KARBOHİDRATLARIN YAPISAL VE İŞLEVSEL ÖZELLİKLERİ I Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2006

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 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 karbonhidratlara ayrışmazlar; oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin alt ünitelerini oluştururlar.

Monosakkarit moleküllerinin omurgası, tüm karbon atomlarının tek bağlarla bağlandığı dallanmamış bir karbon zinciridir. ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ C ─ Karbonil grubu karbon zincirin bir ucunda ise, monosakkarit bir aldehittir ve aldoz olarak isimlendirilir. Karbonil grubu karbon zincirin bir ucunda değilse monosakkarit bir ketondur ve ketoz olarak isimlendirilir.

Monosakkaritler, moleküllerindeki toplam karbon sayılarına göre de sınıflandırılırlar.

Aldozlar

Ketozlar

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

Enantiyomerler, stereoizomer çiftleridirler. Monosakkaritlerde enantiyomerler, D- ve L- formlar olarak adlandırılırlar.

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. Canlı organizmada bulunan heksozların çoğu D-izomerlerdir. Örneğin kandaki glukoz, D-glukozdur.

D-glukoz polarize ışık düzlemini +52,7o sağa çevirir (dekstrorotator); D-fruktoz ise polarize ışık düzlemini –92o sola çevirir (levorotator). Glukoz çözeltilerine dekstroz denmesinin nedeni bununla ilgilidir.

D- ve L- izomerleri eşit miktarlarda içeren karışımın optik aktivitesi yoktur. Böyle karışımlara rasemik karışım veya rasemat denir.

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-Galaktoz, piran halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, -D-Galaktopiranoz ve -D- Galaktopiranoz 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.

D-riboz ve diğer beş karbonlu monosakkaritler, furanoz ve piranoz halka yapılarının birinde olabilirler.

Monosakkaritlerde - ve - formlarının oluşması, aldehitler ile alkoller arasında yarı asetaller oluşturan veya ketonlar ile alkoller arasında yarı ketaller oluşturan bir genel reaksiyonun sonucudur.

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

Genel olarak, n sayıda asimetrik karbon atomu içeren bir molekülün 2n sayıda stereoizomeri vardır. Halkalı yapıda 1. karbon atomlarının da asimetrik olması sonucu bir aldoheksozun toplam 5 asimetrik karbon atomu ve dolayısıyla 2n = 25 = 32 stereoizomeri vardır.

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.

Monosakkaritlerin halka formlarını göstermek için, genellikle Haworth perspektif formülleri kullanılır. Piranoz halkası, gerçekte düzlemsel değil, sandalye veya kayık şeklini alma eğilimindedir.