KARBONHDRATLAR TANIMI Yer yznde en yaygn bulunan ve

KARBONHİDRATLAR

TANIMI • Yer yüzünde en yaygın bulunan ve karbon (C), hidrojen (H) ve oksijenden (O) oluşan organik bileşiklerdir. • Çoğunlukla molekülde her «C» atomuna karşılık 1 molekül su bulunur. • Cn (H 2 O)n n: Karbon Sayısı (n: 3 -10 arasında değişir)

OLUŞUMU • Karbohidratlar bitkilerde fotosentez yoluyla meydana gelir. • Bitkiler havadan aldıkları CO 2 ile topraktan aldıkları suyu yapraklarında güneş enerjisi ve klorofilin katalitik etkisi altında birleştirerek CHO’ı sentezler.

Karbonhidratların Sınıflandırılması Sınıf /Polimerizasyon Derecesi Monosakkaritler (Basit şekerler) (1 -2) Alt Gruplar Bileşikler Monosakkaritler Disakkaritler Polyoller Glikoz, Galaktoz, Fruktoz, Mannoz Sükroz, Maltoz, Laktoz Sorbitol, Mannitol, Laktitol Malto-oligosakkaritler Oligosakkaritler (3 -9) Diğer oligosakkaritler Nişasta Polisakkaritler (>9) Nişasta olmayan polisakkaritler Maltodekstrin Rafinoz, Staçiyoz Frukto-oligosakkaritler Galakto-oligosakkaritler Amiloz, Amilopektin, Modifiye Nişastalar Selüloz, Hemiselüloz

Monosakkaritlerin Genel Özellikleri • En küçük CHO birimidir. Daha küçük birimlere ayrılmazlar. • Hücre zarından geçebilecek kadar küçüktürler. • Yapay olarak da elde edilirler. • Doğada en çok bulunanlarının yapısında 6 karbon (heksoz) vardır. • Renksiz ve kristal yapıdadırlar. • Suda kolay çözünür, polar olmayan çözücülerde çözünmezler. • Hidrolize uğramazlar.

Monosakkaritlerin Sınıflandırılması Monosakkaritler Karbon Sayılarına Göre Fonksiyonel Gruplarına Göre Aldozlar Glukoz, Galaktoz Riboz, Mannoz Ketozlar Trioz, Tetroz Eritrüloz, Ksilüloz Pentoz, Heksoz Ribüloz, Fruktoz Heptoz

Foksiyonel Gruplarına Göre Sınıflama • Karbonil grubu (C=O) 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. • Monosakkaritlerin isimlendirilmesinde –oz son takısı kullanılır. • Heksozlardan en fazla bulunanları da glukoz, fruktoz, galaktoz ve mannoz’dur.

Monosakkaritlerin İzomerleri • Aynı kimyasal formüle sahip monosakkaritler (C 6 H 12 O 6) (glukoz, galaktoz, fruktoz, mannoz) izomerler olarak tanımlanmaktadır. • Karbon atomuna 4 farklı grup veya atomun bağlanması ile asimetrik C atomu ortaya çıkar. • Asimetrik karbon atomu içeren molekül, uzayda farklı konfigürasyonlara sahip iki farklı formda bulunabilir ve bu formlar, molekülün stereoizomerleri olarak tanımlanırlar. Genel olarak, n sayıda asimetrik karbon atomu içeren bir molekülün 2 n sayıda stereoizomeri vardır.

Doğada monosakkaritlerin çeşitli izomer formları vardır üD- ve L-izomerler (enantiyomerler) üEpimer şekerler üEnol şekerler ü - ve - formları (anomerler)

• Enantiyomerler, Birbirinin ayna görüntüsüne sahip spesifik izomerler enantiyomerler olarak isimlendirilmektedir. • 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 Hidroksil sağda

• • Monosakkaritlerin D- ve L- izomerleri optikçe aktiftirler. Birinin çözeltisi polarize ışığın düzlemini sağa (+) çevirir, diğerinin çözeltisi ise aynı derecede sola (-) çevirir.

• • 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

• Enol şekerler ismi, enolleşme (enolizasyon) ara basamağından geçerek birbirlerine dönüşebilen monosakkaritler için kullanılır • Monosakkarit molekülünde 1 C atomundan komşu karbonil grubunun O 2’sine bir protonon göç etmesi ile doymamış alkol olan enol oluşmasına enolizisayon denir. • Glukoz, mannoz ve fruktoz, enol şekerler olarak da bilinirler

• Monosakkaritlerin - ve - formları, 5 ve daha fazla karbonlu monosakkaritlerin sulu çözeltilerde halkalı yapılar meydana getirmeleri sonunda ortaya çıkar. • Aynı monosakkarid molekülü içerisinde aldehid veya keton grubunun alkol grubu ile tepkimeye girmesi sonucu hemiasetal veya hemiketal halka yapısı oluşmaktadır.

Piranoz – Altı atomlu (5 karbon, 1 oksijen) halka yapısı – Biyolojik sistemlerde yaygındır. Furanoz – Beş atomlu (4 karbon, 1 oksijen) halka yapısı • D-Glukoz, piran halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, -D-Glukopiranoz ve -D-Glukopiranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir

• D-Fruktoz, furan halkasına benzeyen halkalı yapıda, hafifçe farklı optik özellikleri olan, -D-Fruktofuranoz ve -D-Fruktofuranoz diye adlandırılan iki farklı forma sahiptir

Monosakkaritler Birinci karbon yukarıda olmak üzere dikey olarak, hidroksil grupları ve hidrojenler ise sağa veya sola yazılır. Birinci karbon en sağa çizilir, halka kağıt düzleminde daireseldir, -H, -OH ve –CH 2 OH grupları aşağı veya yukarı çizilir.

• Bir molekülde bulunan asimetrik karbon atomlarının birinci karbonuna anomerik karbon atomu denir. Anomerik karbon

• Monosakkaritlerin birbirlerinden yalnızca anomerik karbondaki konfigürasyon bakımından farklı - ve - formları anomerler diye adlandırılırlar Anomerik karbon atomuna bağlı hidroksil grubu halka düzleminin altında ise α üzerinde ise β Olarak tanımlanmaktadır.

D-Glukozun - ve - formları, sulu çözeltide mutarotasyon denen bir süreçte birbirlerine dönüşürler

Glikoz(Dekstroz): Üzüm Şekeri • İnsan organizmasında serbest halde kanda bulunmaktadır. • Üzüm, üzümden yapılan yiyecek ve içecekler ile balda bulunur. • Asit hidrolizi yardımıyla mısır ve patates nişastasından elde edilir. • Şekerlemeler içerisine konur. • Kompleks CHO’ların bileşiminde en çok bulunan monosakkarittir. Bunların hidrolizi ile oluşur.

Glikoz(Dekstroz): Üzüm Şekeri • Suda , alkolde erir. • Orta derecede tatlıdır. • Polarize ışık düzlemini kuvvetle sağa çevirir. (Polarize ışık : tek bir düzlem üzerinde dalgalanan ışık)

Fruktoz (Levüloz): Meyve Şekeri • Serbest halde meyvelerde (üzüm, dut gibi), pekmezde ve balda bulunur. • Elma ve armutta glikozdan daha fazla bulunur. Üzüm ve çilekte glikoz ve früktoz miktarı eşittir. • Balda %50 kadar früktoz bulunur. • Bazı disakkaritlerin yapısında yer alır.

Fruktoz (Levüloz): Meyve Şekeri • Suda daha çok erir. • Daha çok kristalleşir. • Çok tatlıdır. • Sıcak absolü alkolde erir. • Polarize ışık düzlemini sola çevirir. • İndirgenme özelliği vardır. • Glukozla aynı osazonu oluştururlar.

Galaktoz: Süt Şekeri • Glikoz ile birlikte süt şekeri disakkaritlerin yapısında bulunur. • Laktozun hidrolizi ile elde edilir. • Glikoz kadar tatlı değildir. • Glikoz kadar suda erimez. • Genelde bileşik halde bulunur. • Serebrositlerin yapısındadır. • Polarize ışık düzlemini kuvvetle sağa çevirir.

Mannoz • Suda , alkolde erir. • Az miktarda glikoproteinlerin yapısında bulunur. • Çok fazla miktarda serbest halde bulunmaz. • Mannitol, mannozun alkollü türevidir. • Kahverengi algler, karnabahar, soğan ve ananasta bulunur. • Portakal kabuğu, hurma çekirdeği, keçi boynuzunda bulunan bazı polisakkaritlerin yapısında bulunur. • Hayvanlarda glikolipid, glikoprotein ve serum albuminin yapı taşıdır. • Mannozun alkol türevi olan mannitol doğada yaygın olarak bulunur.

Monosakkaritlerin Özelikleri 1. 2. 3. 4. 5. 6. Tatlıdırlar Redüktör (İndirgeyici) cisimlerdir Osazon oluştururlar Fermentasyona uğrarlar Renkli reaksiyon verirler Ba(OH)2 ve Ca(OH)2 gibi zayıf alkalilerle birbirine dönüşebilirler

Monosakkaritlerin Özelikleri 7. Kuvvetli alkalilerle Trioz bileşikleri oluştururlar 8. Aldehit grubu okside olursa Aldonik Asitler oluşur 9. Alkol grubu okside olursa Üronik Asitler oluşur 10. Aktif aldehit veya keton içeren monosakkaritlerin anomerik karbonunun alkol gruplarına indirgenmesiyle şeker alkolleri oluşur.

1. Tatlıdırlar • Bu özellik Hidroksil (OH) grubundan meydana gelir.

2. Redüktör (İndirgeyici) cisimlerdir • Aktif aldehit veya keton grubu • Alkali ortamda Cu, Hg, Fe, Ag’ü indirgerler

3. Osazon oluştururlar • Monosakkaritin 1. ve 2. C atomlarına fenil hidrazinin bağlanmasıyla karakteristik kristalli osazonlar oluşur. • Glukoz, fruktoz ve mannoz, yalnızca 2. C’daki konfigürasyon bakımından farklıdırlar; bu C’lara fenil hidrazinin bağlanmasıyla farklılık ortadan kalkar. • Galaktozun 4. C’undaki konfigürasyon farklıdır; 1. ve 2. C atomlarına fenil hidrazinin bağlanmasıyla farklılık ortadan kalkmaz. • Osazon kristallerinin incelenmesi, galaktozun tanınmasında kullanılır.

3. Osazon oluşumu

4. Fermantasyona Uğrarlar • CHO, küf, bakteri veya mayaların enzimlerinin etkisiyle değişikliğe uğrayabilirler. • Oksijen varlığında oluyorsa aerob, oksijensiz ortamda oluyorsa anaerob fermentasyon adı verilir.

5. Renkli Reaksiyon Verirler • Renkli reaksiyon hem redüktör, hem de redüktör olmayan şekerlerle oluşur. • Monosakkaritler zayıf asitlere karşı dayanıklıdırlar. • Ancak konsantre asitlerle ısıtılırsa MS dehidrasyona uğrar ve renkli furan türevleri moluşur. • Bu reaksiyonlar aldopentozları furfural’a, aldoheksozları da 5 Hidroksimetilfurfural’a dönüştürür.

5. Renkli Reaksiyon Verirler • HMF, heksozlardan oluşan türevlerin sonuncusu değildir. Daha fazla parçalanarak levülinik asit ve formik asit ile asetal, diasetal, laktik asit, asetik asit gibi diğer bazı kimyasal maddelere dönüşür.

5. Renkli Reaksiyon Verirler • Sıcaklıkla hızları artan bu rxn oluşan bileşiklerin bazıları kötü kokulu olup, üründe istenmeyen tat-koku gelişimine yol açarlar. • Furfurallar fenolik maddelerle rxn girerek renkli ürünler verirler ve bu rxn şekerlerle ilgili Molisch, Seliwanoff, Bial’s testi gibi çeşitli analizlerde kullanılır.

5. Renkli Reaksiyon Verirler Maillard reaksiyonu • Karbonhidratlar, karbonhidrat olmayan bileşiklerle glikozitleri (aminoşeker) oluştururlar.

Amino Şekerlerin Oluşumu • • Bir monosakkaritteki bir hidroksil grubunun bir amino grubu ile yer değiştirmesi sonucu oluşmuş bileşiklerdir. Glukozamin, galaktozamin ve mannozaminde ana bileşikteki C-2’na bağlı hidroksil, amino grubu ile yer değiştirmiştir.

Maillard Rxn • Maillard rxn besin hazırlama ve teknolojisinde önemli bir yere sahiptir. • Bu rxn besinlerdeki proteinlerin yapısında bulunan serbest amino grubu ile indirgen şekerler arasında başlar ve esmer renkli azotlu polimerlerin oluşması ile tamamlanır. • Bu rxn ekmek kabuğunda istenilen renk ve kokuya neden olurken, bazı süt ürünlerinde istenmeyen renk ve kokuya neden olur.

5. Renkli Reaksiyon Verirler Karamelizasyon: Şeker ve şeker grupları ısıtıldığında karamelizasyon olarak adlandırılan bir dizi reaksiyon oluşur. • Azotlu bileşikler ortamda yoktur. • Susuz ortamda ısıtıldığı zaman oluşur. • Sukrozun karemelizasyonu 200°C’de olur. (Anhydride ) • 160°C’de Sukroz Glikoz + Fruktoz Levulosan

5. Renkli Reaksiyon Verirler Karamelizasyon • Tepkime 3 aşamada olur; 1. %4. 5 ağırlık kaybı 1 mol sukroz 1 mol su kaybı C 12 H 22 O 11 C 12 H 20 O 10 - H 2 O İzosakkrosan

5. Renkli Reaksiyon Verirler Karamelizasyon 2. %9 oranında ağırlık kaybı oluştuğu zaman karamelan meydana gelir. Karamelan pigmenti; Suda ve etanolde erir. Acı bir lezzeti vardır. Erime noktası : 138°C 2 C 12 H 22 O 11 C 24 H 36 O 18 -4 H 2 O

5. Renkli Reaksiyon Verirler Karamelizasyon • 3. %14 ağırlık kaybı 3 C 12 H 22 O 11 -8 H 2 O C 36 H 50 O 25 Karemelen • Suda erir. • Erime noktası: 154°C ısıtılmaya devam ederse Humin veya Karamelin

7. Kuvvetli Alkalilerle Trioz Bileşikleri oluştururlar Sulu alkali çözeltisinde ısıtıldıklarında tuz oluştururlar

10. Şeker Alkollerinin Oluşumu • Aldozların ve ketozların indirgenmesi ile şeker alkolleri meydana gelir. • Aldozların indirgenmesinde bir tip, ketozların iki tip alkol oluşur. • Glikozdan • Mannozdan • Fruktozdan Sorbitol Mannitol

10. Şeker Alkollerinin Oluşumu