KARBOHĐDRATLAR VE KARBOHĐDRATLARI TANIMA DENEYLERĐ 1 2 Karbohidratlar, insan diyetinin en önemli kısmını oluştururlar. Karbohidratlar, -vücudumuzda ve hücrelerde temel enerji sağlayıcıdırlar, -diğer bazı biyomoleküllerin oluşmasında ön maddedirler, -iskelet eklemlerini kayganlaştırırlar ve hücreler arası yapışmayı sağlarlar, -yapısal ve koruyucu elemanlar olarak fonksiyon görürler, -yapı maddesi olarak hücre zarının yapısına, ATP, RNA ve DNA nın yapısına katılırlar. 3 4 Karbohidratların molekül yapılarında; alkol grubu ile birlikte ya aldehit ya keton grubu bulunur. Karbohidratlar, polihidroksi alkollerin aldehit veya keton türevleri veya bunların polimerleridirler. 5 6 1
Karbohidratlar, polimerizasyon derecesine göre üç sınıfa ayrılırlar. Monosakkaritler, karbohidratların en basitleridirler. Đki 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. 7 8 Monosakkaritler (basit şekerler) 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. 9 10 Monosakkaritler, moleküllerindeki toplam karbon sayılarına göre de sınıflandırılırlar. Aldozlar 11 12 2
Ketozlar Doğada monosakkaritlerin çeşitli izomer formları vardır. D- ve L-izomerler (enantiyomerler) epimer şekerler enol şekerler α- ve β- formları (anomerler) 13 14 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. 15 16 Monosakkaritlerin D- ve L- izomerleri optikçe aktiftirler. Birinin çözeltisi polarize ışığın düzlemini sağa (+) çevirir, diğerinin çözeltisi ise aynı derecede sola (-) çevirir. D-glukoz polarize ışık düzlemini +52,7 o sağa çevirir (dekstrorotator); D-fruktoz ise polarize ışık düzlemini 92 o sola çevirir (levorotator). Glukoz çözeltilerine dekstroz denmesinin nedeni bununla ilgilidir. Canlı organizmada bulunan heksozların çoğu D-izomerlerdir. Örneğin kandaki glukoz, D-glukozdur. 17 18 3
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. 19 20 Enol şekerler ismi, enolleşme (enolizasyon) ara basamağından geçerek birbirlerine dönüşebilen monosakkaritler için kullanılır. Glukoz, mannoz ve fruktoz, enol şekerler olarak da bilinirler. Monosakkaritlerin α- ve β- formları, 5 ve daha fazla karbonlu monosakkaritlerin sulu çözeltilerde halkalı yapılar meydana getirmeleri sonunda ortaya çıkar. 21 22 D-Glukoz, piran halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, α-d-glukopiranoz ve β-d- Glukopiranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir. D-Galaktoz, piran halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, α-d-galaktopiranoz ve β-d- Galaktopiranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir. 23 24 4
D-Fruktoz, furan halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, α-d-fruktofuranoz ve β- D-Fruktofuranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir. D-riboz ve diğer beş karbonlu monosakkaritler, furanoz ve piranoz halka yapılarının birinde olabilirler. 25 26 Monosakkaritlerde α- ve β- 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 27 28 Genel olarak, n sayıda asimetrik karbon atomu içeren bir molekülün 2 n sayıda stereoizomeri vardır. Halkalı yapıda 1. karbon atomlarının da asimetrik olması sonucu bir aldoheksozun toplam 5 asimetrik karbon atomu ve dolayısıyla 2 n = 2 5 = 32 stereoizomeri vardır. Monosakkaritlerin birbirlerinden yalnızca anomerik karbondaki konfigürasyon bakımından farklı α- ve β- formları anomerler diye adlandırılırlar. D-Glukozun α- ve β- formları, polarize ışığın düzlemini aynı yöne fakat farklı derecelerde çevirirler. Örneğin α-d-glukoz 112 o sağa (+) çevirir; β-d-glukoz ise 19 o sağa (+) çevirir. 29 30 5
D-Glukozun α- ve β- formları, sulu çözeltide mutarotasyon denen bir süreçte birbirlerine dönüşürler. Bir α-d-glukoz çözeltisi ve bir β-d-glukoz çözeltisi, en sonunda belirli optik özelliğe sahip aynı denge karışımını oluştururlar. Dengede glukoz çözeltisi, yaklaşık 1/3 oranında α-d- Glukoz ve 2/3 oranında β-d-glukoz, çok küçük miktarda da düz zincir formu içerir. Bu durumdaki çözelti polarize ışık düzlemini 52 o sağa (+) çevirir. 31 32 Monosakkaritlerin halka formlarını göstermek için, genellikle Haworth perspektif formülleri kullanılır. O-glikozidik bağ O- glikozidik bağ, bir yarı asetal ve bir alkolden bir asetal oluşumunu gösterir. Piranoz halkası, gerçekte düzlemsel değil, sandalye veya kayık şeklini alma eğilimindedir. Glikozidik bağlar, asit vasıtasıyla kolayca hidroliz edilebilirler, fakat baz vasıtasıyla yıkılmaya karşı dirençlidirler. Disakkaritler sulu asit ile kaynatma suretiyle ve enzimatik olarak hidroliz edildiklerinde kendilerini oluşturan monosakkaritler ortaya çıkar. Sukrozun hidrolizi sonucunda çoğu kez eşit miktarlarda glukoz ve fruktoz karışımı oluşur; bu karışım da invert şeker olarak adlandırılır. 33 34 Disakkaritler Disakkaritler, bir monosakkarit molekülü üzerindeki anomerik karbon hidroksil grubunun bir diğer monosakkarit molekülü üzerindeki bir hidroksil grubu ile reaksiyonlaşması sonucu oluşturulan bir O-glikozidik bağ vasıtasıyla birbirine bağlanmış iki monosakkarit molekülünden oluşmuş bileşiklerdir. 35 36 6
Başlıca disakkaritler Polisakkaritler (Glikanlar) Maltoz Doğada bulunan karbonhidratların çoğu, yüksek moleküler ağırlıklı polimerler olan polisakkaritler halindedirler. 37 38 Homopolisakkaritler (Tek tip monomerik monomerik ünite) Heteropolisakkaritler (Tekrarlayan 2 veya daha fazla tip monomerik ünite) Depo Homopolisakkaritler Bitkisel Nişasta Amiloz Amilopektin Hayvansal Glikojen Yapısal Homopol. Selüloz Kitin Đnülin Diğer Homopolisakkaritler Agar-agar Dekstranlar Mannanlar Pektinler 39 40 MONOSAKKARĐTLERĐ TANIMA DENEYLERĐ: Monosakkaritlerin Đndirgeyici Özellikleriyle Đlgili Testler: Redüktör (indirgeyici) şekerlerle, redüktör olmayan şekerleri birbirinden ayırtetmek için kullanılır. Basit monosakkaritler indirgeyici ajanlardır. Monosakkaritler ferrisiyanit, hidrojen peroksit ve bakır iyonu (Cu+2) gibi yükseltgeyici ajanları indirgerler. Şekerlerin karbonil grubu yükseltgenirken, yükseltgeyici ajanlar indirgenir. (Đndirgeyici ajanlar elektron vericisi, yükseltgeyici ajanlar ise elektron alıcısıdır). Oksitleyici ajanları indirgeyebilen glukoz ve diğer şekerlere redüktör (indirgeyici) şekerler denir. Bu arada oluşan kiremit renkli çökelek (Cu2O) şekerlerin analizinde kullanılır. Kısaca; 41 42 7
Trommer Testi Trommer Testi 43 44 Trommer Testi 45 46 Benedict Testi Materyal olarak; Benedict ayıracı: 17,3 g bakır sülfat (CuSO4) 173 g sodyum sülfat (NaSO4) karıştırılarak suda çözülür, hacim 1000ml ye tamamlanır. Glukoz, laktoz ve nişastanın %5 lik çözeltileri kullanılır. Monosakkaritlerin Renk Tepkimeleri Đle Đlgili Uygulama: Molisch Testi Testin yapılışına bakacak olursak; Üç tüp alınarak her tüpe 2 şer ml Benedict ayıracı koyunuz. Tüplere sırasıyla 5 er ml glukoz, laktoz ve nişasta çözeltileri ilave ediniz. Tüpleri sıcak su banyosunda 5 dakika kaynatınız. Kiremit rengi (sarı-turuncu) renkli çökelek redükte şekerler için pozitif sonuç verir. Elde ettiğiniz sonuçları kaydediniz. 47 48 8
Molish Testi Monosakkaritlerin osazon oluşturmalarıyla ilgili uygulama: Fischer Testi Aktif aldehit veya keton grubu ihtiva eden bileşikler fenilhidrazin ile asidik ortamda ısının etkisi ile osazon kristalleri oluştururlar. Osazon kristalleri karakteristik şekillerdedir ve erime noktaları indirgeyici şekerlerin tanınmasında rol oynar. Bu test; 49 50 Fisher Testi Fenilhidrazin şekerin karbonil grubu ile fenilhidrazon verecek şekilde reaksiyona girer. Meydana gelen fenilhidrazon diğer iki fenilhidrazin molekülü ile reaksiyona girerek osazon oluşturur. Osazon kristalleri altın sarısı renktedir ve oluştuğu karbonhidratın adının sonuna azon eki ilavesi ile adlandırılırlar (Glukosazon gibi). Osazon oluşumu, şeker molekülünün sadece 1. ve 2. karbon atomlarındaki konfigürasyonu bozar. Glukoz, fruktoz ve mannozun 3., 4., 5., ve 6. karbon atomlarının konfigürasyonları aynı olduğu için benzer osazon kristalleri oluştururlar. Fisher Testi Materyal olarak; Glasiyal asetik asit Fenilhidrazin Sodyum asetat (CH3COONa) Mikroskop, lam ve lamel Glukoz, fruktoz ve galaktozun %5 lik çözeltileri Deney tüpleri Kaynar su banyosu gereklidir. 51 52 Fisher Testi Fisher Testi Yapılışına bakacak olursak; Çalışacağınız karbonhidrat çözeltilerinden 5 er ml alıp deney tüplerine koyunuz ve tüpleri işaretleyiniz. Tüplere 0,5 ml glasiyal asetik asit ilave ederek asitleştiriniz. Tüplere bir pipet yardımı ile üçer damla fenil hidrazin ekleyiniz. Her tüpe bir spatül ucu sodyum asetat koyunuz ve tüpleri parmağınızla kapatıp sallayarak içindekilerin iyice karışmasını sağlayınız. Tüpleri sıcak su banyosuna koyunuz. Osazon kristallerinin oluşum zamanları kaydedilir ve mikroskop altında incelenirler. Bazı karbonhidratlar çözeltinin bulunduğu tüplerde hemen birkaç dakikada içinde sarı kristaller oluşur. Bu tüplerden pipetle bir damla alınız ve mikroskopla bunların kristal yapılarını inceleyiniz ve şekillerini çiziniz. Bazı tüplerde süre ilerlemesine rağmen kristallenme görülmez. Bunlar soğukta kristal oluşturduklarından sıcak su banyosundan alınır ve çok az akan çeşme altında tutularak gayet yavaş bir şekilde soğutulur. Tüp içinde sarı kristaller oluşunca mikroskop altında inceleyiniz ve şekillerini çiziniz. 53 54 9
Fisher Testi 55 10