I carboidrati

I Carboidrati

By Nicholas Cozzani

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Caratteristiche principali

Biomolecole costituite da soli tre elementi: carbonio, idrogeno e ossigeno Composti polifunzionali perchè contengono sia il gruppo carbonile (aldeidico o chetonico), sia il gruppo ossidrile Definiti anche poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni Principali funzioni: - Riserva energetica (amido e glicogeno) - Ruolo strutturale (cellulosa e chitina)

Divisione dei carboidrati

Oligosaccaridi

Monosaccaridi

Polisaccaridi

Glicoconiugati

Molecole semplici che rappresentano le unità costitutive dei carboidrati più complessi

Glicoproteine e Glicolipidi Porzione glicidica si unisce a proteine e lipidi

Polimeri formati da numerosi monosaccaridi

Associazione di pochi monosaccaridi

Monosaccaridi

Monosaccaridi

• Carboidrati semplici
• Formula molecolare: Cn H2n On (n compreso tra 3 e 6)
• Si distinguono in base al numero di atomi di carbonio presenti nella molecola
• Triosi: 3 atomi di Carbonio

• Tetrosi: 4 atomi di Carbonio
• Pentosi: 5 atomi di Carbonio
• Aldosi: gruppo funzionale aldeidico
• Chetosi: gruppo funzionale chetonico
• I monosaccaridi contengono tanti gruppi ossidrile, quanti gli atomi di Carbonio meno uno

Gliceraldeide

La gliceraldeide (C3H6O3) è l'aldoso più semplice e si presenta secondo due possibili isomeri: D-gliceraldeide e L-gliceraldeide Sono enantiomeri, ovvero l'uno l'immagine speculare dell'altro, ma non sovrapponibili (isomeri ottici in presenza di un centro stereogenico) Le lettere D e L che precedono il nome vengono atttribuite in base alla posizione del gruppo -OH sul secondo atomo di Carbonio (Assegnazione in base alle proiezioni di Fischer)

Proiezioni di Fischer

Nella formula di proiezione di Fischer:

• si pone in alto l'atomo di Carbonio più ossidato
• in verticale la catena di atomi di Carbonio
• Lettera D: ossidrile a destra della catena
• Lettera L: ossidrile a sinistra della catena

Differente disposizione dei sostituenti non influenza le proprietà chimiche e fisiche, ma le funzioni biologiche (Es. D-gliceraldeide viene usata dagli organismi viventi, mentre L-gliceraldeide è biologicamente inerte)

I vari monosaccaridi

Maggiore è il numero di atomi di Carbonio, maggiore è il numero di centri stereogenici e di conseguenza aumentano i possibili isomeri ottici Un monosaccaride appartiene alla serie D o L in base alla posizione del gruppo -OH legato al Carbonio stereogenico più lontano dal gruppo aldeidico o chetonico Solo i monosaccaridi della serie D sono biologicamente rilevanti

D-glucosio (C6H12O6)

• Zucchero più utilizzato dagli organismi viventi come fonte di energia

• composto di partenza per molecole più complesse

D-galattosio (C6H12O6)

D-fruttosio (C6H12O6)

D-ribosio (C5H10O5)

• Costituzione del RNA

Diidrossiacetone (C3H6O3)

• Chetoso più semplice

• non presenta centri stereogenici

Struttura ciclica e proiezione di Haworth

Monosaccaridi a 5 o 6 atomi di Carbonio formano strutture cicliche Reazione di addizione nucleofila fra il gruppo ossidrile e il gruppo aldeidico (formazione di un emiacetale ciclico) Nelle proiezioni di Haworth la tridimensionalità è messa in evidenza dal bordo spesso che unisce i due atomi di Carbonio più vicini all'osservatore Anello rappresentato su un piano inclinato Carbonio 6 posto fuori dalla catena ciclica

Anomeria

La chiusura dell'anello permette la formazione di due anomeri con diverse funzioni biochimiche α e βD-glucosio:

• α-D-glucosio (-OH sotto il piano dell'anello)
• β-D-glucosio (-OH sopra il piano dell'anello)

Disaccaridi

Legame O-glicosidico

Un disaccaride è l'unione di due monosaccaridi tenuti insieme da un legame O-glicosidico, in cui l'ossigeno funge da ponte tra i due anelli

Reazione di condensazione tra l'ossidrile anomerico di un monosaccaride con un ossidrile dell'altro (acetalizzazione) La reazione porta alla liberazione di una molecola di H2O e la formazione del legame O-glicosidico Un disaccaride è un acetale in cui -OH è sostituito da un gruppo -OR

Maltosio

Legame α1,4-glicosidico Unione di due molecole di α-D-glucosio nei Carboni C-1 e C-4

Saccarosio e Lattosio

Saccarosio

Lattosio

β-D-galattosio e β-D-glucosio 1,4-glicosidico

α-D-glucosio e β-D-fruttosio 1,2-glicosidico

Polisaccaridi

Polisaccaridi

• Unione di numerose molecole di monosaccaridi
• Omopolisaccaridi formati dalla ripetizione di un unico monosaccaride
• Eteropolisaccaridi formati da due o più tipi di monosaccaridi
• I polisaccaridi si differenziano anche in base alla presenza di ramificazioni
• Polisaccaridi a catena lineare
• Polisaccaridi a catena ramificata

Glicogeno, amido e cellulosa

Glicogeno

Amido

Cellulosa

Glicogeno

Il glicogeno, situato nel citoplasma delle cellule del fegato e dei muscoli, è un omopolimero di α-D-glucosio con una catena molto più ramificata dell'amilopectina Struttura di tipo globulare Svolge, negli organismi animali, una funzione di riserva energetica Le unità di α-D-glucosio sono legate da legami α1,4-glicosidici (in presenza di ramificazioni, ogni 10-12 unità: legami α1,6-glicosidici) In condizioni di abbondanza o carenza energetica il glicogeno viene sintetizzato o demolito, tramite dei processi regolati dagli ormoni pancreatici (insulina e glucagone)

Amido

L'amido è un omopolisaccaride costituito da unità di α-D-glucosio legate tramite legami α1,4-glicosidici (in presenza di ramificazioni, ogni 25-30 unità: α1,6-glicosidici)Diffuso nelle piante, è un importante polisaccaride di riserva e si trova principalmente nei cereali, nei legumi e nelle patateL'amido è costituito da:

• Amilosio, catena lineare con andamento elicoidale
• Amilopectina, catene ramificate

Cellulosa

La cellulosa è il principale costituente delle cellule vegetali E' un omopolisaccaride insolubile costituito da unità di β-D-glucosio, unite tra loro da legami β1,4-glicosidici Forma catene lineari prive di ramificazioni A differenza dell'amido e del glicogeno, la presenza del β-D-glucosio fa si che la catena assuma un andamento lineare, tramite l'associazione delle unità per mezzo di legami ad idrogeno: questo genera fibre molto resistenti alla trazione e in grado di sostenere la pianta Cellulosa indigeribile dall'organismo umano a causa dei suoi legami glicosidici non idrolizzabili

Chitina

Omopolisaccaride che costituisce l'esoscheletro di crostacei, insetti e la parete cellulare dei funghi La chitina è un omopolimero di N-acetil-β-D-glucosammina Unità legate tra loro da legami 1,4-glicosidici che formano catene prive di ramificazioni

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