Carboidrati, Basi biologiche

I CARBOIDRATI

Classificazione dei carboidrati

Carboidrati → Definiti come derivati aldeidici o chetonici di poliidrossialcoli.

→ Contengono un gruppo aldeidico (R-COH) o un gruppo chetonico (R R C=O).

1 2

→ Ogni atomo di carbonio (non quello carbonile) porta un gruppo ossidrile (-OH).

Formula generica → (CH O) (3 < n < 6/7) rapporto 1:1 tra acqua e carbonio.

2 n

Tre gruppi fondamentali: Monosaccaridi, Oligosaccaridi e Polisaccaridi.

Monosaccaridi (Molecole non scindibili per idrolisi)

Disaccaridi

Carboidrati Oligosaccaridi Trisaccaridi

Tetrasaccaridi

Polisaccaridi lineari

forma ramificati

unità di monosaccaridi OMO-

Oligosaccaridi distinti in base alla uguali o diverse ETERO-

e Polisaccaridi presenza o meno delle molecole semplici

diverse dai carboidrati complessi

I monosaccaridi

Monosaccaridi → Carboidrati che non possono essere demoliti per idrolisi.

→ Classificati a seconda del tipo di gruppo carbonilico (aldeide o chetone) e dal

numero di atomi di C.

→ Aldeidici (-oso, -osio) e Chetonici (-uloso, -ulosio).

→ Normalmente in configurazione D- (arabinosio configurato L-).

→ Contengono un carbonio chirale (otticamente attivi), tranne il triulosio.

Monosaccaridi triosi (3C)

→ D-gliceraldeide e triulosio.

→ Forma intermedia in cui i vari carboidrati vengono degradati nelle cellule e dalla quale

l'organismo ricava energia.

Monosaccaridi tetrosi (4C)

→ Eritrosio, treosio (aldosi) ed eritrulosio (chetosi).

→ Importanti in alcuni casi particolari.

Monosaccaridi pentosi (5C)

→ 3C chirali in otto possibili strutture.

2C chirali in quattro possibili strutture.

→ Lixosio (costituente del muscolo cardiaco) e il ribulosio (si forma durante il metabolismo dei

carboidrati).

→ D-ribosio contenuto in ogni cellula compone DNA e RNA.

Monosaccaridi esosi (6C)

Epimeri → Stessa formula bruta, ma la disposizione dei sostituenti varia attorno ad un atomo di C.

→ I più importanti sono:

Il D-Glucosio (o destrosio o glucosio); IUPAC D-glucopiranosio (pirano)

•

Il più importante di tutti i monosaccaridi.

Fondamentale per il metabolismo.

Processo digestivo → tutti i carboidrati vengono degradati direttamente o indirettamente a glucosio.

Emil Fisher → Prima struttura del glucosio.

Aldeide o Chetone + Alcool → Emiacetale o Emichetale

Emiacetale/Emichetale → Struttura ciclica sia negli aldosi che nei chetosi.

Proiezione di Fisher → Ossidrili (-OH) a destra della molecola.

Proiezione di Hawort → Ossidrili sotto la molecola stessa.

Formula condensata → Eliminazione degli atomi di H dalla molecola.

Formazione del legame emiacetalico → Modificazioni strutturali della

molecola.

Nella ciclizzazione il C1 diventa un C chirale (C anomerico) → Coppia di

diasereoisomeri (anomeri).

L'ossidrile sotto la molecola è indicato come α, l'ossidrile sopra la molecola è indicato come β.

Mutarotazione → Equilibrio tra la forma α e β del D-glucosio.

→ Capacità del glucosio di modificare la forma (α → β) e la sua rotazione.

Il D-Galattosio

•

Strutturalmente simile al glucosio: differiscono per l posizione di -OH r -H dal C4 (epimeri).

Usato per la sintesi di molecole più complesse.

Origine esogena: costituente del lattosio (zucchero del latte).

Galattosemia → Il galattosio non può essere convertito in glucosio, quindi eccesso nel sangue.

→ Diagnosi per screening infantile.

→ Danno neurologico.

Il D-Mannosio

•

Presente in batteri e funghi, mai presente in natura come monosaccaride libero.

Non ha importanza metabolica → Convertito rapidamente in glucosio.

Il D-Fruttosio (o levulosio) IUPAC Furano

•

Alte concentrazioni nella frutta e nel miele.

Saccarosio → Fruttosio + Glucosio

Più dolce degli altri zuccheri.

Composto da un anello pentatomico.

Le reazioni dei monosaccaridi

Ossidazione → Reazione più importante dei monosaccaridi.

→ Le aldeidi si ossidano più facilmente (gruppo aldeidico → gruppo carbossilico).

I chetoni non possono dare questa reazione direttamente → Produzione di una

miscela di acidi.

Acido carbossilico → Si forma dall'ossidazione e da la desinenza -onico allo zucchero.

Ogni monosaccaride contiene funzioni alcoliche primarie e secondarie che possono essere ossidate.

Ossidazione della funzione alcolica primaria → da la desinenza -uronico allo zucchero.

Acidi saccarici → Ossidazione degli estremi C1 e C6.

→ Lo zucchero prende la desinenza -arico.

Reazione di Fehling → Ioni rameici (blu) si ossidano a rameosi (rosso mattone).

Reazione di Benedict → Sfruttata per la valutazione rapida del glucosio nelle urine.

Zuccheri riducenti → Tutti i monosaccaridi.

Caratteristica del gruppo aldeidico → Riduzione.

Oligosaccaridi: i disaccaridi

Disaccaridi → Classe più semplice, ma più importane.

→ Monosaccaride + Monosaccaride.

→ Acetale formatosi da un legame acetalico.

Legame glicosilico → Legame acetalico tra due monosaccaridi.

→ -OH anomerico reagisce con -OH acetico di un alto monosaccaride.

Formula generale: C H O (molto simili ai monosi).

12 22 11

Legame acetalico → Più forte del legame emiacetalico.

→ Facilmente idrolizzato “in vivo” a T 37°C e pH 8.

→ Idrolizzato “in vitro” a T 100°C e pH 2.

Maltosio → α-Glucosio + α-Glucosio.

→ Il gruppo -OH libero può ossidarsi.

Struttura e proprietà dei disaccaridi

Riducenti → Gruppo aldeidico o chetonico libero o potenzialmente libero.

Il Saccarosio non è uno zucchero riducente.

Il maltosio

•

Si trova nel mais e nel malto (chiamato zucchero di malto).

→ Costituito da due unità di α-Glucosio legate con n legame α1 → 4.

Maltasi → Nel nostro organismo idrolizza il maltosio in glucosio a 37°C .

Il cellobiosio

•

Struttura simile al maltosio → Costituito da β-Glucosio (legame β1 → 4 glicosidico).

Raramente libero in natura: diffusissimo nelle piante con unità strutturale cellulosa.

Nessuna importanza metabolica.

Cellulasi → Enzima che degrada il cellobiosio.

Il saccarosio

•

Disaccaride chiamato comunemente zucchero.

→ Composto da Glucosio + Fruttosio uniti da legame α-glicosidico.

Presenti nella frutta e nei vegetali.

Grande importanza nutrizionale → Si idrolizza in glucosio e fruttosio, usati per produrre energia.

Non è riducente perché i gruppi alcolico e chetonico sono impiegati nel legame.

Il lattosio

•

→ Composto da β-Glucosio + β-Galattosio.

Zucchero principale del latte (concentrazione nell'organismo 5-8%); prodotto dall'organismo a

partire dal glucosio e la concentrazione maggiore si raggiunge in gravidanza.

Alcuni batteri convertono il lattosio in acido lattico.

Usato per la produzione dei formaggi.

I polisaccaridi

Carboidrati più abbondanti, comunemente si trovano nelle piante.

Costituiti da più monosaccaridi legati insieme.

Proprietà: quasi insolubili in acqua

non danno un risultato positivo alla reazione di Fehling.

Si possono formare sia da pentosi (pentosani) che da esosi (esosani).

Polisaccaridi di riserva

I monosaccaridi, in particolare il glucosio, sono usati come fonte di energia dall'organismo.

Tutti gli organismi hanno sistemi specifici organizzati per una mancanza improvvisa di glucosio.

Formazione di un polimero di glucosio come riserva energetica: insolubile in acqua e può essere

concentrato in granuli.

Granuli di polisaccaridi → Animali: Glicogeno (mobile nel citoplasma).

→ Vegetali: Amido (contenuto nei semi).

L'amido

•

La fotosintesi clorofilliana produce glucosio che viene polimerizzato.

Le unità di glucosio nell'amido sono organizzate in modo diverso: schema p55.

Le strutture di amilosio e amilopectina sono messe in evidenza da una reazione che forma lo iodio.

Formazione di struttura elicoidale → Catturare lo iodio e colorazione blu (amiloso + I → reazione

2

colorata).

Se la soluzione amiloso + I viene scaldata il colore scompare.

2

Amilopectina + I da una colorazione porpora.

2

Amilosio → Costituito da legami α1 → 4 può dare origine a molecole più semplici.

Nella digestione i legami α1 → 6 dell'amilopectina creano problemi perché i meccanismi di idrolisi