KARBONHiDRAT METABOLİZMASI Karbonhidratlar karbon, hidrojen, oksijenden oluşan hidrokarbon türevleridir. Doğada en fazla bulunan organik moleküllerdir.

KARBONHiDRATLAR Basit hidrokarbonlarda hidrojen ve oksijen suda olduğu gibi aynı oranda bulunur: her karbon atomu için bir oksijen ve iki hidrojen atomu vardır. Sonuçta -CH2O grubu karbonhidrat moleküllerinde sıklıkla oluşur, şu şekilde gösterilir. H-C-OH

KARBONHiDRATLAR Çoğu canlılardaki temel enerji depo maddeleridir ve genellikle şeker olarak adlandırılan küçük moleküllerden oluşmuştur. Nişasta ve selüloz gibi bazı karbonhidratlar çok büyük ve karmaşık moleküllerdir.Ama tıpkı çok büyük organik moleküllerin çoğunda olduğu gibi bir çok basit “yapıtaşı” bileşiğinin bir arada bağlanması ile oluşurlar.

KARBONHİDRATLARIN SINIFLANDIRILMASI Yapılarında bulunan karbon atomu sayısına göre, Yapılarında bulunan basit şeker sayısına göre, Yapılarında bulunan aldehit ve keton grubuna göre

Yapılarında bulunan karbon atomu sayısına göre İki karbonlu şekerlere diozlar (glukoaldehit), Üç karbonlu şekerlere triozlar (gliseraldehit, dihidroksi aseton), Dört karbonlu şekerlere tetrozlar (eritroz, treoz), Beş karbonlu şekerlere pentozlar (riboz, ribuloz), Altı karbonlu şekerlere hekzoslar (glukoz, galaktoz, fruktoz), Yedi karbonlu şekerlere heptozlar (sedoheptoz).

Yapılarında bulunan basit şeker sayısına göre Monosakkaritler: Daha basit şekerlere hidrolize edilemeyen karbonhidratlara denir. (CH2O)n formülü ile gösterilir. glukoz, fruktoz, riboz, deoksiriboz, gliseraldehit, dihidroksi aseton.

Yapılarında bulunan basit şeker sayısına göre Monosakkaritler: c. Glukoz, yaşamın kimyasında önemli bir rol oynar. Bitkilerde fotosentezin ana ürünü olduğu için hem bitkilerde hem de hayvansal dokulardaki karbon atomlarının tek kaynağıdır. d. Kovalent bağlarındaki depo enerji hücrelere güç veren enerjinin doğrudan ve ya dolaylı kaynağıdır. e. Aralarında fruktoz ve galaktozun da bulunduğu diğer altı karbonlu monosakkaritler her zaman ya glukoza çevrilirler yada glukozdan sentezlenirler.

Glikoz molekülünün lineer hali CH O OH H C 2 1 3 4 5 6 karbon D-Glucose (açık zincir) Glikoz molekülünün lineer hali

Glikoz molekülünün halka modeli CH 2 OH 6 1 a -anomer glucose 6 CH OH 2 C OH H H 1 H C C OH H O O CH 2 OH 6 1 b -anomer glucose OH C C H OH Glikoz molekülünün halka modeli

Yapılarında bulunan basit şeker sayısına göre Disakkaritler: İki monosakkaritin birbirlerine glikozidik bağ ile bağlanması sonucu oluşmuşlardır. İki monosakkaritin birleşmesi sırasında 1 molekül su açığa çıkar ki bu olaya, kondensasyon (dehidrasyon) ya da yoğunlaşma adı verilir. 2C6H12O6 C12H22O11+H2O

Yapılarında bulunan basit şeker sayısına göre Disakkaritler: Bu şekilde birleşmiş olan moleküller, bağlanma noktalarına bir molekül suyun eklenmesi ile hidrolize olurlar; yani tekrar 2 monosakkarite ayrılırlar. C12H22O11+H2O 2C6H12O6 Hidroliz olayı ekzergonik bir reaksiyondur, yani parçalanma sırasında enerji açığa çıkar.

Disakkaritler; Örneğin; Sukroz (glukoz+fruktoz) Maltoz (glukoz+glukoz) Laktoz (glukoz+galaktoz) Bitkilerde şeker, glukoz ve fruktoz moleküllerinin birleşmesinden oluşan sukroz (sakaroz) halinde taşınır. Hayvanlarda ise şeker, glukoz halinde taşınır.

En yaygın disakkaritler O CH 2 OH SUKROZ (glucose - fructose) a 1,2 bağı O MALTOZ (glucose - glucose) OH CH 2 a 1,4 bağı 1 2 1 4 O LACTOZ (galactose - glucose) b 1,4 bağı OH CH 2 1 4 En yaygın disakkaritler

Polisakkaritler Monosakkaritlerin (monomerler) uzun zincirler halinde birleşerek oluşturdukları polimerlerdir. Bitki hücrelerinde, polisakkaritlerin bir kısmı depo maddesi olarak (nişasta), bir kısmı da yapısal maddeler (selüloz) olarak değerlendirilir.

Polisakkaritler Nişasta, bitkilerdeki en önemli depo maddesidir. Nişasta, amiloz ve amilopektin olmak üzere 2 tip polisakkaritten oluşur. Tek bir amiloz molekülü 1000 veya daha çok α-glukoz molekülü içermektedir. Bir glukoz molekülünün 1 nolu C’unun yanındaki glikozun 4’nolu C’una bağlanması ile oluşan amiloz polimeri, kendi etrafında kıvrılarak bir sarmal oluşturur.

Amiloz Bir glukoz molekülünün 1 nolu C’unun yanındaki glikozun 4’nolu C’una bağlanması ile oluşan amiloz polimeri, kendi etrafında kıvrılarak bir sarmal oluşturur.

Polisakkaritler Amilopektin polimeri ise 1000-6000 α-glukoz molekülünden oluşmaktadır. Ancak amilopektin polimerinin ana zinciri üzerinde belirli aralıklarla glikoz moleküllerinin 6’nolu karbonuna bağlı, 24-36 glukozdan oluşan dallanmalar vardır.

Amilopektin Amilopektin

Polisakkaritler Fungus (mantar), bakteri ve hayvan hücrelerinde ise glikojen formunda depolanmaktadır.

Polisakkaritler Bitkilerdeki en önemli yapısal polisakkarit selüloz’dur. Selüloz dünyada en çok bulunan polisakkarittir. Bitkilerde ana destek maddesi olarak kullanılan, çözünmeyen dalsız polisakkarittir. Her ne kadar hem selüloz hem de nişasta polimerinin yapıtaşı glukoz molekülleri ise de ikisinin hücre içerisindeki fizikokimyasal yapıları ve işlevleri çok farklıdır. Bu fark; nişastayı oluşturan glukoz moleküllerinin alfa bağları ile selülozu oluşturan beta bağları ile bağlanmış olmalarından kaynaklanmaktadır.

Polisakkaritler Bu fark, selülozun nişastayı parçalayan enzimler tarafından hidrolize edilmesini engellenmektedir. Hayvanlar nişasta ve glikojenin bağlarını sindirebilir, ama birçok hayvan selülozunkileri sindiremez.

Selüloz

Polisakkaritler Bitki hücre duvarında selülozun yanında, pektin ve hemiselüloz adlı iki önemli polisakkarit bulunmaktadır. Pektik bileşikler; glikozun bir türevi olan α-galaktronik asit moleküllerinin birleşmesinden oluşurlar. Bu polimerlere pektik asit adı verilir. Pektik asitin Ca++ ve Mg++ tuzları, bitişik iki hücre duvarını birleştiren orta lamellayı oluşturur.

Polisakkaritler Hemiselüloz ise glukoz ana zincirine bağlanmış ksiloz yan zincirinden oluşan ksiloglukan polimerlerinden meydana gelmiştir. Özellikle çift çenekli bitkilerde, yan zincirlerde galaktoz ve frukoz molekülleri de bulunabilir. Asetilglukozamin moleküllerinden oluşan kitin yapısal polisakkaritlerden birisidir. Böcek iskeletinin ve fungal hücre duvarının ana yapısal bileşeni olarak hizmet gören kitin işlevsel olarak selüloza eşdeğerdir.

Polisakkaritler Küçük moleküllerin (monomer olarak adlandırılır) uzun zincirler oluşturmak üzere birbirlerine bağlandığı tüm reaksiyonlar polimerizasyon tepkimeleri olarak adlandırılır; örneğin monosakkaritlerin polimerizasyonu ile polisakkaritler oluşur. Polimerizasyon ürünleri polimerler olarak adlandırılır.

KARBONHİDRAT METABOLİZMASI Karbonhidrat metabolizması öncelikle glukoz ile başlar, yıkım olayı kademe kademe ilerleyerek, bir sıra fosfat ara bileşikleri halinde, glikolitik yolda, pentoz fosfat yolunda ve sitrik asit döngüsünde oksidasyona uğrayarak en sonunda su ve karbondioksit meydana gelir. Bir mol glukozun tamamen karbondioksit ve suya yıkılması ile 686 kcal’lik enerji açığa çıkar.

KARBONHİDRAT METABOLİZMASI C6H12O6+6O2 ---6H2O+6CO2+686 kcal/mol Hücrede glikozun oksitlenmesi ile ortaya çıkan bu enerjinin hepsi, aniden meydana gelmez. Kullanılabilir enerji halinde yavaş yavaş oluşur.

GLİKOLİZİS Doğadaki sayısız organizmaların hücreleri oksijen yokluğunda kimyasal enerjilerini glukoz veya diğer besin maddelerinden sağlarlar. Büyük bir olasılıkla ilk canlılar atmosferde oksijenin bulunmadığı zaman ortaya çıkmışlardır.

Anaerobik Fermentasyon: besin olarak alınan moleküllerden enerji elde etmek için hücreler tarafından kullanılan en basit ve en ilkel bir mekanizma olarak seçilmiştir.

Anaerobik Fermentasyon: Bu gün anaerobik organizmaların glikozdan enerji üretmek için fermentasyonu bir hazırlık basamağı olarak kullandıkları ve fermentasyon ürünlerini oksijen ile daha fazla oksidasyona uğrattıkları bilinmektedir. Anaerobik fermentasyonda kullanılan en önemli besin maddelerinden birisi altı karbonlu şekerlerdir.

Anaerobik Fermentasyon: Bu şeker özellikle D-glukoz’dur. Fakat bazı bakteriler enerjilerini, pentozları, yağ asitlerini ve aminoasitleri anaerobik fermentasyona tabi tutarak da temin etmektedir. Glikoz çeşitli şekillerde fermente edilmektedir. Fakat bunlar arasında başlıca 2 tipine en fazla rastlanmaktadır.

Anaerobik Fermentasyon: Altı karbonlu glikoz molekülü iki tane üç karbonlu laktik asite yıkılmaktadır. Bu tür fermentasyon, bazen homolaktik fermentasyon olarak adlandırılmaktadır. Altı karbonlu glikoz molekülünün, iki tane 2 karbonlu etanol’e (C2H5OH) ve iki karbon dioksit molekülüne yıkılması olayına ise alkolik fermentasyon adı verilmektedir.

Anaerobik Fermentasyon: Alkolik fermentasyon glikolizdeki aynı enzimatik kademelerden oluşmakta fakat 3 karbonlu bileşiğin etanol ve CO2’ye kadar parçalanması için ilave iki enzimatik kademeye gereksinim duymaktadır.

• Laktik asit fermantasyonu – Hayvansal hücrelerde oluşur – Özellikle kas dokusunda yeterince O2 olmadığı durumlarda NADH+H+ ‘e 2H vererek laktik asit Meydana gelir – Kas yorgunluğu oluşur – Yeterli O2 sağlanırsa laktik asit aldığı H’lerini geri vererek piruvik asite geri döner ve TCA döngüsüne girerek CO2 ve H2O kadar parçalanılır

Kas hücrelerinde yeterli oksijen bulunmadığında veya ani enerji temini amacıyla anaerobik glikolizis olayı gerçekleşir. Laktat kas hücrelerinde kullanılamadığından (gerekli enzimler olmadığından dolayı) kan dolaşımı yardımıyla karaciğere gelir ve burada glikoz sentezinde kullanılır. Sentezlenen glukoz molekülleri tekrar kan dolaşımına girerek diğer hücrelerin kullanımına sunulur. Glikoz-laktat-glikoz şeklindeki bu döngüye Kori (cori) dolaşımı adı verilir.

KAS KAN KARACİĞER Kori dolaşımı

GLİKOLİZİS Glukoz moleküllerinin anaerobik olarak pürivat ve laktata kadar yıkılması olayına glikolizis denir. Pürivat ise daha sonra mitokondrilerdeki asetil CoA aracılığı ile oksijenli solunum ile sitrik asit döngüsünde CO2’de ve elektron taşıma zincirinde ise H2O yıkılırken fosforilizasyon sisteminde ATP sentezlenmektedir.

GLİKOJENOLİZİS: Glikojen, karbonhidratlar için rezerv bir kaynak rolü oynamaktadır. Glikojenin önce glukoza daha sonra da yıkıma devam etmesi olayına glikojenolizis adı verilmektedir.

GLYCOLYSIS Glucose Hexokinase ADP Glucose 6-phosphate Phosphogluco- isomerase Fructose 6-phosphate Phosphofructokinase ADP Fructose 1.6-bisphosphate Aldolase Triose phosphate isomerase Dihydroxyacetone Glyceraldehyde phosphate 3-phosphate

Glyceraldehyde 3-phosphate Glyceraldehyde NAD+ + Pi 3-phosphate NADH + H+ dehydrogenase 1,.3-Bisphosphoglycerate   ADP Phosphoglycerate kinase ATP 3-Phosphoglycerate Phosphoglyceromutase 2-Phosphoglycerate Enolase H2O Phosphoenolpyruvate ADP Pyruvate kinase ATP Pyruvate

GLİKOGENEZ: Glukoz ve glukoz 6 fosfattan başlayarak glikojen sentez edilmesi olayına glikogenez adı verilmektedir.

GLUKONEOGENEZ Karbonhidratlardan orjin almayan karbon zincirinden glukoz sentez edilmesi olayına, (=Karbonhidrat olmayan diğer maddelerden glikoz sentezlenmesine) glukoneogenez adı verilmektedir. Pürivattan glukoz sentez edilmesi olayı için de glukoneogenez terimi kullanılmaktadır.

Karbonhidrat Metabolizması Glikojen Pentoz Glikoz diğer şekerler Pürivat Laktat Acetyl CoA EtOH TCA döngü ATP

Glikogenesis & Glikogenoliz: Glikogenesis: Glikozdan glikojen sentezlenmesine denir. Glikogenoliz: Depo glikojenden glikoz moleküllerinin ayrılmasına denir.

Overview of Carbohydrate Catabolism Glycolysis Fermentation Transition reaction Krebs (TCA) cycle Electron transport roles/requirements for O2 and CO2 in these processes