Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009 KARBOHİDRATLAR I Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009

Karbohidratlar, insan diyetinin en önemli kısmını oluştururlar

Karbohidratlar, vücudumuzda -temel enerji sağlayıcıdırlar -diğer bazı biyomoleküllerin oluşmasında ön maddedirler -iskelet eklemlerini kayganlaştırırlar ve hücreler arası yapışmayı sağlarlar - yapısal ve koruyucu elemanlar olarak fonksiyon görürler

Karbohidratların molekül yapılarında, alkol grubu ile birlikte ya aldehit ya keton grubu bulunur. Karbohidratlar, polihidroksi alkollerin aldehit veya keton türevleri veya bunların polimerleridirler

Karbohidratlar, polimerizasyon derecesine göre üç sınıfa ayrılırlar Monosakkaritler, karbohidratların en basitleridirler. İki monosakkaritin birleşmesiyle disakkaritler oluşurlar Oligosakkaritler, 3-9 arasında aynı ya da farklı monosakkaritlerin birleşmesiyle oluşurlar; serbest olarak bulunmazlar Polisakkaritler, monosakkarit polimerleridirler; 10 ve daha fazla monosakkarit içerirler

Monosakkaritler (basit şekerler) Monosakkaritler, hidroliz yoluyla daha küçük moleküllü basit karbohidratlara ayrışmazlar; oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin alt ünitelerini oluştururlar Monosakkaritlerin aldehit grubu içerenleri aldoz, keton grubu içerenleri ketoz olarak adlandırılırlar Monosakkaritler, moleküllerindeki toplam karbon sayılarına göre de trioz, tetroz, pentoz, heksoz olarak adlandırılırlar

Doğada monosakkaritlerin çeşitli izomer formları vardır D- ve L-izomerler (enantiyomerler) epimer şekerler enol şekerler - ve - formları (anomerler)

Enantiyomerler, stereoizomer çiftleridirler Enantiyomerler, stereoizomer çiftleridirler. Monosakkaritlerde D- ve L-izomerlerin ayrımı için, karbonil grubundan en uzak olan asimetrik karbon atomu referans alınır. Referans karbon atomu üzerindeki hidroksil grubu projeksiyon formülünde sağda ise, monosakkarit D- izomerdir; solda ise L- izomerdir

Monosakkaritlerin D- ve L- izomerleri optikçe aktiftirler. Birinin çözeltisi polarize ışığın düzlemini sağa (+) çevirir, diğerinin çözeltisi ise aynı derecede sola (-) çevirir. D- ve L- izomerleri eşit miktarlarda içeren karışımın optik aktivitesi yoktur. Böyle karışımlara rasemik karışım veya rasemat denir Canlı organizmada bulunan heksozların çoğu D-izomerlerdir. Örneğin kandaki glukoz, D-glukozdur

Epimer şekerler ismi, yalnızca bir asimetrik karbon atomu etrafındaki konfigürasyon bakımından farklı olan iki monosakkarit için kullanılır Glukoz, altı karbonlu standart şekerdir. Glukozun C-2 de epimeri mannozdur; C-4’de epimeri ise galaktozdur

Enol şekerler ismi, enolleşme (enolizasyon) ara basamağından geçerek birbirlerine dönüşebilen monosakkaritler için kullanılır Glukoz, mannoz ve fruktoz, enol şekerler olarak da bilinirler

Monosakkaritlerin - ve - formları, 5 ve daha fazla karbonlu monosakkaritlerin sulu çözeltilerde halkalı yapılar meydana getirmeleri sonunda ortaya çıkar

D-Glukoz, piran halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, -D-Glukopiranoz ve -D-Glukopiranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir

D-Fruktoz, furan halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, -D-Fruktofuranoz ve -D-Fruktofuranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir

Monosakkaritlerde halkalı yapı oluşmakla fazladan bir asimetrik karbon atomu ortaya çıkmış olmaktadır. Bu asimetrik karbon atomları, anomerik karbon diye adlandırılırlar Anomeric carbon

Monosakkaritlerin birbirlerinden yalnızca anomerik karbondaki konfigürasyon bakımından farklı - ve - formları anomerler diye adlandırılırlar D-Glukozun - ve - formları, polarize ışığın düzlemini aynı yöne fakat farklı derecelerde çevirirler. Örneğin -D-Glukoz 112o sağa (+) çevirir; -D-Glukoz ise 19o sağa (+) çevirir

D-Glukozun - ve - formları, sulu çözeltide mutarotasyon denen bir süreçte birbirlerine dönüşürler

Bir -D-Glukoz çözeltisi ve bir -D-Glukoz çözeltisi, en sonunda belirli optik özelliğe sahip aynı denge karışımını oluştururlar Dengede glukoz çözeltisi, yaklaşık 1/3 oranında -D-Glukoz ve 2/3 oranında -D-Glukoz, çok küçük miktarda da düz zincir formu içerir. Bu durumdaki çözelti polarize ışık düzlemini 52o sağa (+) çevirir

Organizmadaki önemli monosakkarit türevleri Şeker fosfatları, bir monosakkaritin hidroksil gruplarından biri ile fosforik asidin kondensasyonu sonucu oluşmuş bileşiklerdir Amino şekerler, bir monosakkaritteki bir hidroksil grubunun bir amino grubu ile yer değiştirmesi sonucu oluşmuş bileşiklerdir Deoksi şekerler, bir monosakkaritteki bir hidroksil grubunun bir hidrojen ile yer değiştirmesi sonucu oluşmuş bileşiklerdir Aldonik, üronik, sakkarik asitler, monosakkaritin aldehit ve/veya alkol gruplarının asit grubuna yükseltgenmesiyle oluşurlar Şeker alkolleri, serbest yarı asetal hidroksili içeren monosakkaritlerin anomerik karbonunun alkol gruplarına indirgenmesiyle oluşan bileşiklerdir. Glukozdan sorbitol, mannozdan mannitol, galaktozdan dulsitol oluşması önemlidir

Monosakkaritlerin kimyasal özellikleri 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

Fehling reaktifi ve Benedict reaktifleri, indirgeyici şekerlerin tanınmasında kullanılırlar

Glukoz oksidaz da glukozu glukonik aside ve hidrojen perokside dönüştürür Glukoz oksidaz reaksiyonundan, kan glukoz düzeyinin belirlenmesinde yararlanılmaktadır

Monosakkarit çözeltileri yoğun alkali ortamda iyice karıştırıldıktan sonra kaynatılırsa, sarı kırmızı kahverengi biçiminde bir renk değişmesi görülür ve karamel kokusu hissedilir Moor testi olarak bilinen bu reaksiyonda renk değişikliği, serbest hale geçen aldehitlerin polimerizasyonu ile reçine özelliğinde maddeler oluşmasından ileri gelir

Monosakkaritlerin dehidrasyonu yani yoğun asit ortamlarda kaynatılmakla monosakkarit molekülünün üç molekül su kaybetmesi olayı sonucunda pentozlardan furfural, heksozlardan 5-hidroksi metil furfural meydana gelir

Monosakkaritin 1.ve 2.karbon atomlarına fenil hidrazinin bağlanmasıyla karakteristik kristalli osazonlar oluşur

Glukoz, fruktoz ve mannoz, sarı renkli ekin demeti görünümünde aynı osazon kristallerini oluşturur Galaktozun oluşturduğu osazon kristalleri koyu sarı renkte at kestanesi görünümündedir

Monosakkaritleri tanıma deneyleri Monosakkaritlerin kimyasal özelliklerini göstermek veya doğrulamak için yapılan deneylerdir Monosakkaritlerin indirgeyici özellikleri ile ilgili deneyler Trommer deneyi Fehling deneyi Nylander deneyi Tollens deneyi Monosakkaritlerin renk tepkimeleri ile ilgili deneyler Molisch deneyi Anilin asetat deneyi Bialin orcin deneyi Seliwanoff deneyi Monosakkaritlerin osazon oluşturmalarıyla ilgili deney

Trommer deneyi Serbest yarı asetal hidroksili içeren monosakkaritlerin, indirgeyici özellikleriyle Cu2+’ı Cu+’a indirgemeleri prensibine dayanır 2NaOH + CuSO4  Na2SO4 + Cu(OH)2 glukoz, Cu(OH)2’i CuOH haline indirger ve kendisi de aldonik asidine (glukonik asit) yükseltgenir Oluşan CuOH, suda çözünmez ve sarı renkli çökelti halinde çöker Isıtma sırasında CuOH su kaybederek Cu2O haline dönüşür Oluşan Cu2O, suda çözünmez ve kırmızı renkli çökelti halinde çöker

Fehling deneyi Prensibi, Trommer deneyininkiyle aynıdır. Serbest yarı asetal hidroksili içeren monosakkaritlerin, indirgeyici özellikleriyle Cu2+’ı Cu+’a indirgemeleri prensibine dayanır

Nylander deneyi Serbest yarı asetal hidroksili içeren monosakkaritlerin, indirgeyici özellikleriyle bizmut tuzu Bi(OH)2NO3’ı siyah renkli bizmut oksite veya metalik bizmuta indirgemeleri prensibine dayanır

Tollens deneyi Serbest yarı asetal hidroksili içeren monosakkaritlerin, indirgeyici özellikleriyle amonyaklı gümüş nitratı metalik gümüşe indirgemeleri prensibine dayanır

Molisch deneyi H2SO4 etkisiyle pentozlardan furfural, heksozlardan 5-hidroksi metil furfural oluşması; furfural ve 5-hidroksi metil furfuralin -naftol ile mor renkli trifenil metan oluşturması prensibine dayanır

Anilin asetat deneyi H2SO4 etkisiyle pentozlardan furfural heksozlardan 5-hidroksi metil furfural oluşması; furfuralin, anilin asetat ile koyu kırmızı renk maddesi oluşturması, 5-hidroksi metil furfuralin ise anilin asetat ile koyu kırmızı renk maddesi oluşturmaması prensibine dayanır

Bialin orcin deneyi Kaynatma ve asit etkisiyle pentozlardan furfural heksozlardan 5-hidroksi metil furfural oluşması; furfuralin, orcin ile mavi renkli madde oluşturması, 5-hidroksi metil furfuralin ise orcin ile sarı-kahverengi bir kompleks oluşturması prensibine dayanır

Seliwanoff deneyi Kaynatma ve asit etkisiyle pentozlardan furfural heksozlardan 5-hidroksi metil furfural oluşması; furfuralin, rezorcin ile mavi-yeşil renkli bir kompleks oluşturması, 5-hidroksi metil furfuralin ise rezorcin ile kırmızı renkli bir kompleks oluşturması, fruktoz gibi ketoheksozlarla koyu kırmızı renk, glukoz gibi aldoheksozlarla ise açık kırmızı renk oluşması prensibine dayanır

Monosakkaritlerin osazon oluşturmalarıyla ilgili deney Monosakkaritlerin, fenil hidrazin ile 1. ve 2. karbonlarının katıldığı bir tepkimeye girerek karakteristik osazon kristalleri oluşturmaları prensibine dayanır Glukoz, mannoz ve fruktozun osazon kristalleri ince uzun iğneler şeklinde ve ekin demeti görünümünde kristallerdir. Galaktozun osazon kristalleri kirli sarı ve at kestanesi görünümünde kristallerdir

Monosakkaritleri tanıma deneyleriyle öğrenilen bilgiler, klinik biyokimya uygulamalarında idrar örneğinde glukoz veya indirgeyici şeker olup olma olmadığını anlamak için deney yapmada kullanılacaktır

Disakkaritler 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

Disakkaritlerin oluşumunu sağlayan glikozidik bağlar,  ve  olmak üzere iki tipte olur. Glikozidik bağın tipini, C-1’deki –OH grubunun pozisyonu belirler. C-1’deki –OH grubunun pozisyonu  pozisyonu ise -glikozidik bağ,  pozisyonu ise -glikozidik bağ oluşur

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

Maltoz Laktoz Sukroz (Sakkaroz) Trehaloz Sellobioz Önemli disakkaritlerdir

Maltoz, iki glukoz molekülünün Glc(1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 Laktoz, bir galaktoz molekülü ile bir glukoz molekülünün Gal(14)Glc biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir. Laktoz, önemli miktarda yalnızca sütte bulunur. 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

Sakkaroz, bir glukoz molekülü ile bir fruktoz molekülünün Glc(12)Fru biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir. Sakkaroz, serbest yarı asetal hidroksili içermediğinden indirgeyici özellikte değildir Sellobioz, iki glukoz molekülünün Glc(14)Glc biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir. Sellobioz, indirgeyici özelliktedir. Sellobioz, doğada serbest olarak bulunmaz; sellüloz polisakkaritinin disakkarit birimidir

Trehaloz, iki glukoz molekülünün Glc(11)Glc biçiminde kondensasyonu ile oluşmuş molekül yapısına sahip disakkarittir. Trehaloz, indirgeyici özellikte değildir. Trehaloz, böceklerin dolaşım sıvısının büyük kısmını oluşturur; enerji depolayan bir bileşik olarak işlev görür Laktuloz, galaktoz-b-(1,4)-fruktoz yapısında yarı sentetik bir disakkarittir. Laktuloz, sindirim sisteminden emilmez ve laksativ olarak kullanılır

Disakkaritlerin tanınması Disakkaritler sulu asit ile kaynatma suretiyle ve enzimatik olarak hidroliz edildiklerinde kendilerini oluşturan monosakkaritler ortaya çıkar Fehling (-) olan sakkaroz, asit ile hidroliz olarak glukoz ve fruktoza parçalanır. Glukoz ve fruktoz da Fehling (+) sonuç verir

Oligosakkaritler İkiden fazla monosakkarit biriminden oluşan trisakkarid, tetrasakkarid, pentasakkarid, hekzasakkarit gibi oligosakkaritler tanımlanmıştır