Karbohidratlar [Uyumluluk Modu]

Karbohidratlar
Yrd.Doç.Dr. Ahmet GENÇ
Sağlık Hizmetleri Meslek
Yüksekokulu
q Karbohidratlar, insan diyetinin en önemli kısmını oluştururlar
Karbonhidratlar
q Doğada en bol bulunan organik moleküllerdir.
q Fonksiyonları;
q Başlıca enerji kaynağı,
q Enerji deposu,
q Hücrelerarası iletişimi sağlayan hücre zarı öğesi gibi,
q Bakterilerin hücre duvarında, böceklerin kabuğunda ve bitkilerin
fibröz ve sellüloz yapısında bulunan karbohidratlar canlıların
yapısal elemanı olarak rol oynarlar.
q Basit karbonhidrat için geçerli olan (CH2O)n formülünden dolayı
“hidatlanmış karbon” diye adlandırılımıştır.
q Karbohidratların molekül yapılarında, alkol grubu ile birlikte ya
aldehit ya keton grubu bulunur. Karbohidratlar, polihidroksi
alkollerin aldehit veya keton türevleri veya bunların
polimerleridirler
Sınıflandırılması
q
Monosakkaritler içerdikleri karbon
atomu sayısına göre;
q
Genel adlar
Örnek
1.
3 karbonlu: triozlar
Gliseraldehid
2.
4 karbonlu: tetrozlar
Eritroz
3.
5 karbonlu: pentozlar
Riboz
4.
6 karbonlu: heksozlar
Glukoz
5.
7 karbonlu: heptozlar
Sedoheptüloz
q
En okside grupları aldehit olan
karbohidratlara aldoz, keton olanlara
ketoz denmektedir
q
Ör, gliseraldehit bir keton,
dihidroksikaseton ise bir ketozdur
Sınıflandırılması
q Monosakkaritler: glikozid bağlarıyla
birleşerek daha büyük yapıları
oluştururlar. Karbohidratların
monomerleridir. (Glukoz, galaktoz,
fruktoz, arabinoz vb)
q Disakkaritler: İki tane monosakkaritin
birleşmesiyle oluşur. (Sukroz, laktoz,
mannoz vb.)
q Oligosakkaritler: 3-12 arasında
monosakkarit birimi içerir. Serbest
olarak bulunmazlar
q Polisakkaritler: 12’den fazla sayıda
monosakkarit içerir (Sellüloz, glikojen)
Monosakkaritler (basit şekerler)
q Monosakkaritler, hidroliz yoluyla daha
küçük moleküllü basit karbohidratlara
ayrışmazlar; oligosakkaritlerin ve
polisakkaritlerin alt ünitelerini
oluştururlar.
q Monosakkaritlerin aldehit grubu içerenleri
aldoz, keton grubu içerenleri ketoz olarak
adlandırılırlar.
q Monosakkaritler, moleküllerindeki toplam
karbon sayılarına göre de trioz, tetroz,
pentoz, heksoz olarak adlandırılırlar
İzomer ve epimer
q Aynı kimyasal fomüle sahip ama değişik
yapılarda olan bileşiklere izomer denir.
q Ör, fruktoz, glukoz, mannoz ve galaktozun
kimyasal formülleri (C6H12O6) aynı olup,
hepsi birbirinin izomerlerdir
q Eğer iki monosakkarid yalnızca özgün bir
karbon atomu etrafında konfigrasyon farkı
gösteriyorsa, bunlar birbirinin epimerleridir.
q Ör, glukoz ve galaktoz C-4 epimerleridir:
yapılarındaki tek fark 4. C’nun –OH grubu
pozisyonudur. Galaktoz ve mannoz’un
ikişer C atomlarındaki (2 ve 4) –OH
gruplarının pozisyonu farklı olduğu için
bunlar birbirinin izomerleridir.
Enantiomer
q Bazı çiftler birbirinin ayna görüntüsü
olup özel bir tip izomerizm
oluştururlar. Bunlara birbirinin
enantiomeri denir ve “D” veya “L”
şekerler diye adlandırılırlar.
Monosakkaritlerin halkasal yapı
oluşturmaları
q Beş veya daha fazla karbon içeren
monosakkaritlerin <%1 açık zincir halinde
bulunur
q Daha çok halkasal şekilde bulunan
monosakkaritlerde, aldehit (veya keton)
grubu aynı şeker üzerinde bulunan bir
alkol grubu ile reaksiyona girmiştir
Monosakkaritlerin halkasal yapı
oluşturmaları
q 1. Anomerik karbon: bir halkanın oluşması aldozların 1., ketozların 2.
C anomerik karbon oluşmasıyla sonuçlanır. Bu yapılar “α” veya ”β”
konfigrasyonu olarak isimlendirilir
q Ör, α-D glukoz, β-D glukoz. Bu şekerlerin her ikisi de glukoz ama
birbirlerinin anomerleridir. Enzimler bu iki yapıyı ayırt eder.
q 2. İndirgeyici şekerler: Anomerik karbondaki oksijen herhangi bir
yapıya bağlı değilse, o şeker indirgeyici bir şekerdir. İndirgeyici bir
şeker kimyasal ayraçlarla (ör, benedict) reaksiyona girebilirler ve
reaktif bileşeni indirgeyebilirler.
q Sadece anomerik karbondaki oksijenin durumu şekerin
indirgeyici olup olmadığını belirler
q Monosakkaritlerin birbirlerinden yalnızca anomerik karbondaki
konfigürasyon bakımından farklı α- ve β- formları anomerler diye
adlandırılırlar
q D-Glukozun α- ve β- formları, polarize ışığın düzlemini aynı yöne
fakat farklı derecelerde çevirirler. Örneğin α-D-Glukoz 112o sağa
(+) çevirir; β-D-Glukoz ise 19o sağa (+) çevirir
Organizmadaki önemli monosakkarit türevleri
q Şeker fosfatları, bir monosakkaritin hidroksil gruplarından biri ile
fosforik asidin kondensasyonu sonucu oluşmuş bileşiklerdir
q Amino şekerler, bir monosakkaritteki bir hidroksil grubunun bir
amino grubu ile yer değiştirmesi sonucu oluşmuş bileşiklerdir
q Deoksi şekerler, bir monosakkaritteki bir hidroksil grubunun bir
hidrojen ile yer değiştirmesi sonucu oluşmuş bileşiklerdir
q Aldonik, üronik, sakkarik asitler, monosakkaritin aldehit ve/veya
alkol gruplarının asit grubuna yükseltgenmesiyle oluşurlar
q Şeker alkolleri, serbest yarı asetal hidroksili içeren
monosakkaritlerin anomerik karbonunun alkol gruplarına
indirgenmesiyle oluşan bileşiklerdir. Glukozdan sorbitol,
mannozdan mannitol, galaktozdan dulsitol oluşması önemlidir
Disakkaritler
q Disakkaritler, bir monosakkarit molekülü üzerindeki anomerik
karbon hidroksil grubunun bir diğer monosakkarit molekülü
üzerindeki bir hidroksil grubu ile reaksiyonlaşması sonucu
oluşturulan bir O-glikozidik bağ vasıtasıyla birbirine bağlanmış iki
monosakkarit molekülünden oluşmuş bileşiklerdir
q Disakkaritlerin oluşumunu sağlayan glikozidik bağlar, α ve β olmak
üzere iki tipte olur. Glikozidik bağın tipini, C-1’deki –OH grubunun
pozisyonu belirler. C-1’deki –OH grubunun pozisyonu α pozisyonu
ise α-glikozidik bağ, β pozisyonu ise β-glikozidik bağ oluşur
q Molekülünde bir serbest anomerik karbon atomu bulunan
disakkaritler monosakkaritler gibi indirgeyici özellik gösterdikleri
halde molekülünde bir serbest anomerik karbon atomu bulunmayan
disakkaritler indirgeyici özellik göstermezler
q Maltoz, iki glukoz molekülünün Glc(α1→4)Glc biçiminde
kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir.
Maltoz, serbest yarı asetal hidroksili içerdiğinden indirgeyici
özelliktedir. Maltoz, doğada serbest halde bulunmaz; bir
polisakkarit olan nişastanın yapısında yer alır. Nişastanın
enzimatik hidrolizinin başlıca ürünüdür
q Laktoz, bir galaktoz molekülü ile bir glukoz molekülünün
Gal(β1→4)Glc biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül
yapısına sahip disakkarittir. Laktoz, önemli miktarda yalnızca sütte
bulunur.
q Sütte bulunan çeşitli mikroorganizmalar, laktozu laktik asite
çevirebilirler. Bu da sütün ekşimesine ve kaynatıldığında
kesilmesine neden olur. Laktoz, serbest yarı asetal hidroksili
içerdiğinden indirgeyici özelliktedir
q Sakkaroz, bir glukoz molekülü ile bir fruktoz molekülünün
Glc(α1→2)Fru biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül
yapısına sahip disakkarittir. Sakkaroz, serbest yarı asetal
hidroksili içermediğinden indirgeyici özellikte değildir
q Sellobioz, iki glukoz molekülünün Glc(β1→4)Glc biçiminde
kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir.
Sellobioz, indirgeyici özelliktedir. Sellobioz, doğada serbest olarak
bulunmaz; sellüloz polisakkaritinin disakkarit birimidir
Kompleks karbonhidratlar
q Aldozların 1. C nu (ketozların 2.C) glikozidik bağa katılır. Bu
şekere glukozil kalıntısı denir.
q Ör, laktoz: galaktozil-glukoz
Kompleks karbonhidratlar
q Karbohidratlar, karbohidrat olmayan
yapılarla glikozidik bağlarla
bağlanabilirler. Karbohidrat olmayan bu
yapılar:
q Pürin ve pürimidinler
q Aromatik halkalar (steroidler ve
bilirübin)
q Proteinler (glikoproteinler ve
glikozaminoglikanlar)
q Lipidler (glikolipidler)
Kompleks karbonhidratlar
q O- ve N-glikozidler: eğer şeker
karbohidrat olmayan molekülde bir –OH
grubuna bağlanmışsa, bu yapı bir Oglikozid’dir. Eğer bir –NH2 grubuna
bağlanmışsa, bu yapı bir N-glikozid’dir.
q Bütün şeker-şeker glikozidik bağları,
O- tipidir.
Kompleks karbonhidratlar
q Glikozid bağlarının adlandırılması: Şekerler arasındaki glikozid
bağı, birleşen karbon numaraları ve şekerin anomerik hidroksil
grubu da dikkate alınarak adlandırılır. Eğer anomerik hidroksil
grubu α konfigrasyonundaysa α-bağı, β konfigrasyonunda ise βbağı denir.
q Ör, laktoz β-galaktozun 1. C ve
glukozun 4. C u arasında glikozid
bağı oluşmasıyla meydana gelir.
q Bu nedenle bu bağa bir β (1à4)
glikozidik bağ denir.
KARBONHİDRATLARIN SİNDİRİMİ
q Karbonhidrat sindiriminin gerçekleştiği başlıca yer ağız ve
bağırsaklardır. Sindirim hızlıdır ve mide içeriği duodenojejunal
bileşkeye geldiğinde tamamlanmış olur. Hayvansal ve bitkisel
besinlerde çok az monosakkarid olduğundan polisakkaritleri
yıkmak için disakkaridaz ve endoglikozidaz enzimlere ihtiyaç
vardır.
q Glikozid bağlarının hidrolizi bir takım glikozidaz enzimleriyle
sağlanır ve karbohidratlar kendilerini oluşturan indirgeyici şeker
bileşenlerine ayrılırlar.
Karbonhidratların Sindirimi
Ağızda Başlar
q Diyette bulunan polisakkaritlerin çoğu, hayvansal (glikojen) ve
bitkisel (nişasta, amiloz ve amilopektinden) kaynaklıdır. Çiğneme
esnasında, tükürük α-amilaz besinlerdeki nişastadaki rastgele bazı
α(1à4) bağlarını kırar.
q Doğada α(1à4) ve β(1à4) endoglukozidazlar bulunur. Ama
insanlarda β(1à4) endoglukozidaz sentezlenmez ve sindirim
sıvılarında bulunmaz. Bu nedenle insanlar, glukoz kalıntıları
arasında α(1à4) glikozidik bağlar bulunan ve bitkisel kaynaklı
karbonhidrat olan sellülozun sindirimini yapamazlar.
A. Karbonhidratların
Sindirimi Ağızda Başlar
q α-amilazın etkilediği sindirim ürünleri
amilopektin ve glikojen α(1à6) bağlarını da
içerdiklerinden bir miktar küçük dallanmış
oligosakkarid molekülleri de içerirler.
q Karbonhidrat sindirimi midedeki yüksek asit
α-amilazın inaktive etmesi sonucunda durur.
B. Karbonhidratların Sindirimi
İnce Barsakta Devam Eder
q Asidik mide içeriği ince barsağa ulaştığında pankreas tarafından
salgılanan bikarbonatla nötralize edilir ve pankreatik α-amilaz
karbonhidrat sindirimini devam ettirir
C. İnce Barsak Mukoza Hücrelerinde
Sentezlenen Enzimlerle Karbohidrat
Sindiriminin Sonlanması
q Karbohidratlar ince barsakta aşağıya doğru ilerlerken
pek çok disakkaridaz ve oligosakkaridazın etkin
olduğu sindirim işlemi üst jejenum mukoza
hücrelerinde sonlanır.
q Örneğin, izomaltaz, izomaltozdaki α(1à6) bağını
kırar ve maltaz, maltozu kırar ve sonuçta her ikisinin
de etkisiyle glukoz ve fruktoz açığa çıkar.
q Laktaz (β-galaktozidaz) ise, laktozu parçalayarak
galaktoz ve glukoz oluşturur
q Bu enzimler ince barsak mukoza hücrelerinin
mikrovilluslarından salgılanır ve luminal yüzeye
ilişik şekilde bulunur.
D. Monosakkaritlerin Barsak Mukoza
Hücreleri Tarafından Emilir
q Duodenum ve üst jejunumda şekerlerin çoğu emilir. Glukozun
barsak hücreleri tarafından alımı için insüline gerek yoktur.
q Şekerlerin değişik emilim mekanizmaları vardır
q Ör, galaktoz ve glukoz mukoza hücresi içine aktif transportla
alınır. Bu işlemi özgün bir protein sağlar ve beraber sodyum
iyonu (Na+) alımı da gerçekleşir.
q Fruktoz emilimi ve alımı için monosakkarit taşıyıcısı (GLUT-5)
gerekir
q Bu monosakkritlerin üçü de barsak mukoza hücrelerinden
portal dolaşıma başka bir taşıyıcı protein olan GLUT-2 ile
taşınır.
E. Disakkaritlerin Yıkımında
Bozukluklar
q Sağlıklı insanlarda karbonhidrat sindirimi ve emilimi etkin olup, hepsi
aşağı jejenuma gelene kadar emilmiş olur.
q Disakkaridaz aktivitesindeki bir esiklik sonucunda sindirilmemiş
karbohidratların kalın bağırsağa geçişine neden olur. Bu
karbonhidratların yarattığı osmotik basınç mukozadan su çekilmesine
ve sonuçta osmotik diareye neden olur.
q Ayrıca burada kalan karbonhidratların bir miktar bakteriyel
fermantasyonu sonucunda 2-3 C’lu bileşiklere dönüşür. Bunun
sonucunda açığa çıkan CO2 ve H2 gazları abdominal kramplara, diare
ve gaz oluşumuna neden olur.
1. Sindirim Enzim Eksikleri
q Yeni doğanda ve çocuklarda disakkaridazların eksikleri disakkarid
intolerası olarak tanımlanmıştır.
q Çeşitli intestinal hastalıklar, malnütrasyon veya ince barsak
mukozasında hasara yol açan ilaçlar disakkarid yıkımında
değişikliğe yol açabilir.
q Ağır diarede durumlarda mikrovillus enzimleri yitirilir ve sonuçta
edinsel enzim eksikliği oluşur. Bu hastalar normal besin veya
sukroz yiyip içemezler, aksi durumda diarede artış gözlenir.
2. Laktoz İntoleransı
q Dünyada erişkinlerin yarısından fazlasında laktoz intoleransı
vardır
q Enzim eksikliğinin mekanizması açık olmamakla birlikte genetik
olduğu ve değişmiş inaktif bir enzimden çok enzimin protein
miktarında azalma olduğu düşünülmektedir.
q Tedavide diyetten laktoz çıkarılır veya yemek öncesi laktaz ilaç
olarak verilir.
3. İzomaltaz-Sukraz
Eksikliği
q Bu enzim eksikliğinde sukroza karşı
intolerans gelişir.
q Tanı: her bir disakkaritle oral
tolerans testi yapılarak enzim
eksikliği tanıları konulabilir.
Monosakkaritlerin kimyasal özellikleri
q Hafif alkali ortamda serbest yarı asetal hidroksili içeren
monosakkaritlerin anomerik karbonunun karboksilik aside
yükseltgenmesi sırasında şeker, indirgen olarak etki gösterir; Cu2+,
Ag2+, Hg2+, Bi3+ gibi iyonları indirger; böyle şekerler, indirgeyici şeker
olarak tanımlanırlar
q Fehling reaktifi ve
Benedict reaktifleri,
indirgeyici şekerlerin
tanınmasında
kullanılırlar
q Glukoz oksidaz da glukozu glukonik aside ve hidrojen perokside
dönüştürür
q Glukoz oksidaz reaksiyonundan, kan glukoz düzeyinin
belirlenmesinde yararlanılmaktadır