Polisakkarit
Polisakkaritler (/ˌpɒliˈsækəraɪd/) veya polikarbohidratlar, gıdalarda bulunan en bol karbonhidratlardır. Glikozidik bağlarla birbirine bağlanmış monosakkarit birimlerinden oluşan uzun zincirli polimerik karbonhidratlardır. Bu karbonhidrat, amilaz enzimlerini katalizör olarak kullanarak su ile reaksiyona girebilir (hidroliz), bu da bileşen şekerleri (monosakkaritler veya oligosakkaritler) üretir. Yapıları doğrusaldan çok dallıya kadar değişir. Örnekler arasında nişasta, glikojen ve galaktojen gibi depolama polisakkaritleri ile selüloz ve kitin gibi yapısal polisakkaritler yer alır. ⓘ
Polisakkaritler genellikle oldukça heterojendir ve tekrar eden birimin hafif modifikasyonlarını içerir. Yapılarına bağlı olarak, bu makromoleküller monosakkarit yapı taşlarından farklı özelliklere sahip olabilirler. Şekilsiz veya hatta suda çözünmez olabilirler. Bir polisakkaritteki tüm monosakkaritler aynı tipte olduğunda, polisakkarit homopolisakkarit veya homoglikan olarak adlandırılır, ancak birden fazla monosakkarit tipi mevcut olduğunda bunlara heteropolisakkaritler veya heteroglikanlar denir. ⓘ
Doğal sakkaritler genellikle n'nin üç veya daha fazla olduğu (CH2O)n genel formülüne sahip monosakkaritler olarak adlandırılan basit karbonhidratlardan oluşur. Monosakkaritlere örnek olarak glukoz, fruktoz ve gliseraldehit verilebilir. Polisakkaritler ise Cx(H2O)y genel formülüne sahiptir; burada x genellikle 200 ile 2500 arasında büyük bir sayıdır. Polimer omurgasındaki tekrar eden birimler altı karbonlu monosakkaritler olduğunda, sıklıkla olduğu gibi, genel formül (C6H10O5)n'ye basitleşir, burada tipik olarak 40 ≤ n ≤ 3000'dir. ⓘ
Genel bir kural olarak, polisakkaritler ondan fazla monosakkarit birimi içerirken, oligosakkaritler üç ila on monosakkarit birimi içerir; ancak kesin sınır geleneğe göre biraz değişir. Polisakkaritler biyolojik polimerlerin önemli bir sınıfıdır. Canlı organizmalardaki işlevleri genellikle ya yapı ya da depolama ile ilgilidir. Nişasta (bir glikoz polimeri) bitkilerde hem amiloz hem de dallanmış amilopektin formunda bulunan bir depolama polisakkariti olarak kullanılır. Hayvanlarda, yapısal olarak benzer glikoz polimeri, bazen "hayvan nişastası" olarak adlandırılan daha yoğun dallanmış glikojendir. Glikojenin özellikleri daha hızlı metabolize edilmesini sağlar, bu da hareketli hayvanların aktif yaşamlarına uygundur. Bakterilerde, bakteriyel çok hücrelilikte önemli bir rol oynarlar. ⓘ
Selüloz ve kitin yapısal polisakkaritlere örnektir. Selüloz, bitkilerin ve diğer organizmaların hücre duvarlarında kullanılır ve Dünya'da en bol bulunan organik molekül olduğu söylenir. Kağıt ve tekstil endüstrilerinde önemli bir role sahiptir ve rayon (viskoz işlemi yoluyla), selüloz asetat, selüloid ve nitroselüloz üretimi için hammadde olarak kullanılır. Kitin benzer bir yapıya sahiptir, ancak azot içeren yan dallara sahiptir ve bu da gücünü arttırır. Eklem bacaklıların dış iskeletlerinde ve bazı mantarların hücre duvarlarında bulunur. Ayrıca cerrahi iplikler de dahil olmak üzere birçok kullanım alanı vardır. Polisakkaritler ayrıca kalloz veya laminarin, krizolaminarin, ksilan, arabinoksilan, mannan, fukoidan ve galaktomannan içerir. ⓘ
Polisakkaritler, birden fazla ve ayrı (birleşik olmayan) monosakkaritin glikozit bağıyla birleşmesiyle oluşan kimyasal maddelerdir. Glikoz birimlerinin farklı şekilde bağlanması polisakkaritler arasında farklı özelliklerin doğmasına neden olur. Bu da kohezyonu destekler. Çok sayıda (n tane) monosakkaritin “n-1” adet su molekülü kaybetmesiyle meydana gelen büyük moleküllü bileşiklerdir. “Kompleks şekerler” de denir. ⓘ
Yalnız heksoz veya pentoz birimlerinden meydana gelenler olduğu gibi, bazıları da hem heksoz hem pentoz birimleri ihtiva ederler. Heksozlardan türeyenlerin genel formülü (C6H10O5)n, pentoz ihtiva edenler ise (C5H8O4)n şeklinde gösterilir. ⓘ
Polisakkaritler hücre zarından difüzyon ile geçemezler.Ayrıca tatsız olup çoğu suda erimez. En önemlileri; nişasta, glikojen, selüloz ve kitindir. Çok sayıda glikoz molekülünün birleşmesinden türemişlerdir. Meydana gelişleri ⓘ
- n.(C6H12O6) ® (C6H10O5)n. H2O + (n-1) H2O ⓘ
şeklinde gösterilebilir. Aralarındaki fark, glikoz moleküllerinin sayısı ve birbirlerine farklı bağlanış biçimleridir. ⓘ
Fonksiyon
Yapı
Beslenme polisakkaritleri yaygın enerji kaynaklarıdır. Birçok organizma nişastaları kolayca glikoza dönüştürebilir; ancak çoğu organizma selülozu veya selüloz, kitin ve arabinoksilanlar gibi diğer polisakkaritleri metabolize edemez. Bu karbonhidrat türleri bazı bakteriler ve protistler tarafından metabolize edilebilir. Örneğin geviş getiren hayvanlar ve termitler selülozu işlemek için mikroorganizmaları kullanır. ⓘ
Bu karmaşık polisakkaritler çok sindirilebilir olmasalar da insanlar için önemli besin öğeleri sağlarlar. Diyet lifi olarak adlandırılan bu karbonhidratlar, diğer faydalarının yanı sıra sindirimi de kolaylaştırır. Diyet lifinin ana etkisi, gastrointestinal sistemin içeriğinin doğasını değiştirmek ve diğer besinlerin ve kimyasalların nasıl emildiğini değiştirmektir. Çözünür lif ince bağırsakta safra asitlerine bağlanarak vücuda girme olasılığını azaltır; bu da kandaki kolesterol seviyelerini düşürür. Çözünebilir lif ayrıca şeker emilimini azaltır, yemekten sonra şeker tepkisini azaltır, kan lipit seviyelerini normalleştirir ve kolonda fermente edildikten sonra geniş kapsamlı fizyolojik aktivitelere sahip yan ürünler olarak kısa zincirli yağ asitleri üretir (aşağıdaki tartışma). Çözünmeyen lif diyabet riskinin azalmasıyla ilişkili olsa da, bunun hangi mekanizma ile gerçekleştiği bilinmemektedir. ⓘ
Henüz resmi olarak temel bir makro besin maddesi olarak önerilmemiş olsa da (2005 itibariyle), diyet lifi yine de diyet için önemli kabul edilmekte ve birçok gelişmiş ülkedeki düzenleyici otoriteler lif alımının artırılmasını önermektedir. ⓘ
Depolama polisakkaritleri
Nişasta
Nişasta, glukopiranoz birimlerinin alfa bağları ile bağlandığı bir glukoz polimeridir. Amiloz (%15-20) ve amilopektin (%80-85) karışımından oluşur. Amiloz birkaç yüz glikoz molekülünden oluşan doğrusal bir zincirden, Amilopektin ise birkaç bin glikoz biriminden oluşan dallanmış bir molekülden oluşur (24-30 glikoz biriminden oluşan her zincir bir Amilopektin birimidir). Nişastalar suda çözünmez. Alfa-bağları (glikozidik bağlar) kırılarak sindirilebilirler. Hem insanlar hem de diğer hayvanlar amilazlara sahiptir, bu nedenle nişastaları sindirebilirler. Patates, pirinç, buğday ve mısır insan beslenmesindeki başlıca nişasta kaynaklarıdır. Nişasta oluşumları, bitkilerin glikozu depolama yollarıdır. ⓘ
Glikojen
Glikojen, hayvan ve mantar hücrelerinde ikincil uzun vadeli enerji deposu olarak görev yapar; birincil enerji depoları yağ dokusunda tutulur. Glikojen öncelikle karaciğer ve kaslar tarafından yapılır, ancak beyin ve midede glikojenez yoluyla da yapılabilir. ⓘ
Glikojen, bitkilerdeki bir glikoz polimeri olan nişastaya benzer ve bazen hayvan nişastası olarak adlandırılır, amilopektine benzer bir yapıya sahiptir, ancak nişastadan daha geniş dallanmış ve kompakttır. Glikojen, α(1→4) glikozidik bağların α(1→6)-bağlı dallarla bağlandığı bir polimerdir. Glikojen birçok hücre tipinde sitozol/sitoplazmada granüller şeklinde bulunur ve glikoz döngüsünde önemli bir rol oynar. Glikojen, ani bir glikoz ihtiyacını karşılamak için hızla harekete geçirilebilen, ancak trigliseritlere (lipitler) göre daha az kompakt ve enerji rezervi olarak daha çabuk kullanılabilir bir enerji rezervi oluşturur. ⓘ
Karaciğer hepatositlerinde glikojen, yemekten hemen sonra taze ağırlığın yüzde 8'ine kadarını (bir yetişkinde 100-120 gram) oluşturabilir. Sadece karaciğerde depolanan glikojen diğer organlar için erişilebilir hale getirilebilir. Kaslarda glikojen, kas kütlesinin yüzde bir ila ikisi gibi düşük bir konsantrasyonda bulunur. Vücutta, özellikle kaslarda, karaciğerde ve kırmızı kan hücrelerinde depolanan glikojen miktarı fiziksel aktiviteye, bazal metabolizma hızına ve aralıklı oruç gibi beslenme alışkanlıklarına göre değişir. Böbreklerde az miktarda, beyindeki bazı glial hücrelerde ve beyaz kan hücrelerinde ise daha da az miktarda glikojen bulunur. Rahim de hamilelik sırasında embriyoyu beslemek için glikojen depolar. ⓘ
Glikojen, dallanmış glikoz kalıntıları zincirinden oluşur. Karaciğer ve kaslarda depolanır.
- Hayvanlar için bir enerji rezervidir.
- Hayvan vücudunda depolanan başlıca karbonhidrat formudur.
- Suda çözünmez. İyot ile karıştırıldığında kahverengi-kırmızı renge dönüşür.
- Hidroliz sırasında glukoz da verir. ⓘ
Glikojenin şematik 2 boyutlu kesit görünümü. Glikojenin çekirdek proteini glikoz birimlerinin dalları ile çevrilidir. Tüm globüler granül yaklaşık 30.000 glikoz birimi içerebilir.
Bir glikojen molekülündeki tek bir dallanmış glikoz biriminin atomik yapısının görünümü. ⓘ
Galaktojen
Galaktojen, pulmonat salyangozlarda ve bazı Caenogastropoda'da enerji deposu olarak işlev gören galaktozdan oluşan bir polisakkarittir. Bu polisakkarit üremeye özeldir ve sadece dişi salyangoz üreme sistemindeki albümin bezinde ve yumurtaların perivitellin sıvısında bulunur. ⓘ
Galaktojen, gelişmekte olan embriyolar ve yavrular için bir enerji rezervi görevi görür ve daha sonra gençlerde ve yetişkinlerde glikojen ile değiştirilir. ⓘ
İnülin
İnülin, insan sindirim enzimleri tarafından tamamen parçalanamayan bitki kaynaklı bir gıda olan fruktozdan oluşan doğal olarak oluşan bir polisakkarit kompleks karbonhidrattır. İnülinler, fruktanlar olarak bilinen bir diyet lifleri sınıfına aittir. İnülin bazı bitkiler tarafından enerji depolamak için kullanılır ve tipik olarak köklerde veya rizomlarda bulunur. İnülin sentezleyen ve depolayan çoğu bitki, nişasta gibi diğer karbonhidrat formlarını depolamaz. Amerika Birleşik Devletleri'nde 2018 yılında Gıda ve İlaç İdaresi, inülini, üretilen gıda ürünlerinin besin değerini artırmak için kullanılan bir diyet lifi bileşeni olarak onaylamıştır. ⓘ
Yapısal polisakkaritler
Arabinoksilanlar
Arabinoksilanlar bitkilerin hem birincil hem de ikincil hücre duvarlarında bulunur ve iki şekerin kopolimerleridir: arabinoz ve ksiloz. İnsan sağlığı üzerinde de faydalı etkileri olabilir. ⓘ
Selüloz
Bitkilerin yapısal bileşenleri öncelikle selülozdan oluşur. Ahşap büyük ölçüde selüloz ve ligninden oluşurken, kağıt ve pamuk neredeyse saf selülozdur. Selüloz, beta bağları ile birbirine bağlanmış tekrarlanan glikoz birimlerinden oluşan bir polimerdir. İnsanlar ve birçok hayvan beta bağlarını kıracak bir enzimden yoksundur, bu nedenle selülozu sindiremezler. Termitler gibi bazı hayvanlar selülozu sindirebilir, çünkü bağırsaklarında enzime sahip bakteriler bulunur. Selüloz suda çözünmez. İyot ile karıştırıldığında renk değiştirmez. Hidroliz olduğunda glikoz verir. Doğada en bol bulunan karbonhidrattır. ⓘ
Kitin
Kitin, doğal olarak oluşan birçok polimerden biridir. Dış iskelet gibi birçok hayvanın yapısal bir bileşenini oluşturur. Zaman içinde doğal ortamda biyolojik olarak parçalanabilir. Parçalanması, bakteri ve mantar gibi mikroorganizmalar tarafından salgılanan ve bazı bitkiler tarafından üretilen kitinaz adı verilen enzimler tarafından katalize edilebilir. Bu mikroorganizmalardan bazıları kitinin ayrışmasından elde edilen basit şekerlere karşı reseptörlere sahiptir. Kitin tespit edilirse, basit şekerlere ve amonyağa dönüştürmek için glikozidik bağları parçalayarak sindirmek için enzimler üretirler. ⓘ
Kimyasal olarak kitin, kitosan (kitinin suda daha fazla çözünen bir türevi) ile yakından ilişkilidir. Ayrıca glikoz türevlerinin dallanmamış uzun bir zinciri olması bakımından selüloz ile de yakından ilişkilidir. Her iki malzeme de organizmayı koruyarak yapı ve dayanıklılığa katkıda bulunur. ⓘ
Pektinler
Pektinler, 1,4-bağlı α-D-galaktozil üronik asit kalıntıları içeren karmaşık bir polisakkarit ailesidir. Çoğu birincil hücre duvarında ve karasal bitkilerin odunsu olmayan kısımlarında bulunurlar. ⓘ
Asidik polisakkaritler
Asidik polisakkaritler, karboksil grupları, fosfat grupları ve/veya sülfürik ester grupları içeren polisakkaritlerdir. ⓘ
Polisakkaritler başlıca biyomolekül sınıflarıdır. Bunlar, birkaç küçük monosakkaritten oluşan uzun karbonhidrat molekülü zincirleridir. Bu karmaşık biyo-makromoleküller hayvan hücresinde önemli bir enerji kaynağı olarak işlev görür ve bitki hücresinin yapısal bir bileşenini oluşturur. Monosakkaritlerin türüne bağlı olarak bir homopolisakkarit veya bir heteropolisakkarit olabilir. ⓘ
Polisakkaritler, doğrusal polisakkaritler olarak bilinen düz bir monosakkarit zinciri olabilir veya dallı polisakkarit olarak bilinen dallı olabilir. ⓘ
Bakteriyel polisakkaritler
Patojenik bakteriler genellikle kalın, mukoza benzeri bir polisakkarit tabakası üretir. Bu "kapsül" bakteri yüzeyindeki antijenik proteinleri gizler, aksi takdirde bir bağışıklık tepkisine neden olur ve böylece bakterinin yok olmasına yol açar. Kapsüler polisakkaritler suda çözünür, genellikle asidiktir ve 100.000 ila 2.000.000 dalton moleküler ağırlığa sahiptir. Doğrusaldırlar ve bir ila altı monosakkaritin düzenli olarak tekrar eden alt birimlerinden oluşurlar. Çok büyük yapısal çeşitlilik vardır; sadece E. coli tarafından yaklaşık iki yüz farklı polisakkarit üretilir. Konjuge ya da doğal kapsüler polisakkarit karışımları aşı olarak kullanılmaktadır. ⓘ
Mantarlar ve algler de dahil olmak üzere bakteriler ve diğer birçok mikrop, yüzeylere yapışmalarına yardımcı olmak ve kurumalarını önlemek için genellikle polisakkaritler salgılar. İnsanlar bu polisakkaritlerden bazılarını geliştirerek ksantan sakızı, dekstran, welan sakızı, gellan sakızı, diutan sakızı ve pullulan gibi faydalı ürünlere dönüştürmüştür. Pantoea agglomerans ZMR7 tarafından üretilen Levan tipi ekzopolisakkaritin, tedavi edilmemiş kanser hücrelerine kıyasla rabdomiyosarkom (RD) ve meme kanseri (MDA) hücrelerinin canlılığını azalttığı bildirilmiştir. Ayrıca, Leishmania tropica'nın promastigotuna karşı yüksek antiparazitik aktiviteye sahiptir. ⓘ
Bu polisakkaritlerin çoğu, suda çok düşük seviyelerde çözündüğünde yararlı visko-elastik özellikler sergiler. Bu, bazı gıdalar, losyonlar, temizleyiciler ve boyalar gibi günlük hayatta kullanılan çeşitli sıvıları sabitken viskoz hale getirir, ancak karıştırma veya çalkalama, dökme, silme veya fırçalama yoluyla hafif bir kesme uygulandığında çok daha serbest akışlı hale gelir. Bu özellik psödoplastisite veya kayma incelmesi olarak adlandırılır; bu tür maddelerin incelenmesine reoloji denir. ⓘ
ⓘWelan sakızının viskozitesi Kesme hızı (rpm) Viskozite (cP veya mPa⋅s) 0.3 23330 0.5 16000 1 11000 2 5500 4 3250 5 2900 10 1700 20 900 50 520 100 310
Tek başına polisakkaritin sulu çözeltileri karıştırıldığında ilginç bir davranış sergiler: karıştırma durduktan sonra, çözelti başlangıçta momentum nedeniyle dönmeye devam eder, ardından viskozite nedeniyle durma noktasına kadar yavaşlar ve durmadan önce kısa bir süre yön değiştirir. Bu geri tepme, daha önce çözelti içinde gerilmiş olan polisakkarit zincirlerinin elastik etkisiyle gevşemiş hallerine geri dönmelerinden kaynaklanmaktadır. ⓘ
Hücre yüzeyi polisakkaritleri bakteriyel ekoloji ve fizyolojide çeşitli roller oynar. Hücre duvarı ve çevre arasında bir bariyer görevi görürler, konakçı-patojen etkileşimlerine aracılık ederler. Polisakkaritler ayrıca Myxococcus xanthus gibi bakterilerde biyofilm oluşumunda ve karmaşık yaşam formlarının yapılandırılmasında önemli bir rol oynar. ⓘ
Bu polisakkaritler nükleotidle aktive edilen öncülerden (nükleotid şekerler olarak adlandırılır) sentezlenir ve çoğu durumda, tamamlanmış polimerin biyosentezi, montajı ve taşınması için gerekli tüm enzimler organizmanın genomu içinde özel kümeler halinde organize edilmiş genler tarafından kodlanır. Lipopolisakkarit, dış membran bütünlüğünde kilit bir yapısal rol oynamasının yanı sıra konakçı-patojen etkileşimlerinde önemli bir aracı olması nedeniyle en önemli hücre yüzeyi polisakkaritlerinden biridir. ⓘ
A-bandı (homopolimerik) ve B-bandı (heteropolimerik) O-antijenlerini yapan enzimler tanımlanmış ve metabolik yollar tanımlanmıştır. Ekzopolisakkarit aljinat, β-1,4 bağlı D-mannuronik asit ve L-guluronik asit kalıntılarının doğrusal bir kopolimeridir ve geç evre kistik fibroz hastalığının mukoid fenotipinden sorumludur. Pel ve psl lokusları, biyofilm oluşumu için önemli olduğu tespit edilen ekzopolisakkaritleri de kodlayan ve yakın zamanda keşfedilen iki gen kümesidir. Ramnolipid, üretimi transkripsiyonel düzeyde sıkı bir şekilde düzenlenen bir biyosürfaktandır, ancak hastalıkta oynadığı kesin rol şu anda iyi anlaşılmamıştır. Protein glikozilasyonu, özellikle pilin ve flagellin, yaklaşık 2007'den itibaren çeşitli gruplar tarafından araştırmaların odak noktası haline gelmiş ve bakteriyel enfeksiyon sırasında yapışma ve istila için önemli olduğu gösterilmiştir. ⓘ
Polisakkaritler için kimyasal tanımlama testleri
Periyodik asit-Schiff boyası (PAS)
Korunmamış vicinal diollere veya amino şekerlere (bazı hidroksil gruplarının aminlerle yer değiştirdiği) sahip polisakkaritler pozitif periyodik asit-Schiff boyası (PAS) verir. PAS ile boyanan polisakkaritlerin listesi uzundur. Epitel kökenli müsinler PAS ile boyansa da, bağ dokusu kökenli müsinlerde o kadar çok asidik sübstitüsyon vardır ki, PAS ile reaksiyona girecek yeterli glikol veya amino-alkol grupları kalmaz. ⓘ
Başlıca polisakkaritler
- Glikojen: Hayvan, mantar, bakteri ve arkelerde bulunan depo polisakkarittir. Karaciğerde ve kaslarda depolanır. Glikojenin glikoza dönüşümü, insanda hem hücre içinde hem de hücre dışında gerçekleşebilir.
- Selüloz: Bitkilerde bulunur. Hücre çeperinin yapısına katılır. Sindirimi zordur. İnsanlar ve hayvanlar sindiremez ama otçul hayvanlar bağırsaklarında bulunan bakteriler sayesinde selülozu sindirebilir.
- Kitin: Böceklerin dış iskeletlerini oluşturur.Mantar hücrelerinde de kitin bulunur.
- Nişasta: Bitkilerde depo edilir. Özellikle tahıllar ile patateste bol bulunur.
 | Organik kimya ile ilgili bu madde taslak seviyesindedir. Madde içeriğini genişleterek Vikipedi'ye katkı sağlayabilirsiniz. ⓘ |