Introduzione ai Carboidrati

Introduzione ai Carboidrati

• I glucidi, noti anche come zuccheri, sono definiti carboidrati o idrati di carbonio.
• La loro formula chimica di base presenta un rapporto costante tra gli atomi di carbonio, ossigeno e idrogeno (1:1:2).
• La formula generale dei carboidrati è Cn(H2O)n, dove 'n' è un numero uguale o maggiore a tre.
• 'N' è un numero spesso non superiore a sei.

Funzioni dei Carboidrati

• I carboidrati hanno una funzione strutturale essenziale negli organismi viventi, agendo come sostegno soprattutto nei vegetali (es. cellulosa).
• Forniscono energia necessaria per le funzioni dell'organismo.
• Costituiscono l'esoscheletro degli invertebrati (es. chitina).

Autotrofi ed Eterotrofi

• Gli organismi autotrofi, come le piante, sono capaci di sintetizzare sostanza organica da sostanze inorganiche, in particolare zuccheri (glucosio) da acqua e CO2 attraverso la fotosintesi clorofilliana.
• Gli organismi eterotrofi, come gli animali, devono assumere sostanza organica dall'esterno nutrendosi di alimenti che la contengono.
• Esempi di fonti di carboidrati includono frutti e miele (fruttosio), barbabietola da zucchero e zucchero di canna (saccarosio), latte e latticini (lattosio), cereali, tuberi e legumi (amido).

Classificazione dei Carboidrati

• In base alla complessità, i carboidrati si classificano in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.

Monosaccaridi

• Sono i glucidi semplici costituiti da molecole poliossidrillate.
• Contengono una funzione aldeidica (aldosi) o chetonica (chetosi).
• La formula di un aldoso è R-CHO dove R=Cn On H2n+1.
• La formula di un chetosi è R 1-CO-R 2 dove R1,2= Cn1,2 On1,2 H2n1,2+1.
• La gliceraldeide e il diidrossiacetone sono esempi di triosi, i più semplici monosaccaridi.

Gliceraldeide

• Il più semplice degli aldosi, contenente un atomo di carbonio chirale o asimmetrico.
• La presenza di sostituenti sull'atomo di carbonio chirale rende possibile l'esistenza di due forme.
• Queste due forme sono stereoisomeri, forme otticamente attive o enantiomeri.
• L'aldoso più semplice è la gliceraldeide (C3H6O3), che possiede due enantiomeri.
• Le lettere D (destro) e L (levo) si riferiscono alla posizione del gruppo -OH sul secondo atomo di carbonio nella gliceraldeide (C-2).

Diidrossiacetone

• Un carboidrato usato principalmente nei prodotti autoabbronzanti (senza raggi UV), di solito derivato da piante tramite fermentazione della glicerina.
• Il diidrossiacetone fosfato (DHAP) è la sua forma fosfatica ed è un intermedio della glicolisi.
• È l'unico zucchero che non presenta atomi di carbonio asimmetrici e quindi non ha isomeri ottici.

Ulteriori Classificazioni

• Entrambi questi gruppi si suddividono in base al numero di atomi di carbonio: triosi (tre atomi di carbonio), tetrosi (quattro atomi di carbonio), pentosi (cinque atomi di carbonio), e così via.

Monosaccaridi Importanti

• Ribosio (e desossiribosio): componente di acidi nucleici, ATP e coenzimi; chetopentoso con anello a 5 atomi.
• Glucosio: presente nelle piante (fotosintesi), nel sangue e come carburante per le cellule; aldoesoso con anello a 6 atomi.
• Fruttosio: presente nel miele, nella frutta e nel saccarosio; chetoesoso con anello a 5 atomi.
• Galattosio: costituente delle strutture nervose e del lattosio; aldoesoso con anello a 6 atomi.
• Mannosio: presente nel frassino della manna e in polisaccaridi; aldoesoso con anello a 6 atomi.
• Glucosio e fruttosio sono tra i più importanti monosaccaridi.

Disaccaridi

• Derivano dall'unione di due monosaccaridi tramite legame O-glicosidico.
• Esempi includono maltosio (glucosio + glucosio), lattosio (glucosio + galattosio) e saccarosio (glucosio + fruttosio).
• Il legame si forma per condensazione tra l'OH emiacetalico del primo monosaccaride e uno degli OH del secondo monosaccaride.
• L'estremità riducente è l'estremità con il carbonio anomerico (C1) non coinvolto nel legame glicosidico.
• Il legame acetalico è molto forte e richiede idrolisi a 100°C e pH 2 in vitro, oppure idrolisi enzimatica a 37°C e pH 8 in vivo.

Maltotriosio

• Un trisaccaride composto da tre molecole di glucosio unite da legami glicosidici α-1,4.
• Viene prodotto comunemente dall'azione dell'enzima digestivo alfa-amilasi sull'amilosio dell'amido.
• La sua formazione è dovuta alla modalità casuale con cui l'alfa-amilasi idrolizza i legami glicosidici α-1,4.

Frutto-oligosaccaridi (FOS)

• Fibre solubili presenti in vari frutti, verdure e piante comuni.
• L’inulina è la fonte principale.
• Si formano partendo dall'idrolisi enzimatica.

Polisaccaridi

• Derivano dall'unione di molte unità di monosaccaridi (da 100 a più di 3000).
• I più importanti sono l'amido (riserva di carboidrati tipica delle piante), il glicogeno (riserva tipica degli animali) e la cellulosa (funzione strutturale nelle piante). -Nell'amido, i legami sono α-glicosidici, mentre nella cellulosa sono β-glicosidici, rendendo la cellulosa non digeribile per l'uomo. Possiedono la capacità di legarsi alle proteine della superficie cellulare, formando le glicoproteine che, nei globuli rossi, rendono possibile la classificazione dei quattro gruppi sanguigni (A, B, AB, 0).
• Amido e glicogeno sono polisaccaridi di riserva, presenti all'interno delle cellule come grandi agglomerati o granuli.

Amido

• È costituito per il 20% da amilosio solubile in acqua calda e per l'80% da amilopectina insolubile.
• Le catene di amilosio non sono ramificate, con legami α1-

• L'amilopectina è altamente ramificata, contenente legami α1-4 e α1-6.

Glicogeno

• Un polisaccaride di riserva negli animali, simile all'amilopectina ma con un maggior numero di ramificazioni.
• Ha un peso molecolare variabile a seconda dell'organo: il glicogeno muscolare ha un PM di circa 1.000.000 (circa 6.000 unità di glucosio), mentre quello epatico di 5.000.000 (circa 30.000 unità di glucosio).
• Normalmente, si accumulano circa 350g di glicogeno al giorno.
• Di scarsa importanza nell'alimentazione, viene degradato idroliticamente dopo l'uccisione dell'animale; la sua idrolisi produce glucosio che si ossida rapidamente ad acido lattico, abbassando il pH della carne e favorendo la frollatura.

Cellulosa

• Il polisaccaride più abbondante in natura.
• Costituita da 300-3000 unità di glucosio legate con legami β-1,4.
• Il tipo di legame influenza la conformazione e le proprietà del polimero.
• I polimeri di cellulosa formano strutture stabilizzate da legami a idrogeno intra- e intercatena, che conferiscono resistenza alle fibre.

Glicoproteine

• La maggior parte dei carboidrati delle membrane cellulari sono legati covalentemente a proteine formando glicoproteine.
• I carboidrati legati sono catene oligosaccaridiche di non più di 15 unità monosaccaridiche.
• Si trovano sulle proteine di superficie, extracellulari e di trasporto.
• Gli oligosaccaridi legati influiscono sul ripiegamento e la stabilità delle proteine, guidano il posizionamento delle nuove proteine e, grazie alla loro diversità strutturale, interagiscono nei processi di riconoscimento cellulare e tra proteine.

Acidi Nucleici (DNA e RNA)

• I più importanti sono classificazione di carboidrati, monosaccaridi, disaccaridi, oligosaccaridi, polisaccaridi, glicoproteine, funzioni ed esempi.
• Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono molecole biologiche fondamentali per la sopravvivenza e la trascrizione di codici genetici.
• Il DNA è acido desossiribonucleico, racchiude l'informazione genetica degli esseri umani e di molti organismi viventi.
• L'RNA, o acido ribonucleico, è una macromolecola biologica alla base della sintesi proteica.
• Nucleotidi sono le subunità fondamentali di DNA e RNA.

Nucleotidi

• Costituiti da una base organica azotata, zucchero a cinque atomi di carbonio, e un gruppo fosfato.
• Differenze fra DNA e RNA: zuccheri, le basi azotate.
• Il DNA contiene timina, l'RNA presenta uracile al posto della timina.
• I nucleotidi sono collegati fra loro per formare gli acidi nucleici.

DNA

• Watson e Crick proposero un modello a doppia elica.
• Due filamenti appaiati di DNA formano una lunga catena a chiocciola.
• Le forze di attrazione sono fornite dai legami a idrogeno tra le basi azotate dei due rami.
• L'adenina si lega con la timina (A·····T), e la guanina si lega con la citosina (G·····C).

Catena Polinucleotidica

• Le unità monomeriche si legano in sequenza lineare con legame fosfodiestere.
• Le due catene sono appaiate e antiparallele tra loro, ma stabilizzate da forze idrofobiche.
• L'appaiamento è attuato tramite di legami che si formano tra una base purinica ed una base pirimidinica.

Tipi di RNA e funzioni

• L' RNA ribosomiale (rRNA) è prodotto nel nucleolo
• Il messaggero (mRNA) trasporta l'informazione genetica dal DNA ai ribosomi.
• Il transfer (tRNA) trasporta un amminoacido per volta al ribosoma.
• RNA scoperti di recente, svolgono attività di regolazione snRNA (piccoli RNA nucleari), miRNA(micro RNA).

Duplicazione del DNA

• Le teorie sulla duplicazione del DNA sono state rivoluzionate grazie alle scoperte sul processo del DNA.
• La catena si duplica a partire da uno stampo: un modello semiconservativo, per cui viene mantenuto un filamento vecchio e uno nuovo del DNA.

Fasi della duplicazione

• La duplicazione richiede condizioni precise e si svolge a partire dai due filamenti del DNA stampo grazie a specifici enzimi.
• Questa evoluzione dei filamenti avviene grazie all'aggiunta di nucleotidi all'estremità 3'.
• Sono fondamentali l'elica del DNA, le topoisomerasi 1 e 2 a valle del filamento.
• L'elicasi apre la doppia elica del DNA nella forcella di replicazione.
• La DNA polimerasi allunga i filamenti in modo indipendente.
• La primasi sintetizza i primer e si formano i frammenti di Okazaki.