I Carboidrati

I CARBOIDRATI

By Francesco De Luca

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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; Principali funzioni: - Riserva energetica (amido e glicogeno) - Ruolo strutturale (cellulosa e chitina)

Divisione dei carboidrati

Oligosaccaridi

Polisaccaridi

Monosaccaridi

Polimeri formati da numerosi monosaccaridi

Associazione di pochi monosaccaridi

Molecole semplici che rappresentano le unità costitutive dei carboidrati più complessi

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

D-glucosio (C6H12O6)

• Zucchero più utilizzato dagli organismi viventi come fonte di energia;
• composto di partenza per molecole più complesse.

D-galattosio (C6H12O6)

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.

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 β D-glucosio:

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

GLI OLIGOSACCARIDI

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.

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Il maltosio, che si trova nell'amido di mais e nei semi in germinazione, si forma per condensazione di due molecole di α-D-glucosio. Il legame che le unisce è α(1→4)-glicosidico. Come il lattosio, anche il maltosio ha un gruppo emiacetalico libero ed è quindi uno zucchero riducente.

Il cellobiosio si trova nella cellulosa, il principale componente della parete cellulare nella cellula vegetale, e si forma per condensazione di due molecole di ẞ-D-glucosio; il legame è ẞ(1-4) glicosidico. Per la presenza di un gruppo emiacetalico libero, il cellobiosio è uno zucchero riducente.

LATTOSIO E SACCAROSIO

Il lattosio, che è il principale zucchero del latte, si forma per condensazione di una molecola di ẞ-D-galattosio e di una molecola di ẞ-D-glucosio. Il legame ẞ(1-4)-glicosidico. La molecola di lattosio presenta un gruppo emiacetalico libero e quindi si comporta da zucchero riducente.

Il saccarosio, o zucchero da tavola, si ricava dalla canna da zucchero e dalla barbabietola; si forma per condensazione di una molecola di α-D-glucosio e una molecola di ẞ-D-fruttosio; il legame è α(1→2)-glicosidico. Per l'assenza di un gruppo emiacetalico libero, il saccarosio è uno zucchero non riducente.

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.

Amido, Glicogeno, Cellulosa e Chitina

Glicogeno

Chitina

Amido

Cellulosa

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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 patate. L'amido è costituito da:

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

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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).

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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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