Karbonhidratlar

Bir parça ekmeği ağzınızda uzun süre çiğneyin; bir süre sonra hafif tatlı bir tat belirir. Ekmeğe şeker katılmamıştır. Tükürükteki bir enzim, ekmeğin nişastasını daha küçük şeker birimlerine ayırmaya başlamıştır ve dil o küçük şekerleri tatlı olarak algılar. Aynı ekmeğin yapıldığı buğday tanesinin kabuğunda ise başka bir karbonhidrat vardır: selüloz. İnsan onu hiç tatlı bulmaz ve sindiremez; ama bağırsakların düzenli çalışması için ona ihtiyaç duyar. Bir önceki derste canlıların yapısındaki inorganik maddeleri, suyu ve mineralleri tanıdık. Bu ders organik bileşenlere geçiyor ve ilk olarak karbonhidratları ele alıyor: hangi birimlerden kurulduklarını, birbirine nasıl bağlandıklarını ve canlılarda hangi işleri gördüklerini.

• Monosakkarit, disakkarit ve polisakkaritleri örnekleriyle ayırt edersin.
• Dehidrasyon sentezi ve hidrolizde oluşan ya da harcanan su sayısını bulursun.
• Nişasta, glikojen, selüloz ve kitinin nerede bulunduğunu ve görevini açıklarsın.
• Karbonhidratlarla ilgili tanı testlerini ve gündelik örnekleri yorumlarsın.

Karbon, hidrojen, oksijen

Karbonhidratlar karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan organik bileşiklerdir. Çoğunda hidrojen ile oksijen, sudaki gibi ikiye bir oranındadır; "karbonhidrat" adı da bu bileşimden gelir. Canlılarda üç ana görevleri vardır: hızlı enerji kaynağı olmak, enerji depolamak ve bazı yapıların inşasına katılmak.

Monosakkaritler

Karbonhidratların en küçük birimine monosakkarit denir; daha küçük şekerlere ayrılamaz. Altı karbonlu monosakkaritler arasında glikoz, fruktoz ve galaktoz bulunur. Glikoz hücrelerin en sık kullandığı enerji kaynağıdır ve kandaki şekerdir; fruktoz meyvelerde ve balda bol bulunur. Bu üç şekerin formülü aynıdır, C₆H₁₂O₆; farkları atomların molekül içindeki dizilişindedir ve bu yüzden özellikleri de birbirinden farklıdır. Beş karbonlu monosakkaritlerden riboz RNA'nın, deoksiriboz ise DNA'nın yapısındaki şekerdir. Monosakkaritler suda çözünür, çoğu tatlıdır ve sindirilmeden doğrudan bağırsaktan emilebilir.

Disakkaritler

İki monosakkarit birleşerek bir disakkarit oluşturur. İki birim arasında kurulan bağa glikozit bağı denir ve bu bağ kurulurken bir molekül su açığa çıkar. Üç disakkarit sık geçer:

• Maltoz: glikoz + glikoz; çimlenen tohumlarda ve nişastanın sindirimi sırasında oluşur.
• Sükroz (sakkaroz): glikoz + fruktoz; çay şekeri olarak bilinir, şeker pancarı ve şeker kamışından elde edilir.
• Laktoz: glikoz + galaktoz; süt şekeridir.

Disakkaritler de suda çözünür ve tatlıdır, ama bağırsaktan emilmeden önce monosakkaritlerine ayrılmaları gerekir.

Polisakkaritler

Çok sayıda monosakkaritin uzun zincirler halinde bağlanmasıyla polisakkaritler oluşur. Bunlar genellikle suda çözünmez ve tatlı değildir.

• Nişasta: bitkilerin depo karbonhidratıdır; patates yumrusunda, tahıl tanelerinde ve baklagillerde bol bulunur.
• Glikojen: hayvanların ve mantarların depo karbonhidratıdır; insanda özellikle karaciğer ve kas hücrelerinde depolanır.
• Selüloz: bitki hücre duvarının ana maddesidir; uzun ve sağlam zincirleri duvara dayanıklılık verir.
• Kitin: böceklerin ve kabukluların dış iskeletinde, mantarların hücre duvarında bulunan, azot içeren sağlam bir polisakkarittir.

Depo polisakkaritlerinin suda çözünmemesi bir avantajdır: hücre, su dengesini bozmadan çok miktarda glikozu sıkıştırılmış halde saklayabilir. Aynı miktarda glikoz serbest halde dursaydı hücreye aşırı su çekerdi. Selüloz ve kitin ise depo değil yapı polisakkaritleridir; görevleri canlıya biçim ve dayanıklılık kazandırmaktır.

Bağ kurmak ve yıkmak: su sayısı

Monosakkaritler birbirine bağlanırken her bağ için bir molekül su açığa çıkar; buna dehidrasyon sentezi denir. Büyük bir karbonhidrat parçalanırken ise her bağ için bir molekül su harcanır; buna hidroliz denir. Bir zincirdeki bağ sayısı, birim sayısından bir eksiktir. Bu yüzden n tane glikozdan oluşan bir zincir kurulurken n − 1 molekül su açığa çıkar; aynı zincir tamamen parçalanırken n − 1 molekül su harcanır. On glikozdan oluşan bir zincir için bu sayı dokuzdur.

Karbonhidratların görevleri

Glikoz, hücresel solunumun başlıca yakıtıdır ve hücrelerin enerji ihtiyacını hızlı karşılar. Nişasta ve glikojen, fazla glikozun depolanmasını sağlar; kan şekeri düştüğünde karaciğerdeki glikojen parçalanarak kana glikoz verilir. Selüloz ve kitin yapı görevi görür. Riboz ve deoksiriboz nükleik asitlerin iskeletinde yer alır; ama kalıtım bilgisini şekerler değil, nükleotidlerdeki organik bazların sırası taşır.

Kan şekeri ve glikojen deposu

Bir öğünden sonra sindirilen karbonhidratlar glikoz olarak kana geçer ve kan şekeri yükselir. Hücreler bu glikozun bir kısmını hemen kullanır; fazlası karaciğer ve kas hücrelerinde glikojen olarak depolanır. İki öğün arasında ya da açlıkta kan şekeri düşmeye başladığında karaciğerdeki glikojen yeniden glikoza ayrılır ve kana verilir. Kas glikojeni ise kanı beslemek için değil, kasın kendi çalışması için kullanılır. Kan şekerini bu dar aralıkta tutan hormonlar AYT'de endokrin sistem modülünde ele alınır; burada önemli olan, glikojenin hızla kurulup hızla yıkılabilen bir depo olmasıdır.

Hızlı ve yavaş karbonhidratlar

Karbonhidratların kana geçiş hızı birbirinden farklıdır. Tek birimli şekerler sindirime gerek duymadan emildiği için kan şekerini hızla yükseltir. Nişastanın önce glikoza kadar parçalanması gerekir; bu yüzden etkisi daha yavaş ortaya çıkar. Tam tahıllar gibi lif bakımından zengin besinlerde sindirim daha da yavaşlar ve enerji kana daha uzun bir sürede yayılır.

Tanı testleri

Laboratuvarda karbonhidratları tanımak için basit testler kullanılır. İyot çözeltisi nişastayla karşılaşınca koyu mavi-mor renk verir; bir patates dilimine iyot damlatmak nişastanın varlığını gösterir. Benedict çözeltisi glikoz, fruktoz, maltoz ve laktoz gibi indirgen şekerlerle ısıtıldığında renk değiştirir ve kiremit kırmızısına yakın bir çökelek oluşturur. Sükroz indirgen bir şeker değildir ve bu testte doğrudan olumlu sonuç vermez.

Gündelik bağlantılar

Bazı insanlar laktozu parçalayan enzimi yeterince üretmez. Sindirilemeyen laktoz kalın bağırsakta bakterilerce kullanılır ve şişkinlik gibi şikâyetlere yol açabilir; bu duruma laktoz intoleransı denir. Selüloz insanın kendi enzimleriyle parçalanamaz; sindirilmeden ilerleyen bu lifler dışkıya hacim kazandırır ve bağırsak hareketlerini destekler. İnek ve koyun gibi geviş getiren hayvanlar ise sindirim kanallarında yaşayan mikroorganizmalar sayesinde selülozdan enerji elde edebilir.

Karbonhidratlar hızlı enerji verir, ama uzun süreli enerji deposu olarak tek seçenek değildir. Sıradaki ders, aynı kütlede daha çok enerji taşıyan yağları ele alıyor.

Örnek 1 — Sınıflama

Soru: Hangisi bir disakkarittir?

• A) Fruktoz
• B) Glikojen
• C) Sükroz
• D) Nişasta
• E) Galaktoz

Çözüm: Sükroz bir glikoz ve bir fruktozun birleşmesinden oluşur. Cevap: C.

Örnek 2 — Su sayısı

Soru: 25 glikoz molekülünden düz bir zincir oluşurken kaç molekül su açığa çıkar?

• A) 25
• B) 26
• C) 50
• D) 24
• E) 12

Çözüm: Bağ sayısı birim sayısından bir eksiktir; 25 − 1 = 24. Cevap: D.

Örnek 3 — Depo karbonhidratı

Soru: İnsanın karaciğerinde depolanan karbonhidrat hangisidir?

• A) Glikojen
• B) Nişasta
• C) Selüloz
• D) Kitin
• E) Laktoz

Çözüm: Hayvanlar ve insan fazla glikozu glikojen olarak depolar. Cevap: A.

Örnek 4 — Tanı testi

Soru: Bir besine iyot çözeltisi damlatıldığında koyu mavi-mor renk oluşuyor. Bu besinde hangisi kesin olarak vardır?

• A) Selüloz
• B) Bir protein
• C) Bir yağ
• D) Laktoz
• E) Nişasta

Çözüm: İyot çözeltisi nişastayla mavi-mor renk verir. Cevap: E.

• Su sayısını birim sayısına eşit sanmak. Bağ sayısı birim sayısından bir eksiktir.
• Nişasta ile glikojeni karıştırmak. Nişasta bitkide, glikojen hayvanda ve mantarda depolanır.
• Sükrozun Benedict testinde doğrudan olumlu sonuç verdiğini sanmak. Sükroz indirgen değildir.
• Selülozu insan için enerji kaynağı saymak. İnsan selülozu kendi enzimleriyle parçalayamaz.
• Kalıtım bilgisini şekerin taşıdığını düşünmek. Bilgiyi organik bazların sırası taşır.