Struttura generale Prendiamo un idrocarburo e facciamo la seguente sostituzione: su ciascun atomo di carbonio al posto di uno degli atomi di idrogeno mettiamo.

Presentazione sul tema: "Struttura generale Prendiamo un idrocarburo e facciamo la seguente sostituzione: su ciascun atomo di carbonio al posto di uno degli atomi di idrogeno mettiamo."— Transcript della presentazione:

1 Struttura generale Prendiamo un idrocarburo e facciamo la seguente sostituzione: su ciascun atomo di carbonio al posto di uno degli atomi di idrogeno mettiamo un gruppo ossidrile:

2 I carboidrati hanno formula generale (indicativa) CnH2nOn
Osserviamo alcuni fatti. La molecola contiene ossigeno La molecola è diventata asimmetrica A ciascun atomo di carbonio corrispondono un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno: la proporzione equivale al rapporto di una molecola di acqua per ogni atomo di carbonio. Da ciò deriva il nome di carbo-idrati.

3 Quali conseguenze comporta la presenza asimmetrica dell’ossigeno?
Sappiamo che l’ossigeno introduce il carattere di polarità nelle molecole organiche. Questa polarità è accentuata dal fatto che l’ossigeno è presente su uno solo dei due lati della catena. La freccia rappresenta il dipolo creato dalla presenza dell’ossigeno: gli elettroni si distribuiscono in modo asimmetrico, formando un polo positivo sul carbonio ed un polo negativo sull’ossigeno.

4 I carboidrati sono idrosolubili
La prima caratteristica importante che deriva dalla struttura dei carboidrati è la loro solubilità nei solventi polari come l’acqua. Questo corrisponde alla nostra esperienza, infatti sappiamo ad esempio che un carboidrato molto conosciuto come lo zucchero alimentare, si scioglie nell’acqua. Dopo la solubilità in acqua quale sarà la seconda caratteristica che stiamo per considerare?

5 I carboidrati contengono energia?
Fa parte della nostra esperienza anche il fatto che i carboidrati sono molecole “energetiche”, ma com’è cambiato il contenuto di energia rispetto a quello dei lipidi? Per rispondere a questa domanda determiniamo il numero di ossidazione del carbonio in questo tipo di molecole.

6 Lo stato di ossidazione è maggiore
Rispetto a ciò che accade negli idrocarburi il carbonio è maggiormente ossidato, con numero di ossidazione 0 (zero). I carboidrati contengono meno energia dei lipidi: a parità di peso contengono circa la metà dell’energia dei lipidi.

7 Quali molecole per nutrire le cellule?
Le cellule viventi usano primariamente il glucosio, che è un carboidrato, come molecola energetica. Alcuni organi in particolare, come il cuore ed il cervello, hanno sempre bisogno del glucosio. Il livello (concentrazione) del glucosio nel sangue si chiama glicemia. Perché il glucosio e non un lipide il quale contiene più energia?

8 L’acqua è l’elemento dominante
Sia l’ambiente intracellulare che quello extracellulare sono soluzioni acquose, nelle quali i carboidrati si possono dissolvere, i lipidi no. Pertanto i carboidrati come il glucosio sono facilmente trasportabili, ad esempio con il sangue negli animali o con la linfa nei vegetali. La facilità di trasporto è fondamentale per garantire una disponibilità costante di energia.

9 Classificazione dei carboidrati
Si possono descrivere alcune categorie in base alla dimensione: - monosaccaridi - disaccaridi - oligosaccaridi - polisaccaridi I più semplici (mono e disaccaridi) si chiamano anche zuccheri (nei nomi comuni la desinenza è –oso).

10 I polisaccaridi Per rappresentare i polisaccaridi principali indicheremo il glucosio con un simbolo semplificato. I numeri individuano i sei atomi di carbonio.

11 2) funzione strutturale
Le funzioni Ci sorprenderemo imparando che una differenza strutturale apparentemente insignificante determina due tipi di funzioni dei polisaccaridi principali completamente diverse fra loro: 1) funzione di riserva 2) funzione strutturale

12 La funzione di riserva Essendo il glucosio una molecola biologica dal ruolo centrale, ci aspettiamo che esso venga messo da parte formando strutture stabili adatte a rappresentare una forma di riserva. Ciò si verifica sia nelle piante sia negli animali, ma in misura molto diversa: per le piante la riserva principale è rappresentata da carboidrati, mentre negli animali, come già sappiamo, dai lipidi (perché?).

13 L’amido Il modo più semplice per mettere da parte il glucosio è costruire una catena (polimero) con tante molecole di glucosio legate una all’altra. L’amido è appunto questo polimero, ottenuto solo con glucosio α. Esso rappresenta la principale forma di riserva delle piante. L’amido è formato da due componenti: amilosio ed amilopectina.

14 L’amilosio L’amilosio è una lunga catena lineare con migliaia di molecole di glucosio unite da legami α 1→4 (come nel maltosio). L’amilosio conserva una certa solubilità.

15 L’amilopectina L’amilopectina è una catena ramificata con legami α 1→4 e α 1→6 (nei punti di ramificazione).

16 Il glicogeno Il glicogeno è il polisaccaride di riserva negli animali. Si trova nel fegato (fino al 7% del suo peso), e nei muscoli. La struttura del glicogeno è molto simile a quella dell’amilopectina, con due differenze: - le ramificazioni sono più numerose - le dimensioni sono maggiori.

17 A cosa serve il glicogeno?
Gli animali utilizzano soprattutto i lipidi per costituire le loro riserve. Sappiamo che i lipidi, rispetto ai carboidrati, sono una forma più condensata di energia. L’economia di peso e di spazio è fondamentale per organismi che, a differenza delle piante, si muovono, e talvolta anche molto velocemente. Se dovessimo mettere da parte la stessa quantità di energia sotto forma di carboidrati dovremmo pesare molto di più! Ma allora: perché esiste anche una piccola riserva di carboidrati? La risposta è che il glicogeno può essere trasformato in glucosio molto rapidamente, e serve a soddisfare le richieste più urgenti: ancora una volta osserviamo che le cellule scelgono un compromesso.

18 Il legame β 1→4 Anche il glucosio β può legarsi:

19 La funzione strutturale: la cellulosa
Adesso costruiamo una catena lineare utilizzando sempre il glucosio come monomero, ma nella sua forma β (legami β 1→4) . Proseguendo con l’aggiunta di altre molecole di glucosio (più di 10000) si ottiene la cellulosa.

20 La parete delle cellule vegetali
La cellulosa serve per costruire un involucro rigido e resistente tipico delle cellule vegetali: la parete cellulare.

21 Il legno è fatto di cellulosa
Il legno che costituisce il tronco è una parte morta della pianta, formata dai resti di cellule dalle quali è stato assorbito il protoplasma (la parte “viva”). Di queste cellule è rimasta la parete cellulosica, molto resistente. Da questo si capisce che la cellulosa è la biomolecola più abbondante in assoluto nella biosfera.

22 La cellulosa non ci può fornire il glucosio
La semplice differenza fra l’impiego di glucosio α nell’amido e di glucosio β nella cellulosa determina una differenza fondamentale: l’apparato digerente degli animali non produce enzimi digestivi adatti ad operare l’idrolisi della cellulosa al fine di ottenere il glucosio.

23 La cellulosa è il costituente della “fibra” alimentare
Gli alimenti di origine vegetale contengono sempre la cellulosa, la quale non può essere digerita ed assorbita dall’intestino: la cellulosa viene eliminata senza essere trasformata. Le fibre alimentari sono importanti in quanto determinano un equilibrato volume del contenuto intestinale, consentendo il suo avanzamento mediante la peristalsi.

24 I ruminanti si nutrono di cellulosa!
Il fieno contiene soprattutto cellulosa, e rappresenta il nutrimento di molti erbivori, i quali possiedono un apparato digerente molto particolare. Gli enzimi adatti ad operare l’idrolisi della cellulosa vengono prodotti da batteri che vivono in simbiosi nel “rumine” degli erbivori.

25 I polisaccaridi principali: riassunto
NOME ORIGINE FUNZIONE Amido Vegetale Riserva Glicogeno Animale Cellulosa Strutturale