Karbonhidratlar, Karbonhidrat Çeşitleri ve Özellikleri

Karbonhidratlar nükleik asitlerin (DNA-deoksiribonükleik asit, RNA-ribonükleik asit), ATP(adenozin trifosfat)’nin, yağ ve proteinlerle birleşerek hücre zarının ve bitkilerde hücre çeperinin yapısına katılır. Canlının yaşamını devam ettirebilmesi için gereksinim duyduğu enerji öncelikle karbonhidratlardan elde edilir.

Karbonhidratlar yapılarında karbon (C), hidrojen (H) ve oksijen (O) atomu bulunduran organik bileşiklerdir. Genel olarak karbonhidratların formülü (CH2 O)n ile gösterilir. Formülden de anlaşılabileceği gibi yapılarındaki karbon, hidrojen ve oksijen sayısı değişebilir. Bu farklılık karbonhidratların çeşitlenmesini sağlar.

Karbonhidratlar monosakkaritler, disakkaritler ve polisakkaritler olmak üzere üçe ayrılır.

Monosakkaritler

Basit şekerler olarak adlandırılan monosakkaritler karbonhidratların en küçük birimidir. Bunlar sindirimle daha küçük birimlere parçalanamaz. Karbon sayısı üç ile sekiz arasında değişir.

Biyolojik açıdan önemli monosakkaritler yapısal olarak 5C’lu (pentoz) ya da 6C’lu (heksoz) olabilir. Bunlardan deoksiriboz ve riboz 5C’lulara; glikoz, fruktoz ise 6C’lulara örnektir.

Riboz RNA’nın ve ATP’nin, deoksiriboz ise DNA’nın yapısına katılır. Bu monosakkaritler hücrede enerji verici olarak kullanılmaz.

Aşağıda glikoz (üzüm şekeri), fruktoz (meyve şekeri) ve galaktoz (süt şekeri)’un kimyasal formüllerinin açılımı görülmektedir. Örnekleri görülen monosakkaritler aynı atomlardan oluşmasına karşın, atomların dizilişindeki farklılık basit şekerlerde çeşitliliği sağlamıştır.

Monosakkaritler biyolojik açıdan önemli karbonhidratlardır. Monosakkaritler suda çözünür ve tatlıdır. Hücre zarından geçebilecek büyüklüktedir.

Canlılarda enerji ihtiyacının karşılanmasında en çok kullanılan monosakkarit glikozdur. Vücuda glikoz dışında alınan fruktoz ve galaktoz karaciğerde glikoza çevrilir ve kana karışır. Glikoz memelilerin kanında bulunması gereken bir maddedir. İnsan kanında 100 mL’de yaklaşık 90 mg glikoz bulunur. Glikoz beynin en önemli yakıtıdır ve kandaki yoğunluğu en düşük düzeyde iken bile önce beyni besler.

Glikoz hücrelerde oksijenli solunum ile su (H2 O) ve karbon diokside (CO2 ) kadar parçalanır. Bu arada açığa çıkan enerji ATP’nin yapısında kimyasal bağ enerjisi olarak depolanır. Glikoz proteinlerle birleşip glikoproteini, yağlarla birleşerek glikolipiti oluşturur. Bu şekilde yapı maddesi olarak hücre zarının yapısına katılır.

Disakkaritler

İki molekül monosakkaritin birleşmesi sonucu disakkaritler meydana gelir. Bu birleşme sırasında bir molekül su açığa çıkar. Küçük moleküller birleşirken suyun açığa çıkmasıyla gerçekleşen olaya dehidrasyon sentezi denir. Disakkaritlerin oluşumu da dehidrasyon sentezi ile gerçekleşir. Bu tepkime sırasında monosakkaritler arasında bir tür kovalent bağ olan glikozit bağı oluşur.

Canlılarda en çok bulunan disakkaritler maltoz, sakkaroz (sükroz) ve laktozdur. Laktoz, memeli sütünde bulunur ve yavru için öncelikli besin kaynağıdır. Sütte bulunan laktoz ise glikoz ve galaktozun birleşmesiyle oluşur. Disakkarit çeşitlerinden olan maltoz iki molekül glikozun bağlanmasıyla oluşur. Maltoz, bira yapımında kullanılır. Disakkaritlerden maltozun oluşumunu gösteren tepkime denklemi aşağıda verilmiştir.

Çay şekeri olarak bilinen sakkaroz ise glikoz ve fruktozun birleşmesinden oluşmuştur. Maltoz ve sakkaroz bitki hücresinde üretilirken laktoz hayvan hücresinde üretilir.

Hayvanların besinlerle aldıkları disakkaritler, sindirim sisteminde monosakkaritlere ayrılarak vücutta kullanılır hâle getirilir. Disakkaritlerin yapı birimlerine ayrılması, su ile tepkimeye girerek monosakkaritler arasındaki glikozit bağının kırılmasıyla gerçekleşir. Büyük moleküllere su katılarak yapı birimlerine ayrıştırılmasına hidroliz denir. Hidroliz olayı dehidrasyon olayının tersidir. Disakkaritler yapı birimlerine ayrılmadan kana ve hücre içine geçemez.

Polisakkaritler

Çok sayıda monosakkaritin dehidrasyonu ile oluşmuş büyük moleküllü karbonhidratlara polisakkarit denir. Polisakkaritler kompleks şekerler olarak da bilinir. Polisakkaritlerin temel yapı birimini glikoz molekülü oluşturur. Bir polisakkaritin oluşumunu aşağıdaki gibi formüle edebiliriz.

n (Monosakkarit) <—> Polisakkarit + (n-1) Su

Nişasta, glikojen, selüloz ve kitin birer polisakkarittir. Bitkiler, fotosentez sonucu ürettikleri glikozun bir kısmını kullandıktan sonra plastit adı verilen organellerde nişastaya dönüştürerek depo eder. Nişasta bitkinin kök, gövde, yaprak, tohum ve meyve gibi kısımlarındadır. Özellikle tahıllar ile patateste bol miktarda bulunur. Binlerce glikoz molekülünün birbiri ile bağlanması sonucu oluşan nişasta bir polisakkarittir ve bitki hücrelerinde depo edilir.

Hayvanlarda ise besinlerle alınan nişasta, sindirim sisteminde hidrolize uğrayarak glikoz birimlerine ayrılıp kana geçebilecek duruma gelir.

Glikojen de nişasta gibi çok sayıda glikoz molekülünün dehidrasyon sentezi yaparak birbirine bağlanmasından oluşan büyük bir moleküldür. Glikojen hayvanlarda özellikle karaciğer ve kas hücrelerinde depo edilen bir polisakkarittir. Glikojen aynı zamanda bakteri ve mantar hücrelerinde de depo edilir. Karaciğerdeki glikojen gerektiğinde glikoz birimlerine dönüştürülerek kana verilir ve vücudun ihtiyacı olan enerji bu yolla karşılanır. İnsanlardaki glikojen depoları yemek yenmediğinde bir günde tükenir

Bitki hücrelerinde hücre çeperinin temel maddesi olan selüloz çok sayıda glikoz molekülünden meydana gelmiştir. Selüloz suda çözünmez. Nişasta, glikojen ve selüloz aynı yapı biriminden (glikozdan) oluşmalarına rağmen farklılık gösterir. Bunun nedeni glikoz molekülünün sayısı ve bağlanma düzenindeki farklılıktır.

Omurgalı hayvanların sindirim sistemi selülozu sindirecek enzimlere sahip olmadığı için besinlerle alınan selüloz sindirilmeden vücuttan atılır. Selüloz lifleri, bağırsaklarda yüzeyi aşındırarak hücreleri mukus üretmek üzere uyarır. Mukus sayesinde besinler sindirim kanalından kayarak ilerler ve sindirim hızı artar. Dolayısıyla selüloz, insanlar için bir besin olmasa da sağlıklı bir diyet için gereklidir. Otla beslenen hayvanların sindirim sisteminde yaşayan bazı bakteriler selülozu sindirebilecek molekülleri üretir; bu moleküllerin yardımı ile selülozun sindirimi yapılır.

Kitin, böcek, örümcek, kabuklular gibi eklem bacaklıların dış iskeletinin yapısında bulunan bir polisakkarittir. Dış iskelet, hayvanın yumuşak vücut bölgelerini çevreleyen bir kılıftır. Saf kitin, deri gibi yumuşaktır. Ancak yapısına kalsiyum karbonat tuzunun katılmasıyla sertleşir. Mantarlar da hücre duvarlarının yapısında selüloz yerine kitin bulundurur. Kitin selüloza benzer, ancak selülozdan farklı olarak yapısında azot bulunur. Sağlam ve esnek olduğundan ameliyat ipliğinin yapımında kullanılır. Ameliyat sırasında kullanılan, kitinden yapılan iplik yara iyileşince kendiliğinden ayrışır.