3 principali classificazioni di carboidrati e il suo significato

Alcuni dei principali gruppi in cui sono suddivisi i carboidrati con le sue strutture e funzioni chimiche sono i seguenti:

I carboidrati, o saccaridi, sono definiti semplicemente come polidroxy aldeidi o chetoni e loro derivati.

I composti organici in questo gruppo sono così chiamati perché sono costituiti da idrogeno e ossigeno, gli ultimi due in un rapporto 2: 1.

I carboidrati sono ampiamente distribuiti sia nei tessuti animali che nei tessuti vegetali. Nelle cellule animali, si trovano principalmente sotto forma di glucosio e glicogeno, mentre nelle piante, la cellulosa e l'amido sono i loro principali rappresentanti.

Classificazione:

I carboidrati sono divisi in tre gruppi principali:

(I) Monosaccaridi,

(II) Disaccaridi e

(III) polisaccaridi.

I. Monosaccaridi (zuccheri semplici):

I monosaccaridi sono quegli zuccheri che non possono essere idrolizzati in una forma più semplice. Hanno la formula empirica (CH ₂ O) n. I monosaccaridi più semplici sono i tre triidi di carbonio e gliceraldeide e diidrossiacetone.

A seconda del numero di atomi di carbonio che possiedono, gli zuccheri semplici possono essere suddivisi in diverse classi come triosi, tetrosi, pentosi, esosi o eptosi; e come aldosi o chetosi, in base alla presenza di gruppi aldeidici o chetonici. Gli esempi sono:

All'interno di ciascuna categoria, gli zuccheri sono ulteriormente distinti in base all'allineamento sinistro o destro dei gruppi H e OH attorno all'atomo di carbonio adiacente al carbonio primario dell'alcool terminale {ad esempio, carbonio 5 in glucosio). Quando il gruppo OH su questo carbonio è a destra, lo zucchero è un membro della serie D (Destrornatore); quando è a sinistra è un membro della serie L (Laevorotatory).

La maggior parte dei monosaccaridi che si verificano nel metabolismo dei mammiferi sono della configurazione D. I composti che hanno la stessa formula strutturale ma differiscono per la configurazione atomica sono noti come stereoisomeri.

Monosaccaridi di importanza fisiologica:

A. Trioses:

Si formano nel corpo durante la disgregazione metabolica degli esosi. Esempi sono gliceraldeide e diidrossiacetone.

B. Pentosi:

Sono costituenti importanti degli acidi nucleici e molti coenzimi. Inoltre sono formati come intermedi durante determinati processi metabolici. Esempi sono il Ribosio che è un elemento strutturale di ATP, acidi nucleici e coenzimi NAD, NADP e flavo-proteine; ribulose; Arabinose e xilosio.

C. Hexoses:

Sono fisiologicamente i più importanti dei mono-saccaridi, ad es. Glucosio, fruttosio, galattosio e mannosio.

(i) Glucosio:

Si trova normalmente nei succhi di frutta e si forma nell'organismo per idrolisi dell'amido, dello zucchero di canna, del maltosio e del lattosio. Il glucosio è lo "zucchero" del corpo. La struttura del glucosio può essere rappresentata come una catena o forme di anello (struttura-esagono-piranesi con cinque atomi di carbonio e un ossigeno e furanosio-ha una struttura pentagonale con quattro atomi di carbonio e un ossigeno).

(ii) fruttosio:

Si presenta naturalmente nei succhi di frutta e nel miele. L'idrolisi dello zucchero di canna nel corpo produce anche fruttosio.

(iii) Galattosio:

Costituente di glicolipidi e glicoproteine, viene sintetizzato nelle ghiandole mammarie e idrolizzato per produrre il lattosio del latte.

(iv) mannosio:

È ottenuto su idrolisi di mannosans e gengive della pianta. Il mannosio è un costituente del polisaccaride prostetico di albumine, globuline e mucoproteine.

Pentosi ed esosi esistono sia in catene aperte che in forme ad anello.

Monosaccaridi derivati:

I monosaccaridi sono variamente modificati per formare un numero di sostanze diverse. I derivati ​​importanti sono:

(i) Deoxy Sugar:

La deossigenazione del ribosio produce desossiribosio. Quest'ultimo è un costituente dei deossiribotidi trovati nel DNA.

(ii) Zuccheri amminici:

I monosaccaridi hanno un gruppo amminico- (NH ₂ ). La glucosamina forma chitina, cellulosa fungina, acido ialuronico e solfato di condroina. La galattosamina è anch'essa un componente del condro-solfato.

(iii) Acido zuccherino:

L'acido ascorbico è un acido dello zucchero. L'acido glucuronico e l'acido galatturonico si trovano nei mucopolisaccaridi.

(iv) Alcool di zucchero:

Il glicerolo è coinvolto nella sintesi dei lipidi; Il mannitolo è alcol di riserva in alcuni frutti e alghe brune.

II. disaccaridi:

I disaccaridi sono costituiti da due monosaccaridi uniti da un legame glicosidico (COC). La loro formula generale è C _n (H ₂ O) _n-1 I disaccaridi più comuni sono maltosio, lattosio e saccarosio.

(i) Maltosio:

È formato come prodotto intermedio dell'azione delle amilasi sull'amido e contiene due residui di D-glucosio nel collegamento 1, 4. Si trova in quantità rilevabile nella maggior parte dei semi e dei tessuti germinanti in cui l'amido viene degradato.

(ii) lattosio:

Si trova nel latte ma per il resto non si trova in natura. Produce D-galattosio e D-glucosio sull'idrolisi. Poiché ha un carbonio anomerico libero sul residuo di glucosio, il lattosio è un disaccaride riducente.

(iii) Il saccarosio, o zucchero di canna, è un disaccaride di glucosio e fruttosio. L'idrolisi del saccarosio a D-glucosio e D-fruttosio viene spesso chiamata inversione poiché è accompagnata da una variazione netta della rotazione ottica da dextro a levo quando si forma la miscela equimolare di glucosio e fruttosio (questa miscela viene spesso chiamata zucchero invertito) . Questa reazione è catalizzata da enzimi chiamati invertasi. Il saccarosio è estremamente abbondante nel mondo vegetale ed è noto come zucchero da tavola.

(iv) trealosio:

Contiene due residui di D-glucosio ed è un disaccaride non riducente come saccarosio. È lo zucchero maggiore trovato nella haernolymph di molti insetti.

III. trisaccaridi:

Un numero di trisaccaridi si presenta in natura libero. Il raffinosio si trova in abbondanza nelle barbabietole da zucchero e in molte altre piante superiori. Il solfatoso si trova nella linfa di alcune conifere.

IV. I polisaccaridi:

La maggior parte dei carboidrati presenti in natura si presenta come polisaccaridi ad alto peso molecolare. Sono carboidrati complessi che sono formati dalla polimerizzazione di un gran numero di monomeri monosaccaridici. I polisaccaridi sono anche chiamati glicani.

Sono a catena lunga che può essere ramificata o non ramificata. In caso di idrolisi completa con enzimi acidi o specifici, questi polisaccaridi producono monosaccaridi e / o semplici derivati ​​monosaccaridi. A seconda della composizione, i polisaccaridi sono di due tipi: omopolysaccharides e eteropolisaccaridi.

(i) omopolysaccharides o omoglicani sono quei carboidrati complessi che sono formati dalla polimerizzazione di un solo tipo di monomeri monosaccaride. Ad esempio, l'amido, il glicogeno e la cellulosa sono composti da un singolo tipo di monosaccaride chiamato glucosio.

A seconda dell'unità monosaccaride coinvolta, il polisaccaride è chiamato glucano (fatto di glucosio), fruttano (fatto di fruttosio), xilano (che ha xilosio), arabano (fatto di arabinosio), galattano (formato da galattosio), ecc.

(ii) Gli eterossisaccaridi o gli eteroglicani sono quei carboidrati complessi che sono prodotti per condensazione di entrambi i derivati ​​del monosaccaride o più di un tipo di monomero monosaccaride, ad es. chitina, agar, peptidoglicano, arabanogalattani, arabanossilani, ecc.

A seconda della loro funzione biologica, i polisaccaridi sono di tre tipi principali: stoccaggio, struttura e mucopolisaccaridi.

A. Polisaccaridi di stoccaggio:

Questi polisaccaridi servono come cibo di riserva. L'amido, più abbondante nelle piante e il glicogeno negli animali, viene solitamente depositato sotto forma di grossi granuli nel citoplasma delle cellule.

1. Amido:

Amido (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) x è la fonte alimentare più importante di carboidrati e si trova in cereali, patate, legumi e altre verdure. L'amido naturale è insolubile in acqua e dà un colore blu con la soluzione di iodio. È un omosaccaride poliglucano. L'amido è costituito da due componenti: amilosio e amilopectina.

(a) Amilosio (15-20%):

È una struttura elicoidale non ramificata costituita da residui di glucosio nel collegamento ∞-l, 4.

(b) Amilopectina (80-85%):

È costituito da catene altamente ramificate con 24-30 residui di glucosio per catena. I residui di glucosio sono uniti dal legame glicosidico in (1-4) nella catena e dal collegamento ∞ (1-> 16) nei punti di diramazione.

2. Glicogeno:

È il principale polisaccaride di stoccaggio delle cellule animali, la controparte dell'amido nelle cellule vegetali. Il glicogeno è particolarmente abbondante nel fegato, dove può raggiungere fino al 10% del peso umido. Come l'amil-pectina, il glicogeno è un polisaccaride di D-glucosio in un collegamento ∞ (1-> 4). Tuttavia, è più altamente ramificato; i rami si verificano ogni 8-12 residui di glucosio.

I collegamenti del ramo sono β (l -> 6). La parte diritta viene ruotata elicoidalmente ad ogni giro con sei unità di glucosio. La distanza tra due punti di ramificazione è di 10-14 residui di glucosio. Il glicogeno viene prontamente idrolizzato dalle β e dalle β amilasi per produrre rispettivamente glucosio e maltosio.

3. Inulina:

È un polisaccaride di stoccaggio fruttato di radici e tuberi di Dalia e piante affini. L'inulina non viene metabolizzata nel corpo umano ed è facilmente filtrata attraverso i reni. È, quindi, utilizzato nel test della funzione renale, in particolare della filtrazione glomelulare.

B. Polisaccaride strutturale:

Sono polisaccaridi che prendono parte alla formazione del telaio strutturale delle pareti cellulari delle piante e dello scheletro degli animali. I polisaccaridi strutturali sono di due tipi principali; chitina e cellulosa.

1. Chitina:

È un carboidrato complesso di tipo eteropolisaccaride che si trova come componente strutturale delle pareti fungine (cellulosa fungina) ed esoscheletro di insetti e crostacei. La chitina è un omopolimero di N-acetil-D-glucosamina in collegamento beta (1 → 4) con una configurazione non ramificata.

2. Cellulosa:

Il polisaccaride strutturale e cellulare più abbondante nel mondo vegetale è la cellulosa, un polimero lineare di D-glucosio in collegamento β (1 → 4). La cellulosa è presente anche in alcuni invertebrati inferiori. È quasi interamente un'occorrenza extracellulare. In caso di idrolisi completa con acidi forti, la cellulosa produce solo D-glucosio, ma l'idrolisi parziale produce il ridurre disaccaride di cello- biosio in cui il legame tra le unità di D-glucosio è β (1 → 4).

La cellulosa non è attaccata né da α né da β-amilasi. Enzimi capaci di idrolizzare i legami β (1 → 4) della cellulosa non sono secreti nel tratto digestivo della maggior parte dei mammiferi; e quindi non possono usare la cellulosa per il cibo. Tuttavia, i ruminanti, ad esempio, la mucca possono utilizzare la cellulosa come cibo poiché i batteri nel rumine formano l'enzima cellulosa che idrolizza la cellulosa a D-glucosio.

Le molecole di cellulosa non si presentano singolarmente, ma un certo numero di catene sono disposte in modo antiparallelo. Le molecole sono tenute insieme da legami idrogeno intermolecolari tra il gruppo idrossile in posizione 6 dei residui di glucosio di una molecola e l'ossigeno glicosidico tra due residui di glucosio della molecola adiacente. C'è anche il rafforzamento intramolecolare della catena mediante la formazione di legami idrogeno tra il gruppo idrossile in posizione tre e l'atomo di ossigeno del residuo successivo.

C. Mucopolisaccaridi:

Mucopolisaccaridi o mucillagini sono abbastanza comuni nelle piante e negli animali. Il mucopolisaccaride acido più abbondante è l'acido ialuronico presente negli strati cellulari e nella sostanza macinata extracellulare dei tessuti connettivi dei vertebrati.

L'unità ripetitiva dell'acido ialuronico è un composto disaccaridico dell'acido D-glucoronico e della glucosamina N-acetil-D nel collegamento β (1-> 3). Un altro mucopolysaccharide acido è condroitina i cui derivati ​​dell'acido solforico condroitina -4-solfato e condroitina 6 solfato sono i principali componenti strutturali di cellule cappotti, cartilagine, ossa e altre strutture del tessuto connettivo nei vertebrati.

Significato biologico dei carboidrati:

1. Principale fonte di energia:

I carboidrati sono essenziali per gli animali che li usano come carburanti respiratori. Nelle cellule animali, i carboidrati sotto forma di glucosio e glicogeno servono come un'importante fonte di energia per le attività vitali.

2. Componenti strutturali delle cellule:

I carboidrati servono come materiale strutturale importante in alcuni animali e nelle piante, dove costituiscono la struttura della cellulosa.

3. Ruolo chiave nel metabolismo:

I carboidrati svolgono un ruolo chiave nel metabolismo degli amminoacidi e degli acidi grassi.

4. Funzioni speciali:

Alcuni carboidrati hanno una funzione altamente specifica, ad esempio il ribosio nelle nucleoproteine ​​delle cellule e il galattosio in alcuni lipidi.