I carboidrati insieme con lipidi, proteine ed acidi nucleici sono una delle quattro classi principali di molecole organiche biologicamente essenziali presenti in tutti gli organismi viventi.
I carboidrati, tutti derivanti in ultima analisi dal processo di fotosintesi clorofilliana, rappresentano la maggior parte della materia organica presente sulla Terra, sono i composti organici più abbondanti nella maggior parte dei frutti, verdure, legumi e cereali, svolgono numerose funzioni in tutti gli organismi viventi e rappresentano la principale sorgente di energia nella dieta mediterranea. Come per la classificazione delle proteine e dei lipidi, esistono diversi modi per classificare i carboidrati, alcuni dei quali, basati sulle loro proprietà chimiche e fisiologiche, sono riportati di seguito.
INDICE
- Classificazione chimica dei carboidrati
- Classificazione fisiologica dei carboidrati
- Funzioni
- Bibliografia
Classificazione chimica dei carboidrati
I carboidrati sono definibili come composti aldeidici o chetonici con un certo numero di gruppi ossidrilici, e quindi anche poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni.
Molti, ma non tutti, hanno formula generale (CH2O)n. Si considerano carboidrati le molecole con n>4; alcuni, oltre a carbonio, ossigeno e idrogeno, contengono anche azoto o zolfo.
Sulla base del numero di unità costituenti si possono individuare tre classi principali di carboidrati: monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.
- I monosaccaridi o zuccheri semplici sono costituiti da una sola unità poliidrossialdeidica o chetonica.
Il monosaccaride più abbondante è il D-glucosio, talvolta detto anche destrosio. - Gli oligosaccaridi sono costituiti da brevi catene di unità monosaccaridiche, da 2 a 20, legate l’una alla successiva da legami chimici detti glicosidici.
Gli oligosaccaridi più abbondanti sono i disaccaridi, composti da due monosaccaridi, e nell’alimentazione umana i più importanti sono il saccarosio o zucchero da cucina, il lattosio, lo zucchero del latte, il maltosio ed il trealosio. All’interno delle cellule molti oligosaccaridi formati da tre o più unità non si ritrovano come molecole libere ma legate ad altre, lipidi o proteine, a formare glicoconiugati. - I polisaccaridi sono polimeri che contengono da 20 a 10 milioni di unità monosaccaridiche; differiscono tra di loro per i monosaccaridi che ricorrono nella struttura, per la lunghezza ed il grado di ramificazione delle catene o per il tipo di legami tra le unità.
Mentre nel regno vegetale sono presenti diversi tipi di polisaccaridi, nei vertebrati se ne ritrova solo un piccolo numero.
Sono definiti:
omopolisaccaridi i polisaccaridi che contengono un solo tipo di monosaccaride come amido, glicogeno e chitina;
eteropolisaccaridi i polisaccaridi che contengono due o più differenti tipi di monosaccaridi, ad esempio l’acido ialuronico.
Nota: il termine “saccaride” deriva dal greco sakcharon che significa zucchero.
Classificazione fisiologica dei carboidrati
I carboidrati, in base al loro grado di polimerizzazione, possono essere classificati come:
- semplici: i mono- e disaccaridi, noti anche come zuccheri, e tri- e tretrasaccaridi o oligosaccaridi;
- complessi: i polisaccaridi.
Una ulteriore classificazione pone le basi sulla possibilità di essere utilizzati direttamente a scopo energetico, quindi:
- disponibili, come glucosio, fruttosio, galattosio tra i monosaccaridi, saccarosio, lattosio, maltosio e maltodestrine tra gli oligosaccaridi, ed amido e glicogeno tra i polisaccaridi;
- non disponibili, come lo xilosio, un monosaccaride, il lattulosio e il raffinosio, disaccaridi, la fibra, ossia cellulosa, emicellulosa, lignina, pectine ecc. e l’amido resistente o non digeribile, che sono polisaccaridi. Gli appartenenti a questa classe, anche se ingeriti, non sono digeribili ne assorbibili e saranno fermentati dal microbiota intestinale, che è parte del più ampio microbiota umano, con liberazione di acidi grassi a catena corta, fornendo così un po’ di energia.
Funzioni
- Sono utilizzati come materiale per la conservazione e produzione di energia.
Amido e glicogeno rispettivamente nelle piante e negli animali, sono carboidrati di riserva da cui può essere mobilizzato il glucosio per la produzione di energia. Il glucosio può fornire energia sia alimentando la sintesi di ATP, la moneta di scambio energetico della cellula che al suo interno contiene uno zucchero fosforilato, sia in forma di potere riducente come NADPH.
Nota: il glucosio, utilizzato come sorgente di energia, “brucia” senza produrre scorie metaboliche essendo convertito in anidride carbonica e acqua, e liberando ovviamente energia.
I monosaccaridi forniscono 3,74 kcal/g, i disaccaridi 3,95 kcal/g mentre l’amido 4,18 kcal/g; mediamente si approssima a 4 kcal/g. - Esercitano una azione di risparmio proteico: se presenti in buona quantità nell’alimentazione quotidiana, l’organismo non utilizza a scopo energetico le proteine, un carburante antieconomico ed “inquinante” in quanto sarà necessario eliminare l’azoto e lo zolfo presenti in alcuni aminoacidi.
- La loro presenza è necessaria per il normale metabolismo lipidico: Pasteur più di 100 anni fa diceva: “I grassi bruciano al fuoco degli zuccheri“. Questo concetto continua a ricevere conferme dagli studi scientifici attuali. Inoltre gli zuccheri in eccesso possono essere trasformati in acidi grassi e trigliceridi, processi che avvengono principalmente nel fegato.
- Il glucosio è indispensabile per il mantenimento della integrità del tessuto nervoso, in quanto alcune zone del sistema nervoso centrale possono utilizzare solo glucosio per produrre energia, e dei globuli rossi.
- Due zuccheri, il ribosio ed il desossiribosio, fanno parte della struttura portante rispettivamente dell’RNA e del DNA e si ritrovano ovviamente anche nella struttura dei nucleotidi.
- Intervengono in processi di detossificazione. A livello epatico ad es. l’acido glucuronico, prodotto a partire dal glucosio, si combina con sostanze endogene, quali ormoni, bilirubina ecc., ed esogene, come tossine chimiche e batteriche o farmaci, rendendole atossiche, aumentandone la solubilità e permettendone l’eliminazione.
- Si trovano legati anche a molte proteine e lipidi. All’interno della cellula agiscono come segnali che determinano il destino metabolico o la localizzazione intracellulare delle molecole cui sono legati. A livello della superficie cellulare la loro presenza è essenziale ai processi di riconoscimento tra le cellule che intervengono ad es. nel riconoscimento tra spermatozoo e ovocita al momento della fecondazione, nel ritorno dei linfociti nei linfonodi di origine o ancora nell’adesione dei leucociti ai margini della lesione di un vaso sanguigno.
- Due omopolisaccaridi, la cellulosa, il polisaccaride più abbondante in natura, e la chitina, probabilmente dopo la cellulosa il secondo polisaccaride più abbondante in natura, fungono da elementi strutturali, rispettivamente nella parete delle cellule vegetali e nell’esoscheletro di quasi un milione di specie di artropodi, quali insetti, aragoste e granchi.
- Gli eteropolisaccaridi forniscono supporto extracellulare per gli organismi di tutti i regni: considerando i batteri, la parte rigida della parete cellulare è in parte composta da un eteropolisaccaride formato dalla ripetizione alternata di due unità monosaccaridiche, mentre negli animali lo spazio extracellulare è occupato da diversi tipi di eteropolisaccaridi che formano una matrice dalle molteplici funzioni, come tenere unite tra di loro le singole cellule e fornire protezione, supporto e forma alle cellule, ai tessuti e agli organi.
- Forniscono consistenza e sapore a molti cibi lavorati.
Bibliografia
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- Stipanuk M.H., Caudill M.A. Biochemical, physiological, and molecular aspects of human nutrition. 3rd Edition. Elsevier health sciences, 2012