Genel özellikleri
Karbonhidratlar, çukurun farklı anlamlara gelebildiği Cn (H2 O) m genel formülüne sahip maddeler olarak adlandırılmaktadır. “Karbonhidratlar” adının kendisi, bu maddelerin moleküllerinde, su molekülü ile aynı oranda hidrojen ve oksijen bulunduğu gerçeğini yansıtmaktadır. Karbon, hidrojen ve oksijene ek olarak, karbonhidrat türevleri nitrojen gibi başka elementler de içerebilmektedir.
Karbonhidratlar, hücrelerin organik maddelerinin ana gruplarından bir tanesidir. Bunlar, fotosentezin birincil ürünleri ve bitkilerdeki diğer organik maddelerin (organik asitler, alkoller, amino asitler vb.) biyosentezinin ilk ürünleridir. Ayrıca diğer tüm organizmaların hücrelerinin de bir parçasıdır. Hayvan hücresi %1-2 karbonhidrat içermektedir. Bitki hücrelerinde bazı durumlarda ise bu durum %85-90 oranlarına sahiptir. Üç grup karbonhidrat vardır. Bunlar;
- Monosakaritler veya basit şekerler;
- Oligosakkaritler (Yunan oligoları – az sayıda), 2-10 ardışık bağlı basit şeker molekülünden oluşan bileşiklerdir;
- 10’dan fazla basit şeker veya bunların türevlerinden oluşan polisakkaritler.
Monosakaritler
Karbon atomlarından birinin bir karbonil grubu (C \u003d 0) ve diğerleri için her biri, bir hidroksil grubu içerdiği dalsız bir karbon zincirine dayanan bileşiklerdir. Karbon iskeletinin uzunluğuna (karbon atomu sayısı) bağlı olarak monosakkaritler, triozlar (C3), getroslar (C4), pentozlar (C5), heksozlar (C6), heptozlar (C7) olarak ayrılmaktadır. Pentoz örnekleri ise riboz, deoksiriboz, heksoz-glikoz, fruktoz ve galaktozdur.
Monosakkaritler suda iyi çözünmektedir. Ayrıca tadı tatlıdır. Sulu bir çözeltide, pentozlardan başlayarak monosakaritler bir halka şekli almaktadır.
Pentozların ve heksozların döngüsel yapıları onların olağan biçimleridir. Herhangi bir anda, moleküllerin sadece küçük bir kısmı “açık zincir” olarak bulunmaktadır. Oligo ve polisakkaritlerin bileşimi, monosakkaritlerin siklik formlarını da içermektedir. Tüm karbon atomlarının oksijen atomlarına bağlı olduğu şekerlere ek olarak, en önemlisi deoksiriboz olan kısmen indirgenmiş şekerler vardır.
Oligosakkaritler
Hidroliz üzerine, oligosakaritler birkaç basit şeker molekülü oluşturmaktadır. Oligosakkaritlerde, basit şeker molekülleri, bir molekülün karbon atomunu oksijen aracılığıyla başka bir molekülün karbon atomuna bağlayan glikosidik bağlar olarak adlandırılmaktadır. Örneğin;
En önemli oligosakkaritler maltoz (malt şekeri), laktoz (süt şekeri) ve sakarozdur (kamış veya pancar şekeri). Bunlar şu şekilde formüllenmektedir;
- Glikoz+glikoz = maltoz;
- Glikoz+galaktoz = laktoz;
- Glikoz+fruktoz = sakaroz.
Bu şekerlere disakkaritler de denmektedir. Maltoz, amilaz enzimlerinin etkisiyle parçalanması sırasında nişastadan oluşmaktadır. Laktoz ise, sadece sütte bulunmaktadır. Sükroz en çok bitkilerde bulunmaktadır.
Özelliklerine göre disakaritler, monosakkaritlere yakındır. Suda iyi çözünürler ve tatlı bir tada sahiptirler.
Polisakkaritler
Bunlar, çok sayıda monomerden oluşmaktadır. Basit karbonlar ve bunların türevlerinden oluşan yüksek moleküler (10.000.000 Da’ya kadar) biyopolimerlerdir.
Polisakaritler, aynı veya farklı tipteki monosakkaritlerden oluşabilmektedir. İlk durumda, bunlara homopolisakaritler (nişasta, selüloz, kitin vb.), İkincisinde heteropolisakaritler (heparin) denmektedir.
Polisakkaritler doğrusal, dalsız (selüloz) veya dallı (glikojen) olabilmektedir. Tüm polisakkaritler suda çözünmemektedir. Ayrıca tatlı bir tada sahip değildir. Bazıları şişebilmekte ve mukus yapabilmektedir.
En önemli polisakkaritler aşağıdaki gibidir;
Selüloz
Hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanan birkaç düz paralel zincirden oluşan doğrusal bir polisakarittir. Her zincir 3-10 bin P-D-tyucose kalıntısından oluşmaktadır. Bu yapı suyun penetrasyonunu engellemekte ve kopmada çok güçlüdür. Bu da %26–0 selüloz içeren bitki hücre zarlarının stabilitesini sağlamaktadır.
Selüloz birçok hayvan, bakteri ve mantar için besin görevi görmektedir. Bununla birlikte, insanlar dahil çoğu hayvan, selülozu sindirememektedir. Bunun nedeni gastrointestinal sistem bezleri, selülozu glikoza parçalayan selülaz enzimini oluşturmamasıdır. Aynı zamanda selüloz lifleri, gıdaya kaba bir doku ve hacim kazandırmaktadır. Ayrıca bağırsak hareketliliğini uyardıkları için beslenmede de önemli bir rol oynamaktadır.
Nişasta (bitkilerde) ve glikojen (hayvanlarda, insanlarda ve mantarlarda)
Birkaç nedenden dolayı ana yedek polisakkaritlerdir. Suda çözünmezler, hücre üzerinde ozmotik veya kimyasal etkileri yoktur. Bu da kaldıkları zaman da önemlidir. Uzun süre canlı bir hücrede Polisakkaritlerin katı, susuz hali, hacim tasarrufu nedeniyle yedek ürünün faydalı kütlesinde bir artışa katkıda bulunmaktadır. Bu ürünlerin patojenik bakteri, mantar ve diğer mikroorganizmalar tarafından tüketilme olasılığı önemli ölçüde azalmaktadır. Son olarak gerekirse, depolama polisakkaritleri hidroliz yoluyla kolayca basit şekerlere dönüştürülebilmektedir.
Kitin
İkinci karbon atomundaki hidroksil grubunun, nitrojen içeren grup NHCOCH3 ile değiştirildiği pVD-glukoz molekülleri tarafından oluşturulmaktadır. Selüloz zincirleri gibi uzun paralel zincirleri demet halindedir. Kitin, eklembacaklıların derisinin ve mantarların hücre duvarlarının ana yapısal elemanıdır.
Karbonhidratların işlevleri
- Enerji. Glikoz, hücresel solunum sırasında canlı organizmaların hücrelerinde salınan ana enerji kaynağıdır. Nişasta ve glikojen, hücrelerdeki enerji rezervini oluşturmaktadır.
- Yapısal selüloz, bitkilerin hücre zarlarının bir parçasıdır. Kitin, eklembacaklıların bütünlüğünün ve birçok mantarın hücre duvarlarının yapısal bir bileşeni olarak hizmet etmektedir. Bazı oligosakkaritler, hücrenin sitoplazmik zarının (glikoproteinler ve glikolipidler şeklinde) ayrılmaz bir parçasıdır. Ayrıca bir glikokaliks oluşturmaktadır.
- Pentozlar nükleik asitlerin sentezinde rol oynamaktadır. Riboz RNA’nın bir parçasıdır. Ayrıca deoksiriboz DNA’nın bir parçasıdır. Bazı koenzimler (örneğin, NAD, NADP, koenzim A, FAD), AMP fotosentezde yer almaktadır. Ribuloz difosfat ve fotosentezin karanlık fazında bir CO2 alıcısıdır.
- Koruyucu. Hayvanlarda heparin kanın pıhtılaşmasını engellemektedir. Bitkilerde ise dokuların zarar görmesiyle oluşan diş etleri ve mukus koruyucu işlevi görmektedir.
