Uploaded by giovanni.dantonio0216

14 Carboidrati

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LE BIOMOLECOLE
Molecole organiche biologicamente fondamentali, sia dal punto di vista
strutturale che funzionale:
- carboidrati
- lipidi
-amminoacidi e proteine
- acidi nucleici
Derivano dall’unione (legami covalenti) di un elevato numero di monomeri,
la reazione che porta alla formazione delle biomolecole è detta
polimerizzazione.
I carboidrati sono presenti in tutte le piante e negli organismi animali
e sono indispensabili per le funzioni vitali.
Solo le piante sintetizzano Carboidrati
Tramite la fotosintesi le piante trasformano l’anidride carbonica e
l’acqua in carboidrati.
n CO2 + n H2O + energia
I più comuni carboidrati sono
- Amido
- Cellulosa
- Zuccheri diversi
clorofilla
CnH2nOn + n O2
I Carboidrati ruolo biologico
sistemi di riserva dell’energia
elementi strutturali e di supporto nelle pareti
cellulari delle piante (es. cellulosa)
elementi di protezione della membrana
cellulare e citoplasma delle cellule batteriche (es.
peptidoglicano)
Unità di costruzione
(es. acidi nucleici del DNA)
I CARBOIDRATI
O GLICIDI
Idrati del carbonio: nella formula molecolare gli atomi di H
e O hanno lo stesso rapporto che nella molecola d’acqua.
Glucosio: C6H12O6
Saccarosio: C12H22O11 (disaccaride)
“idrato” del
carbonio
C6H12O6
=
C6(H2O)6
•Monosaccaride o zucchero: l’unità semplice
I Carboidrati: classificazione
♠ Monosaccaridi
1 unità
♠ Oligosaccaridi
da 2 a 10 unità
-Disaccaridi
-Trisaccaridi
-Tetrasaccaridi
-etc
♠ Polisaccaridi
+ di 10 unità
Omosaccaridi:
se costituiti dallo stesso monosaccaridi
Eterosaccaridi:
se costituiti da monosaccaridi diversi
•Monosaccaride: l’unità semplice in cui può essere
idrolizzato in un carboidrato complesso
•I monosaccaridi hanno la formula generale
•CnH2nOn, dove n varia da 3 to 8
Il termine Carboidrato identifica:
- poliidrossialdeidi (un gruppo aldeidico e più gruppi
ossidrilici) e
- poliidrossichetoni (un gruppo chetonico e più gruppi
ossidrilici).
CARBOIDRATI
Poliidrossi- aldeidi e chetoni
Funzione aldeidica
ESEMPIO :
H
O
OH
HO
OH
OH
CH2OH
glucosio
POLIIDROSSIALDEIDE
Ogni carbonio ha un gruppo idrossi
(eccetto il carbonio aldeidico)
Sulla base della struttura chimica può essere definito:
• aldoso:
un monosaccaride che contiene un gruppo aldeidico
•chetoso: un monosaccaride che contiene un gruppo chetonico
D-Glucosio
poliidrossialdeide = aldoso
D-Fruttosio
poliidrossichetone = chetoso
NOMENCLATURA
tipo di monosaccaride
aldocheto-
+ numero di carboni
+
suffisso
tri-, tetra-, penta-,
esa-, epta-
-oso
triosi
Aldotrioso
Chetotrioso
chetopentoso
OH
OH
O
OH
OH
CHO
OH
aldotetroso
Gliceraldeide
Diidrossiacetone
OH
OH
ALDOSI
CHO
CHO
CHO
CHO
OH
OH
HO
HO
OH
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
eritrosio
treosio
OH
HO
HO
HO
HO
arabinosio
CHO
CHO
CHO
OH
ribosio
HO
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
glucosio
mannosio
galattosio
Serie Sterica
RAPPRESENTAZIONE TRIDIMENSIONALE
DI MONOSACCARIDI
•La proiezione di Fisher: un modo convenzionale di rappresentare la
realtà tridimensionale di uno stereocentro in due dimensioni
•Il centro di chiralità è rappresentato da una croce
•Le linee orizzontali puntano verso l’osservatore
•Le linee verticali sono dietro all’osservatore
CHO
H
C
OH
convert to
a Fischer
projection
CH 2 OH
(R)-Glyceraldehyde
•
CHO
H
D-gliceraldeide.
OH
CH 2 OH
(R)-Glyceraldehyde
Nel 1891 Emil Fisher fece l’assunzione ARBITRARIA (in seguito rivelatasi
esatta !!) che la gliceraldeide destrogira avesse la configurazione riportata e la
chiamò D-gliceraldeide.
La serie sterica D,L
CHO
CHO
H
OH
CH2 OH
D-Glyceraldehyde
25
[]D
= +13.5°
HO
H
CH2 OH
L-Glyceraldehyde
25
[]D
= -13.5°
Fischer introdusse una nomenclatura stereochimica (precedente a
quella del sistema R,S) ancora di uso comune per zuccheri e
amminoacidi.
Assegnò la lettera maiuscola D alla configurazione della
gliceraldeide con l’ossidrile a destra e la lettera L al suo
enantiomero (quella con l’ossidrile a sinistra) e pose il
carbonio più ossidato in alto.
MONOSACCARIDI D- e L-
OH
Tutti i monosaccaridi appartenenti
alla serie sterica D- hanno l’ultimo
OH a destra
CH2OH
Questo OH è a sinistra nei
monosaccaridi LD-gliceraldeide
CONFIGURAZIONE RELATIVA
D- , L-
I termini D- e L- (ormai desueti) indicano la
configurazione relativamente alla
D-gliceraldeide or L-gliceraldeide, attraverso
reazioni di correlazione chimica
CONFIGURAZIONE ASSOLUTA
R- , S-
(+)- , (-)d- , l-
Notazione attualmente utilizzata (IUPAC)
per indicare la configurazione assoluta di
un centro chirale.
ROTAZIONE SPECIFICA
Indica se un composto è destrogiro
o levogiro in misure effettuate con il
polarimetro
Termini ormai in disuso
R,S
+,-
Non C’E’ alcuna relazione fra questi termini
D,L
Due monosaccaridi che differiscono nella configurazione
di 1 solo centro chirale sono definiti EPIMERI.
Mannosio e glucosio sono epimeri al C-2.
Glucosio e galattosio sono epimeri al C-4.
1
2
HO
3
4
OH
CHO
CHO
CHO
HO
2
OH
HO
HO
HO
4
OH
OH
OH
OH
OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
glucosio
mannosio
galattosio
Sintesi di un emiacetale
R-OH
+
R' C
alcool
H
RO
O
R'
aldeide
C
H
OH
emiacetale
d
Esempio di
Emiacetale ciclico
I monosaccaridi possiedono gruppi –OH in γ e δ rispetto al
gruppo carbonilico.
Formano emiacetali ciclici in soluzione acquosa
Regola:
Gli –OH a destra nella forma lineare, si scrivono in
basso nella proiezione di Haworth.
Gli –OH a sinistra nella forma lineare, si scrivono in
alto nella proiezione di Haworth
1 CHO
OH
CHO
HO
HO
OH
OH
OH
6CH OH
2
Glucosio
OH
OH
HOH2C
OH 6
CH2OH
OH CHO
1
OH
OH
HO
Glucosio in forma
emiacetalica
CH2OH
OH
5
CH2OH
OH
1
OH
O
5 O OH
OH
1
OH
OH
Forma aperta e Forma emiacetalica
D-GLUCOSIO
in forma
emiacetalica
Il nuovo stereocentro creato dalla ciclizzazione si
chiama:
CARBONIO ANOMERICO
(-D-glucosio)
(b-D-glucosio)
Proiezioni di Haworth
Si disegna l’anello come se fosse planare e si pone:
- L’ossigeno del ciclo in alto a destra
- Il Carbonio anomerico (C-1) a destra dell’Ossigeno
- Il CH2OH in alto a sinistra per la serie D
O
Furano
O
Pirano
(4H-pyran)
Dal glucosio si possono ottenere
2 tipi di ciclizzazione
Forma b
5
Forma piranosica
4
Forma furanosica
In genere la forma furanosica è poco rilevante per gli esosi
Fruttosio (chetoesoso)
D-Fruttosio
-D-Fruttofuranosio
(Proiezione di Haworth
Glucosio : aldoesoso
b

-D Glucopiranosio
(Proiezione di Haworth)
D-Glucosio
Le strutture cicliche
si disegnano con delle proiezioni chiamate
di Haworth.
b-D Glucopiranosio
(Proiezione di Haworth)
Fruttosio
b

Anomero 
Anomero b
RICAPITOLIAMO
Il nuovo stereocentro creato dalla ciclizzazione si chiama
CARBONIO ANOMERICO
• I due diastereoisomeri che si ottengono dalla
ciclizzazione si chiamano
ANOMERI
• L’anomero b è quello che ha l’-OH del carbonio anomerico
dallo stesso lato del CH2OH terminale
• Gli emiacetali a 6 termini si chiamano
PIRANOSI
• Gli emiacetali a 5 termini si chiamano
FURANOSI
CONFRONTO DELLE FORMULE
b-D-glucopiranosio
Proiezione di Haworth
Conformazione a sedia
Conformazione a sedia del
b-D-Glucopiranosio
H CH OH
2
HO
HO
HO
H
H
OH
OH
H
Equatoriale
Assiale
H OH
H OH
HO
HO
HO
H
H
H
OH
OH

-D-Glucopiranosio
b
HO
HO
HO
OH
H
H
OH
H
b-D-Glucopiranosio
I due diastereoisomeri che si ottengono dalla
ciclizzazione si chiamano ANOMERI  e b
O
Furano
O
Pirano
(4H-pyran)
Mutarotazione
OH
H
H O
HO
HO
H
H
OH
H
OH
H
H O
HO
HO
OH
66%
H
H
b-D-(+)-glucopiranosio
OH
34%
OH
-D-(+)-glucopiranosio
[] = + 18.7
[] = + 112
OH
H
H OH
HO
HO
< 0.001%
H
H
O
OH
H
[] = + 52.7°
derivato a catena aperta
Nei monosaccaridi per addizione di alcol e tracce di acidi:
-D-Glucosio
Metil--D
-Glucoside
Metil-b-D
-Glucoside
Il gruppo ossidrilico è stato sostituito da un gruppo alcossido.
H OH
Sintesi di un Acetale
(GLICOSIDE)
HO
HO
HO
H
H
H
OH
OMe
Metil -D-glucopiranoside
H OH
HO
HO
HO
H
H
MeOH / H+
H
OH
OH
H OH
HO
HO
HO
H
OH
OMe
H
H
Metil b-D-glucopiranoside
I glicosidi vengono denominati indicando:
Glicosidi
 gruppo alchilico
 aggiungendo il suffisso -oside
Il nome dei glicosidi si forma sostituendo il suffisso –osio del nome
del corrispondente monosaccaride con –oside e premettendo il
nome del residuo alchilico dell’aglicone.
anello a sei atomi
OH
HO
HO
configurazione del C1
O
1
OH
OCH3
metil-b-D-glucopiranoside
il metile è l’aglicone
suffisso che indica i glicosidi
Prefisso che deriva dal
monosaccaride di partenza
REATTIVITA’
H
H
H
O
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
H
riduzione
R
Br2
HO
O
H
HO
Acido
Aldonico
OH
R
HO
ALDITOLI
Glucitolo o
sorbitolo
OH
H
Glucosio
OH
ossidazioni
O
OH
H
H
OH
H
OH
COOH
Acido
Aldarico
REATTIVITA’
L’ossidazione avviene con facilità con diversi
reagenti:
Tollens (Ag+ in ammoniaca acquosa)
Fehling (Cu+ complessato con lo ione tartrato)
Benedict (Cu+ complessato con lo ione citrato)
Un carboidrato di questo tipo viene definito
RIDUCENTE
UN GLICOSIDE NON E’ UNO ZUCCHERO RIDUCENTE
H OH
HO
HO
HO
H
H
H
OH
O
Me
Non è in equilibrio!
Non è riducente!!
Non si ha mutarotazione
- Maltosio
- Saccarosio
- Lattosio
- Cellobiosio
Il legame presente nei carboidrati è il legame glicosidico, che
tiene uniti i monosaccaridi in carboidrati più complessi.
1
1’
Maltosio presente nel
malto e orzo germinato, viene
idrolizzato da maltasi
presente a livello intestinale
1’
OH
SACCAROSIO
1’
1
4’
2’
-D-glucosio
Carbonio
anomerico
Saccarosio  prodotto da piante
fotosintetiche, in Europa
principalmente da barbabietola, nei
paesi tropicali da canna, viene
idrolizzato per idrolisi acida oppure
dall’ enzima invertasi.
b-D-fruttosio
Carbonio
anomerico
1’
4’
2’
1
-D-glucosio
b-D-galattosio
Intolleranza al lattosio:La
perdita temporanea o
permanente della lattasi
intestinale, l’enzima capace di
idrolizzare il legame
glicosidico del lattosio, porta
a gravi problemi digestivi
poiché solo i monosaccaridi
possono passare nel circolo
sanguigno e il lattosio passa
nell’intestino non digerito
CELLOBIOSIO
Legame b-1,4-glicosidico
HO
HO
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
HO
Cellobiosio
O
OH
OH
Disaccaride ottenuto
dall’idrolisi della cellulosa
b glicoside. Contiene due unità di glucosio
Cellobiosio : Deriva dall’idrolisi parziale della cellulosa attraverso l’emulsina
o per mezzo di batteri.
Potere dolcificante
Zucchero
Grado di dolcezza
Lattosio
0.16
Galattosio
0.32
Glucosio
0.74
Maltosio
0.33
Saccarosio
1.00
Fruttosio
1.73
Miele
0.90
Aspartame
180
Saccarina
450
I valori sono riferiti al saccarosio
I dolcificanti sintetici
SACCARINA (potere dolcificante 450 volte il saccarosio) e
CICLAMMATO (potere dolcificante 40 volte il saccarosio)




non sono carboidrati, quindi non comportano incremento di
calorie, inoltre sono utilizzabili anche da diabetici
Non si alterano con la cottura
risultano cancerogeni
ASPARTAME
(potere dolcificante 200 volte il saccarosio)
 è utile in cure dimagranti
 si altera con la cottura
 si sospetta potere cancerogeno
Polisaccaridi
Polimeri del glucosio
Piante
Amido- alfa glicoside
Amilosio-polimero lineare
Amilopectina polimero ramificato
Cellulosa-beta glicoside
Animali
Glicogeno-polimero ramificato
POLISACCARIDI
Funzioni: riserva energetica, strutturale,
riconoscimento
•Nomenclature: omopolisaccaridi vs.
eteropolisaccaridi
•Amido e glicogeno sono molecole di riserva
•Chitina e cellulosa sono molecole strutturali
•I polisaccaridi di membrano hanno un ruolo nei
processi di riconoscimento
Immagine al microscopio
ottico di granuli
di amido di patata
AMIDO
Amilosio
1
4
1
4
Legame glicosidico 1,4
+
Amilopectina
Legame di tipo 
Amilopectina
O
CH2OH
HO
Legame -1,4glicosidico
Amilosio con
ramificazioni in
posizione 6
O
OH
O
HO
CH2OH
O
HO
CH2OH
O
OH
O
O
OH
O
CH2
HO
legame -1,6-glicosidico su 4-5% delle unità
O
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
O
Modello di amilopectina
legame -1,4-glicosidico
legame -1,6-glicosidico
Glicogeno
60000 molecole di glucosio
Ramificazione in posizione 1,4 e 1,6
Cellulosa
b
Legami b-1,4-glicosidici
Polimero con legame beta glicosidico.
Formazione di ponti idrogeno tra catene della cellulosa
(lino, canapa, cotone, paglia)
b-glucosidasi, l’enzima che catalizza l’idrolisi dei legami b-glucosidici :
microrganismi che degradano il legno, termiti, ruminanti.
Gli zuccheri e ….il DNA e L’RNA.
HO
H
HO
O
OH HO
H
OH
H
H
b-D-ribofuranosio
O
N
H
H
OH
HO
Ribonucleoside
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