Carboidrati struttura chimica, classificazione e funzioni

il carboidrati, carboidrati o saccaridi, sono molecole organiche che immagazzinano energia negli esseri viventi. Sono le biomolecole più abbondanti e comprendono: zuccheri, amidi e cellulosa, tra gli altri composti presenti negli organismi viventi.

Gli organismi che svolgono la fotosintesi (piante, alghe e alcuni batteri) sono i principali produttori di carboidrati in natura. La struttura di questi saccaridi può essere lineare o ramificata, semplice o composta e possono anche essere associati a biomolecole di un'altra classe.

Ad esempio, i carboidrati possono legare le proteine ​​per formare glicoproteine. Possono anche essere associati a molecole lipidiche, formando glicolipidi, le biomolecole che formano la struttura delle membrane biologiche. I carboidrati sono anche presenti nella struttura degli acidi nucleici.

Inizialmente, i carboidrati erano riconosciuti come molecole di accumulo di energia cellulare. Successivamente, sono state determinate altre importanti funzioni che i carboidrati soddisfano nei sistemi biologici.

Tutti gli esseri viventi hanno le loro cellule coperte da uno strato denso di carboidrati complessi. I carboidrati sono costituiti da monosaccaridi, piccole molecole formate da tre a nove atomi di carbonio collegati a gruppi ossidrilici (-OH), che possono variare in dimensioni e configurazione.

Un'importante proprietà dei carboidrati è la straordinaria diversità strutturale all'interno di questa classe di molecole, che consente loro di svolgere una vasta gamma di funzioni come generare molecole di segnalazione cellulare, formare tessuti e generare l'identità di diversi gruppi sanguigni nell'uomo.

Allo stesso modo, la matrice extracellulare negli eucarioti superiori è ricca di carboidrati secreti, essenziali per la sopravvivenza e la comunicazione cellulare. Questi meccanismi di riconoscimento cellulare sono sfruttati da una varietà di agenti patogeni per infettare le loro cellule ospiti.

I monosaccaridi possono essere collegati da legami glicosidici per formare una grande varietà di carboidrati: disaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi. Lo studio della struttura e della funzione dei carboidrati nei sistemi biologici si chiama glicobiologia.

indice

• 1 struttura chimica
• 2 Classificazione
  • 2.1 Monosaccaridi
  • 2.2 Disaccaridi
  • 2.3 Oligosaccaridi
  • 2.4 Polisaccaridi
• 3 funzioni
• 4 alimenti che contengono carboidrati
  • 4.1 Gli amidi
  • 4.2 Frutta e verdura
  • 4.3 Latte
  • 4.4 I dolci
• 5 Metabolismo dei carboidrati
• 6 riferimenti

Struttura chimica

I carboidrati sono costituiti da atomi di carbonio, idrogeno e ossigeno. La maggior parte di questi può essere rappresentata dalla formula empirica (CH2O) n, dove n è il numero di atomi di carbonio nella molecola. In altre parole, il rapporto tra carbonio, idrogeno e ossigeno è 1: 2: 1 nelle molecole di carboidrati.

Questa formula spiega l'origine del termine "carboidrati" perché i componenti sono atomi di carbonio ("carbo") e atomi di acqua (quindi "idrato"). Sebbene i carboidrati siano formati principalmente da questi tre atomi, ci sono alcuni carboidrati con azoto, fosforo o zolfo.

Nella sua forma base, i carboidrati sono zuccheri semplici o monosaccaridi. Questi zuccheri semplici possono essere combinati insieme per formare carboidrati più complessi.

La combinazione di due zuccheri semplici è un disaccaride. Gli oligosaccaridi contengono da due a dieci zuccheri semplici e i polisaccaridi sono i carboidrati più grandi, costituiti da più di dieci unità di monosaccaridi.

La struttura dei carboidrati determina come l'energia viene immagazzinata nei suoi legami durante la sua formazione dalla fotosintesi e anche come questi legami si rompono durante la respirazione cellulare.

classificazione

monosaccaridi

I monosaccaridi sono le unità elementari dei carboidrati, quindi sono la struttura più semplice di un saccaride. Fisicamente, i monosaccaridi sono solidi cristallini senza colore. La maggior parte ha un sapore dolce.

Dal punto di vista chimico, i monosaccaridi possono essere aldeidi o chetoni, a seconda di dove il gruppo carbonile (C = O) si trova nei carboidrati lineari. Strutturalmente, i monosaccaridi possono formare catene lineari o anelli chiusi.

Poiché i monosaccaridi hanno gruppi idrossilici, la maggior parte sono solubili in acqua e insolubili in solventi non polari.

A seconda del numero di atomi di carbonio nella sua struttura, un monosaccaride avrà nomi diversi, ad esempio: trioso (se ha 3 atomi di C), pentoso (se ha 5C) e così via.

disaccaridi

I disaccaridi sono doppi zuccheri che si formano unendo due monosaccaridi in un processo chimico chiamato sintesi di disidratazione, perché una molecola d'acqua viene persa durante la reazione. È anche noto come reazione di condensazione.

Quindi, un disaccaride è qualsiasi sostanza che è composta da due molecole di zuccheri semplici (monosaccaridi) collegati tra loro attraverso un legame glicosidico.

Gli acidi hanno la capacità di abbattere questi legami, per questo motivo, i disaccaridi possono essere digeriti nello stomaco.

I disaccaridi sono generalmente solubili in acqua e dolci quando ingeriti. I tre principali disaccaridi sono saccarosio, lattosio e maltosio: il saccarosio deriva dal legame di glucosio e fruttosio; il lattosio proviene dall'unione di glucosio e galattosio; e il maltosio deriva dall'unione di due molecole di glucosio.

oligosaccaridi 

Gli oligosaccaridi sono polimeri complessi formati da poche unità di zuccheri semplici, cioè da 3 a 9 monosaccaridi.

La reazione è la stessa che forma i disaccaridi, ma deriva anche dalla rottura di molecole di zucchero più complesse (polisaccaridi).

La maggior parte degli oligosaccaridi si trova nelle piante e agisce come fibra solubile, che può aiutare a prevenire la stitichezza. Tuttavia, gli esseri umani non possiedono gli enzimi per digerirli per lo più, ad eccezione del maltotriosio.

Per questo motivo, gli oligosaccaridi che non vengono digeriti inizialmente nell'intestino tenue possono essere degradati dai batteri che abitualmente vivono nell'intestino crasso attraverso un processo di fermentazione. I prebiotici soddisfano questa funzione, servono da cibo per i batteri benefici.

polisaccaridi

I polisaccaridi sono i più grandi polimeri saccaridici, sono formati da più di 10 (fino a migliaia) unità di monosaccaridi disposti in modo lineare o ramificato. Le variazioni nella disposizione spaziale sono ciò che conferisce le molteplici proprietà a questi zuccheri.

I polisaccaridi possono essere composti dallo stesso monosaccaride o dalla combinazione di diversi monosaccaridi. Se sono formati da unità ripetute dello stesso zucchero, sono chiamati omopolysaccharides, come il glicogeno e l'amido, che sono rispettivamente i carboidrati di stoccaggio di animali e piante.

Se il polisaccaride è composto da unità di zuccheri diversi, sono chiamati eteropolisaccaridi. La maggior parte contiene solo due diverse unità e sono solitamente associate a proteine ​​(glicoproteine, come la gamma globulina nel plasma sanguigno) o lipidi (glicolipidi, come i gangliosidi).

funzioni

Le quattro funzioni principali dei carboidrati sono: fornire energia, immagazzinare energia, costruire macromolecole e prevenire la degradazione di proteine ​​e grassi.

I carboidrati sono degradati dalla digestione in zuccheri semplici. Questi vengono assorbiti dalle cellule dell'intestino tenue e vengono trasportati a tutte le cellule del corpo dove saranno ossidati per produrre energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP).

Le molecole di zucchero che non vengono utilizzate nella produzione di energia in un dato momento, sono immagazzinate come parte di polimeri di riserva come il glicogeno e l'amido.

I nucleotidi, le unità fondamentali degli acidi nucleici, possiedono molecole di glucosio nella loro struttura. Diverse proteine ​​importanti sono associate alle molecole di carboidrati, ad esempio: l'ormone follicolo-stimolante (FSH) che interviene nel processo di ovulazione.

Poiché i carboidrati sono la principale fonte di energia, la loro rapida degradazione impedisce che altre biomolecole vengano degradate per ottenere energia. Pertanto, quando i livelli di zucchero sono normali, le proteine ​​e i lipidi sono protetti dalla degradazione.

Alcuni carboidrati sono solubili in acqua, fungono da alimento base praticamente in tutto il mondo e l'ossidazione di queste molecole è la principale fonte di produzione di energia nella maggior parte delle cellule non fotosintetiche.

I carboidrati insolubili sono associati per formare strutture più complesse che fungono da protezione. Ad esempio: la cellulosa forma il muro delle cellule vegetali insieme alle emicellulose e alla pectina. La chitina forma il muro delle cellule fungine e l'esoscheletro degli artropodi.

Inoltre, il peptidoglicano forma la parete cellulare dei batteri e dei cianobatteri. Il tessuto connettivo degli animali e le articolazioni scheletriche sono formati da polisaccaridi.

Molti carboidrati sono legati in modo covalente a proteine ​​o lipidi, formando strutture più complesse, chiamate collettivamente glicoconiugati. Questi complessi agiscono come etichette che determinano la posizione intracellulare o il destino metabolico di queste molecole

Alimenti che contengono carboidrati

I carboidrati sono una componente essenziale di una dieta sana, poiché sono la principale fonte di energia. Tuttavia, alcuni alimenti hanno carboidrati più sani che offrono una maggiore quantità di sostanze nutritive, ad esempio:

Gli amidi

Gli alimenti che contengono l'amido sono la principale fonte di carboidrati. Questi amidi sono in generale carboidrati complessi, cioè sono formati da molti zuccheri legati insieme formando una lunga catena molecolare. Per questo motivo, gli amidi richiedono più tempo per essere digeriti.

C'è una vasta gamma di alimenti che contengono amidi. I cereali includono alimenti con alto contenuto di amido, ad esempio: fagioli, lenticchie e riso.I cereali contengono anche questi carboidrati, ad esempio: avena, orzo, frumento e suoi derivati ​​(farine e pasta).

Legumi e noci contengono anche carboidrati sotto forma di amidi. Inoltre, verdure come patate, patate dolci, mais e zucca sono anche ricche di amido.

È importante notare che molti carboidrati sono una fonte di fibre. Cioè, la fibra è fondamentalmente un tipo di carboidrati che il corpo può solo parzialmente digerire.

Simile ai carboidrati complessi, le fibre di carboidrati tendono ad essere digerite lentamente.

Frutta e verdura

Frutta e verdura hanno un alto contenuto di carboidrati. A differenza di amidi, frutta e verdura contengono carboidrati semplici, cioè carboidrati con uno o due saccaridi attaccati l'uno all'altro.

Questi carboidrati, essendo semplici nella loro struttura molecolare, sono digeriti più facilmente e rapidamente rispetto a quelli complessi. Questo dà un'idea dei diversi livelli e tipi di carboidrati che il cibo possiede.

Così, alcuni frutti hanno più contenuto di carboidrati per porzione, per esempio: banane, mele, arance, meloni e uva hanno più carboidrati di alcune verdure come spinaci, broccoli e cavoli, carote, funghi e melanzane.

Il latte

Simile a verdure e frutta, i prodotti lattiero-caseari sono alimenti che contengono carboidrati semplici. Il latte ha il suo stesso zucchero chiamato lattosio, un disaccaride dal sapore dolce. Una tazza di questo equivale a circa 12 grammi di carboidrati.

Ci sono molte versioni di latte e yogurt nel mercato. Indipendentemente dal fatto che stiate consumando una versione completa o ridotta di un determinato caseificio, la quantità di carboidrati sarà la stessa.

I dolci

I dolci sono un'altra fonte ben nota di carboidrati. Questi includono zucchero, miele, caramelle, bevande artificiali, biscotti, gelato, tra molti altri dessert. Tutti questi prodotti contengono alte concentrazioni di zuccheri.

D'altra parte, alcuni cibi elaborati e raffinati contengono carboidrati complessi, ad esempio: pane, riso e pasta bianca. È importante notare che i carboidrati raffinati non sono nutrienti quanto i carboidrati nella frutta e nella verdura.

Metabolismo dei carboidrati

Il metabolismo dei carboidrati è l'insieme delle reazioni metaboliche che coinvolgono la formazione, la degradazione e la conversione dei carboidrati nelle cellule.

Il metabolismo dei carboidrati è altamente conservato e può essere osservato anche dai batteri, l'esempio principale è il Lac Operon E. coli

I carboidrati sono importanti in molte vie metaboliche come la fotosintesi, la più importante reazione di formazione di carboidrati in natura.

Dal biossido di carbonio e dall'acqua, le piante usano l'energia del sole per sintetizzare le molecole di carboidrati.

Da parte sua, le cellule animali e fungine abbattono i carboidrati, consumati nei tessuti vegetali, per ottenere energia sotto forma di ATP attraverso un processo chiamato respirazione cellulare.

Nei vertebrati, il glucosio viene trasportato attraverso il sangue attraverso il corpo. Se i depositi di energia cellulare sono bassi, il glucosio viene degradato da una reazione metabolica chiamata glicolisi per produrre un po 'di energia e alcuni intermedi metabolici.

Le molecole di glucosio non necessarie per la produzione di energia immediata sono immagazzinate come glicogeno nel fegato e nei muscoli, attraverso un processo chiamato glicogenesi.

Alcuni carboidrati semplici hanno i loro percorsi di degradazione, come alcuni dei carboidrati più complessi. Il lattosio, per esempio, richiede l'azione dell'enzima lattasi che rompe i suoi legami e rilascia i suoi monosaccaridi fondamentali, glucosio e galattosio.

Il glucosio è il principale carboidrato consumato dalle cellule, che costituisce circa l'80% delle fonti energetiche.

Il glucosio viene distribuito alle cellule, dove può entrare attraverso specifici trasportatori per essere degradato o immagazzinato come glicogeno.

A seconda dei requisiti metabolici di una cellula, il glucosio può anche essere usato per sintetizzare altri monosaccaridi, acidi grassi, acidi nucleici e alcuni amminoacidi.

La principale funzione del metabolismo dei carboidrati è quella di mantenere il controllo dei livelli di zucchero nel sangue, questa è la cosiddetta omeostasi interna.

riferimenti

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