Glucidi (carboidrati o zuccheri) polialcoli con una funzione carbonilica

COSA SONO I carboidrati sono la benzina dell'organismo, ossia la principale fonte da cui il corpo trae energia per funzionare al meglio. In più, una volta utilizzati, non lasciano dietro di sé scorie metaboliche. Sono detti anche zuccheri o glucidi. I carboidrati sono la base di un'alimentazione corretta, e la loro presenza nella dieta dovrebbe rappresentare il 60% del totale delle calorie giornaliere.

CARBOIDRATI Cn(H2O)n Carboidrato = Idrato di Carbonio Formula generale Glucosio C6H12O6 = C6(H2O)6 Carboidrato = Idrato di Carbonio Zuccheri = Aldeidi e Chetoni poliossidrilati Sintetizzati attraverso la fotosintesi Ossidati attraverso la respirazione cellulare o la fermentazione

La cellula e l’energia Il metabolismo energetico è costituito dalle vie metaboliche che permettono alla cellula di ricavare energia dall’ambiente. La produzione di energia passa attraverso il metabolismo del glucosio. C6 H12 O6     +   6 O2   →  6  CO2   +   6  H2  O +   2879  kJoule 4 4 4

ASSORBIMENTO DEGLI ESOSI Sono stati identificati due gruppi di trasportatori di esosi: -Trasportatori che operano secondo gradiente di concentrazione (GLUT1, GLUT2, GLUT3, GLUT4 e GLUT5: trasportatori  uniporto). -Trasportatori che operano contro gradiente di concentrazione utilizzando l'energia messa a disposizione dal gradiente elettrochimico del Na+che è mantenuto ad opera della pompa Na+/ K+, che a sua volta richiede ATP. (SGLUT1:simporto Na+dipendente )   Il glucosio entra nelle cellule intestinali ad opera di un  trasportatore (SGLUT1) localizzato nella membrana luminale delle cellule dell'orletto a spazzola. Nelle cellule del resto del corpo tramite trasporto passivo facilitato da proteine di membrana, i GLUT che la cellula esibisce dopo aver legato l’insulina

Classificazione Monosaccaridi = Zuccheri semplici Disaccaridi /Oligosaccaridi Polisaccaride omosaccaridi eterosaccaridi

MONOSACCARIDI aldosi chetosi Triosi -C-C-C- Tetrosi –C-C-C-C- || chetosi -C- O || Triosi -C-C-C- Tetrosi –C-C-C-C- Pentosi –C-C-C-C-C- Esosi -C-C-C-C-C-C- Forme D e forme L Forme alfa e forme beta

Monosaccaridi Aldosi Chetosi

Gliceraldeide un aldotrioso Diossiacetone un chetotrioso

D-Gliceraldeide L-Gliceraldeide

Gliceraldeide Specchio Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

1. Questa molecola ... d è chirale c a b

L’atomo centrale ha ibridazione sp3 ed è legato a quattro sostituenti diversi. Esiste, di conseguenza, un’altra molecola nella quale gli stessi atomi sono legati all’atomo centrale in maniera speculare. Le due molecole, l’una immagine speculare dell’altra, sono definite enantiomeri. specchio a b c d a b c d

Le molecole chirali sono dotate di attività ottica, sono cioè in grado di ruotare il piano della luce polarizzata. L’attività ottica delle molecole si determina con il polarimetro

a [a] = l • c l è espresso in dm c è espresso in g/cm3 Polarimetro cella luce polarizzata luce ordinaria Polarimetro polarizzatore

da qui il nome di antipodi ottici Gli enantiomeri hanno la stessa reattività chimica verso i reattivi achirali e proprietà fisiche identiche, ad eccezione del senso di rotazione del piano della luce polarizzata. Il senso destrorotatorio viene indicato con il simbolo (+) mentre quello levorotatorio con il simbolo (-). Il potere rotatorio specifico dei due enantiomeri è uguale in valore assoluto, ma di segno opposto, da qui il nome di antipodi ottici

«Ti piacerebbe di stare nella Casa dello Specchio, Frufrù «Ti piacerebbe di stare nella Casa dello Specchio, Frufrù? Chi sa, se ti darebbero il latte là dentro? Forse il latte della Casa dello Specchio non è buono da bere...

D(+) glucosio ed L(-) glucosio sono enantiomeri

2. Questa molecola ... a b c non è chirale

Due sostituenti legati all'atomo centrale sono uguali. La molecola ha quindi un piano di simmetria e non è chirale c a b c

Tre atomi di carbonio D-Gliceraldeide

ALDOSI

Quattro atomi di carbonio D-Eritrosio D-Treosio

Cinque atomi di carbonio D-Ribosio D-Arabinosio D-Xilosio D-Lixosio

Sei atomi di carbonio (aldosi) D-Allosio D-Altrosio D-Glucosio D-Mannosio D-Gulosio D-Idosio D-Galattosio D-Talosio D-Aldosi

D-Ribosio un aldopentoso 2-desossi-D-Ribosio un aldopentoso

Tre atomi di carbonio (chetoso) Diossiacetone

Quattro atomi di carbonio (chetoso) D-Eritrulosio

Cinque atomi di carbonio (chetosi) D-Ribulosio D-Xilulosio

Sei atomi di carbonio (chetosi) D-Allulosio D-Fruttosio D-Sorbosio D-Tagatosio D-Chetosi

D-Glucosio un aldoesoso D-Fruttosio un chetoesoso

D-Mannosio (epimero in C-2) D-Glucosio D-Galattosio (epimero in C-4)

gli esosi possono dare origine a strutture cicliche La formazione delle strutture piranosiche è resa possibile dalla formazione di un legame semiacetalico del gruppo ossidrile alcolico dell’atomo di carbonio 5 con l’atomo di carbonio aldeidico Conformazione lineare e ciclica del D(+)-glucosio

Formazione di emiacetali Strutture cicliche Formazione di emiacetali D-glucopiranosio Anelli piranosici D-fruttofuranosio Anelli furanosici

Le forme ANOMERE dei monosaccaridi: la MUTUAROTAZIONE a-D-glucopiranosio [a]D = +112.2° 36% [a]D = +52.6° 64% b-D-glucopiranosio [a]D = +18.7°

Equilibrio tra la forma a catena aperta e le forme anomeriche relative al glucosio. α-D-glucopiranoso possiede potere rotatorio + 112° mentre β-D-glucopiranoso ruota il piano della luce polarizzata di + 18,7°. Dopo mutarotazione si osserva un valore di equilibrio corrispondente a + 52,6°.

Conformazioni a sedia Proiezione di Hawort Si alza il C a sinistra Si abbassa il C a destra

Ossidazione di monosaccaridi Acido D-gluconico D-glucosio Acido D-glucarico L’ossidazione avviene solo sugli aldosi L’ossidazione passa attraverso la forma aperta Con ossidanti blandi  acidi aldonici (-onico) Con ossidanti energici  acidi aldarici (-arico)

DISACCARIDI Zuccheri formati da due molecole di monosaccaride legate tra loro tramite un legame glicosilico Rientrano in questo gruppo: Lattosio (Glucosio + Galattosio) Saccarosio (Glucosio + Fruttosio) Maltosio (Glucosio + Glucosio)

LEGAME GLICOSIDICO Un monosaccaride può essere chimicamente legato ad un altro monosaccaride in seguito alla reazione dell’atomo di carbonio anomerico di uno dei monosaccaridi con un gruppo ossidrilico dell’altro monosaccaride. Il legame che viene così a formarsi e che unisce i due monosaccaridi è chiamato legame glicosidico.

DISACCARIDI Saccarosio: comune zucchero da cucina – barbabietola e canna Glucosio + Fruttosio Lattosio: latte Glucosio +galattosio Maltosio: malto di birra – degradazione amido Glucosio + Glucosio – legame alfa Cellobiosio: degradazione cellulosa Glucosio + Glucosio – legame beta

Polisaccaridi

POLISACCARIDI Zuccheri sono composti da più di 10 molecole di monosaccaridi (decine, centinaia o migliaia) legate tra loro tramite legami glicosilici Sono notevolmente diffusi nei vegetali e poco negli animali, nei quali il polisaccaride di riserva è il glicogeno, che si trova principalmente nel fegato e nei muscoli. Rientrano in questo gruppo: Glicogeno Amido Maltodestrine

POLISACCARIDI Amido: tuberi, semi, frutti, piante Funzione di riserva Glucosio legami alfa amilosio amilopectina Glicogeno: fegato, muscoli Cellulosa: piante (funzione strutturale) glucosio –legami beta)

Legami 1,4’-b-glicosidici tra molecole di D-glucosio Cellulosa Legami 1,4’-b-glicosidici tra molecole di D-glucosio 1,4’-O-(b-D-glucopiranoside) polimero Materiale strutturale Materiale di partenza per il raion acetato (acetato di cellulosa)

Cellulosa è un polisaccaride costituito da molecole di -D-glucosio, unite mediante legami (14), presente in quantità apprezzabili nelle piante e nei fiocchi di cotone (che possono essere costituiti fino al 95% di cellulosa pura).

Miscela di AMILOSIO e AMILOPECTINA Amido Miscela di AMILOSIO e AMILOPECTINA Materiale per accumulo energia delle piante Viene idrolizzato dalla GLICOSIDASI 20% AMILOSIO: 1,4’-O-(a-D-glucopiranoside) polimero Legami 1,4’-a-glicosidici tra molecole di D-glucosio

AMILOSIO con ramificazioni 1,6’-a-glucosidiche 80% AMILOPECTINA: AMILOSIO con ramificazioni 1,6’-a-glucosidiche Legami 1,4’-a-glicosidici tra molecole di D-glucosio con ramificazioni 1,6’-a-glicosidiche

AMIDO E' un polimero di glucosio ed è per l’uomo sicuramente la più importante fonte alimentare di glucidi, rappresentando infatti il costituente fondamentale di alimenti di largo consumo (pane pasta riso legumi patate). E’ generalmente presente per un 20% come amilosio, polisaccaride costituito da lunghe catene prive di ramificazioni in cui le unità di glucosio sono unite da un legame glicosidico (14). Le catene del polisaccaride assumono una conformazione a spirale (avvolgimento elicoidale dell’-amilosio), in grado di conferire una intensa colorazione blu a soluzioni di iodio.

Il restante 80%, chiamato amilopectina , è costituito da catene polisaccaridiche altamente ramificate. Tali ramificazioni sono originate da legami glicosidici (16), che costituiscono i punti di ramificazione di tratti lineari in cui il glucosio è legato con legame (14). La lunghezza media delle ramificazioni può essere costituita di 20-25 unità monosaccaridiche di glucosio a seconda della sua origine.

Catene polisaccaridica ramificata non-ramificata

Fotografia al microscopio elettronico di un cloroplasto Granuli di amido Fotografia al microscopio elettronico di un cloroplasto Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Amido Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Più unità glicosiliche e più ramificazioni dell’amilopectina Glicogeno Legami 1,4’-a-glicosidici tra molecole di D-glucosio con ramificazioni 1,6’-a-glicosidiche Più unità glicosiliche e più ramificazioni dell’amilopectina Materiale di accumulo energia degli animali. Si trova principalmente nel fegato e nei muscoli. Viene formato nel fegato a partire dal glucosio (glicogenesi) o anche a partire da composti non glucidici (gliconeogenesi).

Fotografia al microscopio elettronico di un epatocita Granuli di glicogeno Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

glicogeno -amilasi degradano il legami -(1--- 4) -amilasi degradano il legami -(1--- 4) rimuovendo il maltosio dalle estremità delle ramificazioni esterne amilo -(1—6)-glucosidasi idrolizzano i legami -(1--- 6 ) delle ramificazioni

Glicogeno è un omopolimero ramificato del glucosio  con legami a-(1,4) e ramificazioni con legame a-(1,6)  presenti ogni 8-10 residui.

Nel processo digestivo e di assimilazione dell’amido, l’-amilasi, che è presente sia nella saliva che nel succo pancreatico, idrolizza i legami (14) con formazione di una miscela di destrine e glucosio. I polisaccaridi a lunghezza intermedia che si formano per azione enzimatica sono chiamate destrine. Le amilo -(1—6)-glucosidasi idrolizzano i legami -(1--- 6 ) delle ramificazioni, consentendo alle  e -amilasi di trasformarle in glucosio, che è l’unico zucchero che il nostro organismo può metabolizzare.

MALTODESTRINE Sono zuccheri a media e a lunga catena ricavate dall’amido del mais, e formate da destrosio, maltosio tri e polisaccaridi. Esse forniscono energia gradualmente sotto forma di glucosio, riducendo l’esigenza di insulina.

POTERE DOLCIFICANTE Saccarina 40000 Aspartame 20000 Fruttosio 150 SACCAROSIO 100 Glucosio 75 Maltosio 32 Galattosio 22 Lattosio 20

SACCARINA ASPARTAME È composto da due amminoacidi, l'acido aspartico e la fenilalanina, e l'estremità carbossilica della fenilalanina è esterificata con il metanolo. Composto aromatico che lascia un retrogusto amaro o metallico

L’INDICE GLICEMICO La classificazione di tipo strutturale tra zuccheri semplici complessi è stata da poco superata ed arricchita con l’introduzione del concetto riferito all’indice glicemico (GI glycemic index). L’indice glicemico esprime la variazione della glicemia causata dall’ingestione di un alimento e mediata dalla risposta insulinica. Ogni cibo ha un proprio indice glicemico ma sono i carboidrati quelli con valori più elevati. Minore è l’indice glicemico e meno il cibo altera i livelli glicemici evitando sbalzi insulinici. L’IG è valutato in base ad una scala i cui valori sono compresi tra 0 e 100 (valore attribuito al pane bianco) in accordo a quello che è l’incremento di glucosio nel sangue a seguito dell’assunzione. IG 70-100 alto indice glicemico IG 55-70 medio indice glicemico IG < 55 basso indice glicemico Alimenti ad alto IG sono quelli in cui i carboidrati vengono rapidamente digeriti ed assorbiti inducendo un repentino aumento di glicemia nel sangue

LE FIBRE Tra i glucidi che l'organismo non può degradare tramite enzimi, bisogna ricordare la CELLULOSA (sostanza che costituisce la parete delle cellule vegetali) che insieme alla LIGNINA, costituisce la FIBRA ALIMENTARE. Questi non sono dei nutrienti veri e propri in quanto NON vengono digeriti. La loro funzione principale è quella di stimolare le contrazioni intestinali, ripulire i visceri e di consentire di raggiungere più rapidamente il senso della sazietà al livello gastrico.

ALTRI CARBODRATI Desossizuccheri Amminozuccheri zuccheri in cui un -OH è stato sostituito da un atomo di idrogeno Amminozuccheri zuccheri in cui un -OH è stato sostituito da un -NH2 (precursore di N-acetilglucosammina) 2-D-Desossiribosio 2-D-Glucosammina

Acido N acetil muramico NAM NAG

La parete dei batteri

Acido glucuronico NAG

I Protidi

Ammine Ammina primaria ammoniaca Ammina secondaria Ammina terziaria Un idrogeno dell’ammoniaca sostituito da un radicale alchilico ammoniaca Ammina secondaria Due idrogeni dell’ammoniaca sostituiti da due radicali alchilici Ammina terziaria Tre idrogeni dell’ammoniaca sostituiti da tre radicali alchilici

Amminoacido a-amminoacido

Lisina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Carbonio alfa L-Alanina D-Alanina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Stereoisomeri dell’alanina D-Alanina

Amminoacidi con catena laterale non-polare Glicina Alanina Valina Metionina Leucina Isoleucina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Amminoacidi con catena laterale aromatica Fenilalanina Tirosina Triptofano Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Amminoacidi con catena laterale polare senza carica Serina Treonina Cisteina Prolina Asparagina Glutammina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Amminoacidi con catena laterale con carica positiva Istidina Lisina Arginina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Amminoacidi con catena laterale con carica negativa Acido aspartico Acido glutammico Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Ossidazione della cisteina Cistina Cisteina riduzione

Legame peptidico Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Polipeptide Estremità ammino-terminale Estremità carbossi-terminale Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Conformazione spaziale del legame peptidico Estremità ammino-terminale carbossi-terminale Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

8 9 9 7 a-elica 6 Carbonio 5 Azoto 4 Ossigeno 3 Idrogeno 2 1

Foglietto beta antiparallelo Vista dall’alto Vista laterale Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Foglietto beta parallelo Vista dall’alto Vista laterale Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Struttura primaria Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Struttura secondaria (alfa-elica) Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Struttura terziaria Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Struttura quaternaria Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Strutture della proteina Ammino acidi a-elica Catena polipeptidica Subunità assemblate Struttura Struttura Struttura Struttura Primaria Secondaria Terziaria Quaternaria Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

I lipidi I lipidi (da lipo grasso), come le proteine e i carboidrati, sono presenti in tutti gli organismi viventi conosciuti e rivestono un ruolo fondamentale. Tuttavia a differenza delle proteine e dei carboidrati, i lipidi rappresentano una famiglia di composti molto eterogea e difficile da definire strutturalmente. Spesso vengono definiti dal punto di vista pratico come composti organici insolubili in acqua (o scarsamente solubili). I lipidi possono essere idrofobi (non polari) o anfipatici (contenenti gruppi sia polari sia non polari).

-------------------------------- I lipidi Alcuni ac.grassi naturali Solubilità a 30 °C (mg/g solvente) -------------------------------- Acqua Benzene Scheletro carbonioso Struttura Nome comune Punto di Fusione °C 12:0 Laurico 44.2 0.063 2600 14:0 Miristico 53.9 0.024 874 16:0 Palmitico 63.1 0.0083 348 I lipidi (da lipo grasso), come le proteine e i carboidrati, sono presenti in tutti gli organismi viventi conosciuti e rivestono un ruolo fondamentale. Tuttavia a differenza delle proteine e dei carboidrati, i lipidi rappresentano una famiglia di composti molto eterogea e difficile da definire strutturalmente. Spesso vengono definiti dal punto di vista pratico come composti organici insolubili in acqua (o scarsamente solubili). I lipidi possono essere idrofobi (non polari) o anfipatici (contenenti gruppi sia polari sia non polari). 18:0 Stearico 69.1 0.0034 124

Alcuni ac.grassi saturi ed insaturi 18:0 Stearico (pf 69.6°C) Ac. n-ottadecanoico 18:1(D9) Oleico (pf 13.4°C) Ac. cis-9-ottadecanoico 18:2(D9,12) Linoleico (pf -5°C) Ac. cis-,cis-9,12-ottadecanoico

Acidi grassi Gruppo carbossilico Catena idrocarburica Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Acidi grassi Ac. grassi saturi Miscela di ac. grassi saturi ed insaturi Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Triacilglicerolo (Trigliceridi) + + +

1-stearil,2-linoleil,3-palmitoil glicerolo Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Composizione di alcuni grassi naturali Liquido Solido Solido soffice duro

Lipidi di riserva e di membrana (neutri) Lipidi di membrana (polari) Fosfolipidi Glicolipidi Triacilgliceroli Glicerofosfolipidi Sfingolipidi Glicerolo Ac.Grasso Glicerolo Ac.Grasso PO4 Alcol Sfingosina Ac.Grasso PO4 Colina Sfingosina Ac.Grasso Glucosio o galattosio

Glicerolo –3-fosfato

Glicerofosfolipide (struttura generale) Acido fosfatidico

Alcoli dei fosfolipidi Nome di X Formula di X Nome del glicerofosfolipide etanolammina fosfatidiletanolammina colina fosfatidilcolina serina fosfatidilserina glicerolo fosfatidilglicerolo inositolo fosfatidilinositolo

Fosfatidilcolina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Sfingomielina Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Colesterolo Testa polare Nucleo steroideo Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Acido taurocolico (un acido biliare) Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.

Ormoni steroidei Estradiolo Testosterone Cortisolo Aldosterone Nelson and Cox: Lehninger Principles of Biochemistry. Third Edition © 2000 Worth Publishers, Inc.