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Carboidrati o glucidi o zuccheri

I carboidrati o zuccheri sono un gruppo di sostanze presenti sia nellepiante che negli animali e sono composti da carbonio, idrogeno eossigeno

Il nome deriva da una radice greca "glucos" che significa dolce

I carboidrati vengono sintetizzati nelle piante per mezzo dellafotosintesi

Dal loro catabolismo si ottiene l’energia che sostiene la vita animale

Sono i precursori metabolici di quasi tutte le biomolecole

Classe di molecole organiche più abbondante in natura

Vengono sintetizzati nelle piante per mezzo della fotosintesi

Dal loro catabolismo si ottiene l’energia che sostiene la vita animale

Sono i precursori metabolici di quasi tutte le biomolecole

Si legano covalentemente con una grande varietà dimolecole (glicoproteine e glicolipidi)

Sono coinvolti nel processo di riconoscimento cellulare

In forma di polimeri servono come elementi strutturali

Carboidrati o glucidi o zuccheri

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Caratteristiche dei carboidrati

Esistenza di uno o più centri di asimmetria

Possibilità di assumere sia strutture lineari che ad anello

Capacità di formare polimeri mediante legami glicosidici

Possibilità di formare legami idrogeno con l’acqua e altre molecole

Capacità di subire numerose reazioni in differenti posizioni della molecola

I carboidrati sono composti polifunzionali che contengono:un gruppo carbonilicouno o più gruppi alcolici

Se il gruppo carbonilico è un’aldeide avremo gli aldosi

Se il gruppo carbonilico è un chetone avremo i chetosi

aldoso

chetosoC

C

C

C

C

CH2OH

OHH

OHH

HHO

OHH

H OCH2OH

C

C

C

C

CH2OH

OHH

OHH

HHO

O

D-glucosio D-fruttosio

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La formula empirica dei carboidrati è Cn(H2O)n

D-gliceraldeide L-gliceraldeide

C

CH2OH

H OHC

H OC

CH2OH

HHO C

H O

n = 3 (triosi)

aldoso

diidrossiacetone

chetoso

Tutti gli altri zuccheri si possono considerare derivati dalla gliceraldeideo dal diidrossiacetone per graduale aggiunta di CHOH- tra il C1 e 2 della gliceraldeide- Tra il C2 e C3 del diidrossiacetone

Monosaccaridi

Proprietà chimiche dei monosaccaridi

Aldosi: tutte le reazioni degli alcoli e delle aldeidi Chetosi: tutte le reazioni dei chetoni e degli alcoli

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La gliceraldeide ha un atomo di carbonio asimmetrico, ed esistono due enantiomeri

Gruppo OH del carbonio asimmetrico a destra: D

Gruppo OH del carbonio asimmetrico a sinistra: L

Per allungamento della catena carboniosa potremo avere:

Gli aldosi che derivano dalla D gliceraldeide sono aldosi della serie D

Gli aldosi che derivano dalla L gliceraldeide sono aldosi della serie L

Stereochimica

I due composti sono immagini specularinon sovrapponibili

Sono definitiENANTIOMERI

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D-eritrosio L-eritrosio L-treosioD-treosio

L-gliceraldeide

Eritrosio: gli OH in 2 e 3 sono dalla stessa parte

Treosio: gli OH in 2 e 3 sono da parti opposte

n = 4 (tetrosi)

L’aggiunta di CHOH si fa tra il C1 e 2 della gliceraldeide

pentosi

esosi

I principali monosaccaridi

D-fruttosio

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Monosaccaridi

Pentosiribosio (e desossiribosio): acidi nucleici – ATP - coenzimi

Esosi

chetopentoso – anello a 5 atomi

glucosio: piante (fotosintesi) – sangue – carburante cellule

aldoesoso – anello a 6 atomi

fruttosio: miele - frutta - presente nel saccarosio

chetoesoso – anello a 5 atomi

galattosio: strutture nervose – presente nel lattosio

aldoesoso – anello a 6 atomi

mannosio: frassino della manna – presente in polisaccaridi

aldoesoso – anello a 6 atomi

forma apertarappresentazione di Fisher

forma emiacetalicaRappresentazione di Haworth

α-D-glucosio

β-D-glucosio

Ci sono diversi modi per rappresentare il glucosio (e gli altri zuccheri);due di questi sono:

Il gruppo OH del C5 è vicino al gruppo aldeidico e può formare un semiacetale

Il C1 diventa asimmetrico

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In soluzione esiste un equilibrio tra forma α, forma β e forma aperta. Leforme α e β del D-glucosio in soluzione acquosa si interconvertono l’unanell’altra; questo fenomeno di variazione della rotazione ottica prende ilnome di mutarotazione (si ha prevalenza di forma beta)

α-D-glucosio β-D-glucosio

Reazioni degli zuccheriReazioni degli zuccheri

Tautomeria

Riduzione (polialcoli)

Ossidazione (in C1 e C6, acidi)

Esterificazione (esteri)

Sostituzione nucleofila (glucosidi)

Glicazione (reazione di Maillard)

Allungamento della catena C (Condensazione aldolica)

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Gli zuccheri, in quanto semiacetali, possono formare degli acetaliIl legame che si forma si chiama legame glicosidico

Il legame glicosidico si ha per sostituzione dell’OH anomerico con un altro gruppo:Se al C anomerico si lega un ossigeno diremo che è un legame O-glicosidico

Se al C anomerico si lega un azoto diremo che è un legame N-glicosidico

Nel caso più semplice, "-OR" è il gruppo alcossido di un alcool semplice oppure ilgruppo "-OR" proviene da un’altra molecola di zucchero, unendo in questo casodue zuccheri insieme a formare un disaccaride. Il legame tra il C anomerico ed ilgruppo –OR viene chiamato legame glicosidico, nel caso specifico glucosidico.La figura mostra due glucosidi del glucosio

metil β-D-glucosio

Saccarosio, un disaccaride

Condensazione di un monosaccaride con

a) un altro monosaccaride disaccaride

b) una sostanza non glucidica (aglicone) glicoside

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Disaccaridi

Sono la classe più semplice degli oligosaccaridi

Un disaccaride si forma quando due monosaccaridi reagiscono tra loro,il primo con l'ossidrile della sua struttura emiacetalica ed il secondo conuno qualsiasi dei suoi ossidrili eliminando una molecola d'acqua

Chimicamente un disaccaride è un acetale ed il legame tra i duemonosaccaridi che lo compongono è un legame acetalico

Saccarosio

Maltosio

Lattosio

Saccarosio

α-1,2

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Il saccarosio, detto anche zucchero da cucina, zucchero liquido, zucchero di canna,

zucchero bianco, o semplicemente zucchero, è formato da una molecola di glucosio

ed una di fruttosio legate da legame glicosidico α-1,2

Il saccarosio è presente in praticamente tutte le piante ma economicamente la sua

estrazione è vantaggiosa solo a partire da:

Canna da zucchero (Saccharum officinarum); circa il 75% della produzione mondiale

di zucchero deriva questa pianta

Barbabietola da zucchero (Beta vulgaris ssp. vulgaris var. altissima), specialmente in

Europa; il contenuto in saccarosio, grazie a selezioni continue negli ultimi due secoli,

è passato dal 4,5% al 16-18%

Il maltosio è un disaccaride formato da due molecole di glucosio conlegame α-1,4 glucosidico. In natura è molto difficile trovarlo, adesempio si trova nei semi in fase di germinazione

Maltosio

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Nell’uomo deve essere necessariamenteidrolizzato da enzimi intestinali (maltasi)

Malto Con la parola “malto” si indica la sostanzaottenuta lasciando le granaglie (orzo, mais,riso, frumento) ad ammorbidirsi egerminare nell’acqua, sviluppando alcunienzimi che trasformano l’amido in zuccheripiù semplici (maltosio)

Amido (polisaccaride) nei cereali (orzo , frumento etc)

acqua, diastasiMaltosio (disaccaride)

nel malto

Il lattosio è un disaccaride formato da una molecola di glucosio e una digalattosio legame β-1,4 glucosidico. Si trova nel latte umano (6%) e nellatte di mucca (4,5%)

Enzimi idrolitici specifici (idrolasi) situati sull’epitelio intestinale idrolizzano il legameglucosidico e consentono l’assorbimento dei monosaccaridi. Il deficit di lattasi causal’intolleranza al lattosio (diarrea da fermentazione batterica del lattosio non assorbito)

Lattosio

1

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Lattosio

glucosio

galattosio

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Polisaccaridi

Eteropolisaccaridi

formati da diversi tipi di monosaccaridi

Omopolisaccaridi

formati da un solo tipo di monosaccaride

Struttura chimica

Di riserva

(amido, glicogeno)

Strutturali

(cellulosa, chitina)Funzione

Non disponibili

(cellulosa)Disponibili (amido)

Aspetti nutrizionali

Polisaccaridi

Amido: tuberi, semi, frutti, piante (carboidrato di riserva vegetale)

Glicogeno: fegato, muscoli (tipico carboidrato di riserva animale)

Cellulosa: piante (funzione strutturale)

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Amido

È la riserva energetica più importante dei vegetali. Si accumula nei semi e nei tuberi

È formato da due polisaccaridi:amilosio (20%), polimero lineare di glucosio con legami α-1,4 amilopectina (80%) polimero ramificato di glucosio con legami α-1,4 e α-1,6

amilosio (struttura ad elica)

Le ramificazioni dell'amilopectina traggono origine dal legame tra il C6 diun'unità di glucosio e il C1 di un'altra unità e si presentano a intervalli di 20-25unità di glucosio

L’amilosio è poco solubile in acqua dove assume una conformazione elicoidalee forma, come l’amilopectina, una sospensione micellare

Negli animali la digestione comincia in bocca con l’α-amilasi salivare, enzimasecreto dalle ghiandole salivari con attività endoamilasica (taglia i legamiglicosidici solo all’interno della catena). L’amido crudo è poco suscettibile allaendoamilasi salivare; tuttavia, se l’amido viene scaldato i granuli di amido sirigonfiano, assumono acqua e rendono il polimero più accessibile agli enzimi

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Glicogeno

Il glicogeno è un polimero di residui di glucosio uniti mediante legami α-1,4 glicosidici; ogni 10residui si creano ramificazioni attraverso la formazione di legami α-1,6 glicosidici.Il glucosio in eccesso, all’interno dell’organismo, viene convertito in glicogeno, la cui sintesiavviene in massima parte nel fegato e nel muscolo scheletrico. Nel fegato e nel muscoloscheletrico il glicogeno rappresenta un fonte di energia rapidamente utilizzabile che si esauriscein meno di 1 ora durante uno sforzo muscolare intenso.Il glicogeno epatico serve come riserva di glucosio per gli altri tessuti quando non è disponibileglucosio alimentare (nel periodo tra i pasti e nel digiuno).

Fibre alimentari

Aumento del senso di sazietà

Miglioramento della funzionalità intestinale e prevenzionedelle patologie correlate (stipsi, tumori del colon)

Riduzione del rischio cardiovascolare in relazione aglieffetti positivi sul metabolismo dei carboidrati e lipidi

Le fibre alimentari sono polisaccaridi che svolgono numerosieffetti funzionali e metabolici

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Fibre alimentari

TIPO DI FIBRA PRINCIPALE FONTE ALIMENTARE PROPRIETA' CHIMICHE

Cellulosa

Prodotti integrali a base di cereali Crusca Grano intero

Non digeribile Insolubile in acqua Assorbe acqua

Emicellulosa

Prodotti integrali a base di cereali Frutta e verdura Grano intero

Parzialmente digeribile Insolubile in acqua Assorbe acqua

Lignina VerduraNon digeribile Insolubile in acqua Assorbe sostanze organiche

Pectina Frutta (mele e agrumi)Non digeribile Solubile in acqua

Gomme

LegumiDigeribili Mucillaginose

Crusca di avenaSolubili in acqua Mucillaginose

Cellulosa

La cellulosa è un polimero lineare di D-glucosioesattamente come l’amilosio con la differenza che ilegami sono β-1,4 mentre nell’amilosio sono α-1,4

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La cellulosa tende a disporsi su di un piano, formando differenti strati impaccati uniti da legami a idrogeno

La cellulosa è il polimero più abbondante presente sulla terra.

E’ altamente resistente all’idrolisi anche da parte delle amilasi. Solo ibatteri che vivono nel rumine o nello stomaco delle termiti secernono lacellulasi, una β-glicosidasi in grado di idrolizzare la cellulosa.

I polimeri di cellulosa formano strutture a reticolo stabilizzate da legami H

intra- e intercatena; si hanno quindi fibre resistenti da cui derivano lecaratteristiche e gli usi della cellulosa

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I carboidrati, da un punto di vista fisiologico possono essere distinti in:

Disponibili o

digeribili

Non disponibili o

non digeribili

glucosio - fruttosio

saccarosio - maltosio

xilosio - lattulosio

raffinosio - stachioso

carboidrati

semplici

carboidrati

complessi

Amido Fibra

alimentare

Disponibili o

digeribili

Non disponibili o

non digeribili

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Funzioni dei carboidrati nell’uomo

Soprattutto nei vegetali ma anchenell’uomo, i carboidrati entranonella costituzione delle cellule edella sostanza extracellulare. Essisono tra i costituenti degli acidinucleici, dei coenzimi nucleotidici,dei glicolipidi, delle glicoproteine edelle strutture di sostegno eprotezione degli organismi vegetalied animali

PLASTICA ENERGETICA

Nell’uomo sotto forma di glicogeno, icarboidrati costituiscono una riserva dienergia a pronta utilizzazione e sottoforma di glucosio sono fonte dinutrimento per tutte le cellule. 1 g

fornisce circa 4 kcal; essirappresentano inoltre la quota piùrilevante dei principi nutritivi. Alcunecellule e tessuti (globuli rossi, SNC)utilizzano come nutriente, incondizioni normali, solo il glucosio

I carboidrati possono essere definiti una sorta di “benzina verde”,

infatti, dalla loro demolizione si ottiene energia con liberazione di

acqua e CO2 senza formazione di scorie e residui tossici

I carboidrati:

Forniscono calorie

Danno senso di sazietà

Controllano la glicemia e ilmetabolismo del glucosio

Dalla loro fermentazione si ottengono acidi a cortacatena (acido propionico, butirrico e acetico)

Regolano la glicosilazione di proteine cellulari eplasmatiche (albumina, emoglobina, lipoproteine)

I polisaccaridi non fermentabiliaumentano la massa fecale

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I carboidrati nella dieta

Una dieta equilibrata deve prevedere una quota di carboidrati

pari al 50-60% Esempio: su una dieta di 2000 calorie, 275 g è la dose appropriata

80g di carboidrati100g riso

54g di carboidrati80 g pane

25g di carboidrati4-5 fette biscottate

20 g di carboidrati40 g di fagioli secchi

45 g di carboidrati250 g di patate

44 g di carboidrati400 g di mele 10 g di carboidrati

10 g di zucchero

9 g di carboidrati300 g di spinaci

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Digestione dei carboidrati

Recentemente si preferisce parlare di:

carboidrati a rapido assorbimento

carboidrati a lento assorbimento

542 minuti

100 g di cioccolato

fondente

6.6g proteine

34 g grassi

50 g carboidrati

362 minuti

100 g di riso

7 g proteine

0.4 g grassi

80 g carboidrati

343 minuti

5 gelatine di frutta

tracce proteine

tracce grassi

92g carboidrati

39 minuti

10g di zucchero

10g carboidrati

Un afflusso di glucosio troppo rapido si ripercuote

negativamente sul livello di glicemia nel sangue

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Frutta in generaleSucco di fruttaMieleYogurt alla frutta (contiene zuccheri semplici che servono a contrastare l’acidità propria dell’alimento)Zucchero di cannaNormale zucchero da cucina

Carboidrati a rapido assorbimento

(monosaccaridi e disaccaridi)

Carboidrati a lento assorbimento

(polisaccaridi)

PaneCerealiPasta Biscotti secchiFette biscottateMuesli

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Qualche curiosità

Lo zucchero fa ingrassare?

1 g di zucchero fornisce 4 Kcal, cioè menodella metà delle 9 Kcal fornite da 1 g di grasso

Lo zucchero provoca diabete?

E’ dimostrato che è l’eccesso alimentare continuativo chesfocia nell’obesità a favorire la comparsa del diabete

A metà mattina ai ragazzi fa bene lo zucchero?

Bisogna prevenire l’ipoglicemia di metà mattina.Sono da preferire gli zuccheri a lento assorbimento

E’ utile sostituire lo zucchero con un dolcificante?

E’ del tutto ingiustificato in una persona sana,sarà invece utile e necessaria per i diabetici

Lo zucchero grezzo è da preferire a quello raffinato?

Entrambe sono una miscela identica di glucosio e fruttosio. La diversa colorazione è dovuta ad un residuo di melassa

Lo zucchero aiuta nello sport?

Una reintegrazione metodica può consentire il protrarsi dello sforzomuscolare e può migliorare la performance in molti sport di resistenza