LEZIONE DI CHIMICA: BIOMOLECOLE Glucidi

LEZIONE DI CHIMICA: BIOMOLECOLE
Glucidi ( carboidrati o zuccheri)
I carboidrati sono detti anche idrati del carbonio, generati cioè da atomi di carbonio e acqua.
Sono fonte di energia per l’organismo e li possiamo trovare sotto forma di
-monosaccaridi ( es glucosio, fruttosio, galattosio)- 1 unità
-disaccaridi ( es. saccarosio e lattosio)- 2 unità legate
-oligosaccaridi ( es. pectine) fino a 10 unità
-polisaccaridi ( es. amido, cellulosa, glicogeno….) più di 0 unità
Studieremo solo il glucosio e il legame 1,4α glicosidico.
Glucosio.
È un aldoesoso ( aldo= contiene il gruppo funzionale aldeidico
,
es=prefisso che indica 6 atomi ci carbonio; oso= desinenza relativa agli zuccheri).
Contiene nella formula 5 gruppi ossidrilici ( o gruppi alcolici o idrossido) –OH. Il gruppo alcolico è
caratterisitico delle molecole dette alcoli: es. alcol etilico CH3-CH2-OH.
Formula bruta: C6H12O6
Formula di struttura ( di Fisher)
Il glucosio ha molti isomeri ( stessa formula
bruta, ma diversa formula bruta e diverse
proprietà chimiche e fisiche) tra cui il fruttosio
e il galattosio. Per avere un isomero basta
invertire un gruppo OH e un H legato ad un C
della catena.
In acqua il glucosio ciclizza formando il glucopiranosio ( piranosio: ciclo a 6 termini uno dei quali è
ossigeno). In base alla chiusura dll’anello si può formare la forma α ( l’ossidrile è in basso sul
carbonio anomerico )o β ( l’ossidrile è in alto sul carbonio anomerico ).
Dalla forma ciclica si possono ottenere tutti gli altri tipi di carboidrati composti ( disaccaridi, oligosaccaridi e
polisaccaridi). Vediamo il modo in cui il glucosio formi il polisaccaride amido attraverso il legame 1,4-αglicosidico. Il nostro organismo è in grado di rompere tale legame grazie all’azione dell’amilasi ( un enzima
endogeno), non è in grado di rompere invece il legame 1,4-β- glicosidico che è tipico della formazione della
cellulosa ( che non siamo in grado di digerire –per farlo dovremo possedere l’enzima cellulasi).
Il legame si chiama 1,4 perché coinvolge il carbonio 1 ( anomerico) di una molecola di glucosio e il carbonio
4 di un’ altra molecola. Si chiama α perché il gruppo alcolico (OH) del carbonio anomerico ( il carbonio 1) si
trova in “basso”. Si chiama glicosidico perché la struttura che ne deriva si chiama glicoside.
+ H2O
OH OH
XILITOLO
Un dolcificante che non è un carboidrato è lo xilitolo. Esso è un polialcol, cioè è una molecola con più
gruppi alcolici.
Ha formula bruta C5H7 (OH)5
È un dolcificante derivante dal mondo
vegetale ( soprattutto dalla betulla)
PRO nel suo uso: non favorisce l’insorgere della carie e ha un potere dolcificante molto alto
Contro nel suo uso: è un potente lassativo ed è termolabile. ( prova a spiegare perché queste
caratteristiche siano da considerare negative)
Lipidi (grassi)
Anche questa categoria di macromolecole è piuttosto variegato. Noi tratteremo solo acidi grassi e
trigliceridi.
Acidi grassi.
Sono molecole costituite fondamentalmente da due parti: la coda variabile ( la catena alchilica) e la testa
fissa che è costituita dal gruppo funzionale che le caratterizza (l’acido carbossilico)
testa (a. carbossilico)
Coda ( alchile)
CH3-CH2
CH2-CH2Gruppo carbossilico
Acido acetico
Acido butirrico
La catena alchilica è lineare ( senza ramificazioni) e può essere satura ( con soli legami semplici tra gli atomi
di carbonio) o insatura ( con alcuni doppi legami nella catena).. Più la catena è lunga più gli acidi causano un
odore gradevole, più è corta più l’odore è sgradevole ( l’acido butirrico causa l’odore pungente del burro
rancido).
A seconda della catena variabile abbiamo acidi grassi diversi. Tra tutti quelli
quelli esistenti studieremo alcuni tra
quelli più comuni: acido palmitico e stearico ( che fanno parte della categoria degli
gli acidi grassi saturi) e
l’acido oleico, linoleico, linolenico ( che fanno parte della categoria degli acidi grassi insaturi).
Acido palmitico ( caratteristico anche dell’olio di palma, ma soprattutto presente nei grassi solidisolidi detti
grassi saturi). Ha formula bruta C15H31CO2H ( è un C-16)
CH3-CH2-CH2- CH2-CH2 -CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH2- CH2-CH
CH2Che in sintesi si scrive:
Ogni estremo del segmento corrisponde con un atomo di carbonio e 2 di idrogeno ( all’esterno gli atomi di
carbonio sono 3)
Acido stearico ( usato soprattutto come additivo in farmaceutica presente nei grassi solidisolidi detti grassi
saturi). Ha formula bruta C17H35CO2H ( è un C-18). Non ha doppi legami.
Acido oleico (presente nei grassi liquidi, gli olioli detti grassi insaturi). Ha formula bruta C17H33CO2H ( è un C18). Ha un doppio legame in posizione 9 ed è rigorosamente cis nel mondo vegetale.
Acido linoleico (presente nei grassi liquidi, gli olioli detti grassii insaturi). Ha formula bruta C17H33CO2H ( è un
C-18).
18). Ha due doppi legami in posizione 9 e 12 rigorosamente cis nel mondo vegetale.
È un Ѡ-6 (cioè ha un doppio legame nel sestultimo carbonio della catena –C-13). È un acido grasso
essenziale.
Acido linolenico (presente nei grassi liquidi, gli oli- detti grassi insaturi). Ha formula bruta C17H31CO2H ( è un
C-18). Ha tre doppi legami in posizione 9 e 12 e 15 rigorosamente cis nel mondo vegetale.
È un Ѡ-3 (cioè ha un doppio legame nel terzultimo carbonio della catena –C-16). È un acido grasso
essenziale.
Il gruppo carbossilico ha un idrogeno acido cioè in acqua tende a dissociare dalla molecola.
CH3CO2H
CH3CO2
+
H
+
Possiamo definire acida una sostanza che in acqua libera ioni idrogeno ( H+).
Lo ione H+ è estremamente reattivo e tende ad attaccare tutto ciò che incontra, questo causa l’ effetto delle
sostanze acide ( irritanti, ustionanti, corrosive). Questo effetto è tanto più forte quanto più è alta la
quantità di ioni. Gli acidi grassi sono tutti acidi deboli, se non debolissimi ( cioè solo parzialmente
dissociati). Ma esistono anche altri tipi di acidi ( inorganici, come l’acido cloridrico- detto commercialmente
acido muriatico)che in acqua sono completamente dissociati ( quindi forti).
La quantità di ioni H+ disciolti e quindi l’acidità di una soluzione si misura con la scala del pH.
Il pH è una grandezza che misura la quantità di ioni idrogeno in una soluzione utilizzando una funzione
matematica detta logaritmo ( precisamente logaritmo in base 10).
Se il pH risulta minore di 7 la soluzione si dice ACIDA ( cioè contiene una grande quantità di ioni idrogeno,
comunque maggiore di quelli presenti normalmente nell’acqua distillata)
Se il pH risulta uguale a 7 la soluzione si dice NEUTRA (cioè la quantità di ioni idrogeno coincide con quella
normalmente presente in acqua distillata)
Se il pH risulta maggiore di 7 – e in acqua minore di 14- la soluzione si dice BASICA (cioè contiene una
piccola quantità di ioni idrogeno, comunque minore di quelli presenti normalmente nell’acqua distillata).
ESTERIFICAZIONE
Reazione di condensazione tra una molecola di glicerina e tre di acido grasso con formazione di un
trigliceride e 3 molecole di acqua. Il gruppo funzionale risultante è un estere.
I trigliceridi sono proprio le nostre "riserve" lipidiche.
I trigliceridi sono delle molecole lipidiche che vengono sintetizzate dall'alimentazione e attraverso il
sangue giungono nelle cellule adipose dove vengono immagazzinate come riserca energetica. Come
avviene questo processo? In fase digestiva ad occuparsi del metabolismo del grassi alimentari sono
la bile(secreta dal fegato e contenuta nella cistifellea) e gli enzimi del pancreas. Una volta sciolte queste
grosse molecole in elementi più semplici detti acidi grassi e assimilati a livello intestinale, si
"ricompongono" in agglomerati di grassi e proteine e si riversano nel sangue, che attraverso la rete
capillare li cede alle cellule adipose della varie aree del corpo.
Razione:
estere
+ 3H2O
SAPONIFICAZIONE:
Idrolisi basica di un trigliceride da cui si ottiene una molecola di glicerina e 3 molecole di “ sapone” ( sale
sodico di un acido grasso). La reazione avviene grazie alla rottura del legame estereo del trigliceride ad
opera di una base forte come la soda caustica ( NaOH, idrossido di sodio).
Una base è una sostanza in grado di catturare ioni idrogeno ( è cioè antagonista all’acido)attraverso la
produzione di ioni idrossido (OH-):
OH- +H+→ H2O
Una base ha lo stesso tipo di aggressività dell’acido ( ustiona, irrita ed è aggressiva). In caso di contatto di
acido concentrato è bene neutralizzarne l’effetto con una base e viceversa.
La molecola del sapone è costituita da due parti: la testa polare ( l’anione carbossilato) e la coda apolare (
catena alchilica).
In pratica la testa polare è affine con le molecole polari come l’acqua ( idrofila) e quindi ad essa si lega; la
coda apolare è affine alle molecole apolari come il grasso ( idrofoba e anche lipofila) e quindi ad esso si
lega. In questo modo si esplica l’azione di pulizia dal grasso ( le molecole circondano e racchiudono il grasso
con la coda apolare e l’acqua lega la testa polare e trascina così via la micella che si è formata.
Protidi ( proteine)
Sono polimeri costituiti da amminoacidi legati insieme da legame peptidico.
Le proteine hanno diverse funzioni nell’organismo: strutturale, di trasporto, catalitica……..
In base alla funzione da assolvere devono avere una diversa conformazione ( in genere fibrosa o globulare)
che dipende da 4 strutture:
•
Struttura primaria: la sequenza di amminoacidi.
•
Struttura secondaria: sotto-strutture altamente modellate – alfa elica e beta foglietto ripiegato
•
Struttura terziaria: la forma globale di una singola molecola proteica
•
Struttura quaternaria: la forma o la struttura che risulta dall'unione di più molecole proteiche, le cui
singole funzioni prendono parte alla funzione globale del grande elemento, o complesso proteico.
Es. emoglobina ( proteina di trasporto) ha conformazione globulare
Cheratina ( proteina strutturale) ha conformazione fibrosa.
Gli amminoacidi.
Sono molecole con 2 gruppi funzionali:
funziona quello amminico (- NH2) e quello carbossilico (-CO
( 2H).
R= è la parte variabile dell’amminoacido.
Ne esistono 20 che determinano la formazione di 20 diversi amminoacidi di cui 9
sono detti essenziali ( cioè non endogeni, che devono essere assunti dalla
dal dieta)
Recentemente sono stati individuati altri 3 amminoacidi di scarso interesse e
presenti solo in batteri.
Es se R= H otteniamo l’amminoacido più semplice…la glicina:
Es. R
Triptofano ( amminoacido essenziale)
Legame peptidico.
Gruppo
ammidico
( ammide)
Curiosità.
La degradazione delle proteine negli animali morti porta alla formazione di due
molecole in particolare che conferiscono al corpo l’ odore caratteristico della
putrefazione.
La cadaverina:
La putrescina:
NH2(CH2)5NH2
NH2(CH2)4NH2