I carboidrati

I carboidrati
Principi di Citologia e Istologia. Prof. Pucci, 2003
I carboidrati
Proprietà
I carboidrati sono una categoria omogenea di composti formata da
carbonio idrogeno e ossigeno (CH20)n che contengono un gruppo aldeidico
(aldosi) o chetonico (chetosi) ed una sequenza di gruppi ossidrilici legati a
tutti gli altri atomi di carbonio che compongono la catena.
Per la natura chimica sono molto solubili e reattivi.
Formano complessi con se stesi (polimeri) e con altre molecole.
gliceraldeide
da cui discendono gli
aldosi
diidrossiacetone
da cui discendono i
chetosi
Si classificano in:
- monosaccaridi
-disaccaridi
-oligosaccaridi
-polisaccaridi
I Monosaccaridi
Si classificano in base al numero degli atomi di carbonio che contiene la molecola
N°C
Categoria
Esempi
3
Triosi
Gliceraldeide, diidrossiacteone
4
Tetrosi
Eritrosio
5
Pentosi
Ribosio, ribulosio, x ilulosio
6
Esosi
Glucosio, galattosio, m annosio, fruttosio
7
eptosi
sedoeptulodo
Stereoisomeri
La stereisomeria. interessa quelle molecole i cui atomi sono legati
nella stessa sequenza, ma assumono diversa posizione nello spazio.
Gli zuccheri presentano diverse forme stereoisomere e queste
conferiscono proprietà biologiche diverse alla molecola.
esempio
glucosio
galattosio
1
Ciclizzazione
In opportune condizioni le molecole
aperte del glucosio e di altri aldosi o
chetosi, possono richiudersi su se
stesse grazie ad una reazione interna
del gruppo aldeidico o chetonico con
un ossidrile (1). La molecola assume
forma ciclica ad anello planare (2) o
asimmetrica = forme a sedia o a
barca (3)
2
3
Derivati degli zuccheri
Esempi rilevanti per le proprietà biologiche
ribosio
desossiribosio
Molti derivati dei carboidrati giocano un ruolo importante in biochimica,
o nei pathways metabolici, o come elementi strutturali legati a proteine o lipidi.
Sono riportati alcuni esempi con formula aperta o ciclica.
Glucosio-6-fosfato
β-glucosammina
Acido glucuronico
Acido N-acetil muramico
N-acetilglucosammina
Disaccaridi
Derivano dalla reazione di condensazione tra due gruppi ossidrilici
che dà luogo ad un legame definito O-glicosilico. Data la simultanea
presenza di più ossidrili nella molecola, sono possibili diversi siti di
legame, ciascuno catalizzato da un enzima specifico.
Di seguito sono riportati esempi di disaccardidi di interesse biologico.
Polisaccaridi
Struttura del glicogeno
Struttura della cellulosa
Microscopia elettronica
a scansione di cellulosa
Le pareti cellulari dei batteri Gram
positivi sono costituite da un complesso
polisaccaride-peptide denomionato
peptidoglicano.
L'ossatura della parte è formata da lunghe
catene composte in modo alternato da Nacetilglucosammina e da acido N-acetil
muramico. Attaccato alla catena laterale
dell'acido muramico vi è un tetrapeptide
(Ala-Glu-Lys-Ala). Le catene di
polisaccaridi sono legate attraverso ponti
di cinque unità di glicina. Unità ripetitive
di glicerolo fosfato fanno anche parte
della parte cellulare.
Glicani in matrici extracellulari
e tessuti connettivi.
Sono polisaccaridi complessi di
varie dimensioni fino a svariati
milioni di Dalton, formati da unità
saccaridiche ripetitive, alcune di
queste solforate.
Alcuni glicani, presenti sulla
superficie cellulare legano fattori
di crescita con la funzione di
sequestrarli ed immagazzinarli
temporaneamente.
Nei tessuti connettivi si
comportano da complessi
idroscopici atti a favorire la
ritenzione dell’acqua ed a
funzionare da giunture cuscinetto.
L'eparina è un esempio di glicano formato
da unità di di disaccaridi acidi solforati.
Forma una struttura estesa a causa delle
repulsioni elettrostatiche tra i gruppi solfato.
I proteoglicani sono complessi formati
da catene di glicani legate a proteine.
(V. tessuto connettivo)
Glicoproteine e glicolipidi
Catene ramificate di oligosaccaridi possono essere legate
a proteine o lipidi della membrana plasmatica –v. schema
in basso- (es.antigeni di superficie, gruppi sanguigni, etc).
Il legame tra un ossidrile ed un un gruppo amminico (per
es. di un amminoacido) si definisce N-glicosidico. Il
legame tra un gruppo ossidrilico dello zucchero e un altro
gruppo ossidrilico si definisce O-glicosidico.
Nelle O-glicoproteine il legame interviene tra il gruppo -OH dello zucchero ed un ossidrile di
serina o treonina. Nelle N-glicoproteine il legame interviene tra l’OH dello zucchero e il gruppo
amminico del residuo laterale dell’asparagina (Asn).
Glicoproteine di superficie
definite anche “mucine”
Funzioni
Le mucine contengono un gran numero di saccaridi legati a
proteine di membrana e proteggono le mucose nei tratti respiratori
e dell'apparato gastrointestinale.
I carboidrati conferiscono una struttura estesa alle proteine con cui
si legano, con il conseguente incremento in viscosità e capacità
interattive con altre molecole.
Svolgono ruoli importanti nei segnali di riconoscimento tra cellule,
nell’identità immunologica e sulle proprietà di “filtro” chimico
della superficie cellulare.
Il recettore del LDL contiene un dominio ricco in carboidrati
che possono orientare il recettore al di sopra del glicocalice
aumentando la possibilità di legare particelle di LDL
Le selectine
Sono una famiglia di glicoproteine integrali di membrana che
interagiscono in modo transiente con altri oligosaccaridi. Sono
localizzate sulle cellule dei leucociti e sull'endotelio dei tessuti
vascolari. Durante la risposta infiammatoria i leucociti (neutrofili e
macrofagi) aderiscono alle cellule vascolari tramite selectine
complementari e migrano nel tessuto connettivo dove svolgono
funzioni fagocitarie nei confronti degli agenti patogeni
Il controllo del tasso di glucosio nel sangue
La glicosilazione non enzimatica delle proteine avviene quando la concentrazione del glucosio è elevata.
Si chiama reazione di Amadori e procede attraverso la formazione di una base di Schiff.
Nel diabete mellito, il tasso di glucosio nel sangue è spesso abbastanza elevato.
In queste condizioni si ha la glicosilazione dell'azoto terminale della valina dell'emoglobina.
La proteina risultante, emoglobina A1C, può essere subito misurata.
Il tasso di Emoglobina A1C è un'altra misura di quanto vari il glucosio nel sangue del diabetico.
Lipidi
Sono una categoria di composti chimicamente molto
diversi tra loro, che hanno in comune la proprietà di essere
fortemente idrofobici.
Si classificano in:
Lipidi semplici
Acidi grassi
Lipidi composti
Gliceridi (triacil giceridi)
Fosfolipidi
Glicolipidi
Steroidi
Terpeni
Gli acidi grassi
Gli acidi grassi sono composti da una catena di gruppi metilici con un gruppo funzionale
carbossilico ad una estremità della catena.
I più frequenti hanno una lunghezza di 16-18 atomi di carbonio.
Possono essere saturi (es. A,B) o insaturi (presenza di doppi legami, C). La presenza del
doppio legame determina un angolazione nella catena, che ne influenza le proprietà in
soluzione.
I gliceridi
acido grasso
glicerolo
monogliceride
Sono esteri del glicerolo e acidi grassi.
Hanno funzione principalmente energetica.
Possono contenere 1, 2 o 3 catene di acidi
grassi uguali o differenti, e si definiranno:
1. Monogliceridi, 2. Digliceridi, 3.Trigliceridi
Mono- e digliceridi svolgono ruoli nel
metabolismo intermedio. I trigliceridi, detti
grassi neutri perché privi di carica, sono i
principali grassi di deposito del tessuto
connettivo.
1
2
3
trigliceride
I fosfogliceridi
I fosfogliceridi sono formati da una molecola di glicerolo
esterificata con due molecole di acidi grassi e una di ac. fosforico.
Essi acquistano quindi una spiccata polarità e proprietà anfipatiche
Ac fosforico
glicerolo
legame esterico
acido grasso
Derivati dei Fosfolipidi
Esempi di fosfolipidi di membrana
X
Rappresentazione grafica della fosfatidilcolina
Colina
fosfato
glicerolo
Testa polare contenente
fosfato e colina
Doppio legame
code idrofobiche
Acidi grassi
Acidi grassi
Modelli di aggregazione
dei fosfolipidi in fase acquosa
Fase acquosa
emulsione
H2O
Canale
acquoso
H2O
Doppio strato planare
micelle
Fase acquosa
Liposomi complessi
I terpeni
I terpeni derivano da un precursore a
cinque atomi di carbonio, l’isoprene.
L’isoprene e i suoi derivati, tenuti
insieme in diverse combinazioni
danno origine a composti
biologicamente importanti, come la
Vitamina A, i pigmenti carotenoidi, il
dolicolo coinvolto nel trasporto degli
zuccheri, e altri.
Struttura del Colesterolo
e dei principali ormoni
da esso derivati