9. Carboidrati

Carboidrati

1. Monosaccaridi e Disaccaridi

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I carboidrati più semplici, i monosaccaridi​ , sono aldeidi o chetoni con due o più gruppi ossidrilici.

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Il glucosio ed il fruttosio sono dei monosaccaridi a 6 atomi di carbonio e hanno 5 gruppi ossidrilici.

Molti degli atomi di carbonio ai quali sono legati i gruppi ossidrilici sono centri chirali che generano i molti

stereoisomeri degli zuccheri che si trovano in natura.

• Gli Aldosi ed i Chetosi

I monosaccaridi sono solidi cristallini e incolori, facilmente solubili in acqua, ma insolubili nei solventi non polari.

La maggior parte ha un sapore dolce.

Lo scheletro dei monosaccaridi è costituito una catena di atomi di carbonio non ramificata in cui tutti gli atomi di

carbonio sono uniti da legami singoli.

Nella forma a catena aperta, uno degli atomi di carbonio è legato con un doppio

legame ad un atomo di ossigeno, formando un gruppo carbonilico. Se il gruppo

carbonilico è ad una delle estremità della catena carboniosa, il monosaccaride

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viene detto aldoso​ ; se il gruppo carbonilico è in qualunque altra posizione, il

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monosaccaride viene detto chetoso​ .

I monosaccaridi più semplici sono due zuccheri a tre atomi di carbonio, detti

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triosi​ : la gliceraldeide (un aldotrioso) e il diidrossiacetone (un chetotrioso).

I monosaccaridi con uno scheletro covalente a quattro, cinque, sei e sette atomi

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di carbonio sono chiamati rispettivamente tetrosi​ , pentosi​ , esosi​ ed eptosi​ , ed

essi possono essere aldosi o chetosi. ​ ​

Gli esosi, che comprendono l’aldoesoso D-glucosio​ e il chetoesoso D-fruttosio​ , sono i monosaccaridi più

comuni in natura.

• Centri asimmetrici ​

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Tutti i monosaccaridi, eccetto il diidrossiacetone , contengono uno o più atomi di carbonio asimmetrici (chirali) e

quindi sono presenti in natura in forme isomeriche otticamente attive.

L’aldoso più semplice, la gliceraldeide, contiene un centro chirale e quindi ha due diversi isomeri ottici o

enantiomeri​ . ​ ​ ​ ​

Una di queste due forme viene indicata con la lettera D mentre l’altra con la lettera L .

Come per le altre biomolecole contenenti centri chirali, le configurazioni assolute degli zuccheri sono note

mediante cristallografia a raggi X. ​

Per rappresentare la struttura tridimensionale di uno zucchero su un piano, spesso si usano le formule

proiettive di Fischer​ . n

2

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In genere una molecola con n centri chirali può avere stereoisomeri.

1

La gliceraldeide ha stereoisomeri.

2 = 2

Gli stereoisomeri dei monosaccaridi possono essere divisi in due gruppi che differiscono per la configurazione

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intorno al centro chirale più lontano dal gruppo carbossilico .

Quelli che a livello di questo atomo di carbonio di riferimento

hanno una configurazione identica a quella della

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D-gliceraldeide, vengono detti isomeri D​ ; analogamente,

quelli con configurazione identica a quella della

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L-gliceraldeide, vengono detti isomeri L​ .

In altre parole, quando il gruppo ossidrilico dell’atomo di

carbonio asimmetrico usato come riferimento è a destra nella

formula di proiezione che ha il gruppo carbonilico all’estremità

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in alto, lo zucchero è un isomero D​ ; quando l’ossidrile è sulla

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sinistra, siamo di fronte ad un isomero L​ . 1

Dei 16 possibili aldoesosi, otto sono in forma D e otto sono in forma L.

La maggior parte degli esosi presenti negli organismi viventi appartiene alla serie degli isomeri D. Il

nostro organismo infatti riesce ad assorbire solo il D-glucosio, dunque se somministriamo al nostro

paziente una soluzione di L-glucosio provochiamo in esso perdita di liquidi, vomito e diarrea.

Gli atomi di carbonio vengono numerati partendo dall’estremità più vicina all’atomo di carbonio carbonilico.

Gli otto D-aldoesosi che differiscono per la stereochimica a livello degli atomi di carbonio C2, C3 e C4 hanno

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nomi specifici: D-glucosio​ , D-galattosio​ , D-mannosio​ , D-allosio​ , D-Altrosio​ , D-gulosio​ , D-Idosio​ e D-talosio​ .

Il nome dei chetosi a quattro e a cinque atomi di carbonio deriva da quello dell’aldoso corrispondente, in cui

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vengono inserite le lettere “​ ul

”, per esempio il D-ribulosio​ è il chetopentoso corrispondente all’aldopentoso

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D-ribosio . ​ ​

I chetoesosi però hanno nomi con origine diversa, come il fruttosio​ e il sorbosio​ .

Quando due zuccheri differiscono soltanto nella configurazione intorno ad

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un atomo di carbonio, essi vengono detti epimeri​ . Il D-glucosio e il

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D-mannosio , che differiscono solo a livello della stereochimica del C2 sono

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epimeri, come anche il D-glucosio ed il D-galattosio . 2

• Strutture Cicliche

Finora abbiamo rappresentato le strutture dei vari aldosi e chetosi sotto forma di catene aperte e lineari.

In soluzione acquosa, gli aldotetrosi e tutti gli altri monosaccaridi con cinque o sei atomi di carbonio assumono

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una forma ciclica, ad anello

, in quanto il gruppo carbonilico forma un legame covalente con l’atomo di ossigeno di

un gruppo ossidrilico posto lungo la catena.

La formazione di queste strutture ad anello è il risultato di

reazioni generali tra aldeidi o chetoni e alcoli, che

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producono derivati chiamati emiacetali​ o emichetali​ .

Si possono aggiungere a un atomo di carbonio carbonilico

due molecole di un alcol.

Il prodotto della prima aggiunta è un emiacetale o un

emichetale.

L’aggiunta della seconda molecola di alcol produce

l’acetale o il chetale completo ed il legame che si è formato

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viene detto legame glicosidico​ .

Nel caso i