Els Glúcids i els Lípids PDF

Els glúcids i els lípids Esquema...

Els glúcids i els lípids Esquema 1. Els glúcids 2. Els lípids La bioquímica permet estudiar la composició i les propietats de les molècules orgàniques. Els glúcids i els lípids són presents a totes les cèl·lules i en són les principals molècules energèti- ques. A diferència de les proteïnes i dels àcids nucleics, que són biomolècules específiques, els glú- cids i els lípids tenen una arquitectura similar en tots els organismes. Les seves funcions estructu- rals també són fonamentals: les membranes cel·lulars són formades per bicapes de lípids i la paret cel·lular de la cèl·lula vegetal és constituïda per cel·lulosa, la biomolècula més abundant de la bios- fera. Els lípids i els glúcids són fonamentals en la dieta dels animals. 1  1. Els glúcids L a vida sembla dependre d’un comportament de la matèria regit per lleis i basat no en la tendència que va de l’ordre al desordre, sinó en la conservació d’un ordre preexistent. ERWIN SCHRÖDINGER, Què és la vida? (1944) Els glúcids són biomolècules orgàniques constituïdes per carboni (C), H hidrogen (H) i oxigen (O), amb la presència, a vegades, de nitrogen (N), sofre (S) i fòsfor (P). El nom glúcid (del grec glykýs, que significa ‘dolç’) fa referència al fet que algunes d’aquestes molècules, per exem- C CHO ple la glucosa o la sacarosa, tenen un gust dolç. CH2OH Els glúcids també s’anomenen hidrats de carboni o carbohidrats, encara que aquestes denominacions no són del tot correctes, perquè no es tracta de combinacions d’àtoms de carboni amb aigua. OH Químicament, els glúcids són polihidroxialdehids o polihidroxice- HO tones; és a dir, polialcohols en els quals un dels grups hidroxil ha estat substituït per un grup aldehid (–CHO) o per un grup cetona (–CO–). Els polímers i els derivats d’aquests particulars polialcohols CH2OH també són glúcids. Els glúcids formen la major part de la matèria CHO C orgànica de la biosfera i constitueixen el principal component de la dieta dels animals. La glucosa és la molècula que s’origina durant la fotosíntesi. H Classificació dels glúcids Monosacàrids o oses (sucres senzills) No es poden hidrolitzar en altres glúcids i tenen de tres a vuit àtoms de carboni. Són monosacàrids: la ribosa (i el seu derivat, la desoxiribosa), la glucosa, la galactosa i la fructosa. Oligosacàrids Formats per la unió de poques molècules de monosacàrids (de dos a deu): disacàrids (unió de dos monosacàrids –sacarosa, lactosa i maltosa–), trisacàrids (unió de tres monosacàrids), etcètera. Polisacàrids Formats per la unió de moltes molècules de monosacàrids. – Homopolisacàrids: formats per un sol tipus de monosacàrid. – Pentosanes: polímers de pentoses (arabana i xilana). – Hexosanes: polímers d’hexoses (midó, glicogen, dextrans, cel·lulosa, quitina). – Heteropolisacàrids: formats per més d’un tipus de monosacàrid (pectina, hemicel·lulosa, agar-agar, goma aràbiga, àcid hialurònic, condroïtina…). Heteròsids Formats per monosacàrids i altres molècules no glucídiques (aglicona), les quals poden ser els lípids (glucolípids), les proteïnes (glucoproteïnes), les bases nitrogenades, etc. 2  1.1. Les funcions dels glúcids Els glúcids es troben a totes les cèl·lules, i entre les seves funcions bio- lògiques en destaquen les següents: a) Són la principal font energètica d’utilització immediata de les cèl·lules. Un gram de glúcid produeix 4,1 kcal. La glucosa és la subs- tància per mitjà de la qual la majoria dels organismes obtenen l’ener- gia per al seu funcionament. Dos polímers de la glucosa, el midó en les plantes i el glicogen en els animals, són materials de reserva que poden ser hidrolitzats amb facilitat per originar glucosa. b) Són elements estructurals de molts organismes. Per exemple, la cel·lulosa és el component principal de la paret cel·lular de les cèl·lules vegetals i el constituent principal de la fusta; la quitina forma part de Dihidroxiacetona l’esquelet extern de molts artròpodes; la condroïtina es troba en el H teixit cartilaginós dels animals, etc. c) Alguns glúcids són constituents d’altres biomolècules, com ara els H C1 OH àcids nucleics, que contenen ribosa o desoxiribosa; els fosfats d’ade- nosina (ATP i ADP), que contenen ribosa; les glucoproteïnes, que són C2 O presents a les membranes cel·lulars; els glucolípids, etc. H C3 OH H 1.2. Els monosacàrids Els monosacàrids són els glúcids més senzills. La seva fórmula gene- D-gliceraldehid ral és (CH2O)n, i el valor de n ha d’estar comprès entre 3 i 8. Són substàncies sòlides, blanques, solubles en aigua, sovint amb gust dolç H i amb caràcter reductor. S’anomenen afegint la terminació -osa al pre- fix que indica el nombre d’àtoms de carboni: trioses, tetroses, pentoses, C O hexoses, etc. Cadascun d’aquests grups inclou dues sèries: les aldoses, H C OH amb un grup aldehid, i les cetoses, amb un grup cetona. La cetosa més simple és la dihidroxiacetona, l’única cetotriosa exis- H C OH tent. L’aldosa més simple és el gliceraldehid, el qual té el carboni H 2 asimètric perquè apareix unit a quatre grups diferents. Tenint en compte la posició del grup hidroxil (–OH) en aquest carboni, es dis- tingeixen dos isòmers espacials, o estereoisòmers, del gliceraldehid: el D-gliceraldehid, amb el grup hidroxil a la dreta en la representació L-gliceraldehid plana, i l’L-gliceraldehid, amb l’esmentat grup localitzat a l’esquerra. Tots dos isòmers presenten quiralitat perquè són com imatges espe- H culars i no es poden fer coincidir mitjançant girs. S’anomenen estruc- C O tures enantiomorfes. Les tetroses presenten 2 àtoms de carboni asimètrics, les pentoses HO C H en presenten 3, etc. El nombre possible d’isòmers és de 2x, on x repre- senta el nombre d’àtoms asimètrics. Per a les formes D i L, es pre- H C OH nen com a referència les formes D i L del gliceraldehid segons la po- H sició del grup –OH del carboni asimètric més allunyat del grup aldehid o cetona. 3  D-ribosa 2-desoxi-D-ribosa D-xilosa D-arabinosa (aldopentosa) (derivat de la ribosa) (aldopentosa) (aldopentosa) C5H10O5 C5H10O4 C5H10O5 C5H10O5 H H H H C O C O C O C O H C OH H C H H C OH HO C H H C OH H C OH HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H C OH H H H H D-glucosa D-mannosa D-galactosa D-fructosa (aldohexosa) (aldohexosa) (aldohexosa) (cetohexosa) C6H12O6 C6H12O6 C6H12O6 C6H12O6 H H H H C 1C O C O C O H C OH H C 2C OH HO C H H C OH C O HO C 3C H HO C H HO C H HO C H H C 4C OH H C OH HO C H H C OH H C 5C OH H C OH H C OH H C OH H C 6C OH H C OH H C OH H C OH H H H H Pentoses i hexoses més interessants biològicament. La presència de carbonis asimètrics determina que les molècules dels La fórmula de la D-glucosa mostra que monosacàrids presentin activitat òptica, és a dir, desviïn el pla de els àtoms de carboni d’un monosacàrid vibració de la llum polaritzada que els travessa. Si el desvien cap a la es numeren començant per l’extrem del grup aldehid, en el cas de les aldoses, o dreta (en el sentit de gir de les busques del rellotge), s’anomenen for- pel més proper al grup cetona, en el cas mes dextrogires i es representen amb el signe (+), mentre que si el de les cetoses. desvien en sentit contrari, s’anomenen formes levogires i es represen- ten amb el signe (–). Cal remarcar que no hi ha cap relació entre els isòmers D i L d’una molècula i el fet que aquesta molècula sigui dex- trogira o levogira. Entre les pentoses destaquen la D-ribosa, component de l’àcid ribo- nucleic; la desoxi-D-ribosa (de fet, un derivat de l’anterior), component de l’àcid desoxiribonucleic; la D-xilosa i la D-arabinosa. Entre les hexoses, que són els monosacàrids més abundants, desta- quen la D-glucosa, la D-mannosa i la D-galactosa, totes tres aldo- hexoses, i la D-fructosa, que és la cetohexosa més abundant. 4  La D-glucosa és el monosacàrid que més abunda en la natura. És -tri- anomenada sucre del raïm perquè aquesta fruita en conté molta. La aldo- -tetr- glucosa s’origina durant la fotosíntesi i és el substrat de la respiració -pent- -osa aeròbica dels organismes. -hex- En els vegetals, la glucosa es troba en molts fruits i de diverses mane- ceto- -hep- res: aïllada; formant disacàrids, com ara la sacarosa, o formant polisa- càrids, com ara el midó, la cel·lulosa, etc. Pel que fa als animals, la glucosa és el glúcid essencial en la seva Els noms de les diferents classes de monosacàrids, acabats sempre en -osa, es alimentació i els proporciona bona part de l’energia que necessiten. Es formen combinant el prefix aldo- o ceto-, recomana que entre el 50 % i el 60 % de l’energia que necessita el cos segons que tinguin grup aldehid humà procedeixi dels glúcids. La glucosa es troba en forma de glico- o cetona, amb l’infix que fa referència gen, el qual s’acumula al fetge i als músculs, i és un component de la al nombre d’àtoms de carboni (-tri-, -tetr-, sang dels animals superiors. -pent-…). La glucosa s’obté industrialment per hidròlisi del midó. Es fa ser- vir en la indústria alimentària, en pastisseria, en medicina (per obte- nir solucions parenterals que serveixen per alimentar malalts que no Furà poden ingerir productes per via oral), en el procés industrial de la fer- mentació alcohòlica, etc. HC CH Algunes substàncies derivades dels monosacàrids (per reducció, oxi- HC CH dació o addició de grups funcionals) tenen interès biològic. Entre aques- O tes substàncies podem esmentar els glucoalcohols (sorbitol, mannitol i inositol), els desoxisucres (la desoxiribosa), els glucoàcids (àcids urò- Pirà nics, com ara l’àcid glucurònic, derivat de la glucosa, i l’àcid ascòrbic o vitamina C), els aminosucres (glucosamina i galactosamina) i els CH2 èsters fosfòrics. HC CH HC CH O 1.3. Les estructures cícliques dels monosacàrids i la seva representació Fins ara hem representat els monosacàrids mitjançant fórmules lineals β-D-ribosa obertes. No obstant això, s’ha comprovat que les dissolucions aquoses HOCH2 O OH de monosacàrids de cinc o més àtoms de carboni presenten una activi- 5 tat òptica diferent de la que els correspondria per les molècules origi- 4 H H 1 nàries. Aquest procés s’anomena mutarotació i és degut al fet que, quan H3 2H es dissol el monosacàrid, es produeix una reordenació molecular entre el grup carbonil (aldehid i cetona) i un dels grups hidroxílics (el del OH OH carboni 5 en el cas de les hexoses). S’origina, així, un pont d’oxigen intramolecular anomenat enllaç hemiacetàlic i es formen anells plans β-2-desoxi-D-ribosa pentagonals o hexagonals, anomenats, respectivament, furanoses (es pren com a referència l’hidrocarbur furà) i piranoses (es pren com a referèn- HOCH2 O OH cia l’hidrocarbur pirà). 5 4 H H En l’estructura cíclica, el carboni carbonílic, anomenat carboni ano- 1 mèric, és asimètric i dóna lloc a dues estructures diferents, anomena- H3 2H des anòmers, que es designen amb les lletres α i β. L’anòmer α té el OH H grup hidroxílic del carboni anomèric sota el pla de l’anell, mentre que l’isòmer β el té sobre el pla de l’anell. 5  D-fructosa α -D-fructofuranosa β -D-fructofuranosa CH 2 OH 6 6 6 1 HOCH2 OH CH 2 OH HOCH2 O CH 2 OH HOCH2 O OH 1 C O 1 2 H C 5 H HO 2 5 H HO 2 H 5 HO O HO C H 2 3 H OH H CH 2 OH H C OH 4 3 H+ 4 3 4 3 1 4 OH H OH H OH H H C OH 5 6 CH 2 OH α -D-glucopiranosa CH 2 OH 6 D-glucosa H 5 O H H H O 4 1 H CH 2 OH OH H C 6 1 HO OH 5C CH 2 OH H 5C OH 3 2 H C OH 6 H H 2 H H OH OH H C C 4C OH H C OH H 1 HO C H 3 HO 4 1 O O β -D-glucopiranosa C C HO C C H C OH 3 2 3 2 CH 2 OH 4 H+ 6 H OH H OH H 5 O OH H C OH 5 H CH 2 OH 4 1 6 OH H HO H 3 2 H OH Malgrat que les estructures cícliques, en el cas de les piranoses, es representin planes, la seva con- β-D-glucopiranosa: α-D-glucopiranosa: figuració real és plegada i adopten dues confor- estructura de nau estructura de cadira macions: la cis o de nau, i la trans o de cadira. H OH H OH Les conformacions cícliques de les pentoses i H HO CH 2 OH les hexoses determinen algunes de les seves pro- CH 2 OH O pietats biològiques i condicionen les maneres d’en- O HOH H H H llaçar-se per formar disacàrids i polisacàrids. HO H OH H H OH OH 1.4. L’enllaç O-glucosídic Els oligosacàrids i els polisacàrids s’originen per unió de monosacàrids mitjançant l’enllaç O-glucosídic, el qual es forma per reacció entre el grup –OH del carboni carbonílic d’un monosacàrid i un grup –OH d’un segon monosacàrid. CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH 6 6 6 6 H O H H O H H O H H O H 5 5 5 5 H H H H 4 OH H 1 4 OH H 1 4 OH H 1 4 OH H 1 +H 2 O O OH OH HO OH OH OH 3 2 3 2 3 2 3 2 Enllaç O-glucosídic α (1 4) H OH H OH H OH H OH 6  Aquests enllaços es descriuen indicant el tipus d’isòmer que enlla- cen (α o β) i els nombres dels àtoms de carboni portadors dels grups hidroxílics que reaccionen. L’enllaç glucosídic s’anomena α o β, segons que el primer monosa- càrid sigui α o sigui β. Principals derivats dels monosacàrids Glucoalcohols Desoxisucres Sorbitol Mannitol Mio-inositol ß-2-desoxi-D-ribosa (derivat de la glucosa) (derivat de la mannosa) (l’isòmer més freqüent de l’inositol) O CH2OH CH2OH OH OH HOCH2 OH HCOH HOCH 5 H OH 4 1 H H HOCH HOCH H H OH H H H 3 2 HOCOH HCOH HO H OH H HCOH HCOH H OH CH2OH CH2OH Glucoàcids Aminosucres Àcid-D-glucurònic Àcid-D-galacturònic D-glucosamina D-galactosamina CHO CHO O O C C H C OH H C OH H H H C NH2 H C NH2 HO C H HO C H HO C H HO C H H C OH HO C H H C OH HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH COOH COOH CH2OH CH2OH COOH COOH 6 6 CH2OH CH2OH H 5 O H OH 5 O H 6 6 H H H 5 O H OH O OH 4 1 4 1 5 OH H OH H H H 4 H 1 4 1 HO OH H OH OH OH H 3 2 3 2 HO OH H H H OH H OH 3 2 3 2 H NH2 H NH2 Èsters fosfòrics Àcid α-D-glucosa-1-fosfòric Àcid α-D-glucosa-6-fosfòric Àcid β-D-glucosa-1,6-difosfòric Àcid α-D-fructosa-6-fosfòric CH2OH CH2OPO3H2 CH2OPO3H2 O 6 6 6 H O H H O H H O OPO3H2 H2O3POCH2 CH2OH 5 5 5 6 1 H H H 4 1 4 1 4 1 5 H 2 OH H OH H OH H OH OH OPO3H2 OH OH OH H H OH 3 2 3 2 3 2 4 3 H OH H OH H OH OH H 7  1.5. Els oligosacàrids Els oligosacàrids són els glúcids formats per cadenes de monosacàrids (de dos a deu) units per enllaços glucosídics. Els més abundants i els més importants pel que fa a la biologia són els disacàrids, com ara la maltosa –dues glucoses unides per enllaç α (1 → 4)–, la cel·lobiosa –dues glucoses unides per enllaç β (1 → 4)–, la lactosa –una galacto- sa i una glucosa unides per enllaç β (1 → 4)– i la sacarosa (glucosa i fructosa). La maltosa es troba en el gra d’ordi germinat i es fa servir en l’ob- tenció de cervesa. També s’obté per hidròlisi del midó i es fa servir com a nutrient, edulcorant i medi de cultiu. La cel·lobiosa no es troba lliure en la natura, però és la unitat disa- càrida que constitueix la cel·lulosa. La lactosa, o sucre de la llet, és el principal glúcid de la llet dels mamífers. La sacarosa, o sucre de canya, és, juntament amb el midó, el prin- cipal glúcid de reserva dels vegetals. En nombroses famílies de plan- tes se sintetitza en la fotosíntesi. És el glúcid més edulcorant i s’obté de la canya de sucre i de la remolatxa sucrera. La sacarosa és formada per la unió d’una α–glucosa i una β–fruc- tosa, unides precisament pel carboni 1 de la primera i el carboni 2 de la segona. És per aquest motiu que, a diferència d’altres sucres, la molè- cula de sacarosa no té caràcter reductor i dóna negatiu en la prova de Fehling, que Maltosa HOCH 2 HOCH 2 6 6 s’utilitza en el laboratori per a la identifi- H O H H O OH 5 5 cació dels sucres. H H La sacarosa, la lactosa i la maltosa són 4 OH H 1 4 OH H 1 O una font important d’energia per a molts HO H 3 2 3 2 organismes. El catabolisme d’aquests disa- H OH H OH càrids inclou la hidròlisi en els seus mono- sacàrids constituents (glucosa, galactosa i fructosa). En l’espècie humana, aquesta Lactosa HOCH 2 HOCH 2 6 6 hidròlisi la porten a terme els enzims saca- HO O H O OH 5 5 rasa, lactasa i maltasa, que són produïts en H H O les cèl·lules digestives. 4 OH H 1 4 OH H 1 Hi ha pocs oligosacàrids que estiguin for- H H H 3 2 3 2 mats per més de dos monosacàrids i que H OH H OH siguin tan importants des del punt de vis- ta de la biologia com els disacàrids. Un d’a- quests oligosacàrids digne de ser esmentat Sacarosa HOCH 2 6 és la trealosa, formada per la unió de tres H O H HOCH2 O H 5 glucoses i freqüent en molts bolets. H 1 4 OH H 1 H HO 5 O 2 6 HO 3 2 3 4 CH 2 OH H OH OH H 8  D O C U M E N T S Edulcorants i aliments light Un edulcorant és qualsevol substància que serveix per endolcir o donar gust dolç, un dels quatre sabors bàsics i amb una importància capital en la conduc- ta alimentària humana. Els edulcorants naturals més emprats són els sucres, és a dir, els monosacàrids i els disacàrids. El sucre bàsic és la sacarosa, o sucre de taula, i la seva capacitat per endolcir es pren com a referència i es considera igual a 1. Per comparació, el poder edulcorant de la lactosa és 0,25; el de la galactosa, 0,3; el de la mal- tosa, 0,6; el de la glucosa, 0,7; i el de la fructosa, entre 1,1 i 1,3. A més d’e- dulcorar, els glúcids aporten molta energia, si bé tenen tots el mateix valor energètic: 16,7 j·g –1. La mel és un edulcorant natural produït per les abelles a partir del nèctar de les flors. Gràcies a l’enzim invertasa, l’abella de la mel transforma bona El sucre de taula és un disacàrid: part de la sacarosa del nèctar en mescles de fructosa i glucosa que, juntament la sacarosa. amb matèries minerals com ara gomes, dextrines, àcids, aminoàcids, aigua, etc., s’afegeixen als altres sucres presents a la mel. La presència de totes aquestes subs- tàncies fa que, a més d’energètica –uns 12,3 j·g–1 de mitjana–, la mel sigui un aliment molt més complet que el sucre. El poder edulcorant de la mel, superior al de la sacarosa, depèn del contingut relatiu en fructosa/glucosa, que varia entre 1 i 1,6 segons el seu origen vegetal. Darrerament, la preocupació per mantenir-se en forma i amb bona salut ha fet augmentar molt el consum de productes baixos en calories, anomenats lleu- gers o light. L’any 2007 aquests productes representaven un 30% de les vendes del mercat alimentari de l’Europa occidental. De forma genèrica, es pot dir que un producte lleuger és el que té menys grei- xos (especialment els saturats) i menys sucres. Els greixos a vegades són substituïts per glúcids, que són menys energètics, i el sucre, si es tracta d’un producte que ha de ser dolç, és substituït per un altre edulcorant. En principi hi ha –com a mínim– tres alternatives, deixant de banda els moderns neosucres o fructooligosacàrids. La primera alternativa és substituir la glucosa per un altre sucre més dolç: la fructosa. Però no hi ha gaire diferència i el producte continua sent força energètic (malgrat allò que insinua la publici- tat d’algun d’aquests productes). Tanmateix, a vegades s’empra la fructosa no tant perquè el producte sigui més light, sinó perquè és més indicat per als dia- bètics, ja que la fructosa no té una acció tan directament hiperglucemiant com ara la glucosa. Una segona alternativa és la dels glucoalcohols (sorbitol, manitol, etc.), que tenen un poder edulcorant de l’ordre de 0,5-0,6. Els glucoalcohols no s’usen gai- re en l’alimentació perquè presenten mala absorció intestinal i sovint causen diar- rees, tot i que alguns productes dietètics en contenen, però sí que es fan servir molt en els xiclets sense sucre, ja que com que els bacteris de la boca no els poden atacar no contribueixen, com el sucre, a la càries dental. La tercera possibilitat és la dels edulcorants intensos, formats per molècules amb un sabor dolç molt fort que fins i tot pot resultar desagradable. L’avantat- ge d’aquests edulcorants és que s’utilitzen en dosis molt petites i, per tant, no són 9  significativament energètics. El primer edulcorant intens que es va sintetitzar, i el més conegut, és la sacarina, que va ser sintetitzada per Falberg l’any 1879 a partir del toluè i té un poder edulcorant d’entre 300 i 400. Més recentment s’han sintetizat substàncies amb capacitats edulcorants sorprenents: ciclamats (poder edulcorant entre 25 i 30), aspartam i acesulfam (poder edulcorant entre 100 i 200), alitam (poder edulcorant de 2000), dulcina (poder edulcorant de 800), etc. També s’han obtingut edulcorants intensos d’origen vegetal, com ara la taumatina i la monelina (un glucopèptid i una proteïna, respectivament) o la dihidrocalcona, amb un poder edulcorant entre 1500 i 3000. Algunes d’aquestes substàncies s’usen a bastament, mentre que d’altres no estan autoritzades, ja que no se sap quins efectes poden tenir sobre la salut. Una La presència de les estructures AH i B altra propietat d’aquestes substàncies que s’estudia activament és com poden en la mateixa molècula és una condició necessària, encara que no suficient, interferir en els mecanismes reguladors de la gana i la sensació de sacietat. perquè existeixi el gust dolç. Acesulfam H3C O Dihidrocalcona OCH3 B SO2 B RO OH N–K+ AH OH AH O Aspartam Sacarina OH O Ciclamat O B AH AH B B O NH2 AH H H NH N C C B N B AH H CO2CH3 H SO3H C C C S OH H2 O2 O CH2C6H5 AH 1.6. Els polisacàrids Els polisacàrids són glúcids compostos per molts monosacàrids (de vega- R E C O R D A des, alguns milers), o pels seus derivats, units mitjançant enllaços O-glu- Segons la seva funció, els polisacàrids es cosídics que formen llargues cadenes lineals o ramificades. Es tracta de divideixen en polisacàrids de reserva substàncies de pes molecular elevat, la majoria insolubles en aigua i sen- (midó, glicogen, etc.) i polisacàrids es- se caràcter reductor, que formen amb facilitat dispersions col·loïdals. tructurals (cel·lulosa, quitina, etc.). Segons la seva funció, es divideixen en polisacàrids de reserva, com ara el midó i el glicogen, i estructurals o de sosteniment, com ara la cel·lulosa i la quitina. Els primers proporcionen l’energia per al meta- bolisme cel·lular i s’acumulen en el citoplasma en forma de grànuls, mentre que els segons fan d’element estructural extracel·lular. El midó, principal glúcid de reserva dels vegetals, és el producte final de la fotosíntesi; es troba en els cloroplastos i s’acumula en els amiloplastos. És format per glucoses que constitueixen, de fet, dos polímers diferents: l’amilosa i l’amilopectina. La primera és formada 10  per cadenes lineals de glucosa, no ramificades, unides per enllaços α (1 → 4). L’amilopectina és formada per les mateixes cadenes, però pre- senta ramificacions (d’unes dotze unitats glucosa de longitud) a par- tir d’enllaços α (1 → 6) cada dotze unitats glucosa aproximadament. Es troba en les llavors (cereals), en els tubercles (patata) i en les arrels. És molt important en l’alimentació humana i es consumeix en forma de farines de cereals, d’arròs, de patates, etc. En la indústria es fa ser- vir per obtenir-ne glucosa i dextrines, i presenta nombroses aplicacions en l’àmbit farmacèutic, en el tèxtil, etc. = glucosa El glicogen és el principal polisacàrid de reserva en els teixits ani- Representació gràfica de l’estructura del mals, i abunda especialment en les cèl·lules del fetge i dels músculs. glicogen. Les glucoses estan unides per És format per llargues cadenes de molècules de glucosa, amb nombro- enllaços α (1 → 4). En els punts de ramificació, l’enllaç és α (1 → 6). ses ramificacions. La seva estructura és comparable a l’estructura de l’amilopectina, però les cadenes laterals són més curtes (8 o 10 restes glucosa) i més abundants (cada 8 o 10 unitats glucosa). Per hidròlisi origina glucosa. La cel·lulosa és el polisacàrid més abundant de la biosfera i és el component bàsic de la paret cel·lular de les cèl·lules vegetals. És for- mada per llargues cadenes, sense ramificar, de glucoses unides per enlla- ços β (1 → 4). Aquestes cadenes, unides per enllaços d’hidrogen, es disposen en paral·lel formant feixos. La fusta, per exemple, és forma- da per més d’un 50 % de cel·lulosa, i en algunes plantes, com ara el cotó, aquest percentatge pot arribar a prop del 100%. La cel·lulosa és un producte d’una gran importància industrial i constitueix, per exem- ple, la matèria primera de la indústria paperera. La quitina és un polisacàrid format per molècules de glucosamina, un derivat monosacàrid del grup dels aminosucres. Aquestes glucosa- Fracció amilosa i amilopectina del midó. mines estan acetilades i unides per enllaços β (1 → 4). Forma part de L’estructura del glicogen és similar a la l’exosquelet dels diversos grups d’artròpodes (aràcnids, insectes, crus- de l’amilopectina. En color, un punt de ramificació: enllaç α (1 → 6). tacis i miriàpodes) i de la paret cel·lular d’alguns grups de fongs. CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH CH2OH Amilosa H O H H O H H O H H O H H O H H H H H H O OH H O OH H O OH H O OH H O OH H O H OH H OH H OH H OH H OH CH2OH CH2OH CH2OH Amilopectina H O H H O H H O H H H H O OH H O OH H O OH H O H OH H OH H OH CH2OH CH2OH CH2 CH2OH CH2OH H O H H O H H O H H O H H O H H H H H H O OH H O OH H O OH H O OH H O OH H O H OH H OH H OH H OH H OH 11  1.7. Els heteropolisacàrids Els heteropolisacàrids –com la pectina, l’hemicel·lulosa, l’agar-agar, la goma aràbiga, l’àcid hialurònic, la condroïtina i l’heparina– són polisacàrids formats per més d’un tipus de monosacàrid. La pecti- na, que conté àcids D-galacturònics, es troba a la paret vegetal, entre les fibres de cel·lulosa. Abundant a les fruites, per cocció absorbeix gran quantitat d’aigua i dóna la consistència característica de les melmelades i gelees; un origen i unes propietats similars té l’hemicel·lulosa, que és un polímer de D-xiloses. L’agar-agar, que conté D- i L-galactoses, és present a les membranes de les algues ver- melles, d’on s’obté. S’usa tradicionalment a la cuina i a la medicina xineses i serveix, en forma de gel, com a suport per als cultius de microorganismes en el laboratori. L’àcid hialurònic –que és compost d’àcid D-glucurònic i N-acetil- glucosamina– és el component principal de la substància intercel·lular dels teixits connectius, mentre que la condroïtina –polímer de l’àcid D-glucurònic i N-acetil-galactosamina– ho és del teixit cartilaginós. Cultius bacterians sobre un suport L’heparina, d’estructura similar, és un anticoagulant present als teixits d’agar-agar en càpsula de Petri. orgànics. Aquestes tres darreres substàncies són mucopolisacàrids, dits així pel seu caràcter llefiscós, és a dir, per la seva gran viscositat i capa- citat de retenir aigua. 1.8. Els heteròsids Són polímers complexos que per hidròlisi originen monosacàrids (o els seus derivats) i altres molècules no glucídiques, anomenades agli- cons. Els més importants són els glucolípids, en els quals l’aglicó és un lípid, i els glucopròtids, que presenten com a aglicó un pèptid o una proteïna. Entre els glucopròtids, destaquen les glucoproteïnes (mucoproteïnes, immunoglobulines, algunes hormones, etc.). Per la seva banda, els denominats peptidoglicans són constituents estructu- rals de la paret cel·lular dels procariotes (bacteris), estan formats per llargues cadenes de polisacàrids (polímers dels aminoglúcids N-acetil- D-glucosamina i l’àcid N-acetil-muràmic) travades per polipèptids curts. Fragment d’una molècula de cel·lulosa El més abundant és la mureïna. (cadena lineal de D-glucoses unides per enllaços β (1 → 4). 6 CH OH 6 CH OH 2 H OH 2 H OH 3 2 3 2 H 5 O H H 5 O H H O OH H H O OH H 4 1 ß 4 1 ß 4 1 ß 4 1 ß O OH H H O OH H H O H H O H H O 3 2 5 3 2 5 H OH CH2OH H OH CH2OH 6 6 12  Quitina CH3 CH3 C O C O CH2OH CH2OH CH2OH NH NH O O O ß ß ß O O O O O ß ß O O NH CH2OH NH CH2OH H NH C O C O C O CH3 CH3 CH3 Fragment d’una molècula de quitina. En color, hi ha destacada la unitat disacàrida que es repeteix. D O C U M E N T S La regulació hormonal del contingut de glucosa a la sang La glucosa és un dels components del plasma sanguini. La concentració d’aquest monosacàrid a la sang, que s’anomena glucèmia, en condicions normals oscil·la entre 0,6 g/l, després del dejuni nocturn, i 1,1 g/l, després dels àpats. R E C O R D A La regulació de la glucèmia és controlada principalment per l’acció nerviosa La glucèmia –o concentració de gluco- i per la insulina i el glucagó, dues hormones que tenen funcions antagòniques sa a la sang– té uns valors fisiològics que i que són segregades pel pàncrees. oscil·len entre 0,6 g/l i 1,1 g/l, gràcies La insulina és una hormona hipoglucemiant, és a dir, provoca una dis- a l’acció combinada de molts factors re- minució del contingut de glucosa a la sang. Això afavoreix l’entrada d’aquest guladors. Entre aquests factors hi ha monosacàrid dins les cèl·lules hepàtiques, musculars i adiposes. Al mateix dues hormones: la insulina, que fa bai- temps, la insulina activa la síntesi de glicogen en el fetge. La deficient sínte- xar els valors de glucèmia, i el glucagó, que els fa pujar. si d’insulina per part del pàncrees origina una malaltia metabòlica força fre- qüent, la diabetis. El glucagó, en canvi, és el principal agent hiperglucemiant: estimula la hidròlisi del glicogen en el fetge, cosa que fa augmentar el contingut de glu- cosa a la sang. La cel·lulosa o fibra vegetal La paret vegetal de les cèl·lules vegetals, Si bé la cel·lulosa és molt abundant en l’alimentació de la majoria dels animals, que a la fotografia està tenyida de verd, no els aporta cap tipus de nutrient, ja que aquests animals no disposen ni dels és constituïda principalment de cel·lulosa. enzims ni dels bacteris que permeten digerir aquest polisacàrid i obtenir-ne glú- cids més senzills, com ara la glucosa. En canvi, les larves de certs insectes (xilò- fags) mengen fusta i poden digerir la cel·lulosa; i en el tub digestiu dels animals remugants, com ara les vaques, existeix un òrgan especial amb grans quantitats de bacteris que digereixen la cel·lulosa. En l’ésser humà, la cel·lulosa de les verdures, les fruites, els llegums, la fruita seca, etcètera és pràcticament indigerible i no aporta ni energia ni nutrients estructurals. No obstant això, la ingestió de cel·lulosa o de fibra vegetal és molt beneficiosa per al bon funcionament del tub digestiu, ja que afavoreix l’absor- ció dels aliments, l’eliminació de substàncies nocives i la defecació. 13  A C T I V I T A T S 1. Enumera les principals funcions dels glúcids i explica-les breument amb exemples concrets. Explica també l’etimologia del terme glúcid, digues quines altres denominacions reben aquests principis immediats i raona, a més, si són correctes. 2. Quins són els tres elements químics més abundants en els glúcids? Quins són els tres principals grups funcionals dels glúcids? Escriu-ne la fórmula. 3. Explica els criteris que es fan servir per anomenar químicament els monosacàrids. Escriu la fórmula química general d’aquest grup de glú- La remolatxa sucrera és emprada per a cids. Quina és la diferència química entre les aldoses i les cetoses? l’extracció de sacarosa o sucre de canya, que és el glúcid més edulcorant. 4. La fórmula empírica C6 H12 O6 representa alguns monosacàrids molt abundants. Indica’n els noms i escriu-ne les fórmules lineals. Quin grup funcional diferencia els dos monosacàrids? 5. Quins monosacàrids són components de l’ADN, l’ARN i l’ATP? 6. La cel·lulosa és el glúcid més abundant en la biosfera. Digues on es troba, quina funció biològica desenvolupa i quin monosacàrid el for- ma. Explica alguna aplicació d’aquest polisacàrid. Descriu breument el valor nutritiu de la cel·lulosa en els animals herbívors i en l’ésser humà. 7. Copia la taula següent i completa-la escrivint, per a cada glúcid, a quin grup pertany (i a quin subgrup, si cal), on es troba i quina fun- ció té. Glúcid Grup i subgrup On es troba Funció Quitina Ribosa Lactosa Galactosa Glicogen Condroïtina Glucolípid Sacarosa Cel·lulosa Fructosa 14  8. Copia aquest text i completa’n els espais buits amb les paraules següents: glicogen, dieta, carbohidrats, fotosíntesi, enllaç glucosídic, lac- tosa, polialcohols, biosfera, aldehid, reserva, hidròlisi, cel·lulosa, midó, organismes, monosacàrids, quitina, glucosa, polisacàrids, sosteniment. Els glúcids són … en els quals un dels grups hidroxil ha estat a) substituït per un grup … o per un grup cetona. També es coneixen amb el nom de …. Constitueixen la major part de la matèria orgà- H nica de la … i són els principals components de la … dels animals. La … és el component fonamental de molts glúcids i la molècu- C O la que s’origina durant la …. H C OH Els … són glúcids més senzills, mentre que els disacàrids i els … s’originen per unió, mitjançant un … … de dues o moltes molècu- H C OH les de monosacàrids. En el grup dels disacàrids s’inclouen, entre altres, la …, principal H glúcid de la llet, i la maltosa. Els polisacàrids desenvolupen dues funcions biològiques, la de … b) energètica i l’estructural o de …. El … és el principal polisacàrid H de reserva dels vegetals, mentre que en els animals aquesta funció la porta a terme el …. Per … total d’aquests dos polisacàrids s’origi- C O na glucosa, una substància per mitjà de la qual la majoria dels … obtenen l’energia que necessiten per al seu funcionament. H C OH Entre els polisacàrids estructurals destaquen la …, principal com- HO C H ponent de la paret cel·lular de les cèl·lules vegetals, i la …, que for- ma l’esquelet extern dels crustacis, els insectes, els aràcnids, etc. H C OH 9. Explica les diferències que hi ha entre els homopolisacàrids i els H C OH heteropolisacàrids i posa exemples de glúcids per a cada un d’aquests H C OH dos grups. Digues què és un heteròsid i cita’n alguns exemples. H 10. La glucosa és el monosacàrid més abundant. En el plasma sangui- ni humà cal que n’hi hagi una certa concentració. Defineix els termes c) glucèmia, hiperglucemiant i hipoglucemiant. Quin altre nom rep la glu- cosa i a quina fruita abunda? Explica a partir de quins disacàrids HOCH2 O OH i polisacàrids es pot obtenir glucosa. Quin és el destí de l’excés de glu- cosa que s’ingereix durant els àpats? H H 11. Identifica amb precisió a quines substàncies corresponen les tres H H fórmules que hi ha a l’esquerra. Indica-hi tots els carbonis asimètrics. OH H 15  2. Els lípids Teixit adipós El teixit adipós és un tipus especial de teixit conjuntiu en què predo- Els lípids (del grec lipos, que significa ‘greix’) també són anomenats minen les cèl·lules adiposes (adipò- greixos. Es tracta de biomolècules formades per carboni (C), hidro- cits o cèl·lules grasses), caracterit- zades pel seu alt contingut en gen (H) i oxigen (O), les quals sovint contenen fòsfor (P), nitro- lípids (principalment triglicèrids). gen (N) i sofre (S). Solen tenir un pes molecular elevat i són insolu- Hi ha dos tipus de teixit adipós, bles en aigua i solubles en dissolvents orgànics. Químicament, molts que es diferencien pel color: el tei- lípids contenen àcids orgànics enllaçats a compostos amb grups d’al- xit adipós blanc i el teixit adipós bru. El primer, format per adipò- cohol. També poden contenir àcid fosfòric, àcid sulfúric, bases nitro- cits amb una sola gran gota de genades i glúcids. greix en el citoplasma, emmagat- A diferència d’altres principis immediats, els lípids constitueixen un zema triglicèrids per enviar-los als grup químicament molt heterogeni. De fet, gairebé només tenen en altres teixits, que els fan servir com comú el fet de ser insolubles en aigua (i altres dissolvents polars) i a font d’energia i per formar ATP en períodes interdigestius o de solubles, en canvi, en dissolvents orgànics (és a dir, no polars) com desdejuni. ara el benzè, el cloroform, l’èter, l’octà, etc. Els lípids que contenen El segon té adipòcits amb nom- àcids grassos, anomenats saponificables, n’alliberen les sals (sabó) per broses gotetes lipídiques en el hidròlisi alcalina, cosa que no fan els lípids que no contenen àcids citoplasma, presenta una gran acti- grassos, anomenats insaponificables. vitat metabòlica i oxidativa i els seus lípids es consumeixen in situ per generar calor. Té un paper important en la regulació de la 2.1. Les funcions dels lípids temperatura corporal, per exemple en els nounats. Els lípids es troben en totes les cèl·lules, en les quals desenvolupen, bàsicament, tres funcions molt importants: a) La funció de reserva energètica. Els lípids són els principals materials de reserva energètica dels animals. Un gram de lípid pot pro- duir 9,4 kcal. Els lípids de reserva energètica s’acumulen principal- ment en el teixit adipós de la pell de molts animals i en les llavors d’alguns vegetals. b) La funció estructural. Certs lípids, principalment els fosfolípids i el colesterol, són components essencials de la membrana cel·lular, en la qual formen la bicapa lipídica. Aquesta bicapa n’és el principal ele- ment estructural i és també responsable de la permeabilitat selectiva de la membrana. Alguns lípids donen consistència i protecció a òrgans vegetals i animals. Així, les ceres impermeabilitzen les fulles, els fruits, la pell, els pèls, les plomes, etc. Els lípids del teixit adipós de la pell de certs animals homeoterms actuen com a aïllant tèrmic, sobretot en els de clima fred, com ara la balena, la foca, el lleó marí, etc. Classificació dels lípids Lípids saponificables (contenen àcids grassos i amb els àlcalis originen sabons): – acilglicèrids, ceres, fosfoglicèrids, esfingolípids i glucolípids. Lípids insaponificables (no contenen àcids grassos i amb els àlcalis no originen sabons): – esteroides, terpens o isoprenoides, prostaglandines. 16  c) La funció reguladora. Algunes substàncies que intervenen en nom- brosos processos fisiològics són lípids o derivats d’aquests, com ara les vitamines liposolubles (vitamines A, D, E i K), les hormones esteroï- dals (hormones sexuals i hormones segregades per les glàndules supra- renals) i les prostaglandines. Els lípids, substàncies molt utilitzades per l’ésser humà, es poden extreure de nombroses espècies vegetals (olivera, gira-sol, soja, etc.) i animals (porc, peixos, balena, etc.). Una part de la producció de grei- xos es destina a l’alimentació humana i del bestiar (olis, farines de peix, etc.), i una altra part a diferents usos industrials, com ara la fabri- cació de sabons, detergents, cosmètics, medicaments, pintures, vernis- sos, emulsionants, lubrificants, additius alimentaris, etc. 2.2. Els àcids grassos R E C O R D A Els àcids grassos són els components fonamentals de molts lípids. Els àcids grassos escassegen en forma Cada molècula d’àcid gras és formada per una cadena d’àtoms de car- lliure. Tanmateix, tot i que es trobin en boni (cadena hidrocarbonada) amb els enllaços lliures saturats per àtoms petites quantitats, determinen les pro- d’hidrogen i un grup àcid o carboxílic en un extrem. Aquesta molè- pietats d’alguns aliments, com ara el cula es diu que és amfipàtica (conté grups amb propietats diferents), gust. Així, l’acidesa de l’oli ve donada ja que el grup àcid és hidròfil (és polar i té afinitat amb l’aigua), men- per la proporció d’àcids grassos lliures que conté (expressada en tant per cent). tre que la cadena hidrocarbonada és hidròfoba (és apolar i repel·leix l’aigua) i lipòfila (té afinitat amb els lípids). A causa d’aquesta carac- terística química, en presència de l’aigua, les molècules dels àcids gras- sos tendeixen a orientar-se espontàniament: els extrems hidròfils entren en contacte amb l’aigua i els hidròfobs tendeixen a repel·lir-la. Es coneixen dos tipus d’àcids grassos: els saturats, amb tots els àtoms de carboni units per enllaços simples, i els insaturats, en els quals dos àtoms contigus de carboni continguts en la cadena hidro- carbonada han perdut un àtom d’hidrogen i es troben units per un doble enllaç (poliinsaturats quan tenen més d’un doble enllaç). Els àcids grassos monoinsaturats són els que presenten un únic doble enllaç, mentre que els poliinsaturats en presenten dos o més. L’ésser Estructura esquemàtica i fórmula humà, com els altres mamífers, sintetitza la major part dels àcids gras- de l’àcid esteàric. sos. Però n’hi ha tres –el linoleic, el linolènic i l’araquidònic– que no es poden sintetitzar i cal ingerir-los mitjançant la dieta. S’anomenen àcids CH3—(CH2)16—COOH Àcid esteàric grassos essencials. Com menys dobles enllaços té i més Cadena hidrocarbonada Grup carboxílic llarga és la seva cadena molecular més alt CH3—(CH2)16 COOH Grup hidròfob Grup hidròfil és el punt de fusió d’un àcid gras (vegeu la taula de la pàgina següent); 0 aquest fet pràctic condiciona la consis- CH3 C tència física de les mescles que els con- OH tenen. 17  Principals àcids grassos Nom comú Fórmula Greixos on es troba Punt de fusió (°C) Àcids saturats Caproic CH3–(CH2)4–COOH Greixos de la llet. –1,5 Caprílic CH3–(CH2)6–COOH Greixos de palmes i de la llet. 16,3 Càpric CH3–(CH2)8–COOH Greixos de palmes i de la llet, 31,4 esperma de balena. Làuric CH3–(CH2)10–COOH Greixos de palmes i de lauràcies. 44,2 Especialment abundant en l’oli de coco. Mirístic CH3–(CH2)12–COOH Quantitats petites en molts 53,9 greixos. Palmític CH3–(CH2)14–COOH En nombrosos tipus de greixos. 63,1 Molt abundant en l’oli de palma. Esteàric CH3–(CH2)16–COOH En nombrosos tipus de greixos, 69,6 especialment en els de mamífers terrestres. Araquídic CH3–(CH2)18–COOH Greixos de les llavors de les llegu- 76,5 minoses. Àcids insaturats Palmitoleic CH3–(CH2)5–CH=CH–(CH2)7– Petites quantitats en molts tipus –0,5 –COOH de greixos. Abundant en els olis d’animals marins. Oleic CH3–(CH2)7–CH=CH–(CH2)7– En tots els greixos. Abundant en 13,4 –COOH l’oli d’oliva i d’ametlles. Linoleic CH3–(CH2)4–CH=CH–CH2–CH= En molts greixos. Abunda en l’oli 5 =CH(CH2)7–COOH de llinosa. α-linolènic CH3–CH2–CH=CH–CH2–CH= En olis assecants, com ara el de –11 =CH–CH2–CH=CH(CH2)7–COOH llinosa. Araquidònic CH3–(CH2)4–CH=CH–CH2–CH= Quantitats petites en nombrosos –49,5 =CH–CH2–C=CH–CH2–CH= greixos animals (del cervell, del =CH–(CH2)3–COOH fetge, etc.). Abunda en l’oli de sardina. 18  a b Cap hidròfil Cua hidròfoba a) Models moleculars compactes dels àcids grassos palmític i esteàric. D O C U M E N T S b) Representació de molècules amfipàtiques. Les margarines L’oli d’oliva és un producte molt utilitzat en la cuina mediterrània, però fora d’aquest àmbit geogràfic és molt poc difós, ja que el greix més utilitzat per cuinar és la mantega. L’any 1869 França estava en guerra amb Prússia; les vaques estaven militaritzades al front, la mantega escassejava i la poca que hi havia era molt cara. Per tal de posar remei a la falta d’aquest producte bàsic a les cuines pari- senques, l’emperador Napoléo III va convocar un concurs «per tal d’obtenir un greix similar a la mantega, però de preu inferior, que es conservi molt de temps sense alterar-se i mantingui el seu valor nutritiu». El concurs el va guanyar el farmacèutic Mège-Mouriès, amb la margarina. Aquest producte es basa en l’augment del punt de fusió dels àcids grassos insaturats, ja que incorpora hidro- gen en els seus dobles enllaços. Al principi, les margarines es feien amb greixos animals (sèus lleugers, oli de balena, etc.) emulsionats amb aigua o llet. En una segona etapa es van començar a usar els greixos vegetals fluids que, com hem vist, s’endureixen per hidrogenació. Actualment s’utilitzen olis vegetals (de cacauet, gira-sol, soja, colza, coco, palma…) i de peix. Més que de margarina, cal parlar de margarines, perquè n’hi ha de com- posicions molt diverses (d’origen vegetal o no, cal llegir l’etiqueta). Estan constituïdes per una fase aquosa i una fase grassa heterogènia en la qual, gai- rebé sempre, a més de greixos vegetals (hidrogenats i no hidrogenats) hi ha altres greixos. Moltes de les margarines d’oli de gira-sol o de blat de moro, per exemple, no solen procedir de més d’un 75 % d’aquests olis. A més, les margarines solen contenir additius, com ara antioxidants, emul-