Copia - I carboidrati

Carboidrati

G. Carraro, L. Gregianin, G. Mercanzin, F. Scappatura, Q. Wang

il legame glicosidico

classificazione

la nomenclatura

gli oligosaccaridi

Indice

i monosaccaridi

i polisaccaridi

i gruppi funzionali

le funzioni

monosaccaridi

semplici - zuccheri

oligosaccaridi

Carboidrati

complessi

polisaccaridi

La nomenclatura

• i carboidrati sono tra le biomolecole più abbondanti sulla Terra,

di formula generale , da cui il nome "idrati del carbonio"

Cn(H2O)m

• si suddividono in:
• poliidrossialdeidi, se presentano il gruppo carbonile sul C1

• poliidrossichetoni, se invece la funzione è legata al C2

H-[CHOH]n-CHO

H-[CHOH]n-CO-[CHOH]m-H

o ai carboni successivi

es:

2,3-diidrossipropanale

1,3-diidrossipropan-2-one

• i carboidrati sono molecole chirali, e la loro isomeria ottica è segnata mediante i suffissi R-/S- (o D-/L-)

• Regola di Fischer-Rosanoff:

individuato lo stereocentro, se il gruppo ossidrile (-OH) più lontano è legato a destra dello stesso [nella proiezione di Fischer], la molecola sarà destrogira [D- / (+)-]; altrimenti, se la funzione si presenta alla sinistra, il composto sarà l'enantiomero levorotatorio [L- / (-)-]

D-gliceraldeide (+)-gliceraldeide (2R)-2,3-diidrossipropanale

L-gliceraldeide (-)-gliceraldeide (2S)-2,3-diidrossipropanale

• con il termine generico di "carboidrati" si includono i monosaccaridi, gli oligosaccaridi e i polisaccaridi, così come i derivati dei monosccaridi per riduzione o ossidazione dei gruppi carbonilici o per la sostituzione delle funzioni ossidrili con atomi d'idrogeno o altri eteroatomi

AMINOSACCARIDI

ALDITOLI

ACIDI ALDONICI

ACIDI URONICI

GLICOSIDI

ACIDI ALDARICI

I carboidrati assumono tendenzialmente forme cicliche (si riduce ΔG), le cui classi più comuni sono dei PIRANOSI e dei FURANOSI

I monosaccaridi

glucosio, fruttosio, galattosio, ribosio, desossiribosio

I monosaccaridi

• i monosaccaridi sono i carboidrati piu semplici
• si distinguono in base al numero di atomi di carbonio presenti nella loro molecola e al gruppo funzionale che contengono

• hanno formula generale

• i principali sono: glucosio, galattosio, fruttosio (esosi), ribosio, desossiribosio (pentosi)

es: triosi (3 atomi di carbonio), tetrosi (4), pentosi (5), esosi (6) aldosi (gruppo aldeidico), chetosi (gruppo chetonico)

CnH2nOn

• sono tre isomeri: glucosio e fruttosio sono isomeri di posizione del gruppo funzionale (C=O), glucosio e galattosio sono enantioneri (C4)

C6H12O6

1 - Glucosio

• le molecole dei monosaccaridi della serie D sono quelle biologicamente rilevanti
• presentano un gruppo -OH del centro stereogenico piu' lontano dal gruppo aldeidico o chetonico sul lato destro

• in soluzione le molecole di monosaccaridi pentosi ed esosi formano prevalentemente strutture cicliche (maggiore stabilita')
• la chiusura ad anello avviene tramite la reazione di addizzione nucleofila al gruppo -OH (carbonio terminale) e il gruppo aldeidico (o chetonico)

2 - Fruttosio

• il fruttosio, quando si chiude ad anello, si dispone a formare piu' frequentemente un pentagono

• la chiusura ad anello delle molecole lineari comporta la formazione di 2 isomeri ottici detti anomeri
• l'anomero α presenta il gruppo -OH disposto sotto il piano dell'anello, mentre il β presenta il gruppo -OH disposto sopra il piano dell'anello

3 - Galattosio

• il galattosio, come il glucosio, e' uno zucchero aldoso che si chiude ad anello a formare un esagono

4 - Ribosio e desossiribosio

• differiscono per la presenza o meno di un gruppo ossidrile legato al carbonio in posizione 2 (presente nel primo)

• costituiscono una delle tre parti di un nucleotide
• il ribosio si trova nell'RNA e il desossiribosio nell'DNA

I Gruppi Funzionali nei Carboidrati

Ossidrilico, Aldeidico, Chetonico, Glicosidico,Esterificato, Amminico

Gruppi funzionali nei carboidrati

1. Gruppo Ossidrilico (-OH)

• presente in tutti i carboidrati

• conferisce solubilità in acqua e permette la formazione di legami idrogeno.

Gruppi funzionali nei carboidrati

2. Gruppo Aldeidico (−CHO):

• monosaccaridi aldosi

• conferisce proprietà riducenti alla molecola (reazioni di ossidoriduzione)

Ribosio

Glucosio

Manosio

Gruppi funzionali nei carboidrati

3. Gruppo Chetonico (C=O):

• presente nei monosaccaradi chetosi

• conferisce una reattività diversa rispetto al gruppo aldeidico, sono meno riducenti

Ribulosio

Xilulosio

Sorbosio

Gruppi funzionali nei carboidrati

4. Gruppo Glicosidico (C-O-C):

• Si forma tra il gruppo ossidrilico di due monosaccaridi, legandoli insieme per formare disaccaridi e polisaccaridi

• Un esempio è il saccarosio (glucosio + fruttosio)

Gruppi funzionali nei carboidrati

5. Gruppo Esterificato (Fosfato, -PO₄³⁻):conferisce varie proprietà tra cui:

• solubilità, stabilità chimica, reattività, interazione con altre molecole, modifica delle proprietà fisiche

Glucosio-6-fosfato

Fruttosio 1,6-bisfosfato

Ribosio 5-fosfato

Gruppi funzionali nei carboidrati

6. Gruppo Amminico (-NH₂):conferisce proprietà tra cui:

• reattività chimica, solubilità in acqua, stabilità, interazioni biologiche, proprietà antibatteriche e immunologiche, funzione nei tessuti connettivi, ruolo metabolico

Glucosammina

N-acetilglucosamina

Acido ialuronico

Il legame glicosidico

Il legame glicosidico

• e' un legame covalente che unisce il gruppo emiacetalico o emichetalico di uno zucchero con un atomo, di solito nucleofilo, di un'altra molecola (es O, N, S detti O-glicosidici, N-glicosidici e S-glicosidici)

• la formazione di un legame glicosidico è una condensazione in quanto libera una molecola d'acqua; la scissione del legame invece, sarà un'idrolisi

• viene indicato specificando gli atomi di carbonio coinvolti nel legame

Gli oligosaccaridi

I polimeri dei carboidrati

I monosaccaridi, tramite legami glicosidici, tendono a formare catene complesse. Queste catene possono essere classificate in base al numero di monosaccaridi dal quale sono composte:

• disaccaridi (2 monosaccaridi)
• oligosaccaridi (10>= monosaccaridi)
• polisaccaridi (10<= monosaccaridi)

Oligosaccaridi (disaccaridi)

I polisaccaridi

I polisaccaridi

Chimicamente, i polisaccaridi si suddividono in:

• omopolisaccaridi, la cui struttura chimica è una ripetizione polimerica di un'unica unità monosaccaride
• eteropolisaccaridi, cioè composti dall'unione di più monosaccaridi differenti, tramite dei legami glicosidici

L'amido

E' un omopolisaccaride di origine vegetale costituito da unità α-D glucosio disposte in catene lineari sequenziali con legame α (1-4) per la maggior parte, e talvolta ramificate con legame α (1-6).

La cellulosa

E' un omopolisaccaride di origine vegetale costituito da unità β-D glucosio disposte in catene lineari sequenziali con legame β (1-4). Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre e si legano fra loro per mezzo di legami ad idrogeno, formando fibrille, catene molto lunghe, difficili da dissolvere.

Legame β (1-4)

Legame α (1-4) Legame α (1-6)

Le funzioni

energetica, strutturale

Funzioni: riserva energetica

• immagazzinare energia nel corpo, principalmente sotto forma di glicogeno

• fornirla rapidamente in modo tale da mantenere le funzioni metaboliche.

Funzioni: riserva energetica

Amido

•Funzione: riserva energetica nelle piante. •Dettagli: l’amido è sintetizzato dalle piante durante la fotosintesi e serve come fonte di energia a lungo termine. Si immagazzina in forme di granuli nei cloroplasti e in altri organelli. Quando le piante necessitano di energia (ad esempio, durante la notte o in condizioni di carenza di luce), l’amido viene degradato in glucosio, che può essere utilizzato per la respirazione cellulare e altre funzioni metaboliche.

Funzioni: riserva energetica

Glicogeno

•Funzione: riserva energetica negli animali. •Dettagli: il glicogeno è simile all’amido ma ha una struttura molto più ramificata, permettendo un rapido accesso all’energia immagazzinata. Si accumula principalmente nel fegato e nei muscoli. Quando il corpo richiede energia, come durante l’esercizio fisico o tra i pasti, il glicogeno viene scomposto in glucosio e rilasciato nel sangue, mantenendo i livelli di zucchero nel sangue stabili e fornendo energia immediata alle cellule muscolari.

Visione schematica bidimensionale di una sezione di glicogeno

Funzioni: funzione strutturale

• i carboidrati hanno anche una funzione strutturale, soprattutto in organismi vegetali e in alcuni organismi unicellulari

• inoltre possono contribuire alla struttura di glicoproteine e glicolipidi, importanti per la stabilità e il riconoscimento cellulare nelle membrane biologiche

Funzioni: funzione strutturale

Cellulosa

•Funzione: struttura le pareti cellulari delle piante. •Dettagli: la cellulosa conferisce rigidità e resistenza alle pareti cellulari delle piante, proteggendo contro l’osmotica e gli agenti patogeni. Le catene di cellulosa formano microfibrille che creano una rete resistente. Questa struttura è essenziale per mantenere la forma delle piante e permettere loro di crescere in altezza. Sebbene non sia digeribile dagli esseri umani, la cellulosa funge da fibra alimentare, supportando la salute intestinale e contribuendo alla regolarità digestiva.

Funzioni: funzione strutturale

Chitina

•Funzione: struttura gli esoscheletri di artropodi e le pareti cellulari dei funghi.•Dettagli: la chitina fornisce un supporto strutturale simile a quello della cellulosa, ma con caratteristiche uniche dovute alla presenza di gruppi amminici.

Sitografia e fonti

• https://it.wikipedia.org
• libro di testo: G. Valitutti, N. Taddei, G. Maga, M. Macario "Carbonio, metabolismo e biotech", Seconda Edizione
• https://iupac.qmul.ac.uk/2carb/