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Carboidrati o glucidi o zuccheri
I carboidrati o zuccheri sono un gruppo di sostanze presenti sia nellepiante che negli animali e sono composti da carbonio, idrogeno eossigeno
Il nome deriva da una radice greca "glucos" che significa dolce
I carboidrati vengono sintetizzati nelle piante per mezzo dellafotosintesi
Dal loro catabolismo si ottiene l’energia che sostiene la vita animale
Sono i precursori metabolici di quasi tutte le biomolecole
Classe di molecole organiche più abbondante in natura
Vengono sintetizzati nelle piante per mezzo della fotosintesi
Dal loro catabolismo si ottiene l’energia che sostiene la vita animale
Sono i precursori metabolici di quasi tutte le biomolecole
Si legano covalentemente con una grande varietà dimolecole (glicoproteine e glicolipidi)
Sono coinvolti nel processo di riconoscimento cellulare
In forma di polimeri servono come elementi strutturali
Carboidrati o glucidi o zuccheri
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Caratteristiche dei carboidrati
Esistenza di uno o più centri di asimmetria
Possibilità di assumere sia strutture lineari che ad anello
Capacità di formare polimeri mediante legami glicosidici
Possibilità di formare legami idrogeno con l’acqua e altre molecole
Capacità di subire numerose reazioni in differenti posizioni della molecola
I carboidrati sono composti polifunzionali che contengono:un gruppo carbonilicouno o più gruppi alcolici
Se il gruppo carbonilico è un’aldeide avremo gli aldosi
Se il gruppo carbonilico è un chetone avremo i chetosi
aldoso
chetosoC
C
C
C
C
CH2OH
OHH
OHH
HHO
OHH
H OCH2OH
C
C
C
C
CH2OH
OHH
OHH
HHO
O
D-glucosio D-fruttosio
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La formula empirica dei carboidrati è Cn(H2O)n
D-gliceraldeide L-gliceraldeide
C
CH2OH
H OHC
H OC
CH2OH
HHO C
H O
n = 3 (triosi)
aldoso
diidrossiacetone
chetoso
Tutti gli altri zuccheri si possono considerare derivati dalla gliceraldeideo dal diidrossiacetone per graduale aggiunta di CHOH- tra il C1 e 2 della gliceraldeide- Tra il C2 e C3 del diidrossiacetone
Monosaccaridi
Proprietà chimiche dei monosaccaridi
Aldosi: tutte le reazioni degli alcoli e delle aldeidi Chetosi: tutte le reazioni dei chetoni e degli alcoli
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La gliceraldeide ha un atomo di carbonio asimmetrico, ed esistono due enantiomeri
Gruppo OH del carbonio asimmetrico a destra: D
Gruppo OH del carbonio asimmetrico a sinistra: L
Per allungamento della catena carboniosa potremo avere:
Gli aldosi che derivano dalla D gliceraldeide sono aldosi della serie D
Gli aldosi che derivano dalla L gliceraldeide sono aldosi della serie L
Stereochimica
I due composti sono immagini specularinon sovrapponibili
Sono definitiENANTIOMERI
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D-eritrosio L-eritrosio L-treosioD-treosio
L-gliceraldeide
Eritrosio: gli OH in 2 e 3 sono dalla stessa parte
Treosio: gli OH in 2 e 3 sono da parti opposte
n = 4 (tetrosi)
L’aggiunta di CHOH si fa tra il C1 e 2 della gliceraldeide
pentosi
esosi
I principali monosaccaridi
D-fruttosio
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Monosaccaridi
Pentosiribosio (e desossiribosio): acidi nucleici – ATP - coenzimi
Esosi
chetopentoso – anello a 5 atomi
glucosio: piante (fotosintesi) – sangue – carburante cellule
aldoesoso – anello a 6 atomi
fruttosio: miele - frutta - presente nel saccarosio
chetoesoso – anello a 5 atomi
galattosio: strutture nervose – presente nel lattosio
aldoesoso – anello a 6 atomi
mannosio: frassino della manna – presente in polisaccaridi
aldoesoso – anello a 6 atomi
forma apertarappresentazione di Fisher
forma emiacetalicaRappresentazione di Haworth
α-D-glucosio
β-D-glucosio
Ci sono diversi modi per rappresentare il glucosio (e gli altri zuccheri);due di questi sono:
Il gruppo OH del C5 è vicino al gruppo aldeidico e può formare un semiacetale
Il C1 diventa asimmetrico
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In soluzione esiste un equilibrio tra forma α, forma β e forma aperta. Leforme α e β del D-glucosio in soluzione acquosa si interconvertono l’unanell’altra; questo fenomeno di variazione della rotazione ottica prende ilnome di mutarotazione (si ha prevalenza di forma beta)
α-D-glucosio β-D-glucosio
Reazioni degli zuccheriReazioni degli zuccheri
Tautomeria
Riduzione (polialcoli)
Ossidazione (in C1 e C6, acidi)
Esterificazione (esteri)
Sostituzione nucleofila (glucosidi)
Glicazione (reazione di Maillard)
Allungamento della catena C (Condensazione aldolica)
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Gli zuccheri, in quanto semiacetali, possono formare degli acetaliIl legame che si forma si chiama legame glicosidico
Il legame glicosidico si ha per sostituzione dell’OH anomerico con un altro gruppo:Se al C anomerico si lega un ossigeno diremo che è un legame O-glicosidico
Se al C anomerico si lega un azoto diremo che è un legame N-glicosidico
Nel caso più semplice, "-OR" è il gruppo alcossido di un alcool semplice oppure ilgruppo "-OR" proviene da un’altra molecola di zucchero, unendo in questo casodue zuccheri insieme a formare un disaccaride. Il legame tra il C anomerico ed ilgruppo –OR viene chiamato legame glicosidico, nel caso specifico glucosidico.La figura mostra due glucosidi del glucosio
metil β-D-glucosio
Saccarosio, un disaccaride
Condensazione di un monosaccaride con
a) un altro monosaccaride disaccaride
b) una sostanza non glucidica (aglicone) glicoside
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Disaccaridi
Sono la classe più semplice degli oligosaccaridi
Un disaccaride si forma quando due monosaccaridi reagiscono tra loro,il primo con l'ossidrile della sua struttura emiacetalica ed il secondo conuno qualsiasi dei suoi ossidrili eliminando una molecola d'acqua
Chimicamente un disaccaride è un acetale ed il legame tra i duemonosaccaridi che lo compongono è un legame acetalico
Saccarosio
Maltosio
Lattosio
Saccarosio
α-1,2
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Il saccarosio, detto anche zucchero da cucina, zucchero liquido, zucchero di canna,
zucchero bianco, o semplicemente zucchero, è formato da una molecola di glucosio
ed una di fruttosio legate da legame glicosidico α-1,2
Il saccarosio è presente in praticamente tutte le piante ma economicamente la sua
estrazione è vantaggiosa solo a partire da:
Canna da zucchero (Saccharum officinarum); circa il 75% della produzione mondiale
di zucchero deriva questa pianta
Barbabietola da zucchero (Beta vulgaris ssp. vulgaris var. altissima), specialmente in
Europa; il contenuto in saccarosio, grazie a selezioni continue negli ultimi due secoli,
è passato dal 4,5% al 16-18%
Il maltosio è un disaccaride formato da due molecole di glucosio conlegame α-1,4 glucosidico. In natura è molto difficile trovarlo, adesempio si trova nei semi in fase di germinazione
Maltosio
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Nell’uomo deve essere necessariamenteidrolizzato da enzimi intestinali (maltasi)
Malto Con la parola “malto” si indica la sostanzaottenuta lasciando le granaglie (orzo, mais,riso, frumento) ad ammorbidirsi egerminare nell’acqua, sviluppando alcunienzimi che trasformano l’amido in zuccheripiù semplici (maltosio)
Amido (polisaccaride) nei cereali (orzo , frumento etc)
acqua, diastasiMaltosio (disaccaride)
nel malto
Il lattosio è un disaccaride formato da una molecola di glucosio e una digalattosio legame β-1,4 glucosidico. Si trova nel latte umano (6%) e nellatte di mucca (4,5%)
Enzimi idrolitici specifici (idrolasi) situati sull’epitelio intestinale idrolizzano il legameglucosidico e consentono l’assorbimento dei monosaccaridi. Il deficit di lattasi causal’intolleranza al lattosio (diarrea da fermentazione batterica del lattosio non assorbito)
Lattosio
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Lattosio
glucosio
galattosio
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Polisaccaridi
Eteropolisaccaridi
formati da diversi tipi di monosaccaridi
Omopolisaccaridi
formati da un solo tipo di monosaccaride
Struttura chimica
Di riserva
(amido, glicogeno)
Strutturali
(cellulosa, chitina)Funzione
Non disponibili
(cellulosa)Disponibili (amido)
Aspetti nutrizionali
Polisaccaridi
Amido: tuberi, semi, frutti, piante (carboidrato di riserva vegetale)
Glicogeno: fegato, muscoli (tipico carboidrato di riserva animale)
Cellulosa: piante (funzione strutturale)
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Amido
È la riserva energetica più importante dei vegetali. Si accumula nei semi e nei tuberi
È formato da due polisaccaridi:amilosio (20%), polimero lineare di glucosio con legami α-1,4 amilopectina (80%) polimero ramificato di glucosio con legami α-1,4 e α-1,6
amilosio (struttura ad elica)
Le ramificazioni dell'amilopectina traggono origine dal legame tra il C6 diun'unità di glucosio e il C1 di un'altra unità e si presentano a intervalli di 20-25unità di glucosio
L’amilosio è poco solubile in acqua dove assume una conformazione elicoidalee forma, come l’amilopectina, una sospensione micellare
Negli animali la digestione comincia in bocca con l’α-amilasi salivare, enzimasecreto dalle ghiandole salivari con attività endoamilasica (taglia i legamiglicosidici solo all’interno della catena). L’amido crudo è poco suscettibile allaendoamilasi salivare; tuttavia, se l’amido viene scaldato i granuli di amido sirigonfiano, assumono acqua e rendono il polimero più accessibile agli enzimi
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Glicogeno
Il glicogeno è un polimero di residui di glucosio uniti mediante legami α-1,4 glicosidici; ogni 10residui si creano ramificazioni attraverso la formazione di legami α-1,6 glicosidici.Il glucosio in eccesso, all’interno dell’organismo, viene convertito in glicogeno, la cui sintesiavviene in massima parte nel fegato e nel muscolo scheletrico. Nel fegato e nel muscoloscheletrico il glicogeno rappresenta un fonte di energia rapidamente utilizzabile che si esauriscein meno di 1 ora durante uno sforzo muscolare intenso.Il glicogeno epatico serve come riserva di glucosio per gli altri tessuti quando non è disponibileglucosio alimentare (nel periodo tra i pasti e nel digiuno).
Fibre alimentari
Aumento del senso di sazietà
Miglioramento della funzionalità intestinale e prevenzionedelle patologie correlate (stipsi, tumori del colon)
Riduzione del rischio cardiovascolare in relazione aglieffetti positivi sul metabolismo dei carboidrati e lipidi
Le fibre alimentari sono polisaccaridi che svolgono numerosieffetti funzionali e metabolici
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Fibre alimentari
TIPO DI FIBRA PRINCIPALE FONTE ALIMENTARE PROPRIETA' CHIMICHE
Cellulosa
Prodotti integrali a base di cereali Crusca Grano intero
Non digeribile Insolubile in acqua Assorbe acqua
Emicellulosa
Prodotti integrali a base di cereali Frutta e verdura Grano intero
Parzialmente digeribile Insolubile in acqua Assorbe acqua
Lignina VerduraNon digeribile Insolubile in acqua Assorbe sostanze organiche
Pectina Frutta (mele e agrumi)Non digeribile Solubile in acqua
Gomme
LegumiDigeribili Mucillaginose
Crusca di avenaSolubili in acqua Mucillaginose
Cellulosa
La cellulosa è un polimero lineare di D-glucosioesattamente come l’amilosio con la differenza che ilegami sono β-1,4 mentre nell’amilosio sono α-1,4
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La cellulosa tende a disporsi su di un piano, formando differenti strati impaccati uniti da legami a idrogeno
La cellulosa è il polimero più abbondante presente sulla terra.
E’ altamente resistente all’idrolisi anche da parte delle amilasi. Solo ibatteri che vivono nel rumine o nello stomaco delle termiti secernono lacellulasi, una β-glicosidasi in grado di idrolizzare la cellulosa.
I polimeri di cellulosa formano strutture a reticolo stabilizzate da legami H
intra- e intercatena; si hanno quindi fibre resistenti da cui derivano lecaratteristiche e gli usi della cellulosa
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I carboidrati, da un punto di vista fisiologico possono essere distinti in:
Disponibili o
digeribili
Non disponibili o
non digeribili
glucosio - fruttosio
saccarosio - maltosio
xilosio - lattulosio
raffinosio - stachioso
carboidrati
semplici
carboidrati
complessi
Amido Fibra
alimentare
Disponibili o
digeribili
Non disponibili o
non digeribili
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Funzioni dei carboidrati nell’uomo
Soprattutto nei vegetali ma anchenell’uomo, i carboidrati entranonella costituzione delle cellule edella sostanza extracellulare. Essisono tra i costituenti degli acidinucleici, dei coenzimi nucleotidici,dei glicolipidi, delle glicoproteine edelle strutture di sostegno eprotezione degli organismi vegetalied animali
PLASTICA ENERGETICA
Nell’uomo sotto forma di glicogeno, icarboidrati costituiscono una riserva dienergia a pronta utilizzazione e sottoforma di glucosio sono fonte dinutrimento per tutte le cellule. 1 g
fornisce circa 4 kcal; essirappresentano inoltre la quota piùrilevante dei principi nutritivi. Alcunecellule e tessuti (globuli rossi, SNC)utilizzano come nutriente, incondizioni normali, solo il glucosio
I carboidrati possono essere definiti una sorta di “benzina verde”,
infatti, dalla loro demolizione si ottiene energia con liberazione di
acqua e CO2 senza formazione di scorie e residui tossici
I carboidrati:
Forniscono calorie
Danno senso di sazietà
Controllano la glicemia e ilmetabolismo del glucosio
Dalla loro fermentazione si ottengono acidi a cortacatena (acido propionico, butirrico e acetico)
Regolano la glicosilazione di proteine cellulari eplasmatiche (albumina, emoglobina, lipoproteine)
I polisaccaridi non fermentabiliaumentano la massa fecale
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I carboidrati nella dieta
Una dieta equilibrata deve prevedere una quota di carboidrati
pari al 50-60% Esempio: su una dieta di 2000 calorie, 275 g è la dose appropriata
80g di carboidrati100g riso
54g di carboidrati80 g pane
25g di carboidrati4-5 fette biscottate
20 g di carboidrati40 g di fagioli secchi
45 g di carboidrati250 g di patate
44 g di carboidrati400 g di mele 10 g di carboidrati
10 g di zucchero
9 g di carboidrati300 g di spinaci
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Digestione dei carboidrati
Recentemente si preferisce parlare di:
carboidrati a rapido assorbimento
carboidrati a lento assorbimento
542 minuti
100 g di cioccolato
fondente
6.6g proteine
34 g grassi
50 g carboidrati
362 minuti
100 g di riso
7 g proteine
0.4 g grassi
80 g carboidrati
343 minuti
5 gelatine di frutta
tracce proteine
tracce grassi
92g carboidrati
39 minuti
10g di zucchero
10g carboidrati
Un afflusso di glucosio troppo rapido si ripercuote
negativamente sul livello di glicemia nel sangue
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Frutta in generaleSucco di fruttaMieleYogurt alla frutta (contiene zuccheri semplici che servono a contrastare l’acidità propria dell’alimento)Zucchero di cannaNormale zucchero da cucina
Carboidrati a rapido assorbimento
(monosaccaridi e disaccaridi)
Carboidrati a lento assorbimento
(polisaccaridi)
PaneCerealiPasta Biscotti secchiFette biscottateMuesli
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Qualche curiosità
Lo zucchero fa ingrassare?
1 g di zucchero fornisce 4 Kcal, cioè menodella metà delle 9 Kcal fornite da 1 g di grasso
Lo zucchero provoca diabete?
E’ dimostrato che è l’eccesso alimentare continuativo chesfocia nell’obesità a favorire la comparsa del diabete
A metà mattina ai ragazzi fa bene lo zucchero?
Bisogna prevenire l’ipoglicemia di metà mattina.Sono da preferire gli zuccheri a lento assorbimento
E’ utile sostituire lo zucchero con un dolcificante?
E’ del tutto ingiustificato in una persona sana,sarà invece utile e necessaria per i diabetici
Lo zucchero grezzo è da preferire a quello raffinato?
Entrambe sono una miscela identica di glucosio e fruttosio. La diversa colorazione è dovuta ad un residuo di melassa
Lo zucchero aiuta nello sport?
Una reintegrazione metodica può consentire il protrarsi dello sforzomuscolare e può migliorare la performance in molti sport di resistenza