Sommario
- I tre tipi di carboidrati sono monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi
- I monosaccaridi sono gli zuccheri più semplici, per esempio glucosio. fruttosio e galattosio
- I disaccaridi si formano per condensazione dove c’è il collegamento di due monosaccaridi insieme
- I disaccaridi possono essere scomposti in monosaccaridi tramite idrolisi
- I polisaccaridi, noti anche come polimeri contengono tre o più monosaccaridi
- Polisaccaridi; amido, glicogeno e cellulosa sono importanti per immagazzinare energia e per fornire supporto e protezione alle cellule e agli interi organismi
Generale
I carboidrati fanno parte delle quattro principali classi di biomolecole insieme alle proteine, ai lipidi e agli acidi nucleici. Sono macromolecole biologiche e organiche che includono zuccheri, amidi e fibre. Sono composte da molecole più piccole chiamate monomeri e sono simbolizzate dalla formula (CH2O)n.
Dalla formula si evince che i carboidrati contengono tre elementi: carbonio, azoto e ossigeno, un certo numero di gruppi idrossilici (-OH) e un gruppo carbonilico (C=O).
- In primo luogo i carboidrati svolgono funzioni utili all’interno di una cellula, per esempio sono una fonte e uno stoccaggio di energia per svolgere vari processi. I carboidrati sono considerati il modo più veloce e basilare per ottenere energia. Gli zuccheri sono ciò che mangiamo per ottenere la nostra energia e questi carboidrati possono essere trovati in pasta, riso e pane per esempio e ribosio.
- In secondo luogo, gli zuccheri deossiribosio e ribosio formano la principale struttura del DNA e dell’RNA.
- In terzo luogo, i polisaccaridi carboidrati svolgono un importante ruolo strutturale all’interno di una cellula. Per esempio, una cellula vegetale ha una caratteristica importante conosciuta come la parete cellulare che fornisce forza e rigidità alla cellula vegetale.
Classificazione dei carboidrati
Monosaccaridi
La forma più semplice di carboidrati è chiamata monosaccaridi che sono “solubili, zuccheri dal sapore dolce”. Sono i mattoni monomerici che si uniscono per i carboidrati più complessi. “Mono” si riferisce a uno e “saccaride” si riferisce agli zuccheri. Hanno tutti la formula di (CH2O)n, dove n può essere un numero tra 3 e 7. Le formule molecolari per ogni tipo di zucchero possono essere calcolate usando la formula generale (CH2O)n.
Nelle molecole biologiche le singole unità sono conosciute come monomeri e i monomeri uniti in catene sono conosciuti come polimeri.
Il monosaccaride più comune è conosciuto come glucosio, uno zucchero a sei carboni che ha una formula di n=6; C6H12O6. Nelle cellule eucariotiche il glucosio gioca un ruolo importante nel trasporto degli zuccheri nel sangue ed è la principale fonte di energia nella respirazione. Il glucosio è in forma di anello e ha 2 isomeri chiamati α-glucosio e beta-glucosio e differiscono per la posizione del gruppo ossidrile (-OH) (Figura 2). α-glucosio è quando il gruppo ossidrile è presente sotto il carbonio numero 1 nella molecola di zucchero e beta-glucosio è quando il gruppo ossidrile è presente sotto l’atomo di carbonio.
Un isomero è una molecola che ha la stessa formula chimica ma una diversa disposizione degli atomi nello spazio
Disaccaridi
Quando due monosaccaridi sono combinati in coppia, si forma un disaccaride. La tabella 1 mostra le combinazioni dei due monosaccaridi che possono essere uguali o diversi. È importante ricordare queste semplici reazioni di condensazione riassunte nella tabella 1:
| Disaccaridi | Componente Monosaccaridi | Ruolo |
| Maltosio | α-glucosio e α-glucosio | Fonte di energia nei semi in germinazione |
| Saccarosio | α-glucosio e fruttosio | Trasporto nel floema |
| Lattosio | α-glucosio e galattosio | Fonte di energia nel latte |
La tabella 1: mostra i diversi tipi di disaccaridi, i monosaccaridi componenti che sono presenti e il ruolo che ogni disaccaride svolge
Legame glicosidico – condensazione (polimerizzazione)
Quando un polimero si forma da un monomero si verifica una reazione di condensazione che forma un legame glicosidico. Una reazione di condensazione comporta la formazione di acqua (H2O), poiché un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno vengono rimossi dai monosaccaridi. Questo legame covalente unisce i monosaccaridi per formare un disaccaride. La nomenclatura dei legami glicosidici dipende dagli atomi di carbonio tra cui si forma il legame. Una regola empirica importante è quella di nominare i carboni di ogni zucchero con un orientamento a ore 3. Il legame glicosidico collega due carboni insieme formati; il carbonio numero 1 dell’α-glucosio è collegato al carbonio numero 4. Usando il disaccaride maltosio come esempio, il legame glicosidico si forma tra il carbonio 1 e il carbonio 4 ed è chiamato legame glicosidico 1,4.
Legame gliosidico – idrolisi (scomposizione)
La scomposizione dei disaccaridi è scomposta attraverso una reazione di idrolisi per formare due monosaccaridi. Questo è il contrario della reazione di condensazione e una reazione di idrolisi richiede acqua (H2O). La chimica cambia di nuovo con l’aggiunta di acqua al disaccaride e rompe il legame glicosidico per formare due monosaccaridi.
Ruolo dei monosaccaridi e dei disaccaridi
Sia i monosaccaridi che i disaccaridi possono funzionare come substrati per la respirazione che vengono scissi per produrre energia ATP. Ciò che li rende utili è il gran numero di gruppi dorsali C-H che possono essere facilmente ossidati, il che è in grado di produrre molta energia.
Test per zuccheri riducenti e non riducenti
Monosaccaridi e disaccaridi sono entrambi zuccheri riducenti. Il test per verificare la presenza di zuccheri riducenti è noto come test di Benedict. Un esempio di zucchero riducente è il maltosio e un esempio di zucchero non riducente è il disaccaride saccarosio. Il processo generale del test è il seguente:
Un campione viene riscaldato con il reagente di Benedict; una soluzione alcalina di solfato di rame, se la soluzione rimane blu non è presente zucchero riducente
Se la soluzione alcalina forma un precipitato insolubile di ossido di rame e la soluzione cambia da verde a giallo, arancio e marrone a rosso intenso. La differenza nell’intensità del colore dipende dalla quantità di zucchero riducente presente nel campione in esame.
Uno zucchero riducente è uno zucchero all’interno della sua struttura e ha un’aldeide libera o un corpo chetonico che ha la capacità di agire come agente riducente.
Un agente non riducente non ha aldeide o chetone e non può agire come agente riducente
Polisaccaridi
I polisaccaridi, noti anche come polimeri, sono lunghe catene complesse di molti monosaccaridi che sono uniti da legami glicosidici. Sono formati da una serie di reazioni di condensazione e producono più di 10 molecole di monosaccaridi all’idrolisi. Le loro proprietà sono riassunte nella tabella 2. La loro formula generale è (C6H10O5)n. A differenza dei monosaccaridi e dei disaccaridi, i polisaccaridi sono insolubili e non sono zuccheri. Sono molecole molto grandi (macromolecole) e la caratteristica di essere insolubili li rende adatti alla conservazione.
L’amido, il glicogeno e la cellulosa sono esempi di polisaccaridi (tabella 3).
- L’amido è il polisaccaride che si trova in molte parti della cellula vegetale e forma dei granulati ed è una miscela di due sostanze, amilosio e amilopectina.
- Il glicogeno è il principale prodotto di stoccaggio dei carboidrati che si trova nell’uomo e viene immagazzinato in granuli più piccoli che si trovano principalmente nel fegato e nei muscoli.
- La cellulosa è un polisaccaride noto come la molecola organica più abbondante sulla terra, costituisce circa il 50% di tutto il carbonio organico. La struttura differisce dall’amido e dal glicogeno ed è composta da beta-glucosio piuttosto che da α-glucosio.
| Proprietà dei polisaccaridi | Importanza per lo stoccaggio di energia |
| Grande molecola | Non può diffondere fuori dalla cellula |
| Molecola insolubile | Non non influenza l’equilibrio osmotico della cellula |
| Compatto | Tanta energia immagazzinata in poco spazio |
| Facilmente scomposto | Permette ogni energia accessibile |
Tabella 2: Riassunto dei polisaccaridi
| Caratteristica | Amilosio | Amilopectina | Glicogeno | Cellulosa |
| Trovato in | Pianta | Pianta | Animali e Funghi | Pianta |
| Trovato come | Granuli | Granuli | Granuli minuscoli | Fibre |
| Funzione | Accumulo di energia | Accumulo di energia | Accumulo di energia | Supporto strutturale |
| Unità monomerica di base | α-glucosio | α-glucosio | α-glucosio | -glucosio |
| Tipo di legame tra unità monomerica | 1,4 glicosidici | 1,4 e 1,6 glicosidici | 1,4 e 1,6 glicosidici | 1,4 6 glicosidici |
| Tipo di catena | Non ramificata Catene elicoidali |
Branched Meno ramificato di glicogeno |
Corto e altamente ramificato | Lungo, catene diritte non ramificate Nessuna spirale |
Tabella 3: Confronto della cellulosa con altri polisaccaridi amilosio, amilopectina e glicogeno