Carboidrati.

Question 1

CLASSIFICAZIONE CARBOIDRATI

Answer 1

Detti anche GLICIDI o saccaridi.
Composti ternari: C, H e O.
Composti polifunzionali: contengono un gruppo carbonile (aldeidico o chetonico) + insieme a più gruppi ossidrile.
Motivo per cui vengono definiti POLI-IDROSSI-ALDEIDI o POLI-IDROSSI-CHETONI (si scrivono senza trattini).

Svolgono 2 principali funzioni nel mondo vivente:

1. RISERVA ENERGETICA:
   - amido nel mondo vegetale
   - glicogeno in quello animale
2. RUOLO STRUTTURALE:
   - cellulosa (biomolecola più abbondante sulla Terra) = costituente principale della parete delle cellule vegetali, cui conferisce rigidità e resistenza
   - chitina forma l’esoscheletro di insetti e crostacei.

I carboidrati si classificano in base alla complessità della loro struttura:

1. i MONOSACCARIDI:
   - sono le molecole più semplici,
   - rappresentano le unità costitutive di carboidrati più complessi;
2. i DISACCARIDI:
   - unione di 2 monosaccaridi attraverso legame glicosidico;
3. gli OLIGOSACCARIDI:
   - formati dall’associazione di pochi monosaccaridi;
4. i POLISACCARIDI:
   - sono polimeri formati da numerosi monosaccaridi (da poche decine fino a molte migliaia).

Dal punto di vista nutrizionale, i glicidi si suddividono in:

• carboidrati semplici (monosaccaridi e oligosaccaridi), chiamati anche ZUCCHERI,
• carboidrati complessi (polisaccaridi).

Question 2

MONOSACCARIDI

Answer 2

Carboidrati più semplici: esistono liberi in natura ma più spesso sono legati fra loro a formare molecole complesse.
Sono costituiti da molecole la cui formula molecolare generale è CnH2nOn,
dove n è un numero MAI INFERIORE a 3 e spesso NON SUPERIORE a 6.

Si distinguono in base al numero di atomi di C presenti nella loro molecola.
Triosi = 3 atomi di C
Tetrosi = 4 atomi di C
Pentosi = 5 atomi di C
Esosi = 6 atomi di C

Gli ALDOSI possiedono un gruppo funzionale aldeidico (—C=OH);
i CHETOSI un gruppo chetonico (C=O).
In tutti i casi, le molecole dei monosaccaridi contengono anche tanti gruppi ossidrile (—OH) quanti sono gli atomi di carbonio meno uno (nr C - 1).

Aldoso più semplice: GLICERALDEIDE (C3H6O3)
Esistono 2 possibili isomeri, chiamati:
D-gliceraldeide
L-gliceraldeide
Queste 2 molecole sono ENANTIOMERI, cioè l’una è l’immagine speculare e non sovrapponibile dell’altra. Si tratta di due isomeri ottici per la presenza di un centro stereogenico.

Le lettere D (destro) e L (levo) che precedono il nome dello zucchero si riferiscono alla posizione del gruppo -OH sul secondo atomo di carbonio della gliceraldeide (C-2), questi cambiamenti si conoscono come FORMULE DI PROIEZIONE DI FISCHER.
La differente disposizione dei sostituenti non influenza la maggior parte delle proprietà chimiche e fisiche delle due sostanze, ma ha profonde conseguenze sulla loro funzione biologica: infatti solo la D-gliceraldeide è utilizzata dagli organismi viventi, mentre la L-gliceraldeide è una molecola biologicamente inerte.

Question 3

GLUCOSIO E ALTRI MONOSACCARIDI

Answer 3

Aumento del nr di atomi di C => aumento nr dei centri stereogenici => aumento nr di isomeri ottici possibili

Una molecola di monosaccaride appartiene alle serie D oppure L a seconda della disposizione del gruppo -OH legato all’atomo di C stereogenico più LONTANO dal GRUPPO aldeidico (o chetonico):
se questo gruppo -OH = disposto a destra => molecola appartiene serie D,
altrimenti appartiene alla serie L.
Come nel caso della gliceraldeide, solo i monosaccaridi della serie D hanno rilevanza biologica e si ritrovano negli organismi viventi.

Aldosi:
D-glucosio - esoso - formula molecolare: C6H12O6 - lo zucchero più usato dagli organismi viventi come fonte di energia + è il composto di partenza per la costruzione di molecole più complesse.

D-galattosio (C6H12O6) + glucosio = zucchero del latte (lattosio).

D-ribosio - pentoso - formula molecolare C5H10O5 - entra nella costituzione dell’RNA.
Il 2- desossiribosio si ottiene dal ribosio per eliminazione dell’atomo di ossigeno legato al carbonio C-2. Questo desossizucchero entra nella costituzione delle molecole di DNA.

Chetosi:
Diidrossiacetone - il più semplice- un intermedio a tre atomi di carbonio (C3H6O3) del metabolismo degli zuccheri che non presenta centri stereogenici (ACHIRALE).

D-fruttosio - esoso - C6H12O6 - si trova nella frutta + nel miele.
Fruttosio e glucosio - isomeri di funzione.

• struttura ciclica a:
  5 atomi di C - struttura furanosica;
  6 atomi di C - struttura piranosica.

Question 4

LE FORMULE DI PROIEZIONE DI HAWORTH

Answer 4

In soluzione - molecole dei monosaccaridi a 5-6 atomi di carbonio formano prevalentemente strutture cicliche (attraverso una reazione intramolecolare di SEMIACETALIZZAZIONE = aldeide -CHO + alcol -OH).
Nelle formule di proiezione di Haworth si disegna l’anello come se fosse piano e leggermente inclinato.
In queste formule, gli atomi di C che costituiscono l’anello non sono espressamente indicati con la lettera C. L’atomo di carbonio C-6 si trova fuori dell’anello.

Question 5

ANOMERI

Answer 5

Le 2 forme cicliche (α e β) sono DIASTEREOMERE (epimere) tra loro => in quanto differiscono solo per la configurazione del C1 semiacetalico.

Gli epimeri α e β vengono più specificamente denominati: ANOMERI α e β - il C1 semiacetalico e l’OH ad esso legato: denominati CARBONIO ed OSSIDRILE ANOMERICO.

In una soluzione acquosa, la forma aperta e i 2 anomeri α e β sono in equilibrio tra loro.

Il conformero più stabile è quello della CONFORMAZIONE A SEDIA => l’anomero β PIÙ stabile dell’anomero α, poiché tutti i gr -OH sono ALTERNATI.

Question 6

MUTAROTAZIONE

Answer 6

• fenomeno chimico-fisico
• si manifesta nei MONOSACCARIDI otticamente attivi
• consiste in una PROGRESSIVA VARIAZIONE, dal valore iniziale fino a un valore stazionario,
• del POTERE ROTATORIO specifico di tali composti, quando vengono disciolti in un solvente polare.

Es. glucosio
Potere rotatorio:
isomero α = + 112°
isomero β = + 18,7°
Lasciando in riposo le 2 soluzioni, il potere rotatorio varia fino a raggiungere il valore di + 52,5°, corrispondente all’EQUILIBRIO tra le 2 forme.

Mutarotazione -> dovuta alla isomerizzazione che avviene per APERTURA dell’anello dello zucchero e SUCCESSIVA CHIUSURA fino a che si raggiunge l’equilibrio in soluzione tra le 2 forme.
Raggiunto l’equilibrio = cessa la variazione del potere rotatorio specifico.

Question 7

LEGAME GLICOSIDICO

Answer 7

Si forma dalla reazione tra 2 molecole di monosaccaridi che si uniscono per formare il disaccaride.
Quando avviene tale reazione, 2 atomi di H e 1 di O si separano dalle molecole originarie di monosaccaride e formano una molecola d’acqua.
Prodotti di questa reazione di CONDENSAZIONE (o disidratazione) = 1 molecola di disaccaride + 1 molecola d’acqua

Formazione legame: reazione tra C1 (1° zucchero) + gr. ossidrilico (2° zucchero) -> si genera 1 legame -C-O-C- tra i 2 zuccheri, con eliminazione di 1 molecola H2O

È una reazione reversibile: disaccaride può scindersi nelle 2 molecole di monosaccaride iniziali, per aggiunta di una molecola d’acqua.
La reazione in cui un polimero si scinde nei suoi monomeri per aggiunta di molecole d’acqua si chiama reazione di IDROLISI.

Disaccaridi:

• riserva di energia PRONTAMENTE disponibile
• saccarosio: componente importante della linfa
• lattosio: fornisce energia ai neonati nei primi stati della crescita e dello sviluppo

Es.
Legame 1->2α
Saccarosio (zucchero da tavola) = Glucosio + Fruttosio

Legame 1->4β
Lattosio (latte) = Glucosio + Galattosio
Cellobiosio (degradazione cellulosa) = Glucosio + Glucosio

Legame 1->4α
Maltosio (malto di birra, degradazione amido) = Glucosio + Glucosio

Question 8

POLISACCARIDI

Answer 8

Catene di centinaia/migliaia di monosaccaridi.

Polisaccaridi NUTRITIVI:

1. Glicogeno:
   - Polimero ramificato
   - Contiene SOLO un tipo di monomero, il glucosio
   - Legami glicosidici α(1->4)
   - Punto di ramificazione: legami glicosidici α(1->6)
   - Deposito di energia chimica IN ECCESSO negli animali
   - All’interno cellula: si presenta concentrato, sotto forma di granuli irregolari e scuri al ME
2. Amilosio:
   - Polimero del glucosio
   - Molecola elicoidale, NON ramificata
   - Legami glicosidici α(1->4)
   - Amilosio + amilopectina = amido
   - Amilopectina: struttura ramificata
   - Amido: racchiuso in granuli nei plastidi delle cellule vegetali; deposito di energia nelle piante

Polisaccaridi STRUTTURALI:

1. Cellulosa:
   - Composta SOLO dal monomero di glucosio
   - Legami β(1->4)
   - Componente principale della parete delle cellule vegetali
   - Conferisce resistenza
   - Polimero più abbondante sulla Terra (es. cotone e lino)
2. Chitina
   - Polimero NON ramificato
   - Catene di N-acetilglucosammina: simile alla struttura del β-glucosio, MA a C2 dell’anello ha un gr. ammino-acetilico, non gr. ossidrilico
   - Resistente ed elastico
   - Presente nell’esoscheletro insetti

N.B. Ramificazione polisaccaridi -> riduce formazione legami H -> riduce compattezza polimero

Question 9

OLIGOSACCARIDI

Answer 9

Zuccheri legati insieme per formare piccole catene (fino a 10 unità monosaccaridiche; oligo = poco)

Catene legate covalentemente a:

• lipidi: glicolipidi
• proteine: glicoproteine

Importante per:

• regolazioni delle funzioni dei glico-lipidi/proteine della membrana plasmatica
• ruolo di segnale (distinguere un tipo di cellula da un altro + aiutare a mediare interazioni specifiche cellula-ambiente)