KARBONHIDRAT Flashcards
1
Q
Karbonhidratların tanımı
A
Kimyasal olarak,aktif aldehid veya keto grubuna sahip polihidroksi alkoller ve hidroliz edildikleri zaman bu özellikteki bileşikleri veren organik maddeler karbonhidrat olarak adlandırılmaktadır.
Basit karbonhidratların yapısı sadece karbon ,hidrojen ve oksijenden oluşur. Karbonhidrat türevleri ve kompleks karbonhidratlar bileşimlerinde amin,fosfat ve sülfür grupları,pürin ve pirimidin bazları da bulundururlar.
2
Q
Karbonhidratların önemi (5tane)
A
• Karbonhidratlar (sakkaritler), birçok canlının temel besin maddesini oluşturan organik moleküllerdir.
• Doğada yaygın olarak bulunurlar. Tahıllar ve yumrulu bitkiler başta olmak üzere tüm bitkiler ve bitkisel ürünlerde bol miktarda bulunur (örneğin, arpa, buğday, çavdar, mısır, pirinç, patates, havuç, şalgam).
• Tek hücreli canlılardan insanlara kadar bütün canlılarda enerji gereksiniminin büyük kısmı karbonhidratlardan karşılanır.
• Bitkilerde fotosentezle oluşan ve nişasta olarak depolanan glikoz, hayvanların ve insanların enerji kaynağıdır.
• Hayvan ve insanlarda glikoz, fruktoz gibi basit karbonhidratlar hem metabolik enerji kaynağı hem de kısa süreli enerji depolama bileşiğidir.
3
Q
Karbonhidratların yapısal ve fonksiyonel görevleri
A
Karbonhidrat polimerlerinin bazı yapısal görevleri şunlardır:
• Selüloz, bitkilerde destek maddesidir.
• Kitin, eklem bacaklılarda dış iskeletin temel bileşenidir.
• Peptidoglikan, mikroorganizmalarda hücre duvarının yapısının temelini oluşturur.
• İnsanlarda riboz ve deoksiriboz, nükleotidlerin ve nükleik asitlerin yapısında bulunur.
• Glikozaminoglikanlar, ekstrasellüler matriksin önemli yapısal bileşenleridir.
•Karbonhidrat metabolizmalarında oluşan ara ürünler, biyosentez reaksiyonlarında öncü madde olarak kullanılmaktadır.
• Karbonhidratlar kovalent bağlarla lipit ve proteinlere bağlanarak glikolipit ve glikoproteinleri meydana getirir. Bu sayede hücrelere biyolojik özgünlük kazandırırlar ve bu özellik sayesinde hücrenin antijenik özelliği artar.
• Bu kadar çeşitli biyolojik olayda rol almalarına rağmen bilgi taşımaz ve katalitik aktivite göstermezler.
• Kalp yetmezliği tedavisinde kullanılan bazı glikozidler (örneğin, kardiyak glikozitler) ve bazı antibiyotikler karbonhidrat türevidir.
• Yapılarındaki karbon ve su sayıları genellikle birbirine eşittir ve bu nedenle kapalı formülleri genelde C_n(H_2O)_n şeklindedir.
• Ancak bu formüle uyan ama karbonhidrat olmayan bileşikler da vardır. Örneğin, CH_2O (formaldehit), C_2H_4O_2 (asetik asit), C_3H_6O_3 (laktik asit).
• Bazı bileşikler karbonhidrat olduğu halde bu formüle uymaz: C_6H_12O_5 (ramnoz), C_5H_10O_4 (deoksiriboz).
• Karbonhidratların yapısındaki primer ve sekonder alkollerin bileşeni olan hidroksil grupları, hidrofilik özellikleri nedeniyle suda çözünme yeteneği sağlar.
• Hidroksil grupları, karbonhidratların molekül içi ve moleküller arası hidrojen bağı yapmasını mümkün kılar.
4
Q
Karbonhidratların sınıflandırılması
A
Basit Karbonhidratlar:
1. Monosakkaritler
2. Monosakkarit Türevleri
Kompleks Karbonhidratlar:
1.Disakkaritler
2.Oligosakkaritler
3.Polisakkaritler (Glikanlar)
•Homopolisakkaritler
•Heteropolisakkaritler
5
Q
Monosakkaritler
A
•Daha basit bileşiklere hidroliz edilemeyen polihidroksi aldehit veya polihidroksi ketonlara basit karbonhidrat denir.
•Genellikle tatlı oldukları için şeker(-oz) olarak da adlandırılırlar.
•Yapılarındaki Hidroksil grubu sayesinde suda kolay çözünürler.
•İnsan vücudunda 3-7 karbonlu monosakkaritler bulunmaktadır.
•Basit aldotrioz olan gliseraldehit ve bir ketotrioz olan dihidroksiaseton en basit monosakkaritlerdir. Diğer bütün monosakkaritler bu iki monosakkaritten türetilmiştir.
6
Q
Monosakkaritlerin Adlandırılması
A
•Yapılarındaki karbon sayısının latince karşılığının ve fonksiyonel karbonil grubunun sonuna -oz eki getirilir. (Dioz,trioz,tetroz…)
Bu isimler önce fonksiyonel grup belirtilerek birleştirilebilir.(Aldoheksoz,ketopentoz)
7
Q
A
Dihidroksiaseton
8
Q
A
D-Gliseraldehit
9
Q
Monosakkaritlerin konfarmasyonu
A
•Monosakkaritlerin düz zincir halinde gösterimlerine Fischer Projeksiyon Formülleri denir.
•Ancak monosakkaritler düz zincir yapıda bulunmazlar onun yerine sulu çözeltilerde daha az enerji gerektiren (termodinamik açıdan daha uygun) halkalı yapı gösterirler
•Monosakkaritlerin halkalı yapısının gösterimine Hawort Formülleri denir.
•Monosakkaritlerin halkalı yapısı Hawort formüllerinde olduğu gibi düzlemsel değildir. Sandalye ya da kayık şeklinde konformasyon gösterirler.
•Piranozlar sandalye veya kayık şeklinde konfarmasyon gösterirler. Furanozların ve pentozların üç boyutlu yapısı ise zarfa benzer.
10
Q
Optikçe aktif bileşik
A
yapısında asimetrik karbon atomuna sahip bileşikler optikçe aktiftir.
(polarize ışığın düzlemini sağa ya da sola çevirebilirler)
11
Q
Enantiomer
A
Birbirinin ayna görüntüsü olan ve aynı düzlemde üst üste gelmeyen bileşiklerdir
(Enantiomerlerin polarize ışığı çevirme yönlerinin zıt olması dışında diğer tüm fiziksel özellikleri aynıdır)
12
Q
Stereoizomer
A
Aynı sayı ve aynı türde atoma sahip olan ancak atomlarının üç boyutlu düzenlemesi farklı olan bileşiklerdir (kimyasal özellikleri farklıdır)
13
Q
Asimetrik karbon
A
Dört bağından her birinde ayrı bir atom veya atom grubu bulunan karbona asimetrik karbon denir.Bir moleküldeki asimetrik karbonlar kiral merkezler oluşturur.Optik aktivite oluştururlar.
(Dihidroksiaseton haricinde diğer tüm monosakkaritlerin en az bir karbonu asimetriktir )
14
Q
Stereoizomer sayısı
A
2^n (n=asimetrik karbon atomu sayısı)
15
Q
-OH aldehit veya keto grubuna en uzak asimetrik karbonun sağındaysa ____, solundaysa ____ şekerdir.
A
sağındaysa D, solundaysa L
(L şekerler D şekerlere göre az bulunur)
16
Q
Tüm monosakkaritler D ve L __________ türevi olduğu için D ve L __________ referans bileşik denir
A
gliseraldehid
17
Q
Doğal ışık birçok yönde ve düzlemde dağılarak dalgalar halinde yayılır. Bu ışığın dağılımın yönünün ve dağılım düzleminin özel filtreler aracılığıyla tek bir düzleme yayılmasına __________ , oluşan ışığa da ______________ denir
A
polarizasyon-polarize ışık
18
Q
Optik izomer
A
Yapılarında asimetrik karbon bulunan bileşikler optikçe aktif bileşiklerdir. Yani polarize ışığı sağa ya da sola çevirebilirler. Bu şekilde polarize ışığı sağa ya da sola çeviren bileşiklere optik izomer denir
19
Q
Polarize ışığın düzlemini ______ çevirenler (dekatrorotatuvar)(+), ______ çevirenler (levorotatuvar)(-) ile gösterilir
A
sağa-sola
20
Q
Polarize ışığın çevrilme yönü ve derecesi _____ ile ölçülür. Bu spesifik çevirme derecesi (α) ile ifade edilir.
A
polarimetre
21
Q
rasemik karışım
A
Optikçe aktif bir monosakkaridin D ve L izomerlerini ekimolar konsantrasyonda (eş molde) içeren çözeltilere rasemik karışım veya DL-karışımı denir. İzomerlerin optik etkinlikleri birbirine eşit ve ters yönde olduğu için herhangi bir optik aktivite görülemez.
22
Q
Epimerler ve Epimerizasyon
A
•Epimerler, bütün karbon atomlarının konfigürasyonu aynı olan yalnız bir tanesinin konfigürasyonu farklı olan stereoizomerlerdir.
•Epimerler epimeraz enzimler ile birbirlerine dönüşebilirler bu olaya epimerizasyon adı verilir.
23
Q
Hemiasetal
A
•Bir aldehit grubunun alkolle kondanse olması sonucu hemiasetal oluşur.
•Glikoz halkalanırken düz zincirde aldehit karbonu olan 1. karbon ve 5. karbona bağlı -OH grubuyla kondanse olarak molekül içi hemiasetal oluşturur. Oluşan altı üyeli halka piran halkasına benzediği için oluşan böyle monosakkaritler piranoz olarak adlandırılır.
24
Q
Hemiketal
A
•Keto grubunun alkolle kondanse olması sonucu hemiketal oluşur.
•Früktoz halkalanırken düz zincirde keto grubuna bağlı 2.karbon 5.karbona bağlı -OH ile kondanse olur ve hemiketal oluşur. Oluşan 5 karbonlu halka furan halkasına benzediği için furanoz olarak adlandırılır.
25
Anomerik karbon
• Sulu ortamda hemiacetal ve hemiketal oluşturmuş monosakkaritlerde halkalaşma öncesi asimetrik olmayan aldehit veya keto grubu karbonu halkalaşma sonrasında asimetrik özellik kazanabilir. Bu şekilde asimetrik özellik kazanan karbona anomerik karbon denir.
• Anomerik karbona bağlı -OH grubunun halka düzlemindeki konumuna göre anomerler oluşur. -OH halka düzleminin altında yer alıyorsa (aşağıda) α şekerler, üzerinde yer alıyorsa (yukarıda) β şekerler oluşur.
(Anomerler mevcut izomer sayısını iki katına çıkarır)
26
Mutratasyon
• Bir çözeltide anomerlerin sadece biri yer alırken zamanla diğer anomerin de çözeltide bulunduğu gözlenir. Çünkü sulu ortamda ve izomerler denge durumu oluşturuncaya dek birbirlerine dönüşürler. Bu durum spontan olarak da gerçekleşebilir mutarotaz enziminin kataliziyle de gerçekleşebilir. Bu olaya mutarotasyon adı verilir.
Bu izomerlerin birbirine dönüşümü polarimetre ile izlenebilir.
27
Fizyolojik olarak önemli monosakkaritler
• Glikoz, früktoz, galaktoz, mannoz, riboz, ksiloz, ribüloz ve ksülilozun D-enantiomerleri fizyolojik olarak önemli monosakkaritlerdir.
• Bu monosakkaritler arasından sadece glikoz ve früktoz doğada serbest halde bol miktarda bulunur. Diğerleri genellikle disakkaritlerin veya kompleks karbonhidratların bir bileşeni şeklindedir ya da protein veya lipitlere bağlı haldedir.
• D-glikoz: Kanda en bol bulunan monosakkarittir. Bu yüzden kan şekeri olarak da bilinir. Dokular tarafından kullanılan başlıca şekerdir. Üzümde de bol bulunur. Bu yüzden üzüm şekeri de denir. Nişasta, şeker kamışı, maltoz ve laktoz hidrolizinden elde edilir.
• D-früktoz: Meyve şekeri olarak da adlandırılır. Başlıca kaynakları bal, meyveler ve inülindir. İnsanda büyük bir kısmı glikoza dönüştürülerek kullanılır.
• D-galaktoz: Laktozun (süt şekeri) yapı taşıdır. Meme bezinde laktoz üretiminde kullanılır.
• D-riboz: Nükleotidler ve nükleik asitlerin hidrolizinden elde edilirler. Nükleotidlerin (ATP, GTP vb.), nükleik asitlerin (DNA, RNA) ve bazı koenzimlerin (FAD, NAD vb.) yapı taşıdır.
28
Monosakkaritlerin Bazı Kimyasal Özellikleri
• Tatlı bileşiklerdir. Polihidroksialkol olduklarından yapılarındaki çok sayıda alkol tatlılık verir. (-OH grubundan kaynaklanır.) (Oligosakkarit ve polisakkaritlerde bu özellik yok.)
• Sakkarozun tatlılık derecesi 100 olarak kabul edilir ve diğer monosakkaritlerin tatlılık derecesi bu referans alınarak saptanır
• Yapay tatlandırıcılar karbonhidrat değildirler. İnsan organizmasında kullanılamazlar. Sadece tat verirler.
• Ksilitol sakızlara tatlılık vermede kullanılır. Ayrıca mikroorganizmalar kullanamadığı için dişleri kaplar ve koruyucu özellik göstermiş olur.
29
Karamelizasyon
• Monosakkaritler, derişik asit ve alkalilerle ısıtıldığında renkleri koyulaşır ve hafif bir karamel kokusu yayarlar.
• İndirgen şekerler için genel bir reaksiyondur.
• Moore testi olarak bilinen bu olayda serbest hale geçen aldehitlerin polimerizasyonu ile reçineler oluşur.
30
İndirgeme özelliği
• Serbest aldehit ve keto grubuna sahip şekerler, sıcak ve alkali ortamda bakır, demir, bizzat iyonları gibi oksitleyici ajanları indirgeme özelliğine sahiptir.
• Monosakkaritlerin kalitatif (Şeker var mı, yok mu?) ve kantitatif (Varsa ne kadar var?) tayininde bu özelliklerinden yararlanılır.
• Fehling, Benedict ve Trommer deneylerinde indirgen monosakkaritler sıcak ve alkali ortamda mavi renkli Cu²⁺ tuzlarını, kiremit kırmızısı renkli Cu⁺ tuzlarına indirgerler. Bu olayda monosakkaritlerin kendisi de oksitlenir ve aldonik asit dönüşür. Bu nedenle indirgen şekerler denir.
31
Ozazon oluşumu
• Serbest aldehit ve keto grubuna sahip monosakkaritler, fenilhidrazin molekülü ile ısıtılınca suda daha az eriyen sarı renkli ozazon kristallerini oluştururlar.
• Karbonhidratların birbirinden ayırt edilmesinde kullanılır.
• Ozazonların şekilleri ve erime derecelerinin farklı olmasından yararlanarak karbonhidratlar birbirinden ayırt edilebilir.
• Örnek: Glikozan ve früktozozanın kristalleri iğne şeklinde, galaktozozan ve laktozozanın kristalleri deniz kestanesi şeklinde görülür; mikroskobik incelemelerde.
32
Furfural oluşumu
• Monosakkaritlerin birbirinden ayırt edilmesinde bu özellikten yararlanılabilir.
• Sıcak ve asit ortamda heksozlar furfural, pentozlar ise furfural türevleri oluştururlar. Bu türevler aromatik bileşiklerle kondanse olunca farklı renklerde kondansasyon ürünleri meydana gelir.
• Monosakkaritlerin aromatik bileşiklerle verdiği reaksiyonlardan biri olan Seliwanoff deneyinde ketozlar (früktoz) rezorsinolle çok hızlı bir şekilde kırmızı renk oluşturur. Diğer şekerler oluşturmaz.
• Bial deneyinde pentozlar orsinolle mavi, heksozlar sarı-kahverengi bir kompleks oluşturur.
33
Fermantasyon
• Bazı monosakkaritler bira mayası bulunan ortamda karbondioksit ve etil alkole dönüşür. Bu olaya fermantasyon adı verilir.
• Bir şekerin fermantasyona uğraması konfigürasyonuna ve karbon sayısına bağlıdır.
• Karbon sayısı üçe tam bölünmüyorsa fermantasyon olmaz. Pentozlar fermantasyona uğramaz.
• Üçüncü karbondan itibaren konfigürasyonu glikoz ile aynı olan monosakkaritler (früktoz ve mannoz gibi) fermantasyona uğrarlar. Galaktoz 4. karbonun konfigürasyonu nedeniyle fermantasyona uğramaz.
34
Deoksi Şekerler
• Monosakkaritte -OH gruplarından bir veya daha fazlasının yerine hidrojen bağlanmasıdır.
• En sık rastlanan deoksi şekerler:
• 2-deoksiriboz (DNA’nın yapısında bulunur)
• L-fukoz (6-deoksi - L-galaktoz) (Hücre membranı glikolipit ve glikoproteinlerinin yapısında bulunur.)
• L-ramnoz (6-deoksi-L-mannoz) dur.
35
Amino Şekerler
• Monosakkaritin -OH gruplarından birinin yerine amin grubu (-NH2) bağlanır.
• En bol bulunan amino şekerler; D-glikozamin, D-galaktozamin ve bunların N-asetil türevleridir.
• Genellikle hücre membranına yerleşmiş polisakkaritlerin ve glikosfingolipitlerin yapısal bir bileşenidir.
• Hücre membranlarına yerleşmiş bazı glikoproteinler ve gangliozidler N-asetilmannozamin ve pirüvik asidin birleşmesiyle oluşan N-asetilnöraminik asit (sialik asit, NANA).
• Sialik asit, santral sinir sistemindeki yapılarda bol bulunur. Sialik asit proteinlerin yıkımdan korur.
• N-asetilmuramikasit bakterilerin hücre duvarının bileşenidir. Glikozaminin 3. karbonuna bir laktil yan zincirinin eter bağı ile bağlanması sonucu oluşur. Organizmamızın bakterileri tanımasını ve bakterilere karşı bağışıklık hafızası oluşturmasını sağlar.
36
Şeker asitleri
• Monosakkaritlerin karbonil gruplarının veya terminal hidroksil gruplarının karboksil grubuna (COOH) oksitlenmesiyle şeker asitleri oluşur.
• Ketozlar şeker asidi oluşturulmaz.
• Aldonik asit ve üronik asit fizyolojik önemi olan bazı şeker asitleridir.
• Bir aldozun aldehit grubunun karboksil grubuna oksitlenmesiyle aldonik asitler oluşur.
• Aldonik asitler hemiasetal formunda halkalı yapı oluşturmazlar. Ancak karboksil grubunun aynı moleküldeki -OH gruplarından birine ester bağı ile bağlanması sonucu halkalı hale geçerler. Bu tip esterlere lakton denir.
• Fizyolojik pH’da (7,35-7,45) aldonik asitler iyonize halde bulunurlar.
• Monosakkaritteki terminal alkol grubunun karboksil grubuna oksitlenmesiyle üronik asitler oluşur.
• Üronik asitler karbonil grubuna sahip olduğu için hemiasetal formunda halkalı yapı oluşturabilirler ve diğer üronik asitlerle veya monosakkaritlerle glikozit bağı yapabilirler.
• Üronik asitlerin indirgeme özellikleri vardır.
• Üronik asitler laktonlar oluşturabilirler.
• Üronik asitler fizyolojik pH’da (7,35-7,45) iyonize halde bulunurlar.
• Askorbik asit (C vitamini) insanlar ve kobaylar dışındaki birçok canlıda glukuronik asit yolu denilen metabolik yolla D-glukuronattan sentezlenen bir şeker asididir.
• Glukuronik asit polisakkaritlerin, glikoproteinlerin, glikolipitlerin yapısına girer. Suda çözünürlüğü azdır ve toksik bileşiklere bağlanıp idrar yoluyla toksik maddelerin atılımını sağlar. Vücudun detoksifikasyon tepkimelerinin en önemli bileşiklerinden birisidir. Glikozun primer alkolündeki hidroksil grubunun karboksil grubuna oksitlenmesiyle oluşan üronik asittir.
37
Şeker Alkolleri
• Monosakkaritlerin karbonil grubunun hidroksil grubuna indirgenmesiyle oluşan polihidrik alkollerdir (polioller).
• Aldehit veya keto grubunun indirgenmesiyle oluştuğu için indirgeme özelliği göstermezler. İndirgeme kaynağı olarak genelde NADPH kullanılır.
• Hemiasetal ve hemiketal bağlar yapmazlar. Sadece düz zincir formunda bulunurlar. Ancak miyoinozitol, organizmada halkalı bir şeker alkolüdür ve hücre membranı fosfolipitlerinin yapısında bulunur.
• Öncüleri olan monosakkaritler kadar hızlı metabolize olamazlar. Bu yüzden organizmada birikme eğilimi gösterirler.
• Katarakta neden olurlar, göz lensinde birikmesiyle.
38
Şeker Fosfatları
• Monosakkaritlerin fosforik asit esterleridir. Karbonhidrat metabolizması sırasında ara ürün olarak oluşurlar.
• Nükleotidlerin ve nükleik asitlerin yapıtaşları olan riboz 5-fosfat ve 2-deoksiriboz 5-fosfat şeker fosfatlardır.
• Glikoz ise sıklıkla 1. veya 6.karbonlarından fosforillenerek glikoz 1-fosfat ve glikoz 6-fosfat, glikoz 1,6-bisfosfat haline gelir.
• Glikoz 1-fosfatta fosfat grubu pozisyonunda olabilir; bu iki durumda da anomerik karbona -OH grubu bağlı olmadığı için halkanın açılması anomerlerin birbirine dönüşümünü engeller.
• Hücre içinde şeker fosfatları fosforillenmiştir ve katılacağı reaksiyonlar için aktifleşmiştir.
• Monosakkaritlerin birbirine dönüşümünde ve kompleks polisakkaritlerin sentezinde görev alan şeker fosfatları nükleozid difosfat bağlı monosakkaritlerdir.
• Nükleozid difosfat bağlı monosakkaritler, monosakkaritlerin anomerik -OH grubuna nükleozid difosfat bağlanmasıyla oluşur.
• İnsan vücudunda en bol bulunan çeşitleri üridindifosfat glikoz (UDP-glikoz) ve UDP-galaktozdur.
39
Glikozitler
• Bir monosakkaritin anomerik -OH grubu aracılığıyla monosakkarit olmayan ikinci bir bileşikle kondensasyonu sonucu oluşur. Karbonhidrat olmayan üyeye aglukon denir. Aglukon metanol, gliserol, fenol gibi bir alkol, adenin gibi bir baz veya steroid olabilir. Glikozitleşme sonucu monosakkaritler indirgeme ve mutarotasyon özelliklerini kaybederler.
• Birçok ilaç, baharat ve dokunun yapısında bulunur.
• Kalp kasının kasılmasını arttıran glikozitlerin (digital, digoksin gibi) tamamında aglukon kısım steroidtir.
• Bir glikozit olan streptomisin antibiyotik olarak kullanılır.
• Bir glikozit olan ouabain ise Na⁺, K⁺-ATPaz inhibitörüdür.
40
Kompleks Karbonhidratlar
1.Disakkaritler
2.Oligosakkaritler
3.Polisakkaritler
•Homopolisakkaritler
•Heteropolisakkaritler
41
Disakkaritler
• İki monosakkaritin yapılarındaki -OH grupları arasında bir molekül su çıkarak oksijen köprüsüyle bağlanması sonucu oluşan şekerlere disakkaritler denir. Oluşan bu bağ kovalent bağdır ve glikozit bağı olarak adlandırılır.
• Disakkaritlerin genel formülleri Cn(H2O)n-1’dir.
• Monosakkaritlerin bağ yapısına katılan karbon numarası ve -OH konfigürasyonuna göre α-glikozit bağı, β-glikoz bağı, α-glikozit bağı (1-4) bağı, β(1-4) bağı, α(1-2) bağı şeklinde isimlendirilir.
• Glikozit bağları bazlara karşı dayanıklıdır ancak asitlere karşı dayanıklı değildir.
• Disakkaritlerin glikozit bağları, nötral pH’daki sulu çözeltilerde sadece özgün disakkaritler enzimlerle hidroliz olur. Ayrıca laboratuvar ortamında hidrolizi de seyreltilmiş asitlerle (H2SO4, HCl gibi) ısıtılarak mümkün olabilir.
• Disakkaritlerin indirgeme özelliğini, yapılarında serbest aldehit veya keto bulunup bulunmaması belirler. Serbest aldehit veya keto grubu olan disakkaritler indirgenir.
• Doğada heksozlardan oluşan disakkaritler daha yaygındır. Bunlardan fizyolojik önemi olanlar maltoz, laktoz, sakkaroz ve izomaltozdur.
42
Maltoz
• En basit disakkarittir.
• Malt şekeri olarak da bilinir.
• Besinlerle alınan nişastanın pankreas ve tükürükte bulunan amilaz tarafından hidroliz sonucu açığa çıkar.
• İki mol D-glikozun α (1-4) glikozit bağı ile bağlanmasıyla maltoz oluşur.
• Glikozit bağı kurulurken birinci glikozun aldehit grubunun karbonu (1. karbon) bağ oluşumuna katılır. Fakat ikinci glikozun alkol grubu (4. karbon) bağ oluşumuna katıldığı için aldehit grubu serbesttir.
• Yapısında serbest aldehit grubu bulunduğu için maltoz indirgen bir şekerdir.
• Suda kolaylıkla çözünür.
43
Laktoz
• Süt şekeri olarak da bilinir.
• D-glikoz ve D-galaktozun β (1-4) bağı ile bağlanması sonucu laktoz oluşur.
• Sadece laktasyon sırasında meme bezlerinde sentezlenir.
• Besinlerle alınan laktoz, bağırsak mukoza hücrelerinden salgılanan laktaz enzimi ile glikoz ve galaktoza ayrılır.
• Yapısında glikozun serbest aldehit grubundan dolayı indirgen özellik gösterir.
44
Sakkaroz (Sükroz)
• Çay şekeri olarak da bilinir.
• Şeker kamışı ve şeker pancarından elde edilir. Temel gıda maddesi olarak çok önemli bir disakkarittir.
• α-D-glikoz ile D-früktozun αβ (1-2) glikozit bağı ile bağlanmasıyla sakkaroz oluşur.
• Yapısındaki glikozit ve galaktozun aldehit ve keto grupları bağ oluşumuna katıldığı için indirgeyici özellik göstermez.
• Sakkaroz çözeltisi polarize ışığı sağa çevirir. Sakkarozun hidrolizi edildiğinde, polarize ışık düzlemini +52,5° sağa çeviren glikoz ile -92,3° sola çeviren früktozdan oluşan ve ışık düzlemini sola çeviren bir karışım elde edilir. Bu karışıma invert (ters şeker), olaya ise inversiyon (tersine çevirme) adı verilir.
45
İzomaltoz
• Besinlerle alınan nişasta ve glikojenin sindirimi sırasında açığa çıkar.
• 2 mol D-glikozun α(1-6) glikozit bağı ile bağlanmasıyla izomaltoz oluşur.
• İndirgeyici özellik gösterir.
46
Trehaloz
• 2 mol D-glikozun α(1-1) glikozit bağı ile bağlanmasıyla trehaloz oluşur.
• Yapısındaki iki glikoz da bağ oluşumuna anomerik karbonlarıyla katıldığı için indirgeme özelliği yoktur.
• Doğada bulunan disakkaritlerden birisi de 2 mol D-glikozun β(1-4) glikozit bağı ile bağlanmasıyla oluşan selobiozdur.
• Mellibioz ve gentobioz doğada seyrek rastlanan diğer disakkaritlerdir
47
Oligosakkaritler
• Çoğunlukla 3-12 monosakkarit biriminden oluşan şekerlerdir.
• Organizmada N-glikozit veya O-glikozit bağı ile bağlanmış halde glikoproteinlerinin ve glikolipitlerin yapısında bulunur.
• Bir kısmı doğal olarak bulunur, bir kısmı polisakkaritlerin yıkılması veya sentezi sırasında oluşur.
• İnsan organizmasında bol bulunan maltotrioz olisakkariti besinlerle alınan polisakkaritlerin sindirimi sırasında açığa çıkar.
• Bitkilerde sakkarozdan sonra en bol bulunan şeker, rafinoz adı verilen olisakkarittir. Rafinoz glikoz,früktoz ve galaktozdan meydana gelir.
48
Homopolisakkaritler (homoglikanlar)
• Aynı türden çok sayıda monosakkaritin glikozit bağı ile bağlanmasıyla oluşan makromoleküllerdir.
• Molekülü oluşturan monosakkaritler heksoz ya da heksoz türevidir.
• İçerdikleri α ve β-glikozit bağları, 1. karbonla 1, 2, 3 veya 6. karbonlar arasındandır.
• Depo (yedek) homopolisakkaritler ve yapı homopolisakkaritleri olmak üzere iki grupta incelenirler.
49
Depo Homopolisakkaritleri
Nişasta,glikojen,dekstrinler,insülin,dekstranlar
50
Yapı homopolisakkaritleri
Selüloz,kitin,agar agar
51
Nişasta
• Bitkilerin depo polisakkaritidir.
• Bitkilerin tüm kısımlarında bulunurlar ancak yumru, meyve ve tohumlarda daha fazla miktarda bulunurlar.
• Buğday, mısır, çavdar, arpa, patates, nohut, bakla, bezelye, ceviz, elma gibi birçok bitkide önemli miktarda nişasta içerir.
• Nişasta taneciklerinin sıralanışı bitki türüne özgüdür ve mikroskobik incelemelerle tanımlanabilir.
• Nişasta molekülü: Amilopektin (%70-80) ve amilozdan (%20-30) oluşur.
• Amiloz suda çözünür ve iyot çözeltisi ile koyu mavi renk verir. Amilopektin ise suda çözünmez ve iyot çözeltisi ile açık mor renk oluşturur. Bu farklılıklar amiloz ve amilopektinin ayırt edilmesini sağlar.
• n sayıda D-glikozun α(1-4) bağı ile bağlanmasıyla amiloz oluşur. Gergin olmayan bir sarmal haldedir ve hiçbir dallanma yapmaz. Molekül ağırlığı 69-100 bin kDa arasında değişiklik gösterir.
• Amilopektin ise dallanmış yapıdadır. Sıklıkla α(1-4) glikozit bağlarıyla daha seyrek olarak da α(1-3) glikozit bağları ile bağlı düz bir zincirinin her 24 veya 30. glikozunun 6. karbonuna α(1-6) bağıyla bağlanmış yan zincirlerden oluşur.
•Amilopektin molekülünde yaklaşık 1800 veya bunun birkaç katı glikoz bulunur. Molekül ağırlığı 300 bin ile birkaç milyon Da arasında değişir.
52
Glikojen
• Hayvansal kaynaklı bir depo polisakkaritidir.
• İnsan vücudunda en çok karaciğer ve kaslarda bulunur. Vücutta kas dokusu daha fazla olduğu için toplam glikojen miktarı kaslarda daha çoktur.
• Yapısal monosakkariti glikozdur. Yapısı amilopektinin küçültülmüş bir modeline benzer. Yani glikoz kalıntıları düz bir zincir oluşturacak şekilde α(1-4) glikozit bağları ile bağlanmıştır ve α(1-6) bağları ile de dallanmalar yapmıştır. Amilopektinden tek farkı daha sık dallanma yapmasıdır (Her 11-18 glikozda biriminde dallanma görülür).
• İndirgeme özelliği yoktur. Çünkü glikoz kalıntıları α(1-4) glikozit bağı ile bağlanmıştır.
• İyot çözeltisi ile kırmızı renk oluşturur.
• Suda çözünürlüğü düşüktür. Ancak sıcak suda çözünür.
• Glikojen molekülünde D-glikoz sayısı 1700-22000 olabilir ve en çok 55000 glikoza kadar büyüyebilir.
• Molekül ağırlığı hayvan türüne göre değişiklik gösterir. İnsanlarda kas glikojeni 1000 kDa, karaciğer glikojeni 16000 kDa kadardır.
53
Dekstrinler
• Nişastanın yıkımı sırasında açığa çıkan ara ürünlerdir.
• Belli bir dallanma derecesine sahiptirler.
• Besinlerle alınan nişastanın sindirimi pankreas ve tükürük bezlerinden salgılanan α-amilaz enzimiyle gerçekleşir. Bu enzim sadece α(1-4) glikozit bağlarına etki eder ve sonuçta maltoz, maltotrioz ve sınır dekstrinleri açığa çıkar.
54
İnülin
• Bir früktoz polimeridir. Yer elması, soğan, sarımsak, enginar gibi bitkilerde bulunur.
• Polimerize früktozların zincir uçlarında glikoz birimleri yer alır. Glikoz ve früktoz α(1-2) glikozit bağı ile bağlanır. Früktoz birimleri arasında β(2-1) glikozit bağı vardır.
• Suda çözünür ancak böbrek tubuluslarından geri emilmez. Bu özelliği sayesinde glomerüler filtrasyon hızının ölçülmesinde kullanılır (İnülin klirens testi).
•İyot çözeltisi ile renk oluşturmaz.
55
Dekstranlar
• Mayaların ve bakterilerin depo polisakkaritidir.
• Yapısal monosakkariti glikozdur.
• Düz zincirindeki bağlar α(1-6) glikozit bağlarıdır, dallanmalar α(1-4) veya α(1-6) bağları ile olur.
• Sulu çözeltileri yüksek viskoziteye sahiptir. Kanamalarda damar boşluğunu doldurmak amacıyla kullanılır.
56
Selüloz
• Yeryüzünde en çok bulunan organik bileşiklerdendir.
• Bitkisel kaynaklı yapı homopolisakkaritidir ve bitkilerin destek maddesini oluştururlar.
• Glikoz birimleri β(1-4) glikozit bağıyla düz zincirler oluşturur. Bu düz zincirlerin birbirine paralel olarak dizilmesi ile selüloz lifleri oluşur.
• Selüloz liflerinin zincir içi ve zincirler arası hidrojen bağı yapmasıyla fibriller bir yapı oluşur ve daha dayanıklı bir yapı meydana gelir.
• Her molekülde 300-30000 glikoz bulunur. Molekül ağırlığı 50-500000 Da arasındadır.
• Selüloz suda ve bilinen çözücülerde çözünmez. Derişik asitlerle ısıtılarak hidroliz edilir.
• Asitlerle kısmi hidrolizi sonucu sellobioz, tam hidrolizi sonucu β-glikozlar elde edilir. İnsan sindirim kanalında β(1-4) glikozit bağlarını yıkan enzim bulunmaz. Bu yüzden besinlerle insan vücuduna alınan selüloz sindirilemez.
• Kapladığı hacmin fazla olması lif olarak bağırsak hareketlerinin uyarılmasını sağlar, dışkı oluşumunu ve atılımını kolaylaştırır.
57
Agar agar
• Galaktoz birimlerinden oluşur.
• Bazı deniz yosunlarından elde edilir.
• Mikrobiyoloji laboratuvarlarında bakteri üremesi için kültür ortamı olarak kullanılır.
58
Kitin
• N-asetil-D-glikozamin birimlerinin β(1-4) glikozit bağları ile bağlanması sonucu oluşur. Düz zincirli bir yapıya sahiptir.
• Düz zincirler birbirine paralel olarak dizilmiş, zincir içi ve zincirler arası hidrojen bağları sayesinde dayanıklı hale getirilmiştir.
• Böceklerin ve bazı kabuklu canlıların dış yüzeyindeki kabuklarını (ekzoskeleton) oluşturur.
59
Heteropolisakkaritler
• Glikozit bağları ile bağlanmış monosakkaritler ve monosakkarit türevlerinin yanında sülfat (SO₄⁻) ve fosfat (PO₄³⁻) gibi ek gruplar içeren, molekül ağırlığı fazla olan polimerlerdir.
• Genellikle proteinler veya lipitlerle de bağlanmış halde bulunurlar.
• Glikozaminoglikanlar, proteoglikanlar, glikoproteinler ve glikolipitler olarak yapısına göre üç grupta incelenirler.
60
Glikozaminoglikanlar (GAG) ve Proteoglikanlar
• Glikozaminoglikanların eski adı asit mukopolisakkaritlerdir.
• Tekrarlayan disakkarit birimlerinden oluşurlar. Dallanmış değildirler ve uzun zincirlidirler.
• Disakkarit birimlerinin bileşimindeki monosakkarit türevlerinden biri her zaman N-asetilglikozamin veya N-asetilgalaktozamin, diğeri ise üronik asittir (genellikle glukuronik asit ya da iduronik asit).
• Glikozaminoglikanlarda amino şekerin veya hidroksil grubu sülfatla esterleşmiş haldedir (hiyaluronik asit hariç).
• İçerdikleri sülfat grupları ve üronik asidin karboksil grubu sayesinde moleküller hidrofilik özellik kazanır ve suyu yoğun şekilde çeker.
• Negatif yüklerin birbirini itmesini azaltmak için sulu ortamda yayılmış halde bulunurlar. Bu nedenle çözeltileri visköz (yoğun ve kıvamlı) bir yapıdadır.
• Hayvan dokularında hücreler arası boşluk, ekstrasellüler matriks (bazal madde) adı verilen jel benzeri bir madde ile doldurulmuştur. Bazal maddenin temel bileşenleri glikozaminoglikanlar, proteoglikanlar ve fibröz proteinlerdir.
• Bazal madde, hücrelerin bir arada tutulmasını sağlar, aynı zamanda dokulara gerilme ve mekanik travmaya karşı direnç ve esneklik kazandırır.
• Hiyaluronik asit, kondroitin sülfat, dermatan sülfat, keratan sülfat, heparin ve heparan sülfat, fizyolojik öneme sahip olan glikozaminoglikanlardır.
61
Hiyalüronik Asit
• Tekrarlanan D-glukuronik asit ve N-asetilglikozamin birimlerinden oluşur.
• Diğer glikozaminoglikanların aksine molekül ağırlığı yüksektir (>1000 kDa).
• Yapısında hiç sülfat yoktur.
• Bulunduğu ortamda dokuyu mekanik travmaya karşı korur ve viskoziteyi sağlar.
• Bağ dokusu, sinovyal sıvı, gözün vitöz sıvısı ve göbek kordonu en bol bulunduğu yerlerdir.
62
Hiyalüronik Asit
• Tekrarlanan D-glukuronik asit ve N-asetilglikozamin birimlerinden oluşur.
• Diğer glikozaminoglikanların aksine molekül ağırlığı yüksektir (>1000 kDa).
• Yapısında hiç sülfat yoktur.
• Bulunduğu ortamda dokuyu mekanik travmaya karşı korur ve viskoziteyi sağlar.
• Bağ dokusu, sinovyal sıvı, gözün vitöz sıvısı ve göbek kordonu en bol bulunduğu yerlerdir.
63
Kondroitin Sülfat A ve C
• Tekrarlanan D-glukuronik asit ve galaktozamin birimlerinden oluşur.
• Vücutta en bol bulunan glikozaminoglikanlardır.
• Büyüklük açısından orta boyutlu bir yapıya sahiptir. Bir molekülde 20-60 disakkarit birimi bulunur.
• Kondroitin Sülfat A: Galaktozaminin 4. karbonunda O-sülfat içerir.
• Kondroitin Sülfat C: Galaktozaminin 6. karbonunda O-sülfat içerir.
• Kondroitin Sülfat A kemik dokusunda bol miktarda bulunur.
• Kondroitin Sülfat C, kıkırdak, kemik ve kalp kapakçıklarında bol miktarda bulunur.
64
Dermatan Sülfat
• N-asetilgalaktozamin ve D-glukuronik asit veya L-idüronik asit (idozun oksitlenmesiyle oluşan üronik asit) tekrarlanan disakkarit birimini oluşturur.
• N-asetilgalaktozamin 4. karbonunda O-sülfat esteri içerir.
• Dermatan sülfat başlıca deride bulunur. Ancak kalp kapakçıkları, tendonlar ve damar duvarlarında da bulunur.
65
Keratan Sülfat
• N-asetilglikozamin ve D-galaktoz tekrarlanan disakkarit birimlerinden oluşur.
• Diğer glikozaminoglikanlardan farklı olarak üronik asit içermez.
• N-asetilglikozaminin 6. karbonunda bir O-sülfat esteri bulunur.
• Kondroitin sülfat ile agregat (kümeler, yığınlar) oluşturarak kemik, kıkırdak, kornea ve intervertebral disklerde bulunur.
66
Heparan Sülfat
• Tekrarlanan disakkarit birimi D-glikozamin ve çoğunlukla D-glukuronik asit, seyrek olarak L-idüronik asitten oluşur.
• Glikozaminin 2. ve 6. karbonlarında, glukuronik asidin ise sadece 6. karbonunda sülfat esteri yer alır.
• Başta akciğer (kayganlık sağlar) ve damar duvarlarında olmak üzere hemen her hücrenin bazal membranında ve yüzeyinde bulunur.
67
Heparin
• En küçük molekül ağırlığına sahip glikozaminoglikandır (3-30 kDa).
• En karmaşık yapıya sahip glikozaminoglikandır.
• Yapı olarak heparan sülfata benzer.
• Tekrarlanan disakkarit birimi D-glikozamin ve çoğunlukla L-idüronik asit, seyrek olarak D-glukuronik asit içerir.
• Yapısı ve içeriği, disakkarit biriminin kompozisyonuna göre değişiklik gösterir. İdüronik asidin 2. karbonunda O-sülfat, glikozaminin 2. karbonunda N-sülfat, glukuronik asidin 6. karbonunda O-sülfat içeren formu en yaygın formudur.
• Diğer glikozaminoglikanların aksine, heparinin organizmada yapısal bir görevi yoktur.
• Mast hücrelerinde bol miktarda bulunur. Dolayısıyla, bu hücrelerin yoğun olduğu akciğer, karaciğer, deri ve bağırsak mukozasında bol miktarda bulunur.
• Antikoagülan etkili bir glikozaminoglikandır. Bu nedenle çeşitli hastalıkların tedavisinde heparinden yararlanılır.
68
Proteoglikanlar
• Molekül içeriğinin %95’ten fazlasını karbonhidrat oluşturur.
• Molekül ağırlığı oldukça büyüktür.
• Organizmaya esneklik, kayganlık, eğilip bükülme gibi özellikler kazandırır.
• Yapılarındaki heteropolisakkaritler, proteoglikanlara karakteristik özelliklerini verir.
• Çekirdek proteinlerine kovalent bağlarla bağlı kısa zincirli glikozaminoglikanlar, bağlantı proteinleri aracılığıyla uzun zincirli hiyaluronik asit ile 40 nm aralıklarla non-kovalent olarak bağlanır. Böylece proteoglikanlar oluşur.
• Önce glikozaminoglikanlar ve bağlantı proteinleri bağlanır. Hiyaluronik asit ile bağlanma bunun üzerinden gerçekleşir.
69
Glikoproteinler
• İçerik olarak protein kısmı fazladır.
• Yapılarında polipeptit zincirlere kovalent olarak bağlanmış karbonhidratlar bulunan proteinlerdir.
• İçerdikleri karbonhidrat miktarı değişkenlik gösterir. Örneğin, kollajenin ağırlığının %0,5’i karbonhidrattır. Bu oran immünglobulinlerde %4, glikoforinde %60, kan grubu maddelerinde %80 civarındadır.
• Karbonhidrat kısımları genellikle glikoz, galaktoz, mannoz, füköz, N-asetil glikozamin, N-asetil galaktozamin ve sialik asit; daha seyrek olarak da arabinoz ve ksiloz içerir.
• Bu monosakkaritlerin dizilimi ve yaptıkları bağlardaki çeşitlilik nedeniyle glikoproteinlerin yapısında çok sayıda farklı oligosakkarit zinciri bulunabilir. Bu zincirlerin çoğu dallanmış bir yapı gösterir.
• Oligosakkarit zincirler proteinlere sıklıkla asparagin, serin, treonin daha seyrek olarak da hidroksilizin veya hidroksiprolin kalıntıları aracılığıyla bağlanır.
• Oligosakkarit zincirde ilk şeker kalıntısı proteine asparagin kalıntısının amid azotu aracılığıyla bağlanırsa oluşan bağ N-glikozit olarak adlandırılır.
• İnsan vücudundaki glikoproteinlerin çoğunda bağlanma şekli N-glikozittir.
•Oligosakkarit zincirde ilk şeker kalıntısı proteinin serin,treonin,hidroksilizin veya hidroksipirolin kalıntılarının hidroksil grubu aracılığıyla bağlanırsa oluşan bağ O-glikozit bağı olarak adlandırılır.
• Hücre yüzey antijenleri, kollajen, müsinler ve eklem sıvısı glikoproteinleri, immün globulinler, kompleman sistem proteinleri, pıhtılaşma faktörleri, bazı sitokinler, enzimler, hormonlar, reseptörler gibi birçok fonksiyonel ve yapısal protein.
• Oligosakkarit zincirlerin glikoproteinlere birçok önemli özellik kazandırır. Bu özelliklerin en önemlisi hücre yüzey glikoproteinlerinin antijenik özelliği ve hücreler arası iletişimdir. Bu sayede organizmamızın hücreleri birbirini tanır, yabancı ve zararlı hücreleri ayırt edebilir.
• Biyosentezleri sırasında oligosakkaritler zincirler Golgi’de eklenir. Eklenen oligosakkarit zincirler, proteinlerin sınıflandırmasında ve hücre içine yönlendirilmesinde fazlasıyla önemlidir.Örnek: Zincirin en başında mannoz-6-fosfat varsa protein lizozoma gidecektir.
• Yapıdaki karbonhidrat proteinlere çözünürlük, akışkanlık ve yük kazandırır. Hidroliz edilmelerini önler.
• Oligosakkarit zincirde en başta sialik asit bulunmasında proteinlerin proteolizden korunduğu görülmüştür.
70
Glikolipitler (Glikosfingolipitler)
• Sfingozin: 18 karbonlu iki hidroksil grubu içeren bir aminoalkoldür.
• Sfingozine bir yağ asidinin bağlanmasıyla seramid denilen bileşik oluşur.
• Yapısında seramide bağlı halde glikoz veya galaktoz birimlerinden bir ya da daha fazlasını içeren lipitlere glikolipit adı verilir.
• En önemli glikolipitler serebrozidlerdir. Serebrozidler beyinde, karaciğerde, timusta, böbrekte, böbreküstü bezlerde ve akciğerde bulunur.
• Serebrozidler seramide tek bir monosakkarit biriminin bağlanmasıyla oluşur. Glikoz bağlanırsa glikozilseramid, galaktoz bağlanırsa galaktozilseramid olarak adlandırılır. Bu glikolipitler beyin ve periferik sinir sisteminde özellikle miyelin kılıfların yapısında bulunur ve sinir iletiminde görev yapar.
• Galaktozilseramidin hidroksil gruplarından birine sülfat bağlanırsa, sülfogalaktozil seramide sülfatid (sülfolipit) denir.
• Sülfatid beyinde bulunur.
• Glikozilseramidden türeyen ve yapılarında bir veya daha fazla sayıda sialik asit içeren kompleks yapılı glikolipitlere gangliozid denir.
• Gangliozid İsimlendirme: G harfi gangliozidi ifade eder. G’den sonra gelen harf, sialik asit sayısını (M: mono, D: di, T: tri), rakamlar ise kromatografik ayrışma sırasını ifade eder.
• Gangliozidler; beyin gri maddesinde, sinir dokuda, hücre membranının dış yüzeylerinde ve eritrositlerde yüksek konsantrasyonda bulunur. Karbonhidrat içeriği fazla olduğu için suda çözünür.
• Gangliozidler tetanoz toksini, kolera toksini ve grip virüsü gibi spesifik patojenler için reseptör görevi görür.
• Hücre membranındaki glikolipitler, karbonhidrat kalıntılarını hücre dışında bırakacak şekilde lipid çift tabakasına yerleşir ve genellikle hücre-hücre tanınmasında görev alır.
• Glikolipitlerin antijenik özelliği ilk defa eritrosit yüzeyinde saptanmıştır ve kan grubu kavramının temelini oluşturmuştur.
• İnsan eritrositlerinin yüzeyinde Rh kan grubu sistemi için belirleyici glikoproteinler ve ABO sistemi için glikolipitler yer alır.
• ABO kan grubu maddelerinde, glikoz, galaktoz, L-fukoz, N-asetilglikozamin ve N-asetilgalaktozamin birimleri yer alır. Bu monosakkaritlerin dizilimi ABO sistemine göre kan gruplarını belirler.
• 2013 yılında Nobel Tıp Ödülü insan hücrelerinde temel taşıma sisteminin veziküllerle gerçekleşmesi keşfine verilmiştir. (James E. Rothman, Randy W. Schokman, Thomas C. Südhof)
• Veziküllerin kusursuz işleyişi olmazsa hücre kaosa sürüklenir.
• Birçok nörolojik, metabolik veya immün sistem rahatsızlıklarına vezikül transportunda oluşan hatalar ve transportun bozulması yol açar.
