KARBOHİDRATLAR II

1. KARBOHİDRATLAR II Doç.Dr. Mustafa ALTINIŞIK ADÜTF Biyokimya AD 2009

2. Polisakkaritler (Glikanlar) Polisakkaritler, pek çok sayıda monosakkarit veya monosakkarit türevi molekülün art arda O-glikozid bağları vasıtasıyla bağlanması suretiyle oluşmuş molekül yapısındaki karbohidratlardır. Doğada bulunan karbohidratların çoğu, yüksek moleküler ağırlıklı polimerler olan polisakkaritler halindedirler

3. Polisakkaritler, birbirlerinden zincirleri boyunca tekrarlayan monosakkarit ünitelerinin benzerliği, bu üniteleri bağlayan bağların tipi ve dallanma derecesi bakımından farklıdırlar

4. Homopolisakkaritler, tek tip monomerik ünite içeren polisakkaritlerdir Bunların bazıları, yakıt olarak kullanılan monosakkaritlerin depo formları olarak işlev görürler vedepo homopolisakkaritler olarak adlandırılırlar Bazıları ise bitki hücre duvarlarında ve hayvan dış kabuklarında yapısal elemanlar olarak işlev görürler ve yapısal homopolisakkaritler olarak adlandırılırlar

5. Depo homopolisakkaritler, organizmada yakıt olarak kullanılan monosakkaritlerin depo formları olarak işlev gören polisakkaritlerdir Doğadaki en önemli depo homopolisakkaritler, bitki hücrelerinde nişasta, hayvan hücrelerinde glikojendir

6. Nişasta, bitki hücrelerindeki depo homopolisakkarittir; amiloz ve amilopektin olmak üzere iki tip glukoz polimeri içerir

7. Amiloz, (14) bağları vasıtasıyla birbirine bağlanmış glukoz ünitelerinin dallanmamış uzun zincirlerinden oluşmuş bir glukoz polimeridir; zincirde birkaç bin glukoz kalıntısı bulunabilir ve bir ucu indirgeyicidir Amiloz, suda heliks şekli oluşturur. İyot, bu heliksin ortasına girerek karakteristik mavi renk görünmesine neden olur

8. Amilopektin, (14) bağları vasıtasıyla birbirine bağlanmış glukoz ünitelerinin uzun zincirlerinin her 24-30 glukoz kalıntısında bir dallanması suretiyle oluşmuş bir glukoz polimeridir. Dallanma noktalarındaki bağ, (16) bağıdır ve dolayısıyla molekülde bir indirgeyici uç fakat dal sayısı kadar çok sayıda indirgeyici olmayan uç vardır

9. Amilazlar denen enzimler, nişastanın hidrolizini gerçekleştirirler. Gerek nişasta gerekse parçalanma ürünleri, iyot çözeltisiyle karakteristik renkler verirler. Bu renkler, çözelti ısıtılınca kaybolurlar soğutulunca tekrar ortaya çıkarlar

10. Nişasta,asit ile de hidroliz olur. Fehling (-) olan nişasta, asit ile glukoz moleküllerine hidroliz olduktan sonra Fehling (+) reaksiyon verir İyot ile mavi renk veren nişasta, tükürükteki -amilaz etkisiyle hidrolitik olarak parçalanır ve mavi rengi kaybolur

11. Glikojen, hayvansal dokuların depo homopolisakkaritidir Karaciğer ve kasta bol bulunur Organizma için enerji deposudur Yapısı nişastadaki amilopektine benzer, yalnız daha çok dallanmıştır İyot ile mavi renk verir

12. Karaciğerdeki glikojenin işlevi, yemek aralarında kana glukoz vererek ya da yemeklerden sonra kanda yükselen glukozu bağlayarak kan glukozunun belirli sınırlar arasında korunmasını sağlamaktır

13. Yapısal homopolisakkaritler, bitki hücre duvarlarında ve hayvan dış kabuklarında yapısal elemanlar olarak işlev gören polisakkaritlerdir. Bitkilerin hücre duvarlarında sellüloz, eklem bacaklıların sert dış iskeletlerinde kitin önemlidir

14. İnülin, (12) bağları vasıtasıyla birbirine bağlanmış fruktoz ünitelerinin dallanmamış uzun zincirlerinden oluşmuş bir fruktoz polimeridir. İnulin, doğada çeşitli bitkilerin köklerinde, enginar, soğan, sarımsak gibi bitkilerin yumrularında bol miktarda bulunur; besinsel değeri yoktur

15. Diğer homopolisakkaritler Agar-agar:Galaktoz ünitelerinden kurulu bir homopolisakkarit yani bir galaktandır; doğada deniz yosunlarından elde edilmektedir; bakteriyolojide kültür vasatlarının hazırlanmasında kullanılır Mannanlar: Keçi boynuzunda, hindistan cevizinde, mayada, mantarlarda ve bakterilerde bulunur Pektinler: Galakturonik asit ünitelerinin 16 glikozidik bağlarının en az 200 defa tekrarlamasıyla oluşmuşlardır. Pektinler, kısmen etil alkol ile esterleştikten sonra ortamı jelleştirdiklerinden, meyve konserveciliğinde yaygın olarak kullanılırlar

16. Dekstranlar: Glukoz ünitelerinden oluşmuşlardır; mikroorganizmaların sakkaroz üzerine etkileri sonucu meydana gelirler Dekstranlar, hekimlikte kan kayıplarından sonra plazma yerini tutan ya da plazma hacmini genişleten maddeler olarak, özellikle şok giderici etkileriyle önemlidirler Dekstranlar, çeşitli kimyasal tekniklerle işlenerek sephadex ticari ismi altında laboratuvarlarda kolon kromatografisi ve jel filtrasyon tekniklerinde sıkça kullanılırlar

17. Heteropolisakkaritler, tekrarlayan iki veya daha fazla farklı tip monomerik ünite içeren polisakkaritlerdir. Heteropolisakkaritler, tüm organizmalar için ekstrasellüler destek sağlarlar

18. Peptidoglikan, bakteriyel hücre duvarlarının rijid komponentidir. N-asetil glukozamin (GlcNAc) ve N-asetil muramik asit (MurNAc) ünitelerinin art arda (14) bağları vasıtasıyla birbirine bağlanmasıyla oluşmuş heteropolisakkarittir Bakteriyel hücre duvarında çapraz bağlı peptidoglikan, lizozim enzimi vasıtasıyla yıkılır. Bu olay, GlcNAc ve MurNAc arasındaki glikozidik bağların hidrolizidir

19. Glikozaminoglikanlar (mukopolisakkaritler),tekrarlayan disakkarit ünitelerinin düz polimerlerinden oluşmuş bileşiklerdir Glikozaminoglikanlarda tekrarlayan disakkarit ünitelerinde iki monosakkarit türevinden biri daima ya N-asetil glukozamin (GlcNAc) ya da N-asetil galaktozamin (GalNAc)’dir. Diğer monosakkarit türevi, çoğu durumda genellikle glukuronik asit (GlcUA) olan bir üronik asittir

20. Glikoproteinler, %50’den daha fazla karbohidrat içerebilen, fakat genelde protein içeriği baskın olan bileşiklerdir. Glikoproteinlerde karbohidrat kısmı proteindeki serin veya treonin amino asidine O-glikozit bağ ile veya asparajine N-glikozit bağ ile bağlanmıştır

21. Glikoproteinler, organizmada çeşitli fonksiyonlara sahiptirler Fonksiyon Örnek Yapı Kollajen Kayganlaştırma, koruma Epiteliyal musinler, sinovyal sıvı glikoproteinleri Transport Seruloplazmin, transferrin Endokrin regülasyon Tirotropin, koriyonik gonadotropin, eritropoietin Kataliz Proteazlar, nükleazlar, glikozidazlar, hidrolazlar Savunma İmmünoglobulinler, kompleman proteinleri, interferon Membran reseptörü Hormon, asetil kolin ve kolera toksini reseptörleri Antijenler Kan grubu maddeleri Hücre-hücre etkileşimi Fibronektin, laminin, kondronektin

22. Proteoglikanlar, çok büyük, proteinli agregatlardır. Bir glikozaminoglikan olan hiyalüronatın çok uzun ipliklerine yaklaşık 40 nm aralıklarla ve nonkovalent olarak iç protein moleküllerinin bağlanması ve her iç proteine de daha kısa glikozaminoglikan molekülü bağlanmasıyla oluşurlar

23. Glikolipidler (glikosfingozidler), yapılarında gliserol ve fosfat bulunmayan, seramide bağlı olarak karbohidrat içeren sfingolipidlerdir

24. Glikolipidler, hücreler arası iletimden sorumludurlar

25. Karbohidrat metabolizması Vücudumuza günde yaklaşık 300 g karbohidrat alırız nişasta (160 g) sakkaroz (120 g) laktoz (30 g) glukoz ile fruktoz (10 g) Bitkisel besinlerle bol miktarda selüloz, nişasta ve sakkaroz alınır; hayvansal besinlerle ise glikojen ve laktoz alınır

26. Karbohidratların sindirimi Diyette bulunan polisakkaritler ve disakkaritlerdeki glikozidik bağlar sindirim kanalında özel glikozidazlarla parçalanır ve böylece karbohidratlar sindirilirler Tükürük -amilazı, pankreas -amilazı ve ince bağırsak 1,6-glikozidazı etkisiyle gerçekleşen karbohidrat sindirimi sonunda ince bağırsak lümeni içinde maltoz, izomaltoz, laktoz ve sakkaroz disakkaritleri ile glukoz, fruktoz ve galaktoz gibi monosakkaritler bulunur

27. Karbohidratların emilimi Disakkaritler, ince bağırsak epitel hücresi zarında yerleşik uygun disakkaridazlar(maltaz, izomaltaz, sakkaraz ve laktaz) tarafından tutulurlar; geçiş sırasında hidrolizlenerek monosakkaritlere ayrılırlar ve böylece oluşan monosakkaritler ince bağırsak epitel hücresi içine ve oradan kana geçerler

28. Kan şekeri Kan şekeri deyince sıklıkla glukoz anlaşılır Normal kan glukozu düzeyi, 12 saatlik açlıktan sonra %60–70 mg (3,3–3,9 mmol/L) arasındadır (normoglisemi) Vücutta bazı olaylar kana glukoz verici olurken bazı olaylar kandan glukoz alıcı olurlar. Kana glukoz veren olaylarla kandan glukoz alan olaylar arasındaki denge ile kan glukoz düzeyi ayarlanmaktadır Kan glukoz düzeyini düşürücü yönde etkili olan olaylar ile kan glukoz düzeyini yükseltici yönde etkili olan olaylar karbohidrat metabolizmasını oluştururlar

29. Kandan glukoz alan olaylar Glukozun indirekt oksidasyonu [glukozun önce pirüvata dönüşümü (glikoliz) sonra pirüvatın anaerobik koşullarda laktata dönüşümü, aerobik koşullarda ise sitrik asit döngüsünde yılıklımı] Glukozun direkt oksidasyonu (glukozun pentoz fosfat yolunda yıkılımı) Glukozun glukuronik asit yolunda yıkılımı Glikojenez (glukozdan glikojen sentezi) Liponeojenez (glukozun yağ asitlerine ve yağa dönüşümü) Glukozdan diğer monosakkaritlerin ve kompleks karbonhidratların oluşumu Kan glukoz düzeyinin böbrek eşiği olan %160–180 mg’ı aştığı durumlarda idrarla glukoz atılımı (glukozüri)

30. Heksokinaz, glukokinaz Glukoz fosfat izomeraz 6-fosfofruktokinaz Aldolaz Gliseraldehit-3-fosfat dehidrojenaz Fosfogliserat kinaz Fosfogliseromutaz Enolaz Pirüvat kinaz 2xLAKTAT Laktat dehidrojenaz Glikoliz Hücrenin sitoplazmasında altı karbonlu glukozun, on basamakta iki molekül üç karbonlu pirüvata yıkılması olayıdır Anaerobik koşullarda pirüvattan laktat oluşur Glikolize uğrayan her glukoz molekülü için net 2 molekül ATP oluşmaktadır Triozfosfat izomeraz

31. Sitrik asit döngüsü (TCA döngüsü) Karbohidrat, yağ ve protein katabolizmasının ortak son ürünü olan asetil-CoA’nın asetil gruplarının mitokondride oksitlendiği döngüsel olaylar dizisi Asetil-CoA, glukoz metabolizmasında pirüvattan, pirüvat dehidrojenaz enzim kompleksi etkisiyle oluşur Bir tek glukoz molekülünün tamamen CO2 ve H2O’ya oksitlenmesi suretiyle net 38 adet ATP kazancı olduğu hesaplanabilir

32. Glukozun pentoz fosfat yolunda yıkılımı Memeli hücrelerinde sitozolde gerçekleşir; NADPH ve riboz-5-fosfat oluşturur Özellikle yağ doku, karaciğer adrenal korteks ve süt veren meme bezlerinde ...

33. Glukozun glukuronik asit yolunda yıkılımı

34. Glikojenez (Glikojen biyosentezi) Glukoz-6-fosfatın fosfoglukomutazvasıtasıyla glukoz-1-fosfat haline dönüşmesiyle başlar Glukoz-1-fosfat ve UTP, UDP-glukoz pirofosforilaz etkisiyle UDP-glukoz oluştururlar UDP-glukozdaki glukoz kalıntıları, glikojen sentaz etkisiyle dallanmış glikojen molekülünün indirgeyici olmayan ucuna aktarılır; böylece glukoz, var olan bir glikojen molekülüne katılmış ve glikojendeki glukoz kalıntısı sayısı 1 artmış olur

35. Glukozun yağ asitlerine ve yağa dönüşümü Karbohidratların fazla miktarda alınması durumunda...

36. Glukozdan diğer monosakkaritlerin ve kompleks karbohidratların biyosentezi

37. Kana glukoz veren olaylar Bağırsaktan karbohidrat emilimi Glikojenoliz (glikojenden glukozun açığa çıkışı olayı) Glukoneojenez (karbonhidrat olmayan prekürsörlerden hücre içinde glukoz biyosentezi) **Glikojenoliz ve glukoneojenez, diyetle alınan glukozun yeterli olmadığı durumlarda kana glukoz sağlayan olaylardır

38. Karbohidrat emilimi İnce bağırsak lümeni içindeki glukoz ve galaktoz aktif transportla, fruktoz ise kolaylaştırılmış diffüzyonla ince bağırsak epitel hücresi içine alınırlar ve oradan kana geçerler

39. Glikojenoliz Glikojen fosforilaz enzimi, glikojen molekülünün indirgeyici olmayan ucundan bir glukozil kalıntısının fosforolizini katalize ederek glikojenden bir glukoz molekülünü glukoz-1-fosfat şeklinde ayırır glukoz-1-fosfat, fosfoglukomutazetkisiyle glukoz-6-fosfata dönüştürülür glukoz-6-fosfat, çeşitli şekillerde kullanılır veya karaciğer hücrelerinin endoplazmik retikulumunda bulunan Mg2+-bağımlı glukoz-6-fosfataz enzimi tarafından katalizlenen reaksiyonda hidrolitik olarak parçalanır ve glukoz serbestleşebilir. Karaciğerde böylece oluşan serbest glukoz kana geçerek kan glukozunu artırabilir

40. Glukoneojenez Karbohidrat olmayan prekürsörlerden hücre içinde glukoz biyosentezi Yüksek hayvanlarda büyük oranda karaciğerde olur

41. Kan glukoz düzeyinin düzenlenmesi Karbohidrat metabolizması ve dolayısıyla kan glukoz düzeyinin düzenlenmesi, hormonlar tarafından yönetilir Bu hormonlardan en önemlisi insülindir İnsüline karşıt etkiye sahip hormonlar (glukagon, epinefrin, büyüme hormonu, kortizol) ile diğer hormonlardır (tiroksin, somatostatin) **İnsülinin temel etkilerinden biri hücrelere glukoz alınımını arttırmaktır İnsüline karşıt/zıt etkili düzenleyici hormonlar, kataboliktirler ve başlangıçta glikojenin glukoza partçalanmasını (glikojenoliz) artırarak ve sonra glukozun sentezini (glukoneogenez) uyararak hepatik glukoz üretimini artırırlar

42. Kan glukoz düzeyinde sapmalar ve nedenleri Kan glukoz düzeyinde fizyolojik sapma nedenleri; beslenme, stres, egzersiz, bazal metabolizma değişiklikleri gibi nedenlerdir Kan glukoz düzeyinde patolojik sapmalar, hiperglisemi ve hipoglisemi olarak tanımlanır. Hiperglisemi ve hipoglisemi, çeşitli durumlarda ortaya çıkabilir

43. Hiperglisemi Hiperglisemi, 8-12 saatlik açlıktan sonra serum glukoz düzeyinin %110 mg’dan yüksek olması durumu olarak tanımlanır Hiperglisemi, kana glukoz sağlanmasında artış veya kan glukozunun kullanılmasında azalma ile ilgilidir Hipergliseminin görüldüğü çeşitli patolojik durumlar şunlardır: Bazı hormonal bozukluklar: Diabetes mellitus Akut miyokard enfarktüsü Santral sinir sisteminde travma, tümör ve ansefalitler Operasyon Hamilelik Karaciğer hastalıkları İntravasküler glukoz veya intramüsküler ACTH uygulama

44. Hipoglisemi Hipoglisemi, serum glukoz düzeyinin %40 mg’dan düşük olması durumu olarak tanımlanır. Hipoglisemi, santral sinir sistemini etkilediğinden tehlikelidir. Hipoglisemide temel neden, kana glukoz sağlanmasının azalması veya kan glukozunun kullanımının artmasıdır 12 saatlik açlıktan sonra saptanan hipoglisemi açlık hipoglisemisiolarak tanımlanır Beslenmeden sonraki 2-6 saatlik zaman diliminde saptanan hipoglisemi ise postprandial hipoglisemiolarak tanımlanır Ayrıca çocukluk dönemi hipoglisemileri de tanımlanmıştır

45. Karbohidrat metabolizması bozuklukları Emilim bozuklukları Dönüşüm bozuklukları Depolanma bozuklukları Kullanım bozuklukları

46. Karbohidrat emilim bozuklukları Karbohidrat emilim bozuklukları, başlıca disakkaridaz yetmezlikleri (disakkariziler) ve diğer emilim bozukluklarıdır Disakkaridaz yetmezliklerinden laktaz yetmezliği (süt intoleransı) ile sukraz (sakkaraz) yetmezliği önemlidir İzomaltaz eksikliği ve maltaz eksikliği de tanımlanmıştır Diğer emilim bozuklukları; pankreatik amilaz eksikliği, bağırsak mukozası ve bağırsak motilitesi ile ilgili emilim bozukluklarıdır

47. Karbohidrat dönüşüm bozuklukları Karbohidrat dönüşüm bozuklukları, fruktozun dönüşüm bozukluğu ve galaktozun dönüşüm bozukluğu ile ilgilidir Fruktozun dönüşüm bozukluğu ile ilgili karbohidrat dönüşüm bozuklukları; diyetle fazla fruktoz alınması durumu, herediter fruktoz intoleransı ve fruktoz-1,6-bisfosfataz noksanlığı ve fruktokinaz eksikliğidir Galaktozun dönüşüm bozukluğu ile ilgili karbohidrat dönüşüm bozuklukları galaktozemilerdir

48. Karbohidrat depolanma bozuklukları Karbohidrat depolanma bozuklukları; glikojen yapımında veya glikojen yıkılımında görevli enzimlerin eksiklikleriyle ilgili olarak ortaya çıkan glikojen depo hastalıkları (glikojenozlar) ile hücre içinde kondroitin sülfat, dermatan sülfat, heparan sülfat, keratan sülfat gibi glikozaminoglikanların yıkımlarını gerçekleştiren 10 kadar lizozomal enzimin noksan oluşu sonucu ortaya çıkan mukopolisakkaridozlardır

49. Glikojen yapım bozukluklarından glikojen sentaz noksanlığı ile dallandırıcı enzim noksanlığı (Tip IV glikojenoz, Andersen hastalığı) önemlidir Glikojen yıkım bozukluklarından glukoz-6-fosfataz noksanlığı (Tip I glikojenoz, Von Gierke hastalığı), lizozomal alfa glukozidaz noksanlığı (Tip II glikojenoz, Pompe hastalığı), dal kırıcı enzim noksanlığı (Tip III glikojenoz, Cori hastalığı), kas doku fosforilazı noksanlığı (Tip V glikojenoz, Mc Ardle sendromu), fosforilaz noksanlığı (Tip VI glikojenoz, Hers hastalığı), kas doku ve eritrosit fosfofruktokinaz noksanlığı (Tip VII glikojenoz, Tauri hastalığı), fosforilaz kinaz noksanlığı (Tip VIII glikojenoz, Tip IXd) önemlidir

50. Mukopolisakkaridozlar, otozomal resesif veya sekse bağlı resesif olarak kalıtılırlar. Hücrelerde, ilgili glikozaminoglikanların ya kendileri ya da metabolik parçalanma ürünleri birikir ve sonuçta iskelet sisteminde şekil bozuklukları, fizik ve mental gelişme geriliği, hepatomegali, kalp yetmezliği, işitme ve görme bozuklukları, kronik akciğer infeksiyonu gibi bozukluklar ortaya çıkar. Hastaların genel özelliği “çirkin çocuk” görünümleridir. Önemli mukopolisakkaridozlar ve sebep olan enzim eksikliği şunlardır: Hunter sendromu Hurler sendromu Morquio sendromu Sanfilippo sendromu Maroteaux-Lamy sendromu