Organik Bileşiklere Giriş ve Karbonhidratlar

Organik Bileşiklere Giriş

Canlıların yapısında bulunan maddelerden karbon, oksijen ve hidrojen atomu bulunduran bileşenlerin organik bileşikler olarak adlandırıldığını daha önce söylemiştik. Bu ayrım oldukça uzun süredir (200 yıldan fazla) kullanılıyor. Bilim insanları bitkiler, hayvanlar ve diğer canlılardan elde ettikleri maddelere organik, cansızlardan elde ettikleri maddelere de inorganik adını vermişlerdi. O zamanki düşünceye göre organik maddeler inorganiklerden yapıca tamamen farklılardı, yapılarında canlılıkla ilgili özel bir güce, kuvvete sahiptiler. Ancak zamanla böyle bir durumun olmadığı ortaya çıktı. Bu durumun açıklığa kavuşturulmasındaki en önemli belki de ilk adım 1828'de Friederich Wohler'in çalışmalarıydı. Wohler, inorganik maddeler kullanarak bir organik madde olan üreyi sntezlemeyi başardı. Bu çalışmayı izleyen diğer çalışmalar ile birlikte hemen olmasa da bir süre sonra organik maddelerin yapısında canlılıkla ilgili herhangi bir kuvvetin bulunmadığı anlaşıldı.

Organik bileşikler, inorganik bileşiklerden farklı olarak:

• canlılar tarafından sentezlenebilen maddelerdir,
• yapılarında kovalent bağ bulundururlar,
• kendilerine has kokuları vardır,
• sayıları oldukça fazladır,
• erime ve kaynama noktaları düşüktür,
• çoğunlukla suda çözünmezler,
• yanıcıdırlar.

Canlıların yapısında bulunan organik bileşiklerin görevleri birbirinden farklıdır. Ancak genel olarak belirtmek gerekirse metabolik olaylarda düzenleyici olarak kullanılırlar, hücrede sentezlenen pek çok maddenin yapısına katılırlar, parçalanarak enerji elde etmede kullanılırlar. Ancak her organik madde bu görevler açısından aynı önemde değildir. Örneğin, yapıya katılma sırasında en çok proteinler, daha sonra yağlar, en son karbonhidratlar kullanılır. Enerji elde etmek içinse önce karbonhidratlar, daha sonra yağlar, en son proteinler parçalanır. Ancak aslında enerji verimi açısından en verimli organik bileşikler yağlar, daha sonra proteinler, en son karbonhidratlardır. Fakat, yağların parçalanması için karbonhidratlara göre çok daha fazla su gerekmesi nedeniyle, proteinlerinse hücre yapısında ve metabolik olaylarda üstlendikleri önemli roller (örneğin enzimler) nedeniyle enerji elde etmek için öncelikli olarak kullanılmadığı düşünülmektedir. Proteinler ancak uzun süreli açlık durumunda enerji verici olarak kullanılırken, vitaminler sadece metabolik olayları düzenleyici olarak görev yaparlar.

Karbonhidratlar

Genel formüllerinden Cn(H2O)n de anlaşılabileceği gibi karbonhidrat kelimesinin anlamı sulu karbondur (carbohydrate: watered carbon). Yapılarında sadece karbon, oksijen ve hidrojen atomuna sahip olan karbonhidratlar, genelde enerji elde etmek için ve yapısal hammadde olarak kullanılır. Doğada karbonhidratların oluşma şekli yeşil bitkilerin ve klorofile sahip diğer canlıların yaptığı fotosentez ve yine bazı canlılar tarafından gerçekleştirilen kemosentez sonucunda gerçekleşir.

Karbonhidratlar sakkarit adı verilen küçük şekerlerden oluşur. Yapılarında bu şekerlerden sadece bir adet bulunduran karbonhidratlar monosakkaritler (tekşekerler), iki tane olanlar disakkaritler (ikişekerler), çok daha fazla bulunduranlarsa polisakkaritler (çokşekerler) olarak sınıflandırılır.

Monosakkaritler

Basit yapılı karbonhidratlar olup çoğu tatlıdır ve suda çözünebilir. Fotosentez sonucunda ilk olarak oluşan karbonhidratlar olup, depolanmazlar, hücre zarından geçebilirler. İçerdikleri karbon sayısına göre farklı gruplara ayrılırlar.

Beş karbonlu şekerlerin (pentozlar) genel formülü C5H10O5 olarak ifade edilir. RNA ve ATP'nin yapısında bulunan riboz, DNA'nın yapısındaki deoksiriboz beş karbonlu şekerlere örnek olarak gösterilebilir. Diğer bir beş karbonlu karbonhidrat olan ribuloz fosfat ise fotosentezin ışığa bağımlı olmayan olaylarında önemli rol üstlenir.

Beş karbonlu deoksiriboz ve riboz şekerleri. 

(Bu çizim http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/Enlist/Labs/GenTest/GenTest.html adresinden alınmıştır.)

Altı karbonlu şekerler (heksozlar) arasında en bilinenleri glikoz, fruktoz ve galaktozdur. Genel formülleri C6H12O6 olarak ifade edilir. Glikoz, fotosentez ve kemosentezle elde edilen temel karbonhidrat olup solunumda harcanan ana yakıttır. Üzüm şekeri, bal şekeri veya kan şekeri isimleriyle de bilinir. Kanda miktarı ölçülebilecek şekilde olan tek karbonhidrat olup, metabolizmamızın sağlıklı çalışabilmesi için kandaki miktarının belirli bir aralıkta bulunması gereklidir. Bu aralıktan az ya da fazla olması çeşitli rahatsızlıklara neden olur.

Fruktoz, meyva şekeri olarak da bilinir. En tatlı monosakkarittir.

Galaktoz, memeli hayvanların ürettiği laktozun yapısına katılan bir monosakkarittir.

Altı karbonlu şekerler. 

(Bu çizim http://classes.midlandstech.edu/carterp/courses/bio210/chap02/chap02.html adresinden alınmıştır.)

Disakkaritler

İki monosakkaritin bir su molekülü çıkarıp, aralarında glikozit bağı oluşturarak birleşmesiyle oluşan karbonhidratlardır. Hücre zarından geçemeyen bu karbonhidratlar, canlılar tarafından depo edilebilirler. En bilinenleri maltoz, sükroz ve laktozdur.

(Bu çizim http://bioserv.fiu.edu/~walterm/Fund_Sp2004/lec2_biomolecule_cell/biomolecules.htm adresinden alınmıştır.)

Maltoz iki glikoz molekülünün birleşmesiyle meydana gelir. Diğer bir adı da malt şekeridir. Bira yapımında sıklıkla kullanılan bir şekerdir.

 Glikoz + Glikoz → Maltoz + su

En çok tükettiğimiz şeker olan sükroz bir glikoz ve bir fruktoz molekülünün birleşmesiyle oluşur. Bitkilerin yapraktan köklere taşıdığı karbonhidrat sükroz şeklindedir.

Glikoz + Fruktoz → Sükroz + su

Laktoz, sütte bulunduğundan süt şekeri olarak da bilinir. Bir glikoz ve bir galaktoz molekülünün birleşmesiyle meydana gelir.

Glikoz + Galaktoz → Laktoz + su

Polisakkaritler

Polisakkaritler hücre zarından geçmesi mümkün olmayan oldukça büyük moleküllerdir. En az 100 monosakkaritin glikozit bağıyla birbirlerine bağlanmasıyla polisakkaritler oluşur. Polisakkaritlerin bir kısmı depo görevi görür, gerektiğinde parçalanarak glikoza dönüştürülür. Kimisi ise canlının yapısına katılır, hücreyi veya canlıyı dış etkenlerden korur.

1- Depo polisakkaritleri:

Nişasta: Bitkilerde bulunan temel depo polisakkarittir. Amiloz ve amilopektin olmak üzere iki tipi bulunur. Amiloz dalsız düz bir zincire sahipken amilopektin yaklaşık 100 glikoz molekülünün birleşmesiyle oluşmuş dallanmış yapıda bir moleküldür.

Bitkiler nişastayı genelde amiloplast adı verilen özel bir çeşit plastit içerisinde depolar. Amiloplast içindeki nişasta enerji gerektiğinde parçalanarak glikoza dönüştürülür. İnsanlar ve tüm diğer hayvanlar nişastadaki bağları parçalayacak enzimlere sahiptir.

Glikojen: Hayvanlarda bulunan temel depo polisakkaritidir. İnsan ve diğer omurgalılarda özellikle karaciğer ve kaslarda depolanması gerçekleşir. Nişastada olduğu gibi enerji ihtiyacı sözkonusu olduğunda glikojen parçalanarak glikoz elde edilir. Ancak glikojen deposu ancak kısa zaman için enerji sağlar. Örneğin insanda kas ve karaciğerdeki glikojenin tükenmesi için 1 gün yeterlidir. Bu nedenle gereğinden az karbonhidrat alımını öneren diyetler sağlık için sakıncalıdır.

Glikojenin ne zaman depolanıp ne zaman harcanacağı vücudumuzdaki hormonlar aracılığıyla düzenlenir. Yemek yendikten sonra pankreastan salgılanan insülin hormonu yediğimiz besinlerdeki glikozun glikojen olarak depolanmasını tetikler.

Yapısal açıdan nişastaya benzeyen glikojen nişastaya nazaran daha dallı bir molekül olup suda daha kolay çözünür.

2- Yapısal polisakkaritler:

Selüloz: Dünya üzerinde en çok bulunan karbonhidrattır. Bitkilerdeki karbonun %50'den fazlası selüloz molekülünde bulunur. Ahşabın yarısı, pamuğun ise %90'ını selüloz oluşturur. Selüloz molekülü bitki hücrelerinin hücre duvarının yapısına katılır.

Dalsız yapıda düz bir molekül olan selüloz suda çözünmez. İnsanda selülozu parçalayacak enzimler bulunmadığından insanlar tarafından besin maddesi olarak kullanılamaz. Ancak bu selülozun tüketiminin insan için gereksiz olduğu anlamına gelmez, selüloz içeren bitkiler lifli yapıda olduklarından bağırsağın düzenli çalışmasını ve sağlıklı görev yapmasını sağlar.

Bazı mikroorganizmalar selülozu sindirebilecek enzimlere sahiptir. Otçul canlıların bağırsaklarında yaşayan bu bakteriler selülozu parçalayarak glikoza dönüştürür. Bundan başka termit denilen böceklerin de bağırsakları bu bakterileri içerir.

Kitin: Böcekler ve eklembacaklıların dış iskeletlerini oluşturan polisakkarittir. Saf halde yumuşak olan kitin bir tuz çeşidi olan kalsiyum karbonat ile birleştiğinde sert ve koruyucu bir madde haline gelir. Kitin aynı zamanda mantarlarda da hücre duvarının yapısını oluşturur.

Yapısal açıdan selüloz ile benzerlik taşır, sadece ondan farklı olarak azot atomlarına da sahiptir. Tıpkı selüloz gibi kitin de suda çözünmez ve hayvanlar tarafından sindirilmez. Bazı antibakteriyel ve antiviral özelliklerinden dolayı ilaç sanayiinde sıklıkla kullanılır.

Karbonhidratlarla proteinlerin birleşmesiyle glikoproteinler, yağların birleşmesiyle glikolipitler meydana gelir. Glikoproteinler ve glikolipitler hücre zarının yapısına katılan moleküllerdir.


Yararlandığım kaynaklar:
http://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/1organic/organic.html