Karbonhidratlar molekül yapılarında, alkol grubu ile birlikte karbonil grubu (aldehit ya keton) bulunan biyokimyasallardır. Diğer bir değişle, karbonhidratlar, polihidroksi alkoller, aldehit veya keton yapısı içeren, karbon, hidrojen, oksijen taşıyan, ısıtıldığında karbon artığı bırakan doğal polimerlerdir. Karbonhidratlar, canlıların beslenmesinde başlıca enerji kaynağı olup, hücre zarının önemli bir bileşeni olarak, pek çok canlının yapısal elemanı olarak da önemli rol oynarlar. Monosakkaritler, disakkaritler, trisakkaritler ve polisakkaritler şeklinde gruplanır.
Monosakkaritler, oligosakkaritlerin ve polisakkaritlerin alt ünitelerini oluştururlar. Yapılarında karbonil grubu olarak, aldehit grubu içerenleri aldoz, keton grubu içerenleri ketoz ve moleküllerindeki toplam karbon sayılarına göre de trioz, tetroz, pentoz, heksoz 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.
Glukoz, altı karbonlu heksoz ve aldehit grubu da taşıdığı için aldoz yapısında olan, Fruktoz ise altı karbonlu heksoz ve keton grubu taşıdığı içinde ketoz yapısında olan monosakkaritlerdir (Şekil 1). D-Glukoz ve D-Fruktoz’un yapısına bakacak olursak;
D-Glukoz D- Fruktoz
Şekil 1. D-Glukoz ve D-Fruktoz kimyasal formülü
Monosakkaritlerde aldoz ve ketozların karbonil grupları, değişik indirgenlerle indirgenir, alditoller olarak adlandırılan yapılar oluşur. Örneğin, D-glikozun indirgenmesi sonucu D-glusitol (sorbitol) oluşur (Şekil 2). Sorbitol ticari amaçla, tatlandırıcı şeker olarak kullanılır.
D-glukoz (halkalı) D-glukoz (halkalı değil) D-glusitol (sorbitol)
Şekil 2. D-Glukozun D-sorbitole redüksiyonu
Artmış glukoz konsantrasyonu ve yeterli NADPH varlığında, aldoz redüktaz fazla miktarda sorbitol sentezlenmesine neden olur (Şekil 3).
Şekil 3. D-Glukozun D-sorbitole organizmada dönüşümü.
Sorbitol glukoz gibi membranları kolayca geçemez ve hücre içinde hapsolur. Sorbitol dehidrojenazın yok olduğu veya az olduğu retina, böbrek ve sinir hücrelerinde bu artış çoktur. Sonuçta, sorbitol bu hücrelerde birikir; su çekerek hücre şişmesine neden olur. (Diyabette görülen bazı patolojik değişiklikler örneğin, nöropati, nefropati, katarakt oluşumu vb.)
Monosakkaridin hidroksil grubu hidrojen ile yer değiştirmesiyle, deoksi şekerler oluşur. Deoksi şekere en iyi örnek , DNA (Deoksiribonikleik asit)dir (Şekil 4). DNA yapısında şeker olarak deoksiribofuranoz bulunur. C2’de hidroksil grubu hidrojen ile yer değiştirmiştir.
Şekil 4. β,D- deoksiribofuranoz (DNA şekeri)
Disakkkarit olan Çay şekeri olarak bilinen Sakkaroz, monomerlerden aldoz yapıda olan D-glikoz ve ketoz yapıda olan D-fruktoz biriminden oluşur. β-D-glikopiranozun anomerik karbonu ile β -D-fruktofuranozun 2.konumundaki hidroksil grubu arasında glikozit bağı ile sakkaroz oluşur (Şekil 5).
Şekil 5. Sakkaroz (çay şekeri)
Polisakkarit olan Laktoz, insan ve inek sütünün ana bileşenidir (%4-8). Laktoz, monomer olan D-glikoz ve bu monomerin epimeri olan D-galaktoz biriminden oluşur (Şekil 6). β-D-galaktopiranozun anomerik karbonu ile α -D-glikopiranozun 4.konumundaki hidroksil grubu arasında glikozit bağı ile laktoz oluşur. Laktoz, b-galaktoz ile a-glikozun glikozit bağıyla birleşmesinden oluşan bir disakkarittir. Laktoz b-galaktosidaz ile ince barsakta glukoz ve galaktoza çevrilir. Bağırsakta glikozun C-4 epimeri olan galaktozu glikoza çeviren bir enzim mevcuttur. Bu enzim yoksa laktoz intoleransı başlar.
Şekil 6. Laktoz
Galaktosemia hastalığı ile doğan bebeklerde galaktozu glukoza izomerleştiren enzim eksiktir ve sütü sindiremezler. Yeni doğan bebeklerin diyetinde süt yer almaz ise, galaktoz birikiminin neden olduğu hastalık belirtileri de ortadan kalkar.
Glukoz kana karıştıktan sonra, pankreasın Langerhans adacıklarındaki b-hücrelerinden insülin salgılanmaya başlar. İnsülinin amacı, glikozu glikojen halinde depolamaktır. Diğer yandan, kas hücreleri de glikojen depolar. Vücudun acil glikoz ihtiyacında, glukagon hormonu glikojeni glukoza dönüştürür. Örneğin; spor yapıldığında, glikojenden glukoz açığa çıkar ve kanda glukoz seviyesi artar. İnsülin hormonu glukozu glikojen şeklinde karaciğer ve kaslarda depolanması söz konusu ise, glikojenin glukoz şeklinde yıkımı da glukagon hormonu tarafından yapılmaktadır. Glukagonun yanı sıra, glikojenden glikoz yıkımı sırasında epinefrin hormonunun da etkisi vardır. Ayrıca, aminoasitler glukagonu atağa geçirir.
Kandaki glukoz seviyesindeki artışa Hiperglisemi, azalışa ise Hipoglisemi denir. Hipoglisemi tedavi edilmediği sürece, felç ve inme şeklinde kötü patolojik durumlar ile sonlanabilir. Hiperglisemi Diabetus Mellitus (Diyabet) şeklinde tanımlanır. Diabet, insülinin kısmen veya tamamen eksik olmasına bağlı gelişen, açlık kan glikozunun yükselmesiyle karakterize semptomlardan oluşan metabolik bir rahatsızlıktır. Diabetikler insüline bağımlı (Tip I) ve insülinden bağımsız diabetus mellitus (Tip II) 2 gruba ayrılır. Tip I’de pankreasın b-hücreleri hasarlanmıştır ve insülin tamamen eksiktir. Bu hasarın oluşmasında viral enfeksiyon gibi çevresel faktörlerin yanında, otoimmun antikorların etkisi vardır. Aniden poliüri (sık idrara çıkma), polidipsi (artmış susuzluk) ve polifaji (artmış iştah) ile tanınabilir. Bu belirtilere yorgunluk, stres kaybı ve güçsüzlük ve sıklıkla ketoasidoz eşlik eder. Tip I’in tedavisinde derialtı insülin uygulanır. Tip II’de ise b-hücreler fonksiyon görmektedir ve insülin kullanımına gerek yoktur. Burada metabolik değişiklik b-hücresi fonksiyon bozukluğu ve insüline direnç olmak üzere iki faktörün ortaya çıkmasıyla meydana gelmektedir. Tip II’de tedavisinde amaç, kan glukoz konsantrasyonlarını normal limitler içinde tutmak ve diabetten ileri gelebilecek komplikasyonların gelişmesini önlemektir. Bazı durumlarda sülfonilüre grubu ilaçlar (hipoglisemik ajan) veya insülin tedavisi gerekebilir. Tip II diyabet tedavisinde ; Sülfonilüreler (1. ve 2.jenerasyon), Biguanidinler, Enzim İnhibitörleri (Aldozredüktaz enzim inhibitörleri, a-glukozidaz enzim inhibitörleri) olarak grupladığımız Oral Antidiyabetikler ile tedavi sağlanmaya çalışılır.
Karbonhidrat olarak bir monomer olan Glukozun hayati önemi için; beslenme, hareket, stress faktörlerine dikkat edilmeli. Anaokulundan başlayan eğitim-öğretim hayatında dengeli beslenme, yürüyüş, sağlık için hareket ilkelerine dikkat edecek ilkelerin benimsenmesine özen gösterilmelidir.