a-(1,4)
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I GLUCIDI (dal greco glucos, dolce), comunemente noti con il termine carboidrati, sono composti costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno (sostanze ternarie), che conferiscono sapore, consistenza e varietà agli alimenti. I carboidrati e rappresentano la fonte principale di energia del nostro organismo e conseguentemente occupano un posto preminente nella dieta dell'uomo. 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 Formula generale Glucosio C6H12O6 = C6(H2O)6 O H H OH HO H H OH H OH CH2OH • Carboidrato = Idrato di Carbonio • Zuccheri = Aldeidi e Chetoni poliossidrilati • Sintetizzati attraverso la fotosintesi La produzione di carboidrati in natura avviene nelle piante verdi mediante il processo di fotosintesi clorofilliana, che catalizza la conversione dell’anidride carbonica ed acqua in D(+)-glucosio. luce solare 6 CO2 6 H2O 6 O2 C6H12O6 Cellulosa , amido Classificazione Monosaccaridi = Zuccheri semplici Disaccaridi /Oligosaccaridi omosaccaridi Polisaccaride eterosaccaridi Polisaccar ide Disaccarid e Idrolisi Monosaccar ide MONOSACCARIDI O || aldosi -C--H oTriosi -C-C-CoTetrosi –C-C-C-CoPentosi –C-C-C-C-CoEsosi -C-C-C-C-C-C- O || chetosi -C- Forme D e forme L Forme alfa e forme beta 25°C D [a] a = l•c Mette in relazione il potere rotatorio di una soluzione di un composto otticamente attivo con il potere rotatorio specifico dello stesso composto Il potere rotatorio a di una soluzione è proporzionale alla concentrazione della soluzione ed alla lunghezza del tubo usato per la misura polarimetrica 25°C D [a] a = l•c Si definisce potere rotatorio specifico [a] di un composto il potere rotatorio della sua soluzione di concentrazione 1 g/cm3, contenuta in un tubo polarimetrico di lunghezza 1 dm. Nella definizione del valore di [a] vengono date la temperatura e la l usate per la misura (generalmente la l corrisponde alla riga spettrale D del sodio) 25°C D [a] a = l•c l è espresso in dm c è espresso in g/cm3 luce polarizzata luce ordinaria + a° 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. d c d a b c a b c non è chirale a b c c a b c Due composti contenenti più centri chirali che differiscono per la configurazione assoluta di un solo carbonio asimmetrico sono definiti diastereoisomeri. Cl H CH3 H CH3 3 2-bromo-3-clorobutano 3 2 2 H CH3 Cl Br H Br CH3 La presenza di due centri di asimmetria comporta la presenza di 4 stereoisomeri H3C H Cl A e B differiscono per la configurazione assoluta di ambedue i C asimmetrici e sono 2 A Cl H CH3 B l’immagine speculare l’uno dell’altro 3 H Br Br CH3 diastereoisomeri diastereoisomeri H Cl Cl H CH3 2 2 enantiomeri C D 3 3 H Br 2 enantiomeri 3 H3C H CH3 CH3 H CH3 Br A e C - B e D sono diastereoisomeri in quanto differiscono per configurazione assoluta di un solo C il 2 La presenza di due centri di asimmetria comporta la presenza di 4 stereoisomeri. O H H OH Monosaccar idi CH2OH O Al d-osi CH2OH -t r i - Chet -osi -t et r - CH2OH -pent - -es- Al dot r i oso chet ot r ioso ALDot et r oso chet ot et r oso al dopent oso Cheopent oso ALdoesoso Chet oesoso Gliceraldeide Diidrossiacetone Eritrosio Eritrulosio Ribosio Ribulosio Glucosio Fruttosio O H H OH CH2OH CH2OH O CH2OH O H H OH H OH CH2OH CH2OH O H OH CH2OH O H H OH H OH H OH CH2OH CH2OH O H OH H OH CH2OH O H H OH HO H H OH H OH CH2OH CH2OH O HO H H OH H OH CH2OH Zuccheri D ed L O H H OH O H HO H CH2OH CH2OH D- Gliceraldeide [(R)-(+)-gliceraldeide] L- Gliceraldeide [(S)-(-)-gliceraldeide] Zuccheri della “serie D”: -OH legato all’atomo di carbonio chirale più lontano dal gruppo carbonilico a destra (glucosio, fruttosio, ribosio, ecc.) Zuccheri della “serie L”: -OH legato all’atomo di carbonio chirale più lontano dal gruppo carbonilico a sinistra Monosaccaridi Chimicamente possono quindi essere considerati come aldeidi (aldosi) o chetoni (chetosi) di alcoli polivalenti, con formula bruta (CH2O)n, avremo pertanto i triosi (3 atomi di carbonio), i tetraosi (4 C), i pentaosi (5 C), gli esosi (6 C), gli eptosi (7 C), ecc La forma del glucosio solitamente presente in natura è destrogira ([a]D20 = + 52,7°), mentre il fruttosio è presente in natura nella forma levorotatoria (([a]D20 = 92,4°), comunque entrambi sono inclusi nella serie D in quanto le loro configurazioni assolute sono correlate alla D-gliceraldeide. ALDOSI O H H OH D-Gliceraldeide CH2OH O H H OH H OH D-Eritrosio O H HO H H CH2OH O H H CH2OH O H O H OH HO H H H OH H OH HO H OH H OH H CH2OH D-Ribosio D-Treosio OH CH2OH D-Arabinosio O H OH HO H H HO H OH CH2OH D-Xilosio H OH CH2OH D-Lixosio O H O H O H H OH HO H H H OH H OH HO H OH H OH H CH2OH D-Ribosio CH2OH D-Arabinosio O H OH HO H H HO H OH H CH2OH D-Xilosio OH CH2OH D-Lixosio O H O H O H O H O H O H O H O H H OH HO H H OH HO H H OH HO H H OH HO H H OH H OH HO H H H OH OH HO H HO H H OH H OH H OH H OH HO H HO H HO H H OH H OH H OH H OH H CH2OH D-Allosio CH2OH D-Altrosio CH2OH D-Glucosio HO CH2OH D-Mannosio H OH CH2OH D-Gulosio H HO H OH CH2OH D-Idosio H OH CH2OH D-Galattosio H OH CH2OH D-Talosio O H H OH D-Gliceraldeide CH2OH O H H OH H OH D-Eritrosio O H HO H H CH2OH D-Treosio CH2OH O H O H OH HO H OH H OH HO H OH H OH H CH2OH D-Ribosio OH H O H H H CH2OH D-Arabinosio O H OH HO H H HO OH H CH2OH D-Xilosio H OH CH2OH D-Lixosio O H O H O H O H O H O H O H O H H OH HO H H OH HO H H OH HO H H OH HO H H OH H OH HO H OH OH HO H HO H H OH H OH H H HO H HO H OH H OH H H CH2OH D-Allosio CH2OH D-Altrosio H HO OH H OH H CH2OH D-Glucosio H OH HO OH H CH2OH D-Mannosio H OH CH2OH D-Gulosio H HO H OH CH2OH D-Idosio H OH CH2OH D-Galattosio H OH CH2OH D-Talosio 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 Strutture cicliche OH O Formazione di emiacetali + R1 OH R H H R OR1 O H HO H H OH OH H OH OH H H OH H OH OH H O HO H H H OH H OH OH HO OH H OH D-glucopiranosio OH OH HO H H O H OH OH OH HO OH HO OH OH HO O OH OH OH O OH D-fruttofuranosio Proiezioni di Haworth O H HO H H OH H OH OH OH • • • • • OH OH H H OH OH H HO OH H OH HO H H O H OH OH HO O OH OH OH OH OH Anello piano e visto di fianco Atomo di ossigeno emiacetalico in alto a destra OH a destra in basso OH a sinistra in alto Zuccheri della serie D CH2OH in alto O H HO H H OH H OH OH OH O H HO H HO OH H OH H OH O H HO H HO CH2 OH H OH H OH Le forme ANOMERE dei monosaccaridi: la MUTUAROTAZIONE a-D-glucopiranosio [a]D = +112.2° OH OH H O H OH H OH H OH OH H O HO H H HO H H OH H H OH H OH OH HO H OH 36% OH [a]D = +52.6° OH H OH H OH H OH H HO H OH H O H OH H O OH HO OH H H b-D-glucopiranosio OH 64% [a]D = +18.7° Conformazioni a sedia H OH H H OH H O OH HO H H HO HO OH • Proiezione di Hawort • Si alza il C a sinistra • Si abbassa il C a destra OH H O OH H OH H H OH HO HO O OH OH Reazioni • Reattività tipica dei gruppi funzionali presenti: – ossidrili – emiacetali H – carbonili OH HO HO O OH OH H HO H H O OH H OH OH OH Esterificazione COMe O OH HO HO O H3C OH OH b-D-glucopiranosio O O O CH3 Piridina, 0°C MeCO O MeCO O O O COMe O COMe Penta-O-acetil-b-D-glucopiranosio • Gli ossidrili possono essere esterificati per trattamento con un’anidride o con un cloruro acilico in presenza di una base • Reagiscono tutti gli ossidrili Formazione di eteri OH HO HO Me I O OH OH b-D-glucopiranosio Ag2O Me O Me O O Me O O Me O Me b-D-glucopiranosio pentametil etere • Gli ossidrili possono essere trasformati in eteri per reazione con un alogenuro alchilico in ambiente basico • Reagiscono tutti gli ossidrili Formazione di glicosidi OH OH HO HO MeOH O OH OH b-D-glucopiranosio H + HO HO O OMe OH Metil-b-D-glucopiranoside • Gli ossidrili emiacetalici (o anomerici) possono essere sostituiti da un gruppo alcolico in presenza di un catalizzatore acido • La desineza -osio si trasforma in -oside • I glucosidi non danno mutuarotazione perché non possono trasformarsi nella forma aperta Formazione di glicosidi • Se l’alcol che si usa è un’altra molecola di zucchero si ottiene un disaccaride. HO HO OH OH OH HO HO O O OH OH OH OH b-D-glucopiranosio - HO H HO HO O OH O O OH HO OH OH 4-O-(b-D-glucopiranosil)-b-D-glucopiranoside Riduzione di monosaccaridi H OH HO HO O OH OH b-D-glucopiranosio • • • • H HO H H OH O OH H OH OH OH D-glucosio Riducente H HO H H OH H OH OH OH D-glucitolo Avviene sia su aldosi che chetosi La riduzione passa attraverso la forma aperta La desinenza -oso o -osio diventa -itolo Come riducente si usa NaBH4/H2O Ossidazione di monosaccaridi H H HO H H O HO O HO O OH H OH OH H HO H H OH H OH OH H HO H H OH H OH OH O OH OH D-glucosio • • • • Ossidante blando Ossidante energico OH Acido D-gluconico 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) POTERE RIDUCENTE DEGLI ZUCCHERI I monosaccaridi ed alcuni oligosaccaridi hanno il potere riducente, dovuto alla presenza del gruppo aldeidico libero o emiacetalico. Anche il fruttosio, pur essendo un chetoso, ha il potere riducente in quanto gli a-idrossichetoni si ossidano facilmente. Grazie a questa proprietà il glucosio e gli altri zuccheri riducenti, riscaldati in soluzione alcalina, sono facilmente ossidati con la contemporanea riduzione di un componente del sistema di reazione. Nel reattivo di Fehling, il più usato, gli ioni rameici vengono ridotti a rameosi con formazione finale di ossido rameoso, di colore rosso mattone. La quantità di Cu2O formata è direttamente proporzionale alla quantità di zucchero riducente presente, per cui la prova viene impiegata anche per un’analisi quantitativa. Tabella 1. Principali carboidrati di interesse agroalimentare Classe (DP)* Gruppo Monosaccaridi Zuccheri (1-2) Disaccaridi Polioli Oligo saccaridi (3-9) Poli saccaridi (>9) Componenti Glucosio, fruttosio, galattosio Saccarosio, maltosio, lattosio, trealosio Sorbitolo, mannitolo, xilitolo, lattitolo, maltitolo Maltooligosaccaridi Maltodestrine altri oligosaccaridi Amido Raffinosio, stachiosio, fructooligosaccharidi, galattooligosaccaridi Polisaccaridi non amidacei Cellulosa, emicellulosa, pectine, carragenine, idrocolloidi DP* = grado di polimerizzazione Amilosio, amilopectine, amidi modificati MONOSACCARIDI PENTOSI Ribosio (e desossiribosio): acidi nucleici – ATP - coenzimi Chetopentoso – anello a 5 atomi ESOSI Glucosio: piante (fotosintesi) – sangue – carburante cellule Aldoesoso – anello a 6 atomi Fruttosio: miele - frutta Chetoesoso – anello a 5 atomi Galattosio: strutture nervose – Aldoesoso – anello a 6 atomi Mannosio: frassino della manna – presente in polisaccaridi Aldoesoso – anello a 6 atomi GLUCOSIO 0.1% E’ la materia prima energetica per eccellenza, in quanto si trova in concentrazione piuttosto stabile nel sangue. Esso viene metabolizzato rapidamente. E’ indicato quando si rende necessario un apporto di energia ad effetto ultrarapido, durante lo sforzo fisico. α-D-glucosio 36% β-D-glucosio 64% Glucosio •questo monosaccaride è il più importante degli esosi •ha un potere edulcorante pari a circa il 70-80% di quello del saccarosio •In soluzione, ruota a destra il piano della luce polarizzata: di qui il nome di "destrosio" •Il glucosio è contenuto in una vasta gamma di alimenti, quali miele, frutta e vegetali •Il glucosio si ottiene per idrolisi di molti carboidrati, fra cui il saccarosio, il maltosio, la cellulosa, l'amido e il glicogeno. Industrialmente può essere ottenuto per via enzimatica da amido ottenuto come sottoprodotto del mais FRUTTOSIO Fornisce circa la stessa energia del glucosio, ma ha maggiore potere dolcificante e viene utilizzato più lentamente da parte dell’organismo, influenzando in maniera ridotta la glicemia. Esso viene metabolizzato rapidamente a livello epatico, contribuendo alla formazione delle riserve di glicogeno. D(-)-Fruttosio •monosaccaride noto anche con il nome di levulosio in quanto le sue soluzioni ruotano il piano della luce polarizzata verso sinistra •è presente, insieme al glucosio, nella frutta e quindi in tutti gli alimenti derivati dalla frutta, quali succhi, nettari, marmellate, ecc • Sciroppi ad alto contenuto di fruttosio (High Fructose Corn Syrup = HFCS) vengono normalmente prodotti dall’amido mediante un processo enzimatico che prevede in una prima fase la produzione di sciroppi di glucosio ed una seconda fase di isomerizzazione del glucosio in fruttosio. L’isomerizzazione del glucosio in fruttosio avviene tramite l’enzima glucosio isomerasi (enzima intracellulare ricavato da Streptomyces murines), il fruttosio in natura è presente nella la forma furanosica, mentre allo stato cristallino presenta la forma piranosica. •Il fruttosio ha un elevato potere edulcorante (1,50), ben superiore, a quello del glucosio (0,74) e del saccarosio (1,00) ed alle limitate implicazioni negative che la sua assunzione pone a livello nutrizionale in quanto il fruttosio è uno dei carboidrati che presenta uno dei più bassi valori di indice glicemico fra tutti gli alimenti. 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 repenton aumento di glicemia nel sangue D(+)-GALATTOSIO Il D-glucosio e il D-galattosio sono epimeri in quanto cambia solo la configurazione rispetto al carbonio 4 Non si trova allo stato libero ma è abbondante allo stato combinato. E’ uno dei costituenti del disaccaride lattosio ed entra nella composizione di glucidi più complessi . Il galattosio è uno zucchero riducente, destrogiro - è relativamente poco solubile in acqua - è fermentescibile. - ha un potere dolcificante (0.60) inferiore a quello del glucosio. Fonte di energia importante per i neonati, si trova nel lievito e nel fegato. Costituente di latte e lattosio. 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 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) 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 Disaccaridi Disaccarid e Maltosio Monomeri Caratteristiche glucosio Tipo di legame coinvolto (14) a-glicosidico Isomaltosi o cellobiosio glucosio (16) a-glicosidico glucosio (14) b-glicosidico riducenti, subiscono la mutarotazione Lattosio glucosio e galattosio (14) b-glicosidico Saccarosio glucosio e fruttosio (12) a,bdiglicosidico Trealosio glucosio (11) a,bdiglicosidico non-riducenti, non subiscono la mutarotazione Cellobiosio e maltosio Legami glicosidici 1,4’ OH OH HO HO O OH HO HO O O OH HO OH OH O OH O OH O HO 4-O-(b-D-glucopiranosil)-b-D-glucopiranoside 1,4’-b -glicoside OH OH 4-O-(a-D-glucopiranosil)-a-D-glucopiranoside 1,4’-a-glicoside • Sono zuccheri riducenti • Danno mutuarotazione Maltosio E’ un a-D-glucopiranosil-(14)-a-D-glucopiranoso, in cui il secondo residuo di glucosio ha un atomo di carbonio anomerico libero, in grado di esistere in forma a o b di cui la forma b (riportata in figura) è quella predominante in natura. è un a-D-glucopiranosil-(14)-a-Dglucopiranoso, in cui il secondo residuo di glucosio ha un atomo di carbonio anomerico libero, in grado di esistere in forma a o b di cui la forma b (riportata in figura) è quella predominante in natura. •Il maltosio può essere ottenuto, insieme ad altri prodotti, per parziale idrolisi dell’amido, ad esempio dal malto (orzo germinato) per azione dall’enzima diastasi, da cui il nome di zucchero di malto. •È uno disaccaride facilmente digeribile per azione dell’enzima maltasi che lo scinde in due molecole di glucosio: Maltosio + H2O maltasi 2 glucosio Per questa sua prerogativa trova largo impiego preparazione di alimenti per neonati e di bevande nella •Viene inoltre usato come substrato per la fermentazione del lievito ed è importante nel processo di produzione della birra. Cellobiosio è un b-D-glucopiranosil-(14)- b-D-glucopiranoso, in cui il secondo residuo di glucosio ha un atomo di carbonio anomerico libero ed è pertanto riducente. è idrolizzato in due molecole di D(+)-glucosio dall’enzima emulsina (estratto dalle mandorle amare), in grado di idrolizzare il legame glucosidico b(14) che unisce i due monomeri di glucosio. Saccarosio •Noto anche con il nome di sucrosio, questo disaccaride è il comune zucchero da tavola, presente in vari vegetali, in particolare nella barbabietola e nella canna da zucchero, da cui viene estratto. è costituito da una molecola di glucosio ed una molecola di fruttosio, unite tra loro da un legame glicosidico tra il C-1 del glucosio ed il C-2 del fruttosio, in questo modo il legame glicosidico blocca tutte e due le funzioni carboniliche dei due monosaccaridi per cui non ci sono gruppi carbonilici “liberi” con conseguente assenza di mutarotazione ed attività riducente. Lattosio E’ un disaccaride, formato da una molecola di glucosio e una di galattosio, presente nel latte a cui conferisce un sapore leggermente dolce (il lattosio è dolce circa 1/3 del saccarosio) OH OH H H OH O H H O O HO H H OH H HO H H H OH OH Per idrolisi acida o per trattamento con l’enzima lattasi il lattosio si idrolizza in D(+)-glucosio e D(+)galattosio Il lattosio è facilmente attaccato da numerosi microrganismi che provocano le principali fermentazioni del latte e del formaggio. La più importante è la fermentazione lattica, che avviene spontaneamente nel latte lasciato a riposo. Ad esempio nella fermentazione lattica i batteri lattici • idrolizzano il lattosio in una molecola di glucosio e una di galattosio, •trasformano quindi il galattosio in glucosio e infine •fermentano le due molecole di glucosio producendo 4 molecole di acido lattico. La fermentazione porta all’acidificazione del latte ed è dannosa in quello destinata all’alimentazione diretta perché porta alla coagulazione della caseina. Saccarosio Glucosio + fruttosio OH HO HO O HO 1 2' OH O O OH HO 2-O-(a-D-glucopiranosil)-b-D-fruttofuranoside 1,2’-glicoside • Non è uno zucchero riducente • Non da mutuarotazione OH Circa 1/10 della popolazione mondiale vive grazie alla produzione lavorazione dello zucchero. Nel mondo se ne producono circa 130 milioni di tonnellate (1/3 da canna; 2/3 da barbabietola) Oggi lo zucchero, come il pane, fa parte della nostra dieta quotidiana, ma prima del XVIII aveva un valore così elevato che lo chiamavano “l’oro dolce”. Saccarosio. Lattosio. glucosio e fruttosio con legame a-(1,2)b. galattosio e glucosio legati con legame b-(1,4). Trealosio. Disaccaride formato da due molecole di glucosio legate con legamea-(1,1)a. Fonte alimentare: funghi giovani. Usato come dolcificante e come conservante per prodotti surgelati. L' elevata concentrazione di trealosio nei tessuti di certi insetti e piante desertiche permette loro di sopravvivere in "stato di animazione sospesa" in assenza d'acqua. Il trealosio permette a certi tipi di rane di sopravvivere allo stato praticamente congelato. 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 I polisaccaridi possono essere classificati in base alla funzione in: POLISACCARIDI Amido: tuberi, semi, frutti, piante amilosio amilopectina Glicogeno: fegato, muscoli Cellulosa: piante (funzione strutturale) glucosio –legami beta) Funzione di riserva Glucosio legami alfa Cellulosa Legami 1,4’-b-glicosidici tra molecole di D-glucosio OH O HO O OH O OH HO O OH O OH HO O OH O O OH HO O OH 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 b-D-glucosio, unite mediante legami b(14), presente in quantità apprezzabili nelle piante e nei fiocchi di cotone (che possono essere costituiti fino al 95% di cellulosa pura). La cellulosa è il componente principale delle cellule delle piante e costituisce circa il 50% in peso del legno e delle radici, mentre il restante 50% è costituito da emicellulose e lignina. L’uomo non possiede nel corredo enzimatico del sistema digestivo gli enzimi in grado di scindere il legame bglicosidico, mentre possiedono quelli in grado di idrolizzare il legame a-glicosidico dell’amido. Per questo motivo la cellulosa non rappresenta è utilizzabile come alimento, ma solamente come fibra. Molti microrganismi contengono gli enzimi in grado di idrolizzare la cellulosa (cellulasi) Ciò consente ad esempio ai ruminanti di nutrirsi della cellulosa presente nelle piante ingerite a seguito della presenza nel rumine di batteri e protozoi in grado di produrre gli enzimi necessari all’idrolisi della cellulosa. Amido Miscela di AMILOSIO e AMILOPECTINA • Materiale per accumulo energia delle piante • Viene idrolizzato dalla GLICOSIDASI OH O OH O HO OH O HO OH O OH O HO 20% OH O OH O HO AMILOSIO: 1,4’-O-(a-D-glucopiranoside) polimero Legami 1,4’-a-glicosidici tra molecole di D-glucosio OH OH O HO OH O OH O 80% O HO OH O HO OH O OH O HO OH O OH O HO AMILOPECTINA: AMILOSIO con ramificazioni 1,6’-a-glucosidiche Legami 1,4’-a-glicosidici tra molecole di D-glucosio con ramificazioni 1,6’-a-glicosidiche OH 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 a(14). Le catene del polisaccaride assumono una conformazione a spirale (avvolgimento elicoidale dell’a-amilosio), in grado di conferire una intensa colorazione blu a soluzioni di iodio. H OH H O H OH HO H HO H H H OH O O H OH H HO H H H OH O n O H HO H H OH OH Il restante 80%, chiamato amilopectina , è costituito da catene polisaccaridiche altamente ramificate. Tali ramificazioni sono originate da legami glicosidici a(16), che costituiscono i punti di ramificazione di tratti lineari in cui il glucosio è legato con legame a(14). La lunghezza media delle ramificazioni può essere costituita di 20-25 unità monosaccaridiche di glucosio a seconda della sua origine. 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). glicogeno a-amilasi (1--- 4) degradano il legami a- b-amilasi degradano il legami a(1--- 4) rimuovendo il maltosio dalle estremità delle ramificazioni esterne amilo a-(1—6)-glucosidasi idrolizzano i legami a-(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’aamilasi, che è presente sia nella saliva che nel succo pancreatico, idrolizza i legami a(14) 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 a-(1—6)-glucosidasi idrolizzano i legami a-(1--- 6 ) delle ramificazioni, consentendo alle a e b-amilasi di trasformarle in glucosio, che è l’unico zucchero che il nostro organismo può metabolizzare. Inulina È la riserva glucidica di alcuni vegetali che non sono in grado di accumulare l’amido, come la dalia, la patata dolce, etc. è un polisaccaride, non ramificato, costituito da molecole di b-D-fruttosio, unite mediante legami b(21),con la presenza di una molecola di glucosio all’inizio e al termine della catena Molti microrganismi contengono l’inulasi, enzima in grado di idrolizzare l’inulina, mentre l’uomo non possiede nel corredo enzimatico del sistema digestivo gli enzimi in grado di idrolizzare inulina, per cui questa, come la cellulosa, non è utilizzabile come alimento, ma solamente come fibra. 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 ALTRI CARBODRATI • Desossizuccheri HO – 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 (chitina) O OH OH OH HO HO O OH NH2 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. Fibra alimentare o dietetica si definisce la frazione degli alimenti vegetali, che costituisce la parete cellulare delle piante, priva di interesse nutrizionale. La fibra alimentare è costituita di: Cellulosa Lignina Polisaccaridi gelificante non cellulosici Emicellulose Pectine Gomme F. idrofila o insolubile F. Mucillagini o solubile Pilsaccaridi algali La fibra alimentare è un importante componente della dieta umana e, pur non potendosi considerare un nutriente, esercita effetti di tipo funzionale e metabolico (migliora la funzionalità intestinale). Il fabbisogno giornaliero stabilito dai LARN è di 30 g/die, FIBRA Glucidi non disponibili INSOLUBILE SOLUBILE Cellulosa Emicellulose lignina Pectine Gomme Mucillagini Polisaccaridi alghe Pectine sono polisaccaridi costituiti da alcune centinaia di molecole di acido galatturonico con legame a(14) variamente esterificato con alcool metilico, a vario grado di neutralizzazione. Si trovano in natura combinate con la cellulosa negli spazi intercellulari dei tessuti vegetali. Molti tipi di frutta e verdura come mele, pere, carote, patate, ecc., devono la loro consistenza proprio alla presenza di questi polisaccaridi. Le pectine sono estratte dalle bucce delle arance, che ne contengono in media il 3% (della buccia fresca), e dalla polpa di mela spremuta. Le pectine fanno parte della frazione “gel forming” della fibra e devono le loro proprietà gelificanti alla presenza dei gruppi metossilici Le pectine altamente metossilate, con circa il 70% di acido galatturonico esterificato, vengono usate in commercio come tali per la preparazione di marmellate e gelatine altamente zuccherose. Le pectine scarsamente metossilate,(grado di esterificazione 30% circa) che gelificano in presenza di ioni Ca++ ed in assenza di saccarosio od altri soluti, si usano sempre più per la preparazione di gelatine a basso contenuto calorico. Composizione chimica della fibra La fibra insolubile assorbe acqua da 5 a 25 volte il suo peso e trattiene i gas . La fibra solubile è fermentata dai batteri dell’intestino crasso con formazione di acidi grassi a catena corta. Per questo motivo viene considerata un ingrediente alimentare non digeribile in grado di stimolare selettivamente la crescita e/o l’attività metabolica di un numero limitato di gruppi microbici , importanti per il buon funzionamento dell’organismo”. DIGESTIONE DEI CARBOIDRATI SUBSTRATO SPECIFICITA' PRODOTTO Amido a-amilasi salivare e pancreatica (endoglicosidasi) a-(1-4) glucosio,maltosio [aGlc-(14)Glc],isomaltosio aGlc-(1-6)Glc], destrine limite (in media otto unità di glucosio contenenti almeno un legame a-(1-6) Maltosio maltasi (aglucosidasi)* a-(1-4) glucosio Isomaltosio, destrine limite isomaltasi (aglucosidasi)* a-(1-6) glucosio Saccarosio saccarasi* a-glucosio glucosio,fruttosio Lattosio lattasi (b-galattosidasi)* b-galattosio galattosio,glucosio Trealosio trealasi* a-(1-1)glucosio glucosio Glucosil ceramide b-glucosidasi b-glucosio glucosio,ceramide b-galattosio galattosio,ceramide * presenti sull'orletto a spazzola delle cellule epiteliali dell'intestino tenue. Galattosil ceramide ENZIMA / b-galattosidasi 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.
