Carboidrati

Monosaccaridi

Isomeri
Stereoisomeri
Numerazione degli atomi di carbonio
Atomi di carbonio asimmetrici
Triosi e Pentosi
Esosi

Isomeri

I monosaccaridi possono essere divisi in gruppi in base al numero di atomi di carbonio nelle molecole, quindi: i triosi hanno 3 atomi di carbonio, i tetrosi hanno 4 atomi di carbonio, i pentosi hanno 5 atomi di carbonio e gli esosi hanno 6 atomi di carbonio. All’interno di ognuno di questi gruppi ci sono diversi composti, ognuno con la stessa formula molecolare. Per esempio, sia il glucosio che il fruttosio sono esosi (C6H12O6) ma hanno proprietà chimiche e fisiche diverse. Questi tipi di composti sono chiamati isomeri.

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Stereosomeri

Alcuni isomeri differiscono solo nel modo in cui gli atomi sono disposti nello spazio 3-D, cioè gli atomi sono legati l’uno all’altro nello stesso modo, ma sono disposti diversamente nello spazio 3-D. Pertanto, gli zuccheri possono esistere come coppie di stereoisomeri o enantiomeri che sono immagini speculari l’uno dell’altro. L’atomo C centrale del glicerosio è chiamato un atomo C asimmetrico perché può essere riorganizzato nello spazio per produrre due strutture diverse. Queste differenze non influenzano le proprietà fisiche ma possono influenzare le proprietà biochimiche a causa del cambiamento della forma della molecola. Un isomero L ha l’OH a sinistra del carbonio centrale:

e l’isomero D ha l’OH a destra del carbonio centrale.

Per distinguere gli isomeri, sono etichettati come isomeri L e D. La L è presa dalla parola latina per sinistra, Laever, e la D è presa dalla parola latina per destra, Dexter.

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Numerazione degli atomi di carbonio

Trascrizione della numerazione:

Gli atomi di carbonio sono numerati a partire dall’estremità reattiva della molecola, la CHO (aldeide) o “C” doppio legame “O” (carbonile) della molecola. Ogni atomo di carbonio è poi numerato in ordine attraverso la fine della catena. Quando si numerano gli stereoisomeri che hanno più di tre atomi di carbonio si guarda la posizione del gruppo OH sul penultimo o penultimo atomo di carbonio, perché questo determina se si tratta di uno stereoisomero L o D. In questo esempio guarderemo la numerazione del D-Glucosio. Prima dobbiamo trovare l’estremità reattiva della molecola e assegnare al suo carbonio il numero uno. Poi numeriamo i carboni rimanenti in ordine attraverso la fine della catena.

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Atomi di carbonio asimmetrici

In teoria, nel glucosio, la posizione del gruppo OH su ciascuno degli atomi di carbonio asimmetrici, numeri due, tre, quattro e cinque potrebbe essere invertita, producendo uno stereoisomero distinto ogni volta, per un totale di 16 o 24 stereoisomeri. Tuttavia, non tutti questi esistono realmente in natura. Per il fruttosio, ci sono solo tre carboni asimmetrici, quindi possono essere prodotti solo 8 o 23 stereoisomeri.

Il glucosio ha un gruppo aldeidico (-CHO) sull’atomo di carbonio numero uno ed è quindi chiamato “aldoso”, inoltre ha sei atomi di carbonio (un esoso) quindi può essere chiamato “aldoesoso”. Il gruppo reattivo del fruttosio, invece, è un gruppo chetonico (-C=0) sul carbonio numero due. Viene quindi chiamato “chetosio” o “chetoesoso”.

Solo alcuni dei monosaccaridi esistono liberi in natura. La maggior parte di essi si trova di solito come unità di zucchero nei polisaccaridi o in molecole più complesse. Possono quindi essere ottenuti per idrolisi (rottura) dei CHO complessi. I monosaccaridi sono spesso chiamati zuccheri semplici, e sono suddivisi in base al numero di atomi C.

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Triosi e Pentosi

1. Triosi: (C3H6O3)
Glicerosio- ha due isomeri, gliceraldeide, che contiene un gruppo aldeide (-CHO) e diidrossiacetone, che contiene un gruppo chetone (-C=0). Questi composti sono importanti intermedi metabolici nell’ossidazione del glucosio per produrre energia. La configurazione del glicerosio è usata per stabilire le forme D & L di altri zuccheri.

2. Pentosi (C5H10O5)
Tre importanti pentosi sono:

D-ribosio – un componente di RNA, acido ribonucleico, vitamine (riboflavina), e coenzimi. È anche importante nei composti ad alta energia, ATP e ADP. Nella sua forma ridotta, il deossiribosio, è un componente del DNA.

L-arabinosio – si trova nel durame delle conifere ed è un componente delle emicellulose dove si trova con lo xilosio. È anche un componente della pectina e può essere un componente principale delle gomme (gomma arabica). L’azione batterica nella produzione di insilati può produrre arabinosio libero. Gli arabani sono polimeri di arabinosio.

D-xilosio – ci sono piccole quantità di D-xilosio libero nella frutta, ma si verifica principalmente nell’emicellulosa, come xilani ed etero-xilani. L’emicellulosa è un polisaccaride di xilosio e arabinosio (un eterossilano). Il rapporto tra xilosio e arabinosio sembra influenzare la digeribilità, poiché la digeribilità si riduce all’aumentare della proporzione di xilosio.

Le emicellulose costituiscono una parte considerevole delle pareti cellulari delle piante, quindi gli erbivori ne mangiano grandi quantità. Questi zuccheri sono tutti aldopentosi.

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Esosi

3. Esosi (C6H12O6)

D-glucosio – un aldoesoso con vari nomi comuni, tra cui zucchero d’uva, destrosio, zucchero di mais (ottenuto da amido di mais). Si trova libero in piante, frutta, miele, fluidi corporei, tra cui CSF, sangue, linfa. È il principale prodotto finale della digestione dei CHO da parte dei non ruminanti ed è quindi una forma di energia primaria per i non ruminanti. È un componente principale di molti oligosaccaridi (con il galattosio forma il lattosio) e polisaccaridi (come l’amido e la cellulosa).

Trascrizione ad anello del D-glucosio:

In soluzione il D-glucosio esiste come una miscela di equilibrio della forma a catena diritta con due forme ad anello di piranosio. In effetti, l’atomo di carbonio numero uno reagisce con l’atomo di carbonio numero cinque formando un anello. Infatti esistono due forme della struttura, chiamate anomeri. Se l’atomo di idrogeno si trova sopra l’atomo di carbonio uno, si parla di anomero alfa, mentre se l’atomo di idrogeno si trova sotto l’atomo di carbonio, si parla di anomero beta.

Questa informazione strutturale è molto importante perché regola come le molecole di glucosio si uniscono per formare molecole più grandi. L’amido è un polimero della forma a ed è solubile in acqua e digeribile dagli enzimi animali. La cellulosa è un polimero della forma b, non è solubile e non è digeribile dagli enzimi animali.

Cambiare da a a b attraverso una struttura a catena aperta si chiama mutarotazione, e richiede che il legame O-C sia rotto per permettere al C di ruotare l’H e l’OH al contrario. Poi il legame viene rifatto. Gli altri monosaccaridi fanno anche forme ad anello.

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D-Fruttosio – un chetoesoso, che si trova nel miele, nelle foglie verdi, nei semi e nei gambi di molte piante, come unità principale nei fruttosani che sono comuni nelle erbe giovani, nelle radici come polisaccaride di stoccaggio dell’inulina, e come componente del disaccaride saccarosio (con glucosio).

Forma anche anelli di piranosio, ma quando reagisce per fare oligo- o polisaccaridi lo fa come struttura ad anello di FURANOSE (come FURAN). In questo caso l’atomo di carbonio anomerico è C-2, e il CH2OH è o sopra il carbonio anomerico (anomero alfa), come nel saccarosio o sotto come nei FRUCTANS (anomero beta).

D-Galattosio – un aldoesoso, non si trova libero, più importante come componente del disaccaride lattosio, zucchero del latte (con glucosio). Si trova anche in altri CHO complessi e lipidi complessi nel cervello e nel tessuto nervoso (galattogliceridi e cerebrosidi).

D-Mannosio – Principalmente come mannani in lieviti, muffe e batteri.

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Reazioni dell’esoso

I composti dell’esoso possono subire una serie di reazioni chimiche.

1. Ossidazione ad acidi
   • per esempio il glucosio, l’ossidazione di CH2OH a COOH produce acido glucuronico che è un componente importante degli eteropolisaccaridi, come le pectine.
2. Combina con NH3 per produrre esosammine, per esempio, glucosamina – un componente della chitina.
3. Formazione di alcoli, per esempio il glucosio forma il sorbitolo.
4. Fosforilazione a esoso fosfati, per esempio, glucosio-l-fosfato e glucosio-6-fosfato; che sono importanti intermedi nell’ossidazione del glucosio a CO2 + H2O per produrre energia.
5. Formazione dei glicosidi per produrre di, tri, tetra, oligo e polisaccaridi.

Formazione dei glicosidi

La combinazione dell’H di un gruppo idrossile su uno zucchero con un gruppo alcolico o un altro gruppo idrossile causa una reazione di esterificazione o condensazione per produrre un glicoside. Questo avviene all’atomo di C uno, l’atomo di C anomerico.

Poiché gli zuccheri contengono gruppi alcolici e gruppi idrossilici, possono combinarsi con altri zuccheri per formare disaccaridi, tri, tetra, ecc. e polisaccaridi, tutti uniti da legami glicosidici.

Esempi:

• Gluc-Gluc, a-1-4 è Maltosio
• Può reagire nella forma a o b per fare legami a o b
• Può anche reagire in posizione 6 producendo legami a-1, 6. Questo è un punto di diramazione nei polimeri.

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