I Carboidrati – Parte 1/3


CARBOIDRATI

I carboidrati rappresentano la nostra fonte primaria d’energia, e vanno a soddisfare la maggior parte del nostro fabbisogno energetico (60-65%). Hanno origine principalmente dalle piante, come prodotto della fotosintesi; queste infatti, a partire da anidride carbonica e luce (in presenza di acqua), sintetizzano i carboidrati, tra i quali spiccano senza dubbio glucosio, amido e cellulosa.

 

CLASSIFICAZIONE E NOMENCLATURA

I carboidrati sono definiti come poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni, o composti che per idrolisi danno sostanze di questo tipo. Pertanto sono molecole che contengono più gruppi ossidrili (-OH) ed una funzione carbonilica aldeidica o chetonica in equilibrio con una funzione semiacetalica.

I carboidrati, detti anche glucidi, zuccheri, o saccaridi, possono essere distinti in semplici e complessi:

  1. Glucidi semplici: detti anche “monosaccaridi”, o “monosi”, sono classificati in base al numero di carboni (-tetrosi, -pentosi, -esosi, ecc..) ed in base alla tipologia di funzione carbonilica (aldosi, chetosi, aldo-, cheto-); non sono idrolizzabili.
  2. Glucidi complessi: sono formati da più glucidi semplici; idrolizzabili, li possiamo dividere in:
    1. Olosidi: sono glucidi dati dalla ripetizione di monosaccaridi; in particolare possiamo avere:
      • Oligosaccaridi (<10 monosaccaridi), come disaccaridi, trisaccaridi;
      • Polisaccaridi (>10 monosaccaridi), a loro volta distinguibili in omopolisaccaridi (se dati dalla ripetizione dello stesso monosaccaride) e eteropolisaccaridi (se dati invece dalla ripetizione di monosaccaridi differenti).
    2. Eterosidi: sono molecole a base zuccherina, ma contenenti anche molecole di altro tipo (ad es. amminoacidi, alcoli, ecc..).

Ad esempio: abbiamo un monosaccaride con funzione aldeidica e 5 atomi di carbonio: questo sarà un aldopentoso.

 

STEREOCHIMICA E RAPPRESENTAZIONE GRAFICA

Le molecole zuccherine sono chirali, ovvero possiedono centri chirali; la rappresentazione più comunemente impiegata è quella “proiettata di Fischer”.

La gliceraldeide è il più semplice degli aldosi; possiede 3 carboni, ed un solo centro stereogenico.

Fischer introdusse una nomenclatura stereochimica che attribuisce la lettera D alla configurazione della gliceraldeide con l’ossidrile (legato al carbonio chirale) a destra, e la lettera L alla configurazione con l’ossidrile a sinistra. Questo sistema viene esteso a tutti i monosaccaridi, osservando però il carbonio stereogeno più lontano dal gruppo carbonilico.

Quindi se l’ossidrile del carbonio stereogeno più lontano è a destra, la molecola ha configurazione D; al contrario se l’ossidrile dell’ultimo carbonio stereogeno è a sinistra, la molecola avrà configurazione L.

 

CONFIGURAZIONE ASSOLUTA

La configurazione assoluta dei centri chirali viene assegnata mediante le lettere R ed S, secondo le regole di priorità stabilite da Cahn, Ingold e Prelog.

 

EMIACETALIZZAZIONE DEGLI ZUCCHERI

Gli zuccheri sono molecole idrosolubili che in acqua vanno a formare emiacetali (strutture cicliche); infatti in acqua gli zuccheri, come il glucosio, si aprono e si chiudono interagendo con le molecole di H2O; questo fenomeno è detto emiacetalizzazione, e può interessare entrambe le facce del gruppo carbonilico, dando vita a due diastereoisomeri (chiameremo alfa la struttura con l’ossidrile sotto al piano, mentre beta la struttura con l’ossidrile sopra il piano). Il carbonio carbonilico viene chiamato “carbonio anomerico”.

L’emiacetalizzazione è rappresentata mediante le formule cicliche di Haworth.

Le strutture cicliche che si formano sono nominate in funzione dei termini dell’anello; pertanto chiameremo l’anello a 5 termini “furanosio”, mentre quello a 6 termini “piranosio”. Il carbonio anomerico (stereocentro) verrà chiamato alfa o beta.

 

FORMULE IN PROIEZIONE DI HAWORTH

Si disegna l’anello come se fosse piano; si colloca l’ossigeno in alto a destra. I carboni vengono numerati a partire dall’ossigeno, in senso orario. Gli ossidrili che nelle proiezioni di Fischer si trovavano a destra, nelle proiezioni di Haworth saranno disegnati sotto, e viceversa. Il gruppo –CH2OH sta sopra se lo zucchero ha configurazione D; al contrario verrà disegnato sotto se lo zucchero ha configurazione L.

 

IL FENOMENO DELLA MUTAROTAZIONE (TOLLENS)

E’ un fenomeno che riguarda il glucosio ed i monosi con caratteristiche simili ad esso. Introducendo in acqua gli isomeri alfa-glucosio e beta-glucosio, questi andranno incontro ad aperture e chiusure, che consistono in interconversioni tra una forma e l’altra, sino al raggiungimento dell’equilibrio.