Karbon hayatın iskeleti: Revizyonlar arasındaki fark

29. satır:

==== '''Stereokimyasal Çeşitlilik ve Anomerik Yapı''' ====

Monosakkaritlerin biyolojik işlevselliğinin temelinde, karmaşık üç boyutlu yapıları ve stereoizomerizmi yatar. Dihidroksiaseton dışında, tüm monosakkaritler bir veya daha fazla asimetrik karbon atomu (kiral merkez) içerir. Bir moleküldeki asimetrik merkez sayısı ‘n’ ise, o molekülün 2n sayıda stereoizomeri bulunabilir.6 Bu durum, aynı kimyasal formüle sahip ancak atomlarının uzaydaki düzenlenişi farklı olan çok sayıda molekülün varlığına imkân tanır. Örneğin, aldoheksoz olan glukoz, galaktoz ve mannoz,

Monosakkaritlerin biyolojik işlevselliğinin temelinde, karmaşık üç boyutlu yapıları ve stereoizomerizmi yatar. Dihidroksiaseton dışında, tüm monosakkaritler bir veya daha fazla asimetrik karbon atomu (kiral merkez) içerir. Bir moleküldeki asimetrik merkez sayısı ‘n’ ise, o molekülün 2n sayıda stereoizomeri bulunabilir.6 Bu durum, aynı kimyasal formüle sahip ancak atomlarının uzaydaki düzenlenişi farklı olan çok sayıda molekülün varlığına imkân tanır. Örneğin, aldoheksoz olan glukoz, galaktoz ve mannoz, C6H12O6 kapalı formülüne sahip izomerlerdir ancak sadece tek bir kiral merkez etrafındaki hidroksil grubunun (-OH) yönelimi bakımından farklılık gösterirler (epimerler).6

~~C6H12O6 kapalı formülüne sahip izomerlerdir ancak sadece tek bir kiral merkez etrafındaki hidroksil grubunun (-OH) yönelimi bakımından farklılık gösterirler (epimerler).6~~

Beş veya daha fazla karbon içeren monosakkaritler, sulu çözeltilerde genellikle doğrusal zincir formunda değil, daha kararlı olan halkasal yapılar halinde bulunurlar. Bu halkasal yapı, molekül içindeki bir hidroksil grubunun, karbonil grubunun karbonuna nükleofilik olarak saldırmasıyla bir '''hemiasetal''' (aldozlarda) veya '''hemiketal''' (ketozlarda) halkasının meydana gelmesiyle kurulur.9 Bu halka oluşumu sırasında, önceden düzlemsel olan karbonil karbonu, yeni bir kiral merkez haline gelir. Bu yeni kiral merkeze '''anomerik karbon''' adı verilir.10

Beş veya daha fazla karbon içeren monosakkaritler, sulu çözeltilerde genellikle doğrusal zincir formunda değil, daha kararlı olan halkasal yapılar halinde bulunurlar. Bu halkasal yapı, molekül içindeki bir hidroksil grubunun, karbonil grubunun karbonuna nükleofilik olarak saldırmasıyla bir '''hemiasetal''' (aldozlarda) veya '''hemiketal''' (ketozlarda) halkasının meydana gelmesiyle kurulur.9 Bu halka oluşumu sırasında, önceden düzlemsel olan karbonil karbonu, yeni bir kiral merkez haline gelir. Bu yeni kiral merkeze

'''anomerik karbon''' adı verilir.10

Anomerik karbonun oluşumu, iki yeni stereoizomerin ortaya çıkmasıyla sonuçlanır. Bu izomerlere '''anomer''' denir ve '''α (alfa)''' ve '''β (beta)''' olarak adlandırılırlar. Bu ayrım, anomerik karbondaki yeni hidroksil grubunun (-OH) halka düzlemine göre pozisyonuna dayanır. Haworth projeksiyonunda, eğer anomerik -OH grubu, C5 karbonuna bağlı olan −CH2OH grubunun bulunduğu tarafın zıt yönünde ise bu anomer '''α-anomer''' olarak tanımlanır. Eğer anomerik -OH grubu ile −CH2OH grubu aynı yönde ise bu anomer '''β-anomer''' olarak adlandırılır.10 Sulu çözeltide, α ve β anomerleri, doğrusal form üzerinden birbirine dönüşerek bir denge hali oluşturur. Ancak β-glukoz anomeri, anomerik karbondaki -OH grubu da dahil olmak üzere tüm hacimli gruplarının ekvatoral pozisyonda yer alması nedeniyle sterik olarak daha az engellenir ve bu nedenle α-anomerden daha kararlıdır ve denge anında daha yüksek oranda bulunur.10

132. satır:

128. satır:

* '''Yapısal Bileşenler:''' Nişasta granüllerinin temelini iki glukoz polimeri oluşturur:

*# '''Amiloz:''' Genellikle nişastanın %15-30’unu oluşturan amiloz, α-glukoz monomerlerinin '''α-1,4 glikozidik bağları''' ile birbirine bağlanmasıyla oluşan, büyük ölçüde doğrusal bir zincirdir. Bu α-bağlantı geometrisi, zincirin sarmal (helikal) bir yapı kazanmasına neden olur.8~~ ~~

*# '''Amiloz:''' Genellikle nişastanın %15-30’unu oluşturan amiloz, α-glukoz monomerlerinin '''α-1,4 glikozidik bağları''' ile birbirine bağlanmasıyla oluşan, büyük ölçüde doğrusal bir zincirdir. Bu α-bağlantı geometrisi, zincirin sarmal (helikal) bir yapı kazanmasına neden olur.8

*# '''Amilopektin:''' Nişastanın %70-85’ini oluşturan amilopektin, amiloz gibi α-1,4 bağları ile bağlı glukoz zincirlerinden meydana gelir ancak yaklaşık her 24-30 glukoz biriminde bir, bir zincirin C6 karbonuna başka bir zincirin C1 karbonunun '''α-1,6 glikozidik bağı''' ile bağlanmasıyla dallanmış bir yapı sergiler.23 Bu dallanma, molekülün çok daha büyük ve karmaşık bir yapıya ulaşmasını sağlar.

*# '''Amilopektin:''' Nişastanın %70-85’ini oluşturan amilopektin, amiloz gibi α-1,4 bağları ile bağlı glukoz zincirlerinden meydana gelir ancak yaklaşık her 24-30 glukoz biriminde bir, bir zincirin C6 karbonuna başka bir zincirin C1 karbonunun '''α-1,6 glikozidik bağı''' ile bağlanmasıyla dallanmış bir yapı sergiler.23 Bu dallanma, molekülün çok daha büyük ve karmaşık bir yapıya ulaşmasını sağlar.~~ ~~

* '''Granül Mimarisi:''' Nişasta granülünün yapısı, pasif bir depodan ziyade, kontrollü enerji salınımı için tertip edilmiş sofistike bir sistemdir. Amilopektin moleküllerinin dallanmış yapısı, kısa zincir segmentlerinin birbirine paralel olarak dizilip çift sarmallar oluşturmasına imkân tanır. Bu düzenli çift sarmal bölgeler, granülün '''yarı-kristal lamellerini''' oluşturur. Amiloz molekülleri ve amilopektinin dallanma noktalarının bulunduğu daha düzensiz bölgeler ise '''amorf lamelleri''' oluşturur. Bu kristal ve amorf lamellerin birbiri ardına katmanlar halinde dizilmesi, nişasta granülünün karakteristik soğan zarı benzeri büyüme halkalarını meydana getirir.19 Bu mimari, suyun nüfuzunu, jelatinleşme sıcaklığını ve enzimatik sindirilebilirliği belirleyen kritik bir faktördür. Sindirim enzimleri öncelikle daha erişilebilir olan amorf bölgelere etki eder. Bu düzenlenme, bitkinin metabolik ihtiyaçlarına göre enerjiye erişimi düzenleyen, moleküler düzeyde bir zaman ayarlı salınım mekanizması olarak görülebilir.

159. satır:

154. satır:

* '''Doğrusal Yapının Kökeni:''' Nişasta ve glikojenden farklı olarak selüloz, α-glukoz yerine '''β-glukoz''' monomerlerinden inşa edilmiştir. Bu monomerler, '''β-1,4 glikozidik bağları''' ile birbirine bağlanır.11 β-bağlantısının stereokimyası, her bir glukoz biriminin bir öncekine göre 180 derece dönmüş bir pozisyonda zincire eklenmesiyle sonuçlanır. Bu düzenleme, α-bağların neden olduğu sarmal bükülmeyi ortadan kaldırır ve polimerin tamamen düz, şerit benzeri, dallanmamış bir zincir olarak uzanmasını sağlar.40

* '''Mikrofibril Oluşumu ve Mekanik Dayanıklılık:''' Bu düz ve doğrusal selüloz zincirleri, birbirlerine paralel olarak sıkı bir şekilde istiflenir. Bu paralel düzenlenme, bir zincir üzerindeki hidroksil gruplarının, komşu zincirler üzerindeki oksijen atomlarıyla çok sayıda '''hidrojen bağı''' kurmasına olanak tanır.38 Bireysel olarak zayıf bir etkileşim olan hidrojen bağları, binlerce zincir boyunca kolektif olarak kurulduğunda muazzam bir birleşik güç ortaya çıkarır. Bu güçlü etkileşimler, selüloz zincirlerini bir arada tutarak kristal yapılı, son derece sağlam ve suda çözünmeyen

* '''Mikrofibril Oluşumu ve Mekanik Dayanıklılık:''' Bu düz ve doğrusal selüloz zincirleri, birbirlerine paralel olarak sıkı bir şekilde istiflenir. Bu paralel düzenlenme, bir zincir üzerindeki hidroksil gruplarının, komşu zincirler üzerindeki oksijen atomlarıyla çok sayıda '''hidrojen bağı''' kurmasına olanak tanır.38 Bireysel olarak zayıf bir etkileşim olan hidrojen bağları, binlerce zincir boyunca kolektif olarak kurulduğunda muazzam bir birleşik güç ortaya çıkarır. Bu güçlü etkileşimler, selüloz zincirlerini bir arada tutarak kristal yapılı, son derece sağlam ve suda çözünmeyen '''mikrofibrilleri''' oluşturur.38 Bu mikrofibriller, bitki hücre duvarlarına çeliğe rakip bir gerilme mukavemeti (tensile strength) kazandıran temel yapısal elemanlardır.40 Bu yapı, aynı zamanda insan sindirim enzimleri tarafından kırılamaz, bu nedenle diyet lifi olarak işlev görür.11

'''mikrofibrilleri''' oluşturur.38 Bu mikrofibriller, bitki hücre duvarlarına çeliğe rakip bir gerilme mukavemeti (tensile strength) kazandıran temel yapısal elemanlardır.40 Bu yapı, aynı zamanda insan sindirim enzimleri tarafından kırılamaz, bu nedenle diyet lifi olarak işlev görür.11

* '''Güncel Bulgular:''' Selülozun biyosentezi, plazma zarında yerleşik bulunan ve '''selüloz sentaz kompleksleri (CSC)''' adı verilen büyük protein kompleksleri ile gerçekleştirilir. Bu kompleksler, elektron mikroskobunda “rozet” benzeri altıgen yapılar olarak gözlemlenir.44 Her bir kompleksin, çok sayıda selüloz sentaz (CESA) protein alt biriminden oluştuğu ve aynı anda birden fazla glukan zincirini sentezleyerek hücre dışı alana saldığı düşünülmektedir. Bu zincirler, zardan çıkar çıkmaz bir araya gelerek mikrofibrilleri oluşturur.43 Son yıllarda yapılan moleküler dinamik simülasyonları, bu sürecin dinamiklerini atomik düzeyde modellemeye başlamıştır. Bu simülasyonlar, selüloz zincirinin enzim içindeki kanaldan nasıl geçtiğini (translokasyon), bu süreçteki enerji değişimlerini ve hangi amino asit kalıntılarının zincirle etkileşime girerek bu hareketi sağladığı konusunu aydınlatmaktadır.48