Bitkilerdeki karbohidrat metabolizması şöyledir:

Otçul Memeli Hayvanlarda Karbohidrat Metabolizması

Doğadaki memeli hayvanlar otçul, etçil veya etçil-otçul beslenirler. Geyik, inek, fil, keçi, koyun gibi hayvanlar otçul beslenen hayvanlardandır.

*       Otçul memeli hayvanların hücrelerinde selüloz ve nişasta sentezi yapılmadığından bu moleküllerin hücre içerisinde hidrolizi de gerçekleşmez. Ancak bu hayvanların besinler yoluyla aldığı nişasta ve selüloz sindirim kanalında (hücre dışında) sindirilebilir.

*       Otçul memeli hayvanlar hücre içinde glikojen ve laktoz sen­tezi gerçekleştirebileceği için bunların hücre İçinde hidrolizi­ni de yapabilir.

Otçul memeli hayvanlarda karbohidrat metabolizması şöyledir