KARBONHIDRATLAR: KIMYASAL YAPI, SINIFLANDIRMA VE FONKSIYONLAR - BIYOLOJI - 2025

Karbonhidratlar , karbonhidrat veya sakkaritler, canlılarda saklayan enerji organik moleküllerdir. Bunlar en bol biyomoleküllerdir ve canlı organizmalarda bulunan diğer bileşikler arasında şekerler, nişastalar ve selüloz içerirler.

Fotosentez yapan organizmalar (bitkiler, algler ve bazı bakteriler) doğadaki başlıca karbonhidrat üreticileridir. Bu sakkaritlerin yapısı doğrusal veya dallı, basit veya bileşik olabilir ve ayrıca başka bir sınıftaki biyomoleküllerle ilişkilendirilebilir.

Örneğin karbonhidratlar, glikoproteinler oluşturmak için proteinlere bağlanabilir. Ayrıca lipid molekülleri ile birleşerek biyolojik zarların yapısını oluşturan biyomoleküller olan glikolipidleri oluşturabilirler. Karbonhidratlar ayrıca nükleik asitlerin yapısında da bulunur.

Başlangıçta karbonhidratlar hücresel enerji depolama molekülleri olarak kabul edildi. Ardından karbonhidratların biyolojik sistemlerde yerine getirdiği diğer önemli işlevler belirlendi.

Tüm canlıların hücreleri yoğun bir kompleks karbonhidrat tabakasıyla kaplıdır. Karbonhidratlar, boyut ve konfigürasyon olarak değişebilen hidroksil gruplarına (-OH) bağlı üç ila dokuz karbon atomundan oluşan küçük moleküller olan monosakkaritlerden oluşur.

Karbonhidratların önemli bir özelliği, bu molekül sınıfındaki muazzam yapısal çeşitliliktir; bu, hücre sinyal molekülleri üretmek, dokuları oluşturmak ve insanlarda farklı kan gruplarının kimliğini oluşturmak gibi çok çeşitli işlevleri yerine getirmelerine izin verir.

Benzer şekilde, yüksek ökaryotlardaki hücre dışı matris, hücrenin hayatta kalması ve iletişimi için gerekli olan salgılanan karbonhidratlar açısından zengindir. Bu hücre tanıma mekanizmaları, çeşitli patojenler tarafından, konakçı hücrelerini enfekte etmek için kullanılır.

Monosakkaritler, çok çeşitli karbonhidratlar oluşturmak için glikosidik bağlarla bağlanabilir: disakkaritler, oligosakaritler ve polisakkaritler. Biyolojik sistemlerde karbonhidratların yapısı ve işlevi üzerine yapılan çalışmalara glikobiyoloji denir.

Kimyasal yapı

Karbonhidratlar karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Bunların çoğu deneysel formül (CH2O) n ile temsil edilebilir, burada n, moleküldeki karbon sayısıdır. Başka bir deyişle, karbonhidrat moleküllerinde karbon, hidrojen ve oksijen oranı 1: 2: 1'dir.

Bileşenler karbon atomları ("karbo") ve su atomları (dolayısıyla "hidrat") olduğundan, bu formül "karbonhidrat" teriminin kökenini açıklamaktadır. Karbonhidratlar esas olarak bu üç atomdan oluşsa da, nitrojen, fosfor veya kükürt içeren bazı karbonhidratlar vardır.

Karbonhidratlar, temel biçimlerinde basit şekerler veya monosakkaritlerdir. Bu basit şekerler, daha karmaşık karbonhidratlar oluşturmak için birbirleriyle birleşebilir.

İki basit şekerin kombinasyonu bir disakkarittir. Oligosakkaritler, iki ila on arasında basit şeker içerir ve polisakkaritler, ondan fazla monosakkarit ünitesinden oluşan en büyük karbonhidratlardır.

Karbonhidratların yapısı, fotosentez ile oluştukları sırada bağlarında enerjinin nasıl depolandığını ve hücresel solunum sırasında bu bağların nasıl koptuğunu belirler.

sınıflandırma

Monosakkaridler

Monosakkaritler, karbonhidratların temel birimleridir, bu yüzden bir sakkaridin en basit yapısıdır. Fiziksel olarak monosakkaritler, renksiz kristal katı maddelerdir. Çoğunun tatlı bir tadı var.

Kimyasal bir bakış açısından, monosakkaritler, karbonil grubunun (C = O) doğrusal karbonhidratlarda nerede bulunduğuna bağlı olarak aldehitler veya ketonlar olabilir. Yapısal olarak, monosakkaritler düz zincirler veya kapalı halkalar oluşturabilir.

Monosakkaritler hidroksil gruplarına sahip oldukları için çoğu suda çözünür ve polar olmayan çözücülerde çözünmez.

Yapısındaki karbon sayısına bağlı olarak, bir monosakkarit farklı adlara sahip olacaktır, örneğin: trioz (3 C atomuna sahipse), pentoz (5C varsa) vb.

disakkaritler

Disakkaritler, iki monosakkaridin dehidrasyon sentezi adı verilen kimyasal bir süreçte bir araya getirilmesiyle oluşan çift şekerlerdir, çünkü reaksiyon sırasında bir su molekülü kaybolur. Aynı zamanda yoğunlaşma reaksiyonu olarak da bilinir.

Bu nedenle, bir disakkarit, glikosidik bir bağ yoluyla birbirine bağlanmış iki basit şeker molekülünden (monosakkaritler) oluşan herhangi bir maddedir.

Asitlerin bu bağları kırma özelliği vardır, bu nedenle disakkaritler midede sindirilebilir.

Disakkaritler genellikle suda çözünür ve yutulduğunda tatlıdır. Üç ana disakkarit sükroz, laktoz ve maltozdur: sükroz, glikoz ve fruktoz birleşiminden gelir; laktoz, glikoz ve galaktoz birleşiminden gelir; ve maltoz, iki glikoz molekülünün birleşmesinden gelir.

Oligosakkaritler

Oligosakkaritler, birkaç basit şeker biriminden, yani 3 ila 9 monosakkaritten oluşan kompleks polimerlerdir.

Reaksiyon, disakkaritleri oluşturanla aynıdır, ancak aynı zamanda daha karmaşık şeker moleküllerinin (polisakkaritler) parçalanmasından da gelirler.

Çoğu oligosakkarit bitkilerde bulunur ve çözünür lif görevi görür, bu da kabızlığı önlemeye yardımcı olabilir. Bununla birlikte, çoğu insan, maltotrioz dışında onları sindirecek enzimlere sahip değildir.

Bu nedenle, başlangıçta ince bağırsakta sindirilmeyen oligosakaritler, normalde kalın bağırsakta yaşayan bakteriler tarafından bir fermantasyon işlemi yoluyla parçalanabilir. Prebiyotikler, faydalı bakteriler için besin görevi görerek bu işlevi yerine getirir.

Polisakkaritler

Polisakkaritler en büyük sakkarit polimerleridir, doğrusal veya dallı bir şekilde düzenlenmiş 10'dan fazla (binlere kadar) monosakkarit biriminden oluşurlar. Mekansal düzenlemedeki varyasyonlar, bu şekerlere çoklu özelliklerini veren şeydir.

Polisakkaritler, aynı monosakkaritten veya farklı monosakkaritlerin bir kombinasyonundan oluşabilir. Aynı şekerin tekrar birimleri ile oluşturulurlarsa, sırasıyla hayvanların ve bitkilerin depolama karbonhidratları olan glikojen ve nişasta gibi homopolisakkaritler olarak adlandırılırlar.

Polisakkarit, farklı şeker birimlerinden oluşuyorsa, bunlara heteropolisakkaritler denir. Çoğu yalnızca iki farklı birim içerir ve genellikle proteinlerle (kan plazmasındaki gama globülin gibi glikoproteinler) veya lipidlerle (gangliosidler gibi glikolipidler) ilişkilidir.

Özellikleri

Karbonhidratların dört ana işlevi şunlardır: enerji sağlamak, enerji depolamak, makromoleküller oluşturmak ve protein ve yağların parçalanmasını önlemek.

Karbonhidratlar sindirim yoluyla basit şekerlere ayrılır. Bunlar, ince bağırsak hücreleri tarafından emilir ve adenozin trifosfat (ATP) formunda enerji elde etmek için oksitlenecekleri vücudun tüm hücrelerine taşınır.

Belirli bir anda enerji üretiminde kullanılmayan şeker molekülleri, glikojen ve nişasta gibi yedek polimerlerin bir parçası olarak depolanır.

Nükleik asitlerin temel birimleri olan nükleotidlerin yapılarında glikoz molekülleri bulunur. Birkaç önemli protein, karbonhidrat molekülleri ile ilişkilidir, örneğin: yumurtlama sürecine dahil olan folikül uyarıcı hormon (FSH).

Karbonhidratlar ana enerji kaynağı olduğundan, hızlı bozunmaları diğer biyomoleküllerin enerji için bozulmasını önler. Böylece, şeker seviyeleri normal olduğunda, proteinler ve lipitler bozulmadan korunur.

Bazı karbonhidratlar suda çözünür, hemen hemen herkeste temel besin görevi görürler ve bu moleküllerin oksidasyonu, fotosentetik olmayan hücrelerin çoğunda enerji üretiminin ana yoludur.

Çözünmeyen karbonhidratlar, koruma görevi gören daha karmaşık yapılar oluşturmak için birleşirler. Örneğin: selüloz, hemiselülozlar ve pektin ile birlikte bitki hücrelerinin duvarını oluşturur. Kitin, mantarların hücre duvarını ve eklembacaklıların dış iskeletini oluşturur.

Ayrıca peptidoglikan, bakteri ve siyanobakterilerin hücre duvarını oluşturur. Hayvan bağ dokusu ve iskelet eklemleri polisakkaritlerden oluşur.

Çoğu karbonhidrat, toplu olarak glikokonjugatlar olarak adlandırılan daha karmaşık yapılar oluşturan proteinlere veya lipidlere kovalent olarak bağlanır. Bu kompleksler, bu moleküllerin hücre içi konumunu veya metabolik kaderini belirleyen etiketler görevi görür.

Karbonhidrat içeren yiyecekler

Karbonhidratlar, ana enerji kaynağı oldukları için sağlıklı beslenmenin önemli bir bileşenidir. Bununla birlikte, bazı yiyecekler daha yüksek miktarda besin sağlayan daha sağlıklı karbonhidratlara sahiptir, örneğin:

Nişasta

Nişastalı yiyecekler, karbonhidratların ana kaynağıdır. Bu nişastalar genellikle karmaşık karbonhidratlardır, yani uzun bir moleküler zincir oluşturmak için birleştirilmiş birçok şekerden oluşurlar. Bu nedenle nişastaların sindirimi daha uzun sürer.

Nişasta içeren çok çeşitli yiyecekler vardır. Tahıllar, nişasta bakımından zengin yiyecekleri içerir, örneğin: fasulye, mercimek ve pirinç. Tahıllar ayrıca şu karbonhidratları içerir, örneğin: yulaf, arpa, buğday ve bunların türevleri (unlar ve makarna).

Baklagiller ve kuruyemişler ayrıca nişasta formunda karbonhidratlar içerir. Ek olarak, patates, tatlı patates, mısır ve kabak gibi sebzeler de nişasta içeriği bakımından zengindir.

Önemlisi, birçok karbonhidrat bir lif kaynağıdır. Başka bir deyişle, lif temelde vücudun ancak kısmen sindirebileceği bir karbonhidrat türüdür.

Karmaşık karbonhidratlara benzer şekilde, karbonhidrat lifleri yavaş sindirilme eğilimindedir.

Meyve ve sebzeler

Meyve ve sebzeler karbonhidrat bakımından yüksektir. Nişastaların aksine, meyve ve sebzeler basit karbonhidratlar, yani birbirine bağlı bir veya iki sakkarit içeren karbonhidratlar içerir.

Moleküler yapıları itibariyle basit olan bu karbonhidratlar, karmaşık olanlara göre daha kolay ve hızlı sindirilir. Bu, gıdalardaki farklı karbonhidrat seviyeleri ve türleri hakkında bir fikir verir.

Bu nedenle, bazı meyveler porsiyon başına daha fazla karbonhidrat içeriğine sahiptir, örneğin: muz, elma, portakal, kavun ve üzüm, ıspanak, brokoli ve lahana gibi bazı sebzelerden, havuçtan daha fazla karbonhidrat içerir. mantar ve patlıcan.

Süt

Sebze ve meyvelere benzer şekilde süt, basit karbonhidratlar içeren gıdalardır. Sütün, tatlı tada sahip bir disakkarit olan laktoz adı verilen kendi şekeri vardır. Bunun bir bardağı yaklaşık 12 gram karbonhidrata eşdeğerdir.

Piyasada süt ve yoğurdun birçok çeşidi bulunmaktadır. Belirli bir süt ürününün tam veya az yağlı versiyonunu tüketip tüketmediğinize bakılmaksızın, karbonhidrat miktarı aynı olacaktır.

Tatlılar

Tatlılar, iyi bilinen bir başka karbonhidrat kaynağıdır. Bunlar arasında şeker, bal, şeker, yapay içecekler, kurabiyeler, dondurma ve diğer birçok tatlı yer alır. Bu ürünlerin tümü yüksek konsantrasyonlarda şeker içerir.

Öte yandan, bazı işlenmiş ve rafine edilmiş yiyecekler, örneğin ekmek, pirinç ve beyaz makarna gibi kompleks karbonhidratlar içerir. Rafine karbonhidratların meyve ve sebzelerde bulunan karbonhidratlar gibi besleyici olmadığına dikkat etmek önemlidir.

Karbonhidrat metabolizması

Karbonhidrat metabolizması, hücrelerde karbonhidratların oluşumunu, parçalanmasını ve dönüşümünü içeren bir dizi metabolik reaksiyondur.

Karbonhidrat metabolizması yüksek oranda korunur ve bakterilerden bile gözlemlenebilir; ana örnek, E. coli'nin Lac Operon'udur.

Karbonhidratlar, doğanın en önemli karbonhidrat oluşum reaksiyonu olan fotosentez dahil birçok metabolik yolda önemlidir.

Bitkiler, karbondioksit ve sudan karbonhidrat moleküllerini sentezlemek için güneşten gelen enerjiyi kullanır.

Hayvan ve mantar hücreleri, hücresel solunum adı verilen bir işlemle ATP formunda enerji elde etmek için bitki dokularında tüketilen karbonhidratları parçalar.

Omurgalılarda glikoz vücutta kan yoluyla taşınır. Hücresel enerji depoları düşükse, glikoz, bir miktar enerji ve bazı metabolik ara ürünler üretmek için glikoliz adı verilen metabolik bir reaksiyonla parçalanır.

Anında enerji üretimi için gerekli olmayan glikoz molekülleri, glikojenez adı verilen bir işlemle karaciğerde ve kasta glikojen olarak depolanır.

Bazı basit karbonhidratların, daha karmaşık karbonhidratların bazıları gibi kendi bozunma yolları vardır. Örneğin laktoz, bağlarını kıran ve temel monosakkaritlerini, glikozu ve galaktozu serbest bırakan enzim laktazın faaliyetini gerektirir.

Glikoz, hücreler tarafından tüketilen ana karbonhidrattır, enerji kaynaklarının yaklaşık% 80'ini oluşturur.

Glikoz, glikojen olarak parçalanmak veya depolanmak üzere belirli taşıyıcılar yoluyla girebileceği hücrelere dağıtılır.

Bir hücrenin metabolik gereksinimlerine bağlı olarak, glikoz diğer monosakkaritleri, yağ asitlerini, nükleik asitleri ve belirli amino asitleri sentezlemek için de kullanılabilir.

Karbonhidrat metabolizmasının ana işlevi, kan şekeri seviyelerinin kontrolünü sağlamaktır, bu, iç homeostaz olarak bilinen şeydir.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K. & Walter, P. (2014). Hücrenin Moleküler Biyolojisi (6. baskı). Garland Bilimi.
2. Berg, J., Tymoczko, J., Gatto, G. & Strayer, L. (2015). Biyokimya (8. baskı). WH Freeman ve Şirketi.
3. Campbell, N. ve Reece, J. (2005). Biyoloji (2. baskı) Pearson Education.
4. Dashty, M. (2013). Biyokimyaya hızlı bir bakış: Karbonhidrat metabolizması. Klinik Biyokimya, 46 (15), 1339-1352.
5. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A. & Martin, K. (2016). Moleküler Hücre Biyolojisi (8. baskı). WH Freeman ve Şirketi.
6. Maughan, R. (2009). Karbonhidrat metabolizması. Cerrahi, 27 (1), 6-10.
7. Nelson, D., Cox, M. ve Lehninger, A. (2013). Biyokimya Lehninger İlkeleri (6 ^th ). WH Freeman ve Şirketi.
8. Solomon, E., Berg, L. ve Martin, D. (2004). Biyoloji (7. baskı) Cengage Learning.
9. Voet, D., Voet, J. & Pratt, C. (2016). Biyokimyanın Temelleri: Moleküler Düzeyde Yaşam (5. baskı). Wiley.