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

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1 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 2 I carboidrati hanno formula generale (indicativa) C n H 2n O n 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 3 Quali conseguenze comporta la presenza asimmetrica dellossigeno? Sappiamo che lossigeno introduce il carattere di polarità nelle molecole organiche. Questa polarità è accentuata dal fatto che lossigeno è presente su uno solo dei due lati della catena. –La freccia rappresenta il dipolo creato dalla presenza dellossigeno: gli elettroni si distribuiscono in modo asimmetrico, formando un polo positivo sul carbonio ed un polo negativo sullossigeno.

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

5 5 I carboidrati contengono energia? Fa parte della nostra esperienza anche il fatto che i carboidrati sono molecole energetiche, ma comè 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 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 dellenergia dei lipidi.

7 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 8 Lacqua è lelemento dominante Sia lambiente 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 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 10 I polisaccaridi Per rappresentare i polisaccaridi principali indicheremo il glucosio con un simbolo semplificato. I numeri individuano i sei atomi di carbonio.

11 11 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 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 13 Lamido Il modo più semplice per mettere da parte il glucosio è costruire una catena (polimero) con tante molecole di glucosio legate una allaltra. Lamido è appunto questo polimero, ottenuto solo con glucosio α. Esso rappresenta la principale forma di riserva delle piante. Lamido è formato da due componenti: amilosio ed amilopectina.

14 14 Lamilosio Lamilosio è una lunga catena lineare con migliaia di molecole di glucosio unite da legami α 14 (come nel maltosio). Lamilosio conserva una certa solubilità.

15 15 Lamilopectina Lamilopectina è una catena ramificata con legami α 14 e α 16 (nei punti di ramificazione).

16 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 dellamilopectina, con due differenze: - le ramificazioni sono più numerose - le dimensioni sono maggiori.

17 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. Leconomia 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 18 Il legame β 14 Anche il glucosio β può legarsi:

19 19 La funzione strutturale: la cellulosa Adesso costruiamo una catena lineare utilizzando sempre il glucosio come monomero, ma nella sua forma β (legami β 14). Proseguendo con laggiunta di altre molecole di glucosio (più di 10000) si ottiene la cellulosa.

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

21 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 22 La cellulosa non ci può fornire il glucosio La semplice differenza fra limpiego di glucosio α nellamido e di glucosio β nella cellulosa determina una differenza fondamentale: lapparato digerente degli animali non produce enzimi digestivi adatti ad operare lidrolisi della cellulosa al fine di ottenere il glucosio.

23 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 dallintestino: 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 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 lidrolisi della cellulosa vengono prodotti da batteri che vivono in simbiosi nel rumine degli erbivori.

25 25 I polisaccaridi principali: riassunto NOMEORIGINEFUNZIONE AmidoVegetaleRiserva GlicogenoAnimaleRiserva CellulosaVegetaleStrutturale


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