Karbohidratlar

Yrd.Doç.Dr. Ahmet GENÇSağlık 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

Sınıflandırılmasıq Monosakkaritler içerdikleri karbon

atomu sayısına göre;q Genel adlar Örnek1. 3 karbonlu: triozlar Gliseraldehid2. 4 karbonlu: tetrozlar Eritroz3. 5 karbonlu: pentozlar Riboz4. 6 karbonlu: heksozlar Glukoz5. 7 karbonlu: heptozlar Sedoheptülozq En okside grupları aldehit olan

karbohidratlara aldoz, keton olanlara ketoz denmektedirq Ör, gliseraldehit bir keton,

dihidroksikaseton ise bir ketozdur

Sınıflandırılmasıq 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 epimerq 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 oluşturmalarıq 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 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 1. Anomerik karbon: bir halkanın oluşması aldozların 1., ketozların 2. C anomerik karbon oluşmasıyla sonuçlanır. Bu yapılar “α” veya ”β” konfigrasyonu olarak isimlendirilirq Ör, α-D glukoz, β-D glukoz. Bu şekerlerin her ikisi de glukoz ama

birbirlerinin anomerleridir. Enzimler bu iki yapıyı ayırt eder.

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

Disakkaritlerq Disakkaritler, bir monosakkarit molekülü üzerindeki anomerik

karbon hidroksil grubunun bir diğer monosakkarit molekülüüzerindeki 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 gösterdiklerihalde 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 molekülününGal(β1→4)Glc biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir. Laktoz, önemli miktarda yalnızca süttebulunur.

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 molekülününGlc(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 karbonhidratlarq 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 pürimidinlerq 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 O-glikozid’dir. Eğer bir –NH2 grubuna bağlanmışsa, bu yapı bir N-glikozid’dir.q Bütün şeker-şeker glikozidik bağları,

O- tipidir.

Kompleks karbonhidratlarq 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 β-bağı 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 Başlarq 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 Başlarq 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 Ederq Asidik mide içeriği ince barsağa ulaştığında pankreas tarafından

salgılanan bikarbonatla nötralize edilir ve pankreatik α-amilazkarbonhidrat sindirimini devam ettirir

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.

C. İnce Barsak Mukoza Hücrelerinde Sentezlenen Enzimlerle Karbohidrat Sindiriminin Sonlanması

D. Monosakkaritlerin Barsak Mukoza Hücreleri Tarafından Emilirq Duodenum ve üst jejunumda şekerlerin çoğu emilir. Glukozun

barsak hücreleri tarafından alımı için insüline gerek yoktur.q Şekerlerin değişik emilim mekanizmaları vardırq 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 Bozukluklarq 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 intoleransıvardır

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-SukrazEksikliğiq Bu enzim eksikliğinde sukroza karşı

intolerans gelişir.

q Tanı: her bir disakkaritle oral tolerans testi yapılarak enzim eksikliği tanıları konulabilir.

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 şekerolarak tanımlanırlar

Monosakkaritlerin kimyasal özellikleri

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