Ünite 4: Besin Öğeleri II (İnorganik Besin Öğeleri)

İnorganik Besin Ögeleri

Besin olarak kullanılan inorganik maddeler “mineraller ve su” sindirilemezler. Enerji vermezler. Bunlar düzenleyici maddelerdir. Karbon elementine sahip olmayan tüm moleküller bu gruba girer.

Su

Oksijen ve Hidrojenden oluşan, sıvı halde bulunan, kokusuz, renksiz ve tatsız maddeye su denir. Tüm yaşayan dokuların %70–90’ı sudur. Su hayat için gerekli olan en önemli moleküldür.

Günde ortalama olarak 1.5–2.5 lt su almamız gerekir. Yaşa göre vücut ağırlığının %40–%75’i sudur. Yaşın ilerlemesiyle birlikte vücuttaki su oranı azalır. Bu su dışardan alındığı gibi, vücutta ara ürün olarak oluşur.

Suyun yapısında oksijen ve hidrojen molekülü bulunur. Hidrojen (+) oksijen (–) yüklüdür. Hidrojen ve oksijen arasındaki yük dağılımından oluşan çekim kuvveti hem su molekülünün kendi içinde hem de diğer su molekülleriyle kopmadan bulunmasını sağlar. Suyun bu özelliği içinde çözünen besinler ve tuzların da birbirinden ayrılmasını ve suda dağılmasını sağlar.

Su besinlerin sindirimi, emilim ve hücrelere taşınmasında, hücre, organ ve dokuların düzenli çalışmasında, zararlı maddelerin vücuttan atılmasına, vücut ısısının denetiminde ve daha sayılamayacak kadar çok işleve sahiptir. Su pek çok organizmanın vücudunda taşıyıcı ortam olarak görev yapar. Maddelerin vücutta bir bölgeden diğer bölgeye taşınması suyla sağlanır. Ayrıca, su besin maddelerini kan plazması olarak taşır.

• Su, metabolizma olaylarını hızlandırır. Enzimler ancak sulu bir ortamda çalışır.
• İdrardaki su boşaltıma, terleme olayı ile de dolaşıma yardımcıdır. Terleme olayında vücut ısısının fazlası dışarıya suyla atılır. Böylece vücut ısısı dengelenir.
• Su, bitkilerde ‘fotosentez’ ana elemanı olarak bu canlılar için de çok büyük önem taşır.
• Ayrıca su, absorbe ettiği fazla ısı ile Dünya’mızın çevresel ısısını düzenler. Böylece hem çevresel ısı çok yükselmez ve saklandığı için ısı kaybolmaz.

Suyun Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri

Suyun kimyasal formülü H ₂ O’dur. Bunun anlamı bir su molekülünün iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluştuğudur. Saf su, kokusuz, tatsız, renksizdir; fakat havadaki karbondioksit kalıntıları ile karbonik asit çözeltileri oluşturmaya başladığı andan itibaren tadı bozulur ve tehlikeli bir hal almaktadır.

Suyun rengine baktığımızda, kızılötesi ışın, elektromanyetik spektrum üzerinde kırmızı renkli ışık halini alır, absorbe edildiği için kırmızı rengin küçük bir kısmı görünürdür. Bu nedenle, göl ve deniz gibi büyük su kütleleri içindeki saf su, mavi olarak görünür. Bu mavi renk, temiz bir okyanus veya gölde bulutlu bir hava altında da kolaylıkla görünebilir, bu da mavi rengin gökyüzünün yansıması olmadığını gösterir.

Su, eriyebilen birçok madde için çok iyi bir çözücüdür. Bu tip maddeler hidrofilik maddeler olarak da bilinir, iyice karıştırılmak sureti ile su içinde erirler (örneğin; tuz). Su ile karışmayan maddeler ise (örneğin; yağ) hidrofobik maddeler olarak bilinirler.

Su kohezyon kuvvetine sahip bir maddedir, yani kendi molekülleri arasında çekim kuvveti sayesinde dağılmadan kalabilir. Su aynı zamanda adhezyon (farklı iki maddenin molekülleri arasındaki çekim kuvveti) kuvveti yüksek bir maddedir.

Su, molekülleri arasındaki güçlü kohezyon kuvveti nedeniyle oluşan yüksek yüzey gerilimine sahiptir.

Kılcal hareket, suyun çok dar (kılcal) bir boru/kanalda yerçekimi kuvvetine karşı hareketini ifade eder. Bu hareketin oluşma nedeni, su boru/kanalın yüzeyine yapışır ve daha sonra boru/kanala yapışan su, kohezyon kuvveti sayesinde üzerinden daha fazla suyun geçmesini sağlar.

Suyun basit fakat çevre açısından son derece önemli bir özelliği de suyun sıvı hali üzerinde batmadan yüzebilen, suyun katı hali olan buzdur. Bu katı faz, (sadece düşük sıcaklıklarda oluşabilen) hidrojen bağları arasındaki geometriden dolayı, sıvı haldeki su kadar yoğun değildir. Hemen hemen tüm diğer maddeler için, katı form sıvı formdan daha yoğundur.

Suyun üçlü noktası (saf haldeki sıvı su, buz ve su buharının dengede bulunduğu sıcaklık ve basınç kombinasyonu), kelvin sıcaklık ölçü biriminin tanımlanması için kullanılır.

Su içindeki tüm elektriksel özelliği sağlayan etkenler, suyun içinde çözülmüş olan karbondioksit ve mineral tuzların iyonlarıdır ancak bu sayede suyun iletkenliği artar.

Su yerkürede değişik hallerde bulunur:

• Su buharı (bulutlar),
• Su (denizler, göller),
• Buz (kar, dolu, buzullar) gibi.

Su sürekli olarak su döngüsü olarak bilinen döngü içinde değişik fiziksel hallere dönüşür.

Suyun içerdiği organik bileşikler, birçok çeşitlilikle insan bedeninin başlıca gıdasıdır. Her türlü metabolik olayların temel katalizörüdür. Suyun biyolojik işlevleri şöyle sıralanabilir:

• Makromoleküllerin yapı taşıdır. Hidrojen köprüleri ile su moleküllerine bağlanan protein, karbonhidrat, nükleik asit gibi kompleksleşme yeteneğine sahiptir.
• İyi bir substrattır.
• İyi bir ısı düzenleyicisidir. Isıyı düzenli bir şekilde ayarlar.

İnorganik bileşikler su, mineral, asit, baz, tuzlar gibi canlıların yapısında bulunan ancak canlı olmayan veya bir canlı tarafından üretilmemiş bileşiklerdir.

Doğadaki suların kaynağına bakılacak olursa;

• Yağmur ve kar suları (meteor suları),
• Yeraltı ve kaynak suları,
• Yeryüzü suları (nehir, göl, baraj, deniz suları) ve
• Maden (mineral) suları olarak dörde ayrılabilir.

Mineraller

İnsan ve hayvan organizmasında varlığı tespit edilebilen çok sayıda kimyasal elementten sadece 26’sının hayat için önemli olduğu kabul edilmekte ve her geçen gün bunlara yeni elementler ilave olmaktadır. Kalsiyum, sodyum, potasyum, fosfor, klor, magnezyum ve kükürt makroelementler olarak adlandırılır. Demir, iyot, bakır, çinko, kobalt, mangan, molibden ve selenyum ise mikroelementlerdir. İnsan vücudunun % 4 ile 6’sı minerallerden oluşmuştur. Gıdalarda 60’ dan fazla mineral bulunur.

• Besin değeri olmayan mineraller; alüminyum, bor, nikel, kalay, krom
• Toksik olan mineraller ise; civa, kurşun, arsenik, kadmiyum, antimon’dur.

Mineraller hücrede protein, karbonhidrat, yağ gibi, organik maddelere bağlı olarak bulundukları gibi hücrede tuz halinde de bulunabilirler.

• Sodyum ve klor bütün vücut sıvıları içinde iyon olarak bulunur. Ancak kan gibi hücre dışı sıvılar içindeki bu iyonların miktarı daha fazladır. Sodyum ve klor dokularda suyu tutarak vücudun su dengesini sağlar.
• Sodyumla birlikte vücut sıvılarında bulunan ve hücrelerin çalışmasını kontrol eden mineral potasyumdur. Vücutta hücre ara sıvısı ile hücre sıvısı arasında bir sodyum, potasyum oranı vardır. Sodyum gibi potasyumun da büyük bir kısmı, tüketilen besinlerden kolayca emilir. Fazlası böbreklerden atılır. İshal gibi, su kaybının fazla olduğu durumlarda potasyum kaybı da fazla olur.
• Vücutta en bol bulunan mineral kalsiyumdur. Kalsiyumun büyük bir kısmı fosforla birlikte kemiğin ve dişin yapısına katılır.
• Vücutta en bol bulunan minerallarden biri de fosfordur. Fosfor kalsiyumla birlikte kalsiyum fosfat şeklinde kemiklerin ve dişin yapısına katılır. Fosfor, nükleik asit, yağ, protein ve karbonhidrat gibi moleküllerin yapısına da katılır.
• Vücudun yapısına katılan minerallerden biri de demirdir. Vücudumuzdaki demirin yarıdan fazlası kana kırmızı rengini veren hemoglobinin içinde bulunur. Demir aynı zamanda kas proteinleri karaciğer, dalak ve kırmızı kemik iliğinde de bulunur. Vücuda yeteri kadar demir alınamaması ya da vücuttan atılan demir miktarının alınandan fazla olması durumunda demir yetersizliği başlar. Demir eksikliğinde, hemoglobin yapılamaz ve “kansızlık (anemi)” görülür.
• İyot, tiroid bezi hormonu olan tiroksinin yapısına katılır. Vücuda yeteri kadar iyot alınmazsa tiroid bezi iyi çalışamaz ve tiroksin hormonunu az salgılar
• Sülfatlar kaslarda bulunur ve proteinlerin yapısına katılır.
• Flüor dişlerin yapısına katılır. Flüorün azlığı dişlerin çürümesine, fazlalığı dişlerin sararmasına yol açar.
• Bakır bazı enzimlerin yapısına katılır.
• Mineraller kemiklerin ve dişlerin normal olarak gelişmesini sağlarlar. Bunlar için gerekli olan madensel maddeler, kalsiyum, fosfor, magnezyumdur.
• Ayrıca mineraller vücut ve hücre sıvısının osmotik basıncını düzenlerler. Bunlardan hücre içi sıvıda sodyum, klor, hücre dışı sıvıda potasyum, magnezyum, fosfor bulunur.
• Sinirsel uyarı iletiminde, kas kasılmasında, kanın pıhtılaşmasında rol alırlar.

Bütün mineral tuzların organizmadan atılmaları büyük oranda idrar ve dışkı ile gerçekleşir. Bazı elementler perifer doku veya organlarla da (saç, tırnak epidermiş döküntüsü gibi) dışarı atılabilirler.

Mineraller Tablosu

İskelet gelişimi, kasların yapısında bulunan lipid ve protein bileşenleri ile enzim sistemleri oluşumu, vücut sıvılarındaki ozmotik basıncı koruma ve tampon bileşenleri olarak minerallerin önemli görevleri vardır (S:74, Tablo 4.2)

Sodyum klorür (NaCl) mutfak tuzudur. Vücudun temel hücre dışı iyonlarıdır. Ozmotik basınç asit–baz dengesi ve vücut sıvısı miktarını ayarlarlar. Terleme ile sodyum ve klor dışarı atılır. Bu iyonların yetersizliğinde halsizlik, bulantı, kas krampları ve ödem (vücudun su toplayıp şişmesi) görülür. Vücutta sodyum su dengesinin korunmasında ve besinlerin hücre duvarından geçişinde görev alır.

Potasyum (K), sodyumun tersine hücre içi sıvısında bulunur. Ozmotik basınç, asit–baz dengesinin sağlanmasında görev alır. Aminoasitlerin proteine çevrilmesinde etkilidir. Hemen tüm besinlerde ve özellikle meyve ve sebzelerde bol miktarda bulunduğu için eksikliği pek görülmez.

Kalsiyum (Ca), kemik ve diş oluşumunu sağlar. Kanın pıhtılaşması, kalp kaslarının çalışması, enzimlerin görevlerini yapması, hücre membranından sıvı geçişinin kontrolünü ayarlar. En iyi kalsiyum kaynakları; süt, yoğurt, peynir, ayran, pekmez fındık fıstık yağlı tohumlar yeşil yapraklı sebzeler, kuru baklagiller, ve kurutulmuş meyveler yüksek oranda kalsiyum içerirler.

Fosfor (P), kalsiyum ile birlikte diş ve vücut sıvısında bulunur. Kemik oluşumunda, enzim faaliyetlerinde karbonhidrat ve yağ metabolizmasında, kan reaksiyonunun sabit kalmasında önemli görevleri vardır. Et ve et ürünleri, süt ve süt ürünleri ve ceviz fosforca zengin gıdalardır.

Magnezyum (Mg), kalsiyum ve fosforun vücuda alınmasında, vücut sıvısının düzenlenmesinde, sinir ve membranda elektriksel gerilimin sağlanmasında görevleri vardır. DNA ve RNA yapısında yer alır. Eksikliğinde sinirsel rahatsızlıklar ortaya çıkar. Tohum ve tahıllarda, süt ve ürünlerinde ve yaprak sebzelerde fazla bulunur.

Demir (Fe), yapısal önemi olan bir mineraldir. Hemoglobin ve miyoglobinin yapısında yer alır. Bitkisel gıdalarda demir fazla olsa bile biyolojik olarak elverişli değildir. Yumurta hariç hayvansal gıdalardaki demir vücut tarafından daha kolay alınır. Demir yetersizliğinde kansızlık oluşur.

Bakır (Cu), demir ile birlikte hemoglobinin oluşumunda oldukça önemlidir. Vücudun demirden yararlanmasını sağlar ve yetersizliğinde kansızlık görülür. Bakır eksikliği, vücut direncinin azalmasına, güçsüzlük, deride yara ve egzama gibi problemlere yol açar.

Çinko (Zn), bazı enzim ve hormonların yapısında bulunur. Karbonhidrat ve protein metabolizmasında ve nükleik asit sentezinde görev alır. Saç uzamasında da rolü vardır. En fazla midyede bulunur. Hububat, baklagiller, sert kabuklu meyveler çinko bakımından zengin gıdalardır. Yetersizliğinde gelişim bozuklukları, ciltte lezyonlar ve iştahsızlık görülür.

Asit–Baz–Tuzlar

Asitler

Su içersinde çözündüğünde H+(hidrojen) iyonu veren bütün bileşikler asit özelliğindedir. Asitler turnusol kağıdının rengini maviden kırmızıya dönüştürür. Ama kuvvetli olanlar tadılamaz. Yapılarında karbon içeren asitlerin çoğu organik asittir.

Genelde;

• Ekşi bir tada sahiptirler.
• İndikatörlerin rengini değiştirirler (Asitler turnusol kağıdını kırmızıya çevirir).
• Bazlarla reaksiyona girdiklerinde tuz ve su oluştururlar.

Bundan başka çok çeşitlilik gösteren başka özellikleri de bulunur. Bu spesifik özellikler, anyon içeriği ve ayrılmamış molekülerden dolayı olur. Çeşitli asitlerin molekülleri, çözeltiye farklı miktarda serbest hidrojen bırakma eğilimindedirler.

Asit Türleri

Asitler başlıca iki grupta toplanabilirler:

• İnorganik asitler, minerallerden ve metal olmayan maddelerden yapılan asitlere, inorganik asitler adı verilir. Yaygın inorganik asitler arasında, sülfürik asit (H ₂ SO ₄ ), nitrik asit (HNO ₃ ) ve fosforik asit (H ₃ PO ₄ ) yer alır. Laktik asit (CH ₃ –CHOHCOOH) organik aside; hidroklorik asit (HCI) ise inorganik aside örnek verilebilir.
• Organik asitler: Bitkiler ve hayvanlar, organik asitler adı verilen çeşitli asidik karbon bileşimleri üretir. Bunların çoğu zararsızdır; meyveler ve diğer yiyeceklere tat verir. Organik asitler yapıları karbon iskeletine dayalı asitlerdir. Formik, asetik, propiyonik, bütirik, fumarik, sorbik, sitrik ve malik asit gibi asitler ve bunların tuzları başlıca organik asitlerdir.

Özelliklerine bakıldığında;

• Sulu çözeltileri elektirik akımını iletir.
• pH cetvelinde 0–7 arasındadır.
• Mavi turnusol kağıdının rengini kırmızıya çevirirler. Metallerle tepkimeye girerek tuz ve H2 çıkartırlar.
• Suda çözündükleri zamanki iyonlaşma miktarlarına göre:
  • Kuvvetli (tamamen iyonlaşan) asitler (örneğin HCl) ve
  • Zayıf (tamamen iyonlaşamayan) asitler (örneğin asetik asit, CH ₃ COOH) olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Bazı asitler ve bulundukları yerler şöyle sıralanabilir:

• Formik Asit: Karıncada bulunan asittir.
• Asetik Asit: Sirkelerde bulunan asittir.
• Malik Asit: Elmada bulunur.
• Laktik Asit: Yoğurtta bulunan asittir.
• Sitrik Asit: Limonda bulunur.
• Tartarik Asit: Üzümde bulunur.
• Bütirik Asit: Tereyağında bulunur.
• Karbonik Asit: Gazozda bulunur.
• Oleik Asit: Zeytinyağında bulunur.
• Nitrik Asit: Kezzapta bulunur.
• Asetilsalisalik Asit: Aspirinde bulunur.

Günlük yaşamda asitlerin kullanım alanları şöyle sıralanabilir:

• Sirke, seyreltik bir asetik asit çözeltisidir.
• Araba akülerinde sülfürik asit kullanılır.
• Nitrik asit, boya ve gübre yapımında kullanılır.
• Temizlikte kullanılan tuz ruhu seyreltik hidroklorik asit çözeltisidir.
• Midemiz de seyreltik hidroklorik asit salgılayarak besinleri parçalar. Bu salgının fazlalaşması midede ülsere sebep olur.
• Bazı maddelerin yapısında hidrojen bulunmadığı halde, hidrojen iyonu (H+) oluşumuna sebep oldukları için sulu çözeltileri asit özelliği gösterir. CO ₂ ve SO ₂ suda asit özelliği gösteren maddelerdir.

Bazlar

Suda çözündüğü zaman hidroksil iyonu (OH–) veren bileşikler bazik özellik gösterir. Fakat amonyak (NH ₃ ) hidroksit iyonu bulundurmamasına rağmen bazik özellik gösterir. Çünkü sulu çözeltisinde OH– iyonları oluşumuna sebep olur.

NH ₃ + H ₂ O › NH ₄ ⁺ + OH ^–

Bazlar;

• Turnusol kağıdının rengini kırmızıdan maviye dönüştürür (asitlerin tersine).
• Yapılarında genellikle karbon, azot bulunduran bazlar organik bazlardır.
• Bazların tadları acıdır.

Metilamin (CH ₃ NH ₂ ) organik bazlara; sodyum hidroksit (NaOH), potasyum hidroksit (KOH) gibi bazlar ise inorganik bazlara örnek verilebilir.

Bazlar da, asitler gibi tehlikeli maddelerdir. Baz asidin karşıtıdır; fakat baz olmadan hiçbir asit tepkimesi gerçekleşemez. Bazların asitlerle tepkimeye girmesiyle tuzlar ve su oluşur. Bu bir nötrleşme tepkimesidir; çünkü tepkime ürünü olan tuz artık ne asit, ne de baz özelliği taşır, nötr bir bileşiktir. Asit, kimyasal tepkime sırasında, her zaman, bir proton vermeye elverişliyse, baz da bu protonun alıcısıdır.

Özelliklerine bakıldığında;

• Bazlar ele kayganlık hissi verir.
• Kuvvetli bazlar yakıcı ve tahriş edici özelliktedir.
• Bazlar acı tattadır. Fakat bazı çeşit bazlar zehirlidir. Bu yüzden tadına bakmamak gerekir.
• Bazlar da, asitler gibi turnusol kâğıdı ile ayırt edilebilir.
• Bazlar kırmızı turnusol kâğıdını maviye dönüştürür.
• Turnusol maddesi likenden elde edilir.
• Bazlar fenolftalein çözeltisi yardımıyla da ayırt edilebilir. Baz içine fenolftalein’in alkoldeki çözeltisi damlatıldığında, baz pembe renk alır. Fenolftalein asit içine konulduğunda asitin rengini değiştirmez.
• Bazlar da asitler gibi suda iyonlarına ayrıştıkları için elektrik akımını iletirler.
• NaOH ve KOH kuvvetli bazlardır. Kuvvetli bazlar metallere ve dokulara tahriş edici etki yapar. Amonyağın buharı göze, buruna ve solunum yoluna zarar verir.

Bazların kullanım alanları şöyle sıralanabilir:

• Sodyum hidroksit (NaOH) sabun yapımında kullanılır. Bu yüzden sabun ağıza ve göze değdiğinde acı verir.
• Diş macunu ve şampuanlarda da baz olduğu için acı tat verir.
• Amonyaklı sıvı maddeler, yağ ve kireç sökücü olarak ev temizleyicilerinde kullanılır.
• Yemek sodası olarak bilinen kabartma tozu, bir çeşit baz olan sodyum bikarbonat (NaHCO3) içerir.
• Kireç suyu bir çeşit bazdır.
• Potasyum hidroksit (KOH), arap sabunu yapımında kullanılır.
• Bazlar ve asitler tepkimeye girerek tuz ve su oluşturur. Baz + Asit › Tuz + Su

Asit–Baz Dengesi

Ortamın hidrojen iyon yoğunluğunun negatif (–) logaritması asitliğin hidroksil iyon yoğunluğunun (–) logaritması ise bazikliğin derecesini verir. H+ iyonu arttıkça ortam asidiktir ve pH 0 ile 7 arasında bir değer gösterir. OH– iyonu arttıkça ortam baziktir ve pH 7 ile 14 arasında bir değer gösterir. H+ iyonu ve OH– iyonları eşit miktarda ise ortam nötrdür ve pH’7 dir. pH değeri organizma için çok önemlidir. Biyokimyasal tepkimelerin gerçekleşebilmesi için pH’ın belirli bir düzeyde tutulması gerekir. pH’daki çok az bir değişiklik bile biyokimyasal tepkimeleri olumsuz etkiler. Bu nedenle pH değerinin sabit kalması gerekir. İnsan kanının pH’ı 7,4’e eşittir. İnsan kanının pH’ı 7’ye düşerse ya da 7,8’in üstüne çıkarsa ölüm olayı meydana gelir. Bazı bakteri ve mantarlar asidik ortamlarda yaşayabilir, fakat bazik ortamlarda yaşayamazlar (S:82, Şekil 4.11).

Tuzlar

Asitlerle bazlar karıştığında asitin H+ iyonu ile bazın OH– iyonu birleşir. Bu birleşim sırasında bir molekül su açığa çıkar ve tuz meydana gelir.

• HCI + NaOH › H2O+ NaCl yani;
• Hidroklorik asit + sodyum hidroksit (baz) › su + sodyum klorür (tuz).

Hücrenin içinde ve hücrelerin arasında çeşitli mineral tuzları vardır. Bunlar içinde en önemlileri;

• Sodyum,
• Potasyum,
• Magnezyum ve
• Kalsiyum tuzlarıdır.