Karbohidratlar

Karbohidratlar Karbondioksit asimilasyonu ile yeşil bitkilerde fotosentez sonucu oluşurlar. Enerji kaynağıdır. Bitkiler ve hayvanlar için çatı maddeleri olarak da görev almaktadır. Depo maddesi olarak depolanır (nişasta ve glikojen). Sindirilemeyen karbonhidratlar diyet veya fonksiyonel lif olarak beslenmede yararlıdır. Doğrudan tüketimi yanında, gıdalarda tatlandırıcı, jel yapıcı, stabilize edici, kıvam arttırıcı, yağları ikame edici ve kalori azaltıcı gibi bir çok teknolojik fonksiyonları da vardır. Bir dizi kimyasal reaksiyon sonunda gıda boyaları ve aroma maddelerine dönüştürülebilirler.

İlk kez Fransız kimyacılar tarafından analiz edilerek C, H ve O olmak üzere sadece üç çeşit elementten oluştukları, O ve H elementlerini 1/2 oranında içerdikleri görülmüştür. Bu yüzden genel kapalı formülleri CnH2nOn şeklinde gösterilmiştir. Ancak bazı karbonhidratlar bu kapalı formüle uymazlar. Çünkü C, H ve O dışında bazı elementlerde bulunabilir. Bunun dışında, asetik asit, laktik asit gibi bazı bileşikler de bu kapalı formüle uyduğu halde karbonhidratlar grubuna dâhil değildir. Ayrıca genel formülü farklı olup karbonhidrat olan (deoksiriboz) bileşikler bulunmaktadır.

Karbohidratlardan glukoz, sakkaroz, nişasta ve selüloz gibi başlıcaları en iyi bilenen organik bileşiklerdir. Beyin sinir hücreleri ile gelişmekte olan kırmızı kan hücrelerinin sentezi veya fonksiyonları için enerji kaynağı olarak glukoza ihtiyaç vardır. Enerji diyette sadece yağlardan temin edilirse söz konusu hücrelerin fonksiyonları gerçekleşmez. Yetersiz karbonhidrat alımında proteinler parçalanarak glukoza dönüşür ve proteinler enerji kaynağı olarak kullanılmış olduğundan kendi fonksiyonlarını yerine getiremezler.

Karbonhidratlar sakkaritler olarak isimlendirilir Karbonhidratlar sakkaritler olarak isimlendirilir. Karbonhidratlar polihidroksi aldehitler, polihidroksi ketonlardır ve bunların türevleri olarak tanımlamak en doğrusudur. Bu tarif deoksişekerleri, şeker alkollerini, şeker asitlerini ve amino şekerleri de kapsamaktadır.

Bir maddenin doğrusal polarize ışığın salınım yüzeyini çevirme özelliğine optik aktivite denir. Dihidroksi aseton hariç bütün monosakkaritler bir veya daha fazla sayıda asimetrik karbon atomu içerdiklerinden polarize ışığın düzleminde değişime neden olurlar. Asimetrik karbon atomu ifadesi kullanılırken bilinmelidir ki moleküller asimetrik olabilir, atomlar olamaz. Asimetrik karbon atomu sadece asimetri noktasındaki karbon atomudur. Asimetrik karbon atomu içeren maddeler, polarize ışığın salınım yüzeyini farklı yönde çevirirler ve bu maddelere optikçe aktif maddeler denilir. Optikçe aktif maddelerin optik çevirme gücü bu maddelerin karakteristiği olup kolaylıkla belirlenebilmektedir. Polarimetre kullanılarak optikçe aktif maddelerin çözeltilerinin polarize ışık düzleminde oluşturdukları çevirme açısı belirlenir.

l: Polarimetre tüpünün uzunluğu (dm) t: Sıcaklık (oC) c: Optikçe aktif maddenin konsantrasyonu (g/100 ml) : Işığın dalga boyu α: Okunan çevirme açısı (derece)

Bazı karbonhidratların spesifik çevirme dereceleri [α] Bir maddenin iki ayrı optik faaliyet gösteren iki türü bir karışım durumunda ise optik faaliyet görülmez. Başka bir ifade ile bir çözeltide çözünen maddenin D ve L izomerleri eşit miktarda ise, her iki yöndeki optik çevirmeler birbirini götüreceğinden optikçe aktiflik gözlenmez. Bu şekildeki karışıma rasemik karışım, kristallerine ise rasemat denir. Karbonhidrat Çevirme derecesi Karbonhidrat Çevirme derecesi D-Glukoz +52,5 Sakkaroz +66,5 D-Fruktoz -92,4 Maltoz +136 D-Mannoz +14,5 Laktoz +53,6 D-Riboz -23,7 Sellobiyoz +34,6 L-Arabinoz +105 Mellebioz +143 D-Galaktoz + 80,2 Rafinoz +101 x : 20–25 °C sıcaklıkta

Fischer görünüm

Perspektif görünüm

Beş veya daha fazla C atomu içeren monosakkaritler çözelti halinde iken daha ziyade halka yapısındadır. Bu yapıda karbonil grubu serbest değildir, zincirdeki diğer bir C atomuna bağlı bir OH grubu ile kovalent bağ oluşturmuştur. Bunun belirtilerinden birisi örneğin D–glukozun α– D–glukoz [α]20D = 112,2° ve β–D–glukoz [α]20D = 18,7° olarak iki izomerik form göstermesidir. Bu iki izomerik formun genel kompozisyonu farklı olmasa da bazı fiziksel ve kimyasal özellikleri farklıdır. Bu iki izomerik form denge halinde bulunduğu durumda ise optiksel çevirimi [α]20D = +52,7° ‘dir.

Bir şekerin sadece bir anomerik formunu içeren bir çözeltinin optik çevirmesi zamanla değişim göstermektedir. Çünkü birinci anomer kısmen diğerine dönüşmektedir. Sonuç olarak iki anomerin denge halinde olduğu bir karışım meydana gelmektedir. Bu olay mutarotasyon olarak isimlendirilir. Mutarotasyon, izomerlerin denge konsantrasyonuna erişme özeliklerinin sonucudur ve 20°C’lik su içerisinde bu denge konsantrasyonu 1/3 α–D–glukoz ve 2/3 β–D– glukozdur.

α ve β–Glukozun Bazı Özellikleri α-D-Glukoz β-D-Glukoz Spesifik rotasyon, [α]20D +112,2° +18,7° Erime noktası, °C 146 150 Suda çözünürlük, g/100ml 82,5 178 Glukoz oksidaz ile oksidasyon hızı 100 <1,0

Haworth formülü

Oligosakkaritler Monosakkaritler birbirleri ile glukozidik bağlarla bağlanarak glukozidleri oluştururlar. 2-10 monosakkaritten oluşan (bazı kaynaklarda 2-20 monosakkarit) glukozidler, oligosakkarit olarak tanımlanmaktadır. Oligosakkaritler (oligo=birkaç) kendini oluşturan monosakkarit sayısına göre (disakkarit, trisakkarit, tetrasakkarit) isimlendirilmektedir.

Disakkaritler

Laktoz memeli canlılarda, sakkaroz bitkilerde ve trehaloz böceklerin dolaşım sistemlerinde depolama özellikleri ile tanınan ve canlı organizma yapısında hayati önem taşıyan disakkaritlerdir. Bazı tanınmış disakkaritler: Maltoz : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (α 1-4 glukozidik bağ içerir). Sakkaroz : Bir molekül glukoz ve bir molekül fruktozdan oluşmuştur. Laktoz : Bir molekül glukoz ve bir molekül galaktozdan oluşmuştur. Sellobiyoz : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (β 1-4 glukozidik bağ içerir). Gentiobioz : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (β 1-6 glukozidik bağ içerir). Trehaloz : İki glukoz molekülünden oluşmuştur (α 1-1 glukozidik bağ içerir).

Bazı karbohidratların ve şeker alkollerinin nisbi tatlılık dereceleri Karbonhidrat Tatlılık derecesi Karbonhidrat Tatlılık derecesi D-Fruktoz 174 Dulsitol 41 İnvert şeker 130 D-Mannitol 63 Sakkaroz 100 D-Mannoz 59 D-Glukoz 69 D-Ramnoz 33 D-Galaktoz 63 D-Glusitol 51 Sorbitol 60 Ksilitol 100 Maltoz 46 D-Ksiloz 67 Laktoz 20 Rafinoz 22 Glukoz şurubu 40 TL/5 kg Fruktoz şurubu 142 TL/5 kg Toz şeker (sakkaroz) 18 TL/5 kg (Kasım 2017)

Polisakkaritler

Bazı polisakkaritlerin parçalanma ürünleri

İndirgen şeker Monosakkaritler arasındaki birleşme, karbonil grupları arasında ise, serbest karbonil grubu kalmadığından bu şekerler indirgen özellik göstermez. Fehling çözeltisini indirgemez. Örneğin sakkaroz indirgen olmayan disakkarittir. Buna karşın, birleşme monosakkaritin birinde karbonil grubundan başka karbondan olmuş ve monosakkaritin biri serbest karbonil grubu ihtiva ediyorsa bu şekerler indirgen şekerlerdir. Fehling çözeltisini indirger. En tanınmış örnekler maltoz, laktoz, gentiobioz ve sellobiyoz indirgen disakkaritlerdir. Monosakkaritlerde karbonil grubu açık olduğu için indirgen olarak etki ederler. Diğer bir ifade ile serbest aldehit ve keton içeren tüm şekerler indirgen özelliğe sahiptir. İndirgen özellikten miktar tayinlerinde yararlanılmaktadır.

Selülozu besin olarak kullanan bir mantar

N-asetilglukozamin birimlerinden oluşan bir polimer: Kitin

Haziran böceğinin (Pelidnota punctata) zırhı kitinden oluşur.

Kaynaklar Gıda Kimyası, Mehmet Demirci, 2012. Biyokimyanın İlkeleri, D.L. Nelson ve M. M. Cox, Palme Yayıncılık, 2016.