Şeker Molekülleri

“Şeker” dendiği zaman çoğu insanın aklına ilk gelen, çayına attığı veya tatlıların içinde yer alan şekerdir. Oysa günlük yaşantımızda kullandığımız şeker, doğada çok çeşitli şekillerde bulunan ve oldukça geniş bir alanda kullanılan şeker moleküllerinin bir türevidir. Şeker molekülleri de kimya dilinde karbonhidratlar olarak adlandırılan geniş ailenin üyelerinden biridir. Burada şeker molekülü adı altında incelediğimiz moleküllerin tümü aslında “karbonhidratlar” grubuna dahildir.

Karbonhidratlar, canlı organizması için son derece önemlidir. Canlıların en önemli enerji kaynaklarından biri olan glikoz ve glikojen, bitkilerde fotosentez sonucunda oluşan nişasta, bitkilerin en önemli hücre duvarı olan selüloz birer karbonhidrat, yani şeker molekülüdür. Benzersiz özelliklere sahip hücre zarları da karbonhidrat moleküllerinin biraraya gelmeleri sonucunda oluşmuştur.

Karbonhidratlar; karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından meydana gelirler. Hidrojen ve oksijen suyun yapısında bulunduğu oranda karbonhidratların yapısında da bulunmaktadır.

Glikoz 

Glikoz, tüm canlıların temel besin kaynağı olması nedeniyle son derece önemli bir moleküldür. Altı karbon, oniki hidrojen ve altı oksijen atomuna sahip olan bu molekül sahip olduğu hidrojen atomlarının altı tanesini kullanarak dış yapısını bir altıgen şekline getirir. Bu altıgen yapı tıpkı bir dişlinin dişleri gibidir ve glikozun en önemli moleküler özellikleri de bu altıgen şeklinin bir sonucudur. Sahip olduğu altı oksijen atomu da glikoza başka önemli moleküler özellikler verir. Glikoz, oksijen atomları sayesinde suda kolaylıkla çözünebilir. Bunun da nedeni oksijen atomları sayesinde bu molekülün su molekülleri ile güçlü hidrojen bağları kurabilmeleridir. Suda çözünebilen bu molekül dolayısıyla hemen her sıvıda erir.

Glikozun bu özelliği bizim için son derece önemlidir. Çünkü glikoz, hücrelerin en önemli besinidir ve hücrelere ulaşmak için kan yolu ile taşınması dolayısıyla sıvı içinde erimesi gerekmektedir. Glikozu, kendi molekül yapısına çok benzeyen “hekzan” ile karşılaştırabiliriz. Hekzan, pek çok yönden özellikle bir yakıt olarak glikoza oldukça benzer. Fakat hekzan, oksijen atomu taşımaz ve bu nedenle yandığında birçok yeni ve güçlü karbon-oksijen bağları meydana getirir. Bu durum hekzanın suda çözünmesini engellemektedir. İşte bu nedenle hekzan, kan tarafından hücrelere taşınamaz. Normal şartlarda glikoz, hekzandan daha az verimlidir, ama sıvı içinde taşınabilirliği nedeni ile insanlar için hayati öneme sahiptir.

Glikoz molekülleri bir kez çözelti içine girdiklerinde bunların enerjisi metabolizma için hemen kullanılabilir. İşte bu nedenle glikoz canlı hücreleri için esas yakıttır. Daha büyük moleküller, örneğin daha karmaşık şekerler ve nişastalar sindirildiğinde kolaylıkla yakılabilmesi ve hücrelere iletilebilmesi için glikoz molekülleri şeklinde küçültülürler. Bu şekilde glikoz girdiği metabolizmaya bağlı olarak, kan şekeri, üzüm şekeri, nişasta şekeri gibi çeşitli isimler alır. Olgun meyvalarda, çiçeklerin nektarlarında, yaprakların öz suyunda ve vücudu dolaşan kanda bulunan temel madde, canlılık için özel olarak yaratılmış olan glikozdur. 

Yediğimiz gıdaların %70’i ile karbonhidrat alırız. Karbonhidratların sindirimi ağızda başlar. Tükürük sıvısında karbonhidratları parçalayan enzimler bulunmaktadır. Kısmen parçalanan bu moleküllerin sindirimi ise ince bağırsakta son bulur. Bu parçalanma sonucunda ortaya çıkan glikoz molekülleri kan basıncının yükselmesine sebep olur. Fakat kan basıncı, glikoz moleküllerine müdahale eden enzimler vasıtası ile dengede durur. 

Vücuttaki glikoz fazla olsa bile israf edilmez. Glikoz moleküllerinin fazlası, bir enzim vasıtasıyla “glikojen” adı verilen bir başka şekle dönüştürülüp depo edilir. Glikozun glikojene çevrilmesinde rol oynayan enzimin adı “glikokinaz” enzimidir. Bu enzim karaciğer tarafından üretilir ve bu üretim, pankreastan salgılanan “insülin” adı verilen bir hormonun kontrolü altındadır. Üretilen glikojen ise, vücutta besin ihtiyacı başgösterdiğinde devreye girer ve kullanıma hazır hale geçer. 

Glikoz insan bedeninde kanda %60 oranında yani 110 mg/dl, dokularda ise 0.1 mg/dl kadar bulunmak zorundadır. Eğer söz konusu sistemde bir aksama olursa ve beynin en önemli yakıt maddesi olan glikoz beyne yeterli miktarda ulaşmazsa, bu durum oldukça ciddi sorunlara sebep olur. Eğer beyne giden glikoz miktarı 0.04 mg/dl’nin altına düşerse, beyin hücreleri aşırı duyarlı hale geçer ve sinir impulsları göndererek vücuttaki kasların sürekli olarak kasılmalarına neden olur. Bunun sonucunda ise kısa sürede ölüm meydana gelir. 

Glikozu Oluşturan Atomlar Bazen Farklı Şekillerde Bağlanırlar 

Glikoz, farklı bağlanma şekilleri ile farklı şeker molekülleri haline gelebilir. Bunlardan bir tanesi fruktozdur. Fruktoz genellikle meyve şekeri olarak adlandırılır. Çünkü meyve ve sebzelerde yaygın olarak bulunmakta, meyveye şekerli tadını bu molekül vermektedir. Ayrıca fruktoz, balın içindeki temel şeker maddesidir. Çünkü arıların balözü topladıkları çiçeklerin salgıladığı nektarlar birer fruktoz kaynağıdırlar. Bu molekülün başka önemli özellikleri de vardır. Fruktoz aynı zamanda spermin hareketi için de enerji sağlayan şekerdir. Spermin uzun ve mucizevi yolcuğundaki temel yakıt maddesidir. 

Glikoz ile fruktoz moleküllerinin biraraya gelmeleri sonucunda da bir başka şeker molekülü olan sukroz oluşur. Sukroz, günlük kullandığımız toz şekerdir. Özellikle şeker kamışı ve şeker pancarında bulunmaktadır. Sukroz aynı zamanda bitkilerde bol bulunan nişasta ve selülozun da yapısal elementini oluşturmaktadır. Çünkü bu önemli yapısal element, fotosentez işleminin önemli bir parçasıdır. Sukroz, fotosentez işleminde bir ara bileşik olarak yapraklarda ortaya çıkmakta ve bitkilerde bulunan iletim sistemi ile bitkinin diğer bölümlerine iletilmektedir. Sukroz, kendi moleküler özellikleri nedeni ile bitki içinde gidebileceği en son yere kadar herhangi bir yapısal değişikliğe uğramadan iletilir. Böylelikle bitki içindeki besin istenilen her yere kolaylıkla ulaştırılmış olur. 

Keratin

Doğada bulunan 20 çeşit amino asit birbirlerine “peptid bağı” adı verilen özel bir bağ ile bağlanır ve meydana getirdikleri bu bağ ile “polipeptid” zinciri oluştururlar. Kuşkusuz bu bağlanma cansız doğada, rastlantılarla değil, ancak hücrelerin içinde, bu işle görevli özel enzim ve organellerin müdahalesiyle olur. Keratin de uzun bir amino asit zinciri, yani proteindir. Keratini oluşturan polipeptid zinciri bir sülfür köprüsü ile birbirlerine bağlanır. Sülfür köprüleri, sülfür atomları içeren amino asitler arasında bulunmaktadır. Bu bağlar küçük iplikçikler şeklinde birleşirler. Daha sonra bu iplikçikler gitgide büyür ve birarada istiflenerek bir hücre meydana getirirler. 

Anlattığımız tüm teknik açıklamalar aslında tek bir “saç” hücresini tanımlamak içindir. Tek bir saç teli bu hücrelerin yığılmasından meydana gelir. Yani saçlarınız, birbirine sülfür köprüleri ile bağlanmış keratin moleküllerinden başka bir şey değildir. Saçınızdaki herhangi bir değişiklik sırasında aradaki bu sülfür bağları kırılır. Örneğin saçın çeşitli işlemler ile dalgalandırılması, bu gözle görülmeyen molekül bağlarının değişikliğe uğramasından ibarettir.

Saçlarınız esnektir. Bunun da nedeni keratini meydana getiren hidrojen bağlarıdır. Esnek hidrojen bağlarının sağladığı bu özellik nedeni ile saçlar hareket eder ve kolay kolay kopmaz. Bir de bunun tersini düşünelim. Eğer keratin molekülü farklı bir kimyasal bağ ile bağlansaydı, kitlevi ve son derece sert bir saç kütlesine sahip olurduk. Şekil alan, rahat hareket edebilen saçlarımız yerine belki de kafamızda bir tahta kadar sert bir ağırlık taşıyor olacaktık. Ancak hidrojen bağları sayesinde hiçbir zaman böyle bir durum söz konusu olmaz. 

Saç moleküllerini biraraya getiren bağların başka önemli özellikleri de vardır. Saçların esnemesi sırasında, molekülleri birarada tutan sülfür köprüleri herhangi bir zarar görmez. Bu nedenle her ne şekil alırsa alsın ve ne kadar esnerse esnesin saçlar rahatlıkla eski haline dönebilir. 

Saç renginin açılması genellikle saça rengini veren bileşiklerin bozulmasıyla gerçekleştirilir. Bu genellikle moleküllerin oksitlenmesini sağlayan hidrojen peroksit gibi seyreltilmiş çözeltiler sayesinde mümkün olur. Hidrojen peroksit ile saç rengi açıldığında daha fazla miktarda sülfür köprüsü meydana gelir. Saçın böyle bir açılma sonrasında daha kırılgan olmasının ve esnekliğini yitirmesinin nedeni budur.

Saçın parlaklığı da, saçın ışığı yansıtabilme yeteneğidir. Bazı saç ilaçları ve şampuanlar, keratin moleküllerindeki hidrojen iyonlarını çıkararak bunların elektrik yük dağılımlarını değiştirirler. Bunun sonucunda keratin molekülleri ve mikrofibril tutamları daha sıkı yapışırlar ve ışığı daha iyi yansıtma özelliği kazanırlar. Söz konusu malzemeler kullanıldıktan sonra saçın daha fazla parlamasının nedeni moleküllerde meydana gelen bu küçük değişikliktir. Saç kremi kullanımı ardından saçların daha rahat açılması da moleküler seviyede meydana gelen çeşitli değişikliklerin sonucudur. Saç kremlerinde iyonik maddeler bulunur ve bunlar keratin liflerine bağlanarak onları elektrik yüklerini etkilerler. Bu durum, birbirlerine yaklaşıyor gibi görünen saç tellerinin arasındaki itici gücü arttırır. Saç telleri birbirlerinden uzaklaştıklarından birbirlerine dolaşıp kırılmaları zorlaşır. 

Keratin molekülü, bedenimizde de günlük hayatta kullandığımız eşyalarda da çok çeşitli şekillerde bulunmaktadır. Deri, neredeyse saf keratin molekülünden oluşmuştur. Yün, ipek, balık pulu, tüyler ve tüy sapları da keratinden meydana gelir. Pençeler ve tırnaklar da keratinden oluşurlar. Fakat bunlar daha fazla sülfür köprüsü ile çaprazlama bağlıdırlar. Bu çaprazlama bağ, keratinin daha fazla işlenmiş olduğunu gösterir. Bu durumda meydana gelen molekül daha kuvvetlenir ve sertleşir. Tırnak ve pençelerin sert olmasının nedeni budur. İpek de keratin moleküllerinden oluşur. Pek çok böcek ve örümcek tarafından salgılanan katılaşmış bir sıvı olan ipeği oluşturan keratin molekülleri diğer maddelerdekinin aksine bir sarmal biçiminde değillerdir. Bunun yerine birbirlerinin üzerine yığılarak bağlanmış sert amino asit levhaları oluştururlar. İpeğin yüzeyine dokunduğumuzda bu düz yapıyı hissedebiliriz. İpek yünden daha az esner çünkü onu oluşturan polipeptid zincirleri neredeyse tamamen uzamıştır. Yine de esnektir çünkü levhalar birbirleri ile hidrojen bağları ile bağlanmışlardır. Yine gevşek hidrojen bağları nedeni ile levhalar serbestçe birbirlerinin üzerinden kayabilirler. 

Selüloz

Yaşamın temel moleküllerinden bir tanesinin glikoz olduğunu belirtmiştik. Kanda taşınan hücre yakıtından çiçeklerin ürettikleri nektarlara kadar birçok şey glikoz moleküllerinin biraraya gelmesinin bir sonucudur. Glikozun en önemli eserlerinden biri ise dünya yüzeyinin oldukça geniş bir bölümünü kaplayan selülozdur. Selüloz, ağaç dokusunun %50’sini, pamuğun ise %90’ını oluşturmaktadır. Bu molekül, vücuda temel bir besin olarak giren ve sindirimi sonucunda büyüme, hareket ve düşünce için enerji olarak kullanılan nişasta ile oldukça benzerlik gösterir. Bu aşamada kısaca nişastayı incelemek yerinde olacaktır. 

Nişasta da, mucize molekül glikoza benzer bir molekül yapısına sahiptir. Buğday ürünleri ve patates içinde büyük miktarda bulunan bu molekül gelişen bitki embriyosunun besin deposudur. İşte bu nedenle tohumlarda oldukça fazla miktarda bulunmaktadır.

Nişasta, metabolizma için bir yakıttır. Selüloz ise bitkilere özel bir yapı malzemesidir. İkisini birbirinden ayıran tek fark ise molekül bağları arasındaki farklılıktır. Selüloz molekülü nişasta ile aynıdır. Ancak selüloz molekülleri arasında hidrojen bağları ile desteklenen uzun, düz ve kurdele benzeri zincirler oluşur. Bu düz kurdeleler birarada paketlenir ve aradaki bağlar söz konusu yapıyı sert, katı bir kitle şeklinde sabitler. Birbiriyle aynı olmasına rağmen, birbirinden tamamen farklı özellik gösteren nişasta ile selüloz molekülünü birbirinden ayıran fark işte bu bağlardaki kıvrımdır. 

Selülozun özellikleri bu kadarla da kalmaz. Selüloz, sert ve suda çözünemeyen bir maddedir. Özellikle bitkilerin koruyucu duvarlarında bulunmakta, ağaç dallarında, ağaç gövdelerinde ve ağacın bütün odunsu dokularında yer almaktadır. Selüloz, bitki hücre duvarının ana yapı malzemesidir. Bazı bitkiler, özellikle suda yaşayanlar kolayca zarar görebilecekleri bir ortam içindedirler. Bu bitkiler bazen tuzlu suda, bazen de karların erimesi veya göl sularının kabarması gibi tuzluluk derecesinin düştüğü ortamlarda bulunmak zorundadırlar. Kendilerini bu sert ortamlardan koruyabilmek için son derece sağlam bir hücre duvarına ihtiyaç duyarlar. İşte bu nedenle bütün bitki hücrelerinde sıkıca paketlenmiş selüloz grupları bulunur. 

Selüloz, nişasta gibi bir şeker molekülü yani bir polisakkarit olmasına rağmen insanlar tarafından sindirilemez. Çünkü selülozda bulunan glikoz üniteleri birbirlerine glikozidik bağ ile bağlanmışlardır. Memelilerin sindirim kanalında ise söz konusu bağı parçalayabilecek bir enzim bulunmamaktadır. Bu nedenle selüloz bizler için bir besin kaynağı değildir. Ancak geviş getiren hayvanlar tarafından sindirilebilmektedir. Çünkü bu hayvanların sindirim kanallarında selüloz enzimini salgılayan birtakım mikroorganizmalar bulunmaktadır. Bunlar vücuda giren selülozu, enzimleri sayesinde kolaylıkla parçalayabilmekte ve bunu hayvan için besin ve enerji şekline dönüştürmektedir. 

Termitler de selülozu besin olarak kullanırlar. Çünkü sindirim kanallarında bulunan trichonympha adındaki bir mikroorganizma selülozu parçalayacak bir enzim salgılamaktadır. Termitlerin genellikle odunsu yapıları tercih etmeleri ve ağaçları delerek besin olarak kullanmalarının nedeni budur. 

Alıntıdır.