Componenti organici: i glucidi

Rappresentazione dei monosaccaridi con la proiezione di Fischer

HOCH HOCH HOCH| | |HCOH HCOH HOCH| | |HCOH HCOH HCOH| | |CH2OH CH2OH CH2OH(+) glucosio (+) mannosio (+) galattosio

La rappresentazione dei monosaccaridi con la proiezione di Fischer mette in evidenza solo alcune caratteristiche strutturali importanti, ma non spiega perché queste sostanze non hanno la stessa reattività di aldeidi e chetoni. Il motivo di tale comportamento risiede nella tendenza dei monosaccaridi a formare strutture cicliche per reazione intramolecolare tra il gruppo carbonilico e uno dei gruppi alcolici più lontani (sintesi di un semiacetale e di un semichetale).

ALDEIDE+ALCOL = SEMIACETALE (reazione semiacetilica)

Nel caso degli esosi le forme cicliche più stabili sono quelle che si ottengono per reazione tra il gruppo carbonilico e l'OH del carbonio 5. Con la reazione emiacetalica nel glucosio diventa asimmetrico anche il primo atomo di carbonio e si possono quindi avere, in soluzione acquosa, due isomeri ottici con diverso potere rotatorio.

Indicati α e β-glucosio. Questi isomeri vengono chiamati anomeri e si differenziano per la diversa posizione del gruppo alcolico sul carbonio 1, che nella proiezione di Fischer-Tollens è a destra nell'α-D glucosio e a sinistra del β-D-glucosio.

Le forme anomeriche si distinguono solo dalla posizione del gruppo alcolico sul carbonio 1, che si trova sotto il piano della molecola nella forma α e sopra il piano nella forma β. In soluzione acquosa il glucosio si può trovare nelle due forme anomeriche e in piccola percentuale nella forma aperta (0,02%); in condizioni di equilibrio prevale la forma β, perché più stabile (64%).

Il processo di interconversione tra le due forme anomeriche, che comporta l'apertura dell'anello e la sua successiva chiusura, è confermato dal fenomeno della maturotazione: solubilizzando in acqua una delle due forme anomeriche, il potere rotatorio della soluzione si stabilizza lentamente su un valore costante pari a

52,5°,che coincide con la media ponderata di quelli dei singoli isomeri (potere rotatorioa=112,2°; potere rotatorio B=18,7°; mediaponderata=112,2°X34+18,7°X64/100=52,4°). Questo conferma la presenza insoluzione di entrambe le forme di glucosio.

Anche i chetosi possono originare forme cicliche e quindi esistere come formeanomeriche a e B. In questo caso, a differenza degli aldosi dove è preferita la formaesagonale, si può formare sia la struttura ciclica esagonale sia quella pentagonale.

Il fruttosio assume una forma pentagonale quando il gruppo carbonilico C2 reagiscecon il gruppo OH del carbonio 5, mentre forma un anello esagonale per reazione tra ungruppo carbonilico e il gruppo OH sul carbonio 6. È stato riscontrato che la forma adanello pentagonale viene assunta dal fruttosio allo stato combinato e quella ad anelloesagonale quando è allo stato libero (in soluzione, all’equilibrio, la forma esagonale equella pentagonale sono

nastro di dolcezza superiore a quello del glucosio e del saccarosio, quindi viene spesso utilizzato come dolcificante. Il fruttosio è anche un componente importante del miele e viene utilizzato nell'industria alimentare per la produzione di sciroppi e bevande dolci. Il saccarosio è un disaccaride composto da una molecola di glucosio e una di fruttosio. È il principale zucchero presente nella canna da zucchero e nella barbabietola da zucchero. È un solido cristallino bianco, molto solubile in acqua e ha un potere dolcificante simile a quello del glucosio. Il saccarosio viene utilizzato come dolcificante in molti prodotti alimentari e bevande. In conclusione, il glucosio, il fruttosio e il saccarosio sono zuccheri importanti che si trovano in natura e vengono utilizzati nell'industria alimentare per il loro potere dolcificante.

Il fruttosio ha un elevato potere edulcorante (1,50), ben superiore a quello del glucosio (0,74) e del saccarosio (1,00) e presenta un indice glicemico tra i più bassi. Il fruttosio viene convertito in glucosio sia dal fegato sia nell'intestino per via enzimatica. Industrialmente si ricava per idrolisi dell'inulina (polimero del fruttosio presente in alcuni vegetali) e viene impiegato nell'industria conserviera e dolciaria. Viene chiamato anche levulosio in quanto levogiro.

Il galattosio non si trova allo stato libero, ma nelle piante è presente soprattutto come componente di polisaccaridi e negli animali come costituente del lattosio insieme al glucosio. È utilizzato nella costituzione dei glicolipidi, abbondanti nel tessuto nervoso. Viene metabolizzato in glucosio da un enzima (galattosofosfatouridiltransferasi), la cui mancanza determina una grave malattia genetica, la galattosemia (il galattosio che si accumula danneggia le cellule del sistema nervoso, portando a deficit).

mentale permanente). Il mannosio è un monosaccaride che si ottiene dall'idrolisi della manna (la linfa estratta da alcuni alberi della specie Fraximus) e di alcune gomme vegetali. Il mannosio non è quasi mai presente allo stato naturale come monosaccaride, ma è invece il costituente di numerosi polisaccaridi semplici come i mannani, che hanno funzione di riserva in alcune specie vegetali, come la palma.

Si definiscono oligosaccaridi i glucidi formati da poche unità di monosaccaridi, indicativamente da 2 a 10. Tra questi i più diffusi in campo alimentare sono i disaccaridi. Delle altre oligosaccaridi ricordiamo solo il trisaccaride raffinosio, formato da galattosio, glucosio e fruttosio, e il tetrasaccaride stachiosio, costituito da glucosio, fruttosio e due unità di galattosio. Questi particolari oligosaccaridi, rinvenibili nei legumi, non sono idrolizzati nel tratto intestinale, ma vengono metabolizzati dalla flora intestinale con produzione di

Notevole quantità di sostanze gassose (CO2 e H2). Dall'unione di due monosaccaridi, mediante l'eliminazione di una molecola d'acqua, si ottiene un disaccaride. Il legame tra le due molecole di monosaccaride si chiama legame glicosidico e si può formare tra:

• l'OH anomerico di un'unità e un OH alcolico dell'altra, solitamente quello che si trova sul carbonio 4 (maltosio, lattosio, cellobiosio); in questo caso il monosaccaride, con il carbonio anomerico impegnato nel legame di condensazione, non può subire il fenomeno della mutarotazione, mentre l'altra unità glucidica è libera di passare dalla forma α alla β e viceversa (mutarotazione). Il gruppo aldeidico libero, in presenza di un blando ossidante, può ossidarsi e per questo il disaccaride è detto zucchero riducente;
• due OH anomerici (saccarosio, tralosio); in questo caso il disaccaride non subisce mutarotazione e non è uno zucchero riducente.

Poiché entrambi i carboni anomericisono impegnati nel legame glicosidico. Il legame glicosidico viene anche distinto in:

• a-glicosidico quando il C 1 presenta la conformazione a (maltosio);
• B-glicosidico quando il C 1 presenta la conformazione B (lattosio).

I più importanti disaccaridi sono il maltosio (a-glucosio + a o B-glucosio), il lattosio (B-galattosio + a o B-glucosio), il saccarosio (a-glucosio + B-fruttosio) e il cellobiosio (B-glucosio + B-glucosio).

Il lattosio è presente nel latte dei mammiferi (5% p/v nel latte vaccino) e commercialmente si ottiene per concentrazione del siero del latte. È il substrato di numerose fermentazioni, tra cui quella lattica svolta dai batteri omonimi. Si presenta come un solido bianco, cristallino, poco dolce, solubile in acqua. Non viene assorbito direttamente dal flusso ematico ma deve essere scisso in galattosio e glucosio dalla lattasi (B-galattosidasi), enzima intestinale presente nei mammiferi di giovane età.

Lacarenza di tale enzima, frequente nella popolazione adulta degli orientali, provoca fenomeni di intolleranza di alimenti che lo contengono, in particolare il latte e i suoi derivati freschi. Questo disaccaride è formato dall'unione di una molecola di B-galattosio e una di a o B-glucosio (legame B 1-4). Subisce quindi mutarotazione ed è riducente.

Il saccarosio è il più importante dei disaccaridi e costituisce il comune zucchero da tavola. In natura si riscontra in molte piante, soprattutto nella canna da zucchero e nella barbabietola da zucchero. Si presenta come una polvere bianca, cristallina, solubile in acqua e di sapore dolce. Riscaldato oltre 180°C perde acqua e origina una sostanza vischiosa chiamata caramello. Il saccarosio è un disaccaride che non dà mutarotazione e non è riducente. Ciò indica che il legame glicosidico che unisce le due unità glicosidiche coinvolge entrambi gli atomi di carbonio anomerici (legame

a 1-2 o B 2-1). Per idrolisi inambiente acido o ad opera dell'enzima invertasi(prodotto dalle api e dai lieviti), il saccarosiodiventa una miscela equimolecolare di glucosio efruttosio, chiamata zucchero invertito. Questoperché da un potere rotatorio di +66° delsaccarosio si passa, con l'idrolisi, a unarotazione ottica di -20° della miscela. Il fenomenodell'inversione è dovuto al prevalere del potere rotatorio levogirodel fruttosio (-92°) su quello destrogiro del glucosio di +52°.I polisaccaridi sono polimeri formati dall'unione di un numero elevato di monosaccaridiattraverso legami glicosidici. Sono poco solubili in acqua e non hanno sapore dolce.Dal punto di vista strutturale si distinguono in:- omopolisaccaridi se formati da un unico tipo di monomero (amido, cellulosa);- Eteropolisaccaridi se formati da più tipi di monomeri (pectine, alginati).Negli organismi animali e vegetali svolgono funzioni diverse:- Nutrizionali,

Polisaccaridi

I polisaccaridi sono carboidrati composti da molte unità di zucchero legate tra loro. Possono avere diverse funzioni:

• Riserva energetica: amido, glicogeno, inulina
• Struttura: cellulosa, emicellulosa, pectine, chitina
• Regolazione: glicoproteine

I polisaccaridi più importanti dal punto di vista nutrizionale sono l'amido, la cellulosa, il glicogeno e le pectine.

L'amido è costituito da molecole di α-D-glucosio ed è presente come riserva energetica in quasi tutti i vegetali, soprattutto nei semi, nei tuberi e nei legumi. Per l'uomo, rappresenta la fonte glucidica più importante ed è presente in molti alimenti di largo consumo come pane, pasta, riso, patate, ecc.

Al microscopio ottico, l'amido si presenta sotto forma di granuli dalla forma arrotondata con diametro compreso tra 2 e 100 µm. Le caratteristiche strutturali e di digeribilità dei granuli sono specifiche di ogni specie vegetale.