Carboidrati: Struttura, Funzioni e Classificazione

Carboidrati: Struttura e Funzione

• I glucidi, noti anche come zuccheri o idrati di carbonio, presentano una formula bruta con un rapporto costante tra carbonio, ossigeno e idrogeno (1:1:2).
• La formula generale dei carboidrati è Cn(H2O)n, dove n è un numero maggiore o uguale a tre.

Funzioni dei Carboidrati

• Strutturale: Costituiscono elementi strutturali essenziali per gli organismi viventi, come la cellulosa nelle piante.
• Energetica: Forniscono energia necessaria per le funzioni vitali.
• Protettiva: Formano esoscheletri, come la chitina negli invertebrati.

Autotrofi ed Eterotrofi

• Gli organismi autotrofi (es. piante) sintetizzano sostanze organiche, come il glucosio, da sostanze inorganiche (acqua e CO2) attraverso la fotosintesi clorofilliana.
• Gli organismi eterotrofi (es. animali) devono assumere sostanze organiche nutrendosi di altri organismi.
• Esempi di sostanze organiche: fruttosio (frutta e miele), saccarosio (zucchero da barbabietola e canna), lattosio (latte), amido (cereali, tuberi, legumi).

Classificazione dei Carboidrati

• I carboidrati sono classificati in base alla loro complessità come monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.

Monosaccaridi

• I monosaccaridi sono glucidi semplici, ovvero molecole poliossidrillate.
• Contengono una funzione aldeidica (aldosi) o chetonica (chetosi).

Gliceraldeide

• La gliceraldeide, il più semplice degli aldosi, ha un atomo di carbonio chirale o asimmetrico.
• La presenza di sostituenti diversi sul carbonio chirale permette l'esistenza di due forme: stereoisomeri o enantiomeri.
• L'aldoso più semplice, la gliceraldeide (C3H6O3), presenta due enantiomeri.
• Le lettere D e L indicano la posizione del gruppo -OH sul secondo atomo di carbonio (C-2) della gliceraldeide.

Diidrossiacetone

• Il diidrossiacetone è un carboidrato usato in prodotti autoabbronzanti.
• Deriva da piante come la canna da zucchero attraverso la fermentazione della glicerina.
• Il diidrossiacetone fosfato (DHAP) è un intermedio nella glicolisi.
• Il diidrossiacetone è l'unico zucchero senza atomi di carbonio asimmetrici, quindi privo di isomeri ottici.

Classificazione dei Monosaccaridi

• I monosaccaridi sono ulteriormente suddivisi in base al numero di atomi di carbonio: triosi (3 atomi), tetrosi (4), pentosi (5) e così via.
• Esempi di monosaccaridi: ribosio, glucosio, fruttosio, galattosio, mannosio.

Monosaccaridi Importanti

• I monosaccaridi più rilevanti sono il glucosio (zucchero da tavola e circolante nel sangue) e il fruttosio.

Disaccaridi

• I disaccaridi si formano dall'unione di due monosaccaridi tramite legame O-glicosidico.
• Esempi: maltosio (glucosio + glucosio), lattosio (glucosio + galattosio), saccarosio (glucosio + fruttosio).

Maltosio

• Il legame nel maltosio si forma per condensazione tra l'OH emiacetalico del primo monosaccaride e un OH del secondo.
• Presenta un'estremità riducente con il carbonio anomerico (C1) non coinvolto nel legame glicosidico.
• Il legame acetalico è forte e può essere idrolizzato sia chimicamente (100°C, pH 2) sia enzimaticamente (37°C, pH 8).

Saccarosio

• Il legame α 1-2 si forma tra l'-OH emiacetalico sul C1 del glucosio e quello emichetalico sul C2 del fruttosio.
• Poiché entrambe le funzioni riducenti sono impegnate nel legame, il saccarosio è uno zucchero non riducente

Oligosaccaridi

• Gli oligosaccaridi sono formati dall'unione di un numero limitato di monosaccaridi (da 3 a 10 unità, o fino a 20 secondo alcuni autori).
• Esempi: maltotriosio e frutto-oligosaccaridi.

Maltotriosio

• Il maltotriosio è un trisaccaride formato da tre molecole di glucosio legate da legami glicosidici α-1,4.
• Si forma comunemente per azione dell'enzima digestivo alfa-amilasi sull'amilosio dell'amido.

Frutto-Oligosaccaridi (FOS)

• I FOS sono fibre solubili presenti in frutta, verdura e piante comuni.
• Si ottengono per idrolisi enzimatica dell'inulina, presente in cicoria, asparagi, segale e frumento.

Polisaccaridi

• I polisaccaridi sono formati dall'unione di molte unità di monosaccaridi (da 100 a più di 3000).
• Esempi: amido (riserva di carboidrati nelle piante), glicogeno (riserva di carboidrati negli animali), cellulosa (funzione strutturale nelle piante).

Legami nei Polisaccaridi

• Nell'amido i legami sono α-glicosidici, nella cellulosa sono β-glicosidici.
• Non è possibile digerire la cellulosa perché non si possiedono le molecole adatte necessarie
• I polisaccaridi possono legarsi alle proteine delle superfici cellulari formando glicoproteine che consentono di classificare i gruppi sanguigni.

Polisaccaridi di Riserva

• I principali polisaccaridi di riserva naturali sono l'amido (nelle cellule vegetali) e il glicogeno (nelle cellule animali).
• Si trovano all'interno delle cellule come grandi agglomerati o granuli.

Amido

• L'amido è composto da amilosio (20%, solubile in acqua calda, PM 10000-50000, catene non ramificate con legami α1-4) e amilopectina (80%, insolubile in acqua calda, PM 50000-100000, catene molto ramificate con legami α1-4 e α1-6).

Glicogeno

• Il glicogeno è un polisaccaride di riserva negli animali, simile all'amilopectina ma più ramificato.
• Il peso molecolare varia a seconda dell'organo di sintesi (muscolare PM circa 6000 unità di glucosio; epatico PM circa 30000 unità di glucosio).
• Normalmente se ne accumulano circa 350g al giorno

Cellulosa

• La cellulosa e' il polisaccaride piu' abbonante in natura.
• Costituita da 300-3000 unita' di glucosio legale con legame beta 1-4.
• Il diverso tipo di legame causa diverse proprieta' al polimero.
• Forma strutture a reticolo stabilizzate da legami H intra- e intercatena, formando fibre resistenti.

Glicoproteine

• La maggior parte dei carboidrati nelle membrane cellulari sono legati covalentemente a proteine formando glicoproteine.
• I carboidrati legati sono catene oligosaccaridiche che di solito non eccedono le 15 unità monosaccaridiche.
• Si trovano in proteine di superficie, proteine extracellulari e proteine di trasporto.
• Gli oligosaccaridi legati influenzano il ripiegamento, la stabilità e la localizzazione della proteina.
• La configurazione diversa dei legami e le diverse combinazioni dei monomeri rendono le glicoproteine ricche di informazioni strutturali, utili per il riconoscimento cellulare e tra proteine.