Kemotaksonomi – Karşilaştirmali Fitokimya Ve Biyokimya

**Prof. Dr. Sinsi** · 10-10-2012

Biyojenez ve Metabolizmaları
Uzun zincirli ve tek karbon sayılı hidrokarbonlar ile çift karbon sayılı karboksilik asit homologlarının biyojenezleri 14C etiketlemesi ile incelenmiştir

Alkanlar ile gene kütikülde yer alan uzun zincirli yağ asitleri ve alkollerin sentezlerinin bağımsız olduğu görülmüştür

Alkanlar bazı bakterilerce terminal – uç oksidasyonu ile karbon sayısı aynı olan butanoik asit gibi OH kökü de içeren hidroksi veya alkanoik dikarboksilik asitlere, bazı mayalarca da hidroksi asitlere dönüştürülebilmektedir

Yüksek bitkilerde de tek karbon sayılı iki organik asit molekülünün birleşmesi ve oksidasyonu ile tek karbon sayılı balmumu oluştuğu lahanada belirlenmiştir

Ökaliptusda ise tek karbon sayılı olan ve çift, doymamış C bağı içeren eten – etilen gibi olefinlerin hidroksillenmesi – alkolleşmesi üzerinden veya b-keto asitlerin yani hidrojenin kolayca yer değiştiremediği, C zincirinde keton grubuna bitişik olan a - C’unun yanında yer alan 2

, b-karbonun de karboksillenmesi ile balmumu oluşumu görülür

Moleküler ağ

ı yüksek ve doymuş veya doymamış alifatik asitler, alkoller ve esterleri karışımı olan balmumunun erime derecesi 60 derecenin üzerinde olup, yarısert ve geçirgen olmayan bir madde olarak koruyuculuk özelliği ile bitkiler için önemlidir

Taksonomileri
Bitkilerin çoğunda tek karbon sayılı ve çoğunluğu 29 - 31 karbonlu olan n-alkanlar bulunur

Brassica oleracea, Eucalyptus, Aloe, Hypericum türleri, Medicago arabica,Trifolium pratense,Vicia fabia gibi birçok otsular yanında elma gibi birçok meyva ağacı türlerinde alkanlar bulunur

kemotaksonomik incelemeler ise Podocarpaceae cinsleri ve Liliaceae’den Aloe türleri ve Solanaceae’den tütün türleri gibi örneklerde genellikle anlamlı korelasyonlara ulaşamamıştır

Fakat az sayıdaki bazı çalışmalarda aynı bir cinsin türlerinde karbon sayısı farklı n-alkanların dominantlık gösterdiği belirlenebilmiştir

Alkanların İzolasyonu ve Karakterizasyonu
İnce tabaka kromatografisi (TLC) ile alkanlar lipid bileşiklerinden, alkenlerden ve aromatiklerden ayırılabilmektedir

Trinitrobenzenle olefinlerin türevlendirilmesi ile uçucu hale getirilerek gaz kromatografisinde (GC) seçici olarak alıkonmalarımaları sağlanabilmektedir

Moleküler elek kolonları ile alkanların iyi şekilde ayırılmaları sağlanabilmekte ise de dallanmış izomerlerinden kurtarılmalarında sorunla karşılaşıldığından ayırımlarında Sterik boşaltım – Steric exclusion – Jel Geçirgenlik - Gel Permeation HPLC tekniği kullanılmaktadır

Homolog alkanların ayırım ve analizi için sıcaklık programlı gaz-sıvı kromatografisi (GLC) uygun bir tekniktir

Apolar kolonlarla molekül ağırlığı - karbon sayısı - kaynama noktası farkına göre dizilenen alkanların polaritesi yüksek kolonlarda ise kaynama noktaları yakın düz veya dallı zincirli komponentleri ayırılabilmektedir

Alıkonma indisi yazılımı ve paralel polar-apolar kolon çiftleri ile iz miktarların nitel analizi de dahil ayrıntılı sonuçlar alınabilmektedir

GC ve HPLC yağ asitlerinin de ayırılması ve analizinde kullanılan tekniklerdir

İzomerlerin ayırılmasında ise afinite kromatografisi kolonları kullanılarak HPLC teknikleri ile yapılır

Kontrollu Piroliz - kuru damıtma sonrası duman ve buharların GLC veya IRS ile nitel analiz sonucunda fingerprint , parmakizi alınabilir, yani tam komponent analizi yapılabilir

Halkalı alkanlar ise dehidrojene edildikten sonra GLC ile analizlenebilir

İz miktarlarının analizi için GC-MS (GK - Kütle spektrometresi) uygundur

Gaz kromatografisi ile ayırılmış komponentlerin kütle spektrometresi ile nitel ve nicel analizi en uygun tekniktir

Bu şekilde iz miktarlardaki izomerlerin dahi ayırılıp Kütle spektrum kütüphanesi yazılımları ile nitel ve standartlara karşı nicel analizi mümkün olmaktadır

MS/MS sistemleri ile ise doğal alkanlardaki C13/ C12 doğal izotoplarının oranını ölçerek alkanlar ve lipidlerin sentez aşamaları hakkında bilgi edinilebildiği gibi besin zincirindeki kaynaklar konusunda da fikir sahibi olunabilmektedir

Nitel analizlerin iz miktarlarda dahi yapılması için uygun ve pratik bir teknik ise infrared spektrometrisidir

Mikro hücreler ve ışın toplayıcılar , spektral kütüphane yazılımları ile kolayca sonuca gidilebilir

SİKLİK VE DALLANMIŞ ZİNCİRLİ ALKANLAR
Örneğin tütünde 2- ve 3- metil- alkanların bulunduğu ve 2- izomerlerinin tek, 3- izomerlerinin ise çift karbon sayılı alkanlardan daha yüksek oranlarda olduğu belirlenmiştir

Birçok cins ve türlerinin de balmumu ekstraktlarında dimetil alkanlar bulunmuştur

Ticari kullanımı olan yağlı tohumların yağlarında da 1-sikloheksil alkanlar, yani (C2H)5 CH halkası içeren alkanlar görülmüştür

Dallanmış zincirli alkanlar güllerde, şeker kamışlarında, Humulus, Populus, Ruta, Hypericum, Aloes türlerinde bulunmuş ve biyojenezlerinin dallanmayı başlatan açil CoA türevlerinin varlığına bağlı olduğu, asetil CoA’nın rekabetinin ise ketvurucu olduğu belirlenmiştir

Aynı mekanizmanın yağ asitlerinin dallanmasında da geçerli olduğu anlaşılmıştır

Kapalı formülleri n – alkanlarla aynı olmakla birlikte dallanma yapan, yan zincir içeren ve yan zincir sayısına göre de, tek yan zincirli olan izo - veya çift yan zincirli neo - izomerleri gibi C sayısının artışına paralel olarak artan sayıda izomerleri olan bileşiklerdir

Tüm bu izomerler ancak IUPAC sistemine göre adlandırılabilir

C’un 4 bağından birindeki H atomunun uzaklaşıp, bağın açık hale gelmesi ile oluşan gruba alkil adının verilmesine dayanan adlandırmaya göre alkanlardan metan örnek olarak ele alınırsa, metanın alkili olan metil ve ona bağlanan radikale göre de metil – alkol, 2 - metil propilen gibi adlarla tanımlanan bileşikler sıralanır

Burada çift bağ taşıyan en uzun zincir esas alınarak grupların alkile bağlandığı C’un en küçük rakamla gösterileceği C sıra numaralandırmasına göre isimlerle tanımlanan alken izomerleri kemotaksonomik açıdan belli bir öneme sahiptirler

Bu gruptan etilen yüksek bitkilerde ihtiyarlama hormonu olarak çok önemli bir fizyolojik yere sahip ve dolayısı ile çok geniş taksonomik dağılımı olan bir madde olarak kemotaksonomik açıdan önemsizdir

Basit olefinler genellikle küçük oranlarda olmak üzere Rye polenlerinde, Aloe petallerinin balmumlarında, Rosa türleri ve şeker kamışında bulunmuştur

Genellikle tek karbon sayılı olan bu olefinlerin alkanların desaturasyonu veya karşılık olan sekonder alkollerin, bazı ara ürünlerin dehidrasyonu ürünü oldukları belirlenmiştir

Petaller gibi hızlı gelişen organlarda olefinlerin alkanların sentez öncüsü olabildiği de gösterilmiştir

ALKİNLER

İki karbon arasında çift bağ içeren olefinler gibi doymamış hidrokarbonlardan olan ve üç ortaklanmamış elektron çifti içeren üçlü bağla bağlanmış en az bir C çifti içeren, C n H 2n-2 genel formülü ile gösterilen alkinlerin en basit üyesi C2H2 asetilen - etin gazı olup, canlılardaki asetilenlerin tümü düz C zincirli büyükçe moleküllerdir

Asetilleme biyokimyada çok önemli bir yeri olan bir açilleme tepkimesi olup, biyokimyada tiyaminin etki mekanizması incelenirken organik kimyadan önce gösterilmiştir

Açiller R – CO – R’ formülü ile gösterilir

Doymamış olan her karbonun ikişer bağının diğer bir atomla, örneğin H ile ortaklaşılabilecek bir elektron içermesi nedeniyle kimyasal katılma reaksiyonuna eğilimlidirler

ASETİLENLER, YAĞ ASİT EPOKSİTLERİ ve BİYOJENEZLERİ
Asetilenler üzerindeki fitokimyasal araştırmalar henüz biyokimyasal sistematik için yeterli değerlendirme parametrelerini sağlayamadığından ancak kemotaksonomik karakterler olarak kullanılabilmektedirler

Kemotaksonomik dağılımları aşağıdaki gibidir:
Asetilenler yukarıda belirtildiği üzere bitkilerde iki temel dönüşümün, tiyofen oluşumu ve epoksidasyonun sorumlusudurlar

Epoksidasyon , C atomlarına R - O – R şeklinde kararlı tek bağlarla bağlı oksijen atomunun sağladığı halkalanma olayıdır

Epoksi grubu iki C arasında bir oksijen köprüsü içeren, kimyasal ve sterik kararlılığı çok yüksek bir gruptur

Çift bağların moleküler epoksid eşdeğerine dönüşmesi doğal asetilen oluşumunun önemli ara basamağıdır

Olefinler - alken oksitleri, epoksidler halkalı eterlerdir, epoksi grubunun oksijeni halkayı kapatır

Bazı pigmentler ve doğal ürünlerin temel taşı olan C4H4S halkasal yapısındaki tiyofenin oluşumu yaygın olarak Compositae’de görülür ve taksonomik olarak değerlendirilebilir

Birkaç aşamalı olarak yürüyen bu tepkime zincirinde seçicilikleri oldukça yüksek enzimler rol oynadığından farklı bitki gruplarında aynı öncü maddeden farklı tiyofen izomerleri sentezlenir

Sonuçta farklı taksada aynı öncülerden, yani tiyofenlerden farklı epoksid izomerleri meydana gelir

Bu nedenle de epoksidasyon tepkimesinin varlığı kemotaksonomik bir karakter olarak ele alınabilir

Fizyolojik ve biyokimyasal açıdan önemli bitkisel maddelerden olan, uzun R - CO2H yan zincirli C2 - (NH) 2 – S halkalı biyotin ko – enzimi de asetilenlerden tiyo grubu içeren bir aromatik bileşik olan tiyofenin veya etilenin tiyometil türevinin bir indirgenme ürünüdür ve yağ asitlerinin sentezinde önemli rol oynar

Compositae’de yağ asidi epoksidlerinin sık görülmesi yanında örneğin Cruciferae, Euphorbiaceae, Leguminosae, Malvaceae ve Umbelliferae’de de görülürler

Asetilenler Compositae için karakteristik olmalarına ek olarak Umbelliferae ve Leguminosae’de sık görülür
Malvaceae’de ise asetilen oluşumu ile doğrudan ilgili olan siklopropen asitleri vardır

Sonuç olarak birbirinden bağımsız gibi görünen asetilen oluşumu ile epoksidasyon arasında bir paralellik söz konusudur

10-10-2012	#10
Prof. Dr. Sinsi	Kemotaksonomi – Karşilaştirmali Fitokimya Ve Biyokimya Biyojenez ve Metabolizmaları Uzun zincirli ve tek karbon sayılı hidrokarbonlar ile çift karbon sayılı karboksilik asit homologlarının biyojenezleri 14C etiketlemesi ile incelenmiştir Alkanlar ile gene kütikülde yer alan uzun zincirli yağ asitleri ve alkollerin sentezlerinin bağımsız olduğu görülmüştür Alkanlar bazı bakterilerce terminal – uç oksidasyonu ile karbon sayısı aynı olan butanoik asit gibi OH kökü de içeren hidroksi veya alkanoik dikarboksilik asitlere, bazı mayalarca da hidroksi asitlere dönüştürülebilmektedir Yüksek bitkilerde de tek karbon sayılı iki organik asit molekülünün birleşmesi ve oksidasyonu ile tek karbon sayılı balmumu oluştuğu lahanada belirlenmiştir Ökaliptusda ise tek karbon sayılı olan ve çift, doymamış C bağı içeren eten – etilen gibi olefinlerin hidroksillenmesi – alkolleşmesi üzerinden veya b-keto asitlerin yani hidrojenin kolayca yer değiştiremediği, C zincirinde keton grubuna bitişik olan a - C’unun yanında yer alan 2, b-karbonun de karboksillenmesi ile balmumu oluşumu görülür Moleküler ağ ı yüksek ve doymuş veya doymamış alifatik asitler, alkoller ve esterleri karışımı olan balmumunun erime derecesi 60 derecenin üzerinde olup, yarısert ve geçirgen olmayan bir madde olarak koruyuculuk özelliği ile bitkiler için önemlidir Taksonomileri Bitkilerin çoğunda tek karbon sayılı ve çoğunluğu 29 - 31 karbonlu olan n-alkanlar bulunur Brassica oleracea, Eucalyptus, Aloe, Hypericum türleri, Medicago arabica,Trifolium pratense,Vicia fabia gibi birçok otsular yanında elma gibi birçok meyva ağacı türlerinde alkanlar bulunur kemotaksonomik incelemeler ise Podocarpaceae cinsleri ve Liliaceae’den Aloe türleri ve Solanaceae’den tütün türleri gibi örneklerde genellikle anlamlı korelasyonlara ulaşamamıştır Fakat az sayıdaki bazı çalışmalarda aynı bir cinsin türlerinde karbon sayısı farklı n-alkanların dominantlık gösterdiği belirlenebilmiştir Alkanların İzolasyonu ve Karakterizasyonu İnce tabaka kromatografisi (TLC) ile alkanlar lipid bileşiklerinden, alkenlerden ve aromatiklerden ayırılabilmektedir Trinitrobenzenle olefinlerin türevlendirilmesi ile uçucu hale getirilerek gaz kromatografisinde (GC) seçici olarak alıkonmalarımaları sağlanabilmektedir Moleküler elek kolonları ile alkanların iyi şekilde ayırılmaları sağlanabilmekte ise de dallanmış izomerlerinden kurtarılmalarında sorunla karşılaşıldığından ayırımlarında Sterik boşaltım – Steric exclusion – Jel Geçirgenlik - Gel Permeation HPLC tekniği kullanılmaktadır Homolog alkanların ayırım ve analizi için sıcaklık programlı gaz-sıvı kromatografisi (GLC) uygun bir tekniktir Apolar kolonlarla molekül ağırlığı - karbon sayısı - kaynama noktası farkına göre dizilenen alkanların polaritesi yüksek kolonlarda ise kaynama noktaları yakın düz veya dallı zincirli komponentleri ayırılabilmektedir Alıkonma indisi yazılımı ve paralel polar-apolar kolon çiftleri ile iz miktarların nitel analizi de dahil ayrıntılı sonuçlar alınabilmektedir GC ve HPLC yağ asitlerinin de ayırılması ve analizinde kullanılan tekniklerdir İzomerlerin ayırılmasında ise afinite kromatografisi kolonları kullanılarak HPLC teknikleri ile yapılır Kontrollu Piroliz - kuru damıtma sonrası duman ve buharların GLC veya IRS ile nitel analiz sonucunda fingerprint , parmakizi alınabilir, yani tam komponent analizi yapılabilir Halkalı alkanlar ise dehidrojene edildikten sonra GLC ile analizlenebilir İz miktarlarının analizi için GC-MS (GK - Kütle spektrometresi) uygundur Gaz kromatografisi ile ayırılmış komponentlerin kütle spektrometresi ile nitel ve nicel analizi en uygun tekniktir Bu şekilde iz miktarlardaki izomerlerin dahi ayırılıp Kütle spektrum kütüphanesi yazılımları ile nitel ve standartlara karşı nicel analizi mümkün olmaktadır MS/MS sistemleri ile ise doğal alkanlardaki C13/ C12 doğal izotoplarının oranını ölçerek alkanlar ve lipidlerin sentez aşamaları hakkında bilgi edinilebildiği gibi besin zincirindeki kaynaklar konusunda da fikir sahibi olunabilmektedir Nitel analizlerin iz miktarlarda dahi yapılması için uygun ve pratik bir teknik ise infrared spektrometrisidir Mikro hücreler ve ışın toplayıcılar , spektral kütüphane yazılımları ile kolayca sonuca gidilebilir SİKLİK VE DALLANMIŞ ZİNCİRLİ ALKANLAR Örneğin tütünde 2- ve 3- metil- alkanların bulunduğu ve 2- izomerlerinin tek, 3- izomerlerinin ise çift karbon sayılı alkanlardan daha yüksek oranlarda olduğu belirlenmiştir Birçok cins ve türlerinin de balmumu ekstraktlarında dimetil alkanlar bulunmuştur Ticari kullanımı olan yağlı tohumların yağlarında da 1-sikloheksil alkanlar, yani (C2H)5 CH halkası içeren alkanlar görülmüştür Dallanmış zincirli alkanlar güllerde, şeker kamışlarında, Humulus, Populus, Ruta, Hypericum, Aloes türlerinde bulunmuş ve biyojenezlerinin dallanmayı başlatan açil CoA türevlerinin varlığına bağlı olduğu, asetil CoA’nın rekabetinin ise ketvurucu olduğu belirlenmiştir Aynı mekanizmanın yağ asitlerinin dallanmasında da geçerli olduğu anlaşılmıştır Kapalı formülleri n – alkanlarla aynı olmakla birlikte dallanma yapan, yan zincir içeren ve yan zincir sayısına göre de, tek yan zincirli olan izo - veya çift yan zincirli neo - izomerleri gibi C sayısının artışına paralel olarak artan sayıda izomerleri olan bileşiklerdir Tüm bu izomerler ancak IUPAC sistemine göre adlandırılabilir C’un 4 bağından birindeki H atomunun uzaklaşıp, bağın açık hale gelmesi ile oluşan gruba alkil adının verilmesine dayanan adlandırmaya göre alkanlardan metan örnek olarak ele alınırsa, metanın alkili olan metil ve ona bağlanan radikale göre de metil – alkol, 2 - metil propilen gibi adlarla tanımlanan bileşikler sıralanır Burada çift bağ taşıyan en uzun zincir esas alınarak grupların alkile bağlandığı C’un en küçük rakamla gösterileceği C sıra numaralandırmasına göre isimlerle tanımlanan alken izomerleri kemotaksonomik açıdan belli bir öneme sahiptirler Bu gruptan etilen yüksek bitkilerde ihtiyarlama hormonu olarak çok önemli bir fizyolojik yere sahip ve dolayısı ile çok geniş taksonomik dağılımı olan bir madde olarak kemotaksonomik açıdan önemsizdir Basit olefinler genellikle küçük oranlarda olmak üzere Rye polenlerinde, Aloe petallerinin balmumlarında, Rosa türleri ve şeker kamışında bulunmuştur Genellikle tek karbon sayılı olan bu olefinlerin alkanların desaturasyonu veya karşılık olan sekonder alkollerin, bazı ara ürünlerin dehidrasyonu ürünü oldukları belirlenmiştir Petaller gibi hızlı gelişen organlarda olefinlerin alkanların sentez öncüsü olabildiği de gösterilmiştir ALKİNLER İki karbon arasında çift bağ içeren olefinler gibi doymamış hidrokarbonlardan olan ve üç ortaklanmamış elektron çifti içeren üçlü bağla bağlanmış en az bir C çifti içeren, C n H 2n-2 genel formülü ile gösterilen alkinlerin en basit üyesi C2H2 asetilen - etin gazı olup, canlılardaki asetilenlerin tümü düz C zincirli büyükçe moleküllerdir Asetilleme biyokimyada çok önemli bir yeri olan bir açilleme tepkimesi olup, biyokimyada tiyaminin etki mekanizması incelenirken organik kimyadan önce gösterilmiştir Açiller R – CO – R’ formülü ile gösterilir Doymamış olan her karbonun ikişer bağının diğer bir atomla, örneğin H ile ortaklaşılabilecek bir elektron içermesi nedeniyle kimyasal katılma reaksiyonuna eğilimlidirler ASETİLENLER, YAĞ ASİT EPOKSİTLERİ ve BİYOJENEZLERİ Asetilenler üzerindeki fitokimyasal araştırmalar henüz biyokimyasal sistematik için yeterli değerlendirme parametrelerini sağlayamadığından ancak kemotaksonomik karakterler olarak kullanılabilmektedirler Kemotaksonomik dağılımları aşağıdaki gibidir: Asetilenler yukarıda belirtildiği üzere bitkilerde iki temel dönüşümün, tiyofen oluşumu ve epoksidasyonun sorumlusudurlar Epoksidasyon , C atomlarına R - O – R şeklinde kararlı tek bağlarla bağlı oksijen atomunun sağladığı halkalanma olayıdır Epoksi grubu iki C arasında bir oksijen köprüsü içeren, kimyasal ve sterik kararlılığı çok yüksek bir gruptur Çift bağların moleküler epoksid eşdeğerine dönüşmesi doğal asetilen oluşumunun önemli ara basamağıdır Olefinler - alken oksitleri, epoksidler halkalı eterlerdir, epoksi grubunun oksijeni halkayı kapatır Bazı pigmentler ve doğal ürünlerin temel taşı olan C4H4S halkasal yapısındaki tiyofenin oluşumu yaygın olarak Compositae’de görülür ve taksonomik olarak değerlendirilebilir Birkaç aşamalı olarak yürüyen bu tepkime zincirinde seçicilikleri oldukça yüksek enzimler rol oynadığından farklı bitki gruplarında aynı öncü maddeden farklı tiyofen izomerleri sentezlenir Sonuçta farklı taksada aynı öncülerden, yani tiyofenlerden farklı epoksid izomerleri meydana gelir Bu nedenle de epoksidasyon tepkimesinin varlığı kemotaksonomik bir karakter olarak ele alınabilir Fizyolojik ve biyokimyasal açıdan önemli bitkisel maddelerden olan, uzun R - CO2H yan zincirli C2 - (NH) 2 – S halkalı biyotin ko – enzimi de asetilenlerden tiyo grubu içeren bir aromatik bileşik olan tiyofenin veya etilenin tiyometil türevinin bir indirgenme ürünüdür ve yağ asitlerinin sentezinde önemli rol oynar Compositae’de yağ asidi epoksidlerinin sık görülmesi yanında örneğin Cruciferae, Euphorbiaceae, Leguminosae, Malvaceae ve Umbelliferae’de de görülürler Asetilenler Compositae için karakteristik olmalarına ek olarak Umbelliferae ve Leguminosae’de sık görülür Malvaceae’de ise asetilen oluşumu ile doğrudan ilgili olan siklopropen asitleri vardır Sonuç olarak birbirinden bağımsız gibi görünen asetilen oluşumu ile epoksidasyon arasında bir paralellik söz konusudur