Carboidrati

1. I carboidrati sono le biomolecole pi� abbondanti sulla terra. La loro sintesi biologica avviene attraverso il processo di fotosintesi, che consente di convertire l�anidride carbonica ed il vapore d�acqua in zuccheri grazie alla presenza della luce solare Ogni anno la fotosintesi delle piante e delle alghe converte pi� di 100 miliardi di tonnellate di CO2 e acqua in cellulosa Alcuni carboidrati (zucchero e mido sono tra i principali alimenti dell�uomo in tutte le parti del mondo e l�ossidazione dei carboidrati � la via di produzione energetica pi� rilevante delle cellule non fotosintetiche giocano un ruolo importante nella determinazione della struttura della cellula e nei di processi di immagazzinamento di energia ; sembra inoltre che partecipino ai fenomeni di trasmissione e modulazione di segnali chimici negli animali e nelle piante.. vengono poi trasformati in polisaccaridi mediante polimerizzazione. I carboidrati sono le biomolecole pi� abbondanti sulla terra. La loro sintesi biologica avviene attraverso il processo di fotosintesi, che consente di convertire l�anidride carbonica ed il vapore d�acqua in zuccheri grazie alla presenza della luce solare Ogni anno la fotosintesi delle piante e delle alghe converte pi� di 100 miliardi di tonnellate di CO2 e acqua in cellulosa Alcuni carboidrati (zucchero e mido sono tra i principali alimenti dell�uomo in tutte le parti del mondo e l�ossidazione dei carboidrati � la via di produzione energetica pi� rilevante delle cellule non fotosintetiche giocano un ruolo importante nella determinazione della struttura della cellula e nei di processi di immagazzinamento di energia ; sembra inoltre che partecipino ai fenomeni di trasmissione e modulazione di segnali chimici negli animali e nelle piante.. vengono poi trasformati in polisaccaridi mediante polimerizzazione.

3. Sono detti idrati di carbonio il cui rapporto tra C H e O � 1:2:1 Sebbene formule di questo tipo risultino praticamente inutili ai fini dello studio della chimica dei carboidrati il vecchio nome � rimasto in uso. Monosaccaridi =composti che non possono essere idrolizzati a strutture pi� semplici lo zucchero monosaccaride pi� abbondante in natura � il dglucosio Disaccaridi= che per idrolisi danno due molecole di monosaccaride (es saccarosio o zucchero di canna dato da d glucosio e d fruttosio) Oligosaccaridi= per idrolisi danno da 3 a 10 monosaccaridi la maggior parte di questi non sono presenti in natura come entit� libere ma sono legati ad altre molecole nnon saccaridiche come proteini e lipidi formando strutture ibrude dette glicoconiugati Polisaccaridi = per idrolisi danno da 11 a centinaia di monosaccaridi (es amido e cellulosa e glicogeno) Sono detti idrati di carbonio il cui rapporto tra C H e O � 1:2:1 Sebbene formule di questo tipo risultino praticamente inutili ai fini dello studio della chimica dei carboidrati il vecchio nome � rimasto in uso. Monosaccaridi =composti che non possono essere idrolizzati a strutture pi� semplici lo zucchero monosaccaride pi� abbondante in natura � il dglucosio Disaccaridi= che per idrolisi danno due molecole di monosaccaride (es saccarosio o zucchero di canna dato da d glucosio e d fruttosio) Oligosaccaridi= per idrolisi danno da 3 a 10 monosaccaridi la maggior parte di questi non sono presenti in natura come entit� libere ma sono legati ad altre molecole nnon saccaridiche come proteini e lipidi formando strutture ibrude dette glicoconiugati Polisaccaridi = per idrolisi danno da 11 a centinaia di monosaccaridi (es amido e cellulosa e glicogeno)

7. Oso � il suffisso caratteristico del nome dei carboidratiOso � il suffisso caratteristico del nome dei carboidrati

10. Tutti i monosaccaridi eccetto i dha contengono uno o pi� atomi di c asimmetrici e quindi sono presenti in natura in forme isomeriche otticamente attiveTutti i monosaccaridi eccetto i dha contengono uno o pi� atomi di c asimmetrici e quindi sono presenti in natura in forme isomeriche otticamente attive

18. Come le aldeidi danno reazione di condensazione aldolica cos� anche gli aldosi danno reazione di condensazione, allungando cos� la catena carboniosa Es.d gliceraldeide3P + dididrossiacetone P = D fruttosio1-6 DP reazione nel nostro organismo catalizzata dall�aldolasi Il meccanismo organico � catalizzato da una base che stacca l�Hin alfa del chetone generando un carbanione che viene stabilizzato per risonanza e che fa un addizione nucleofila al c parzialmente positivo del gruppo carbonilico (aldeide)dell�altra molecolaCome le aldeidi danno reazione di condensazione aldolica cos� anche gli aldosi danno reazione di condensazione, allungando cos� la catena carboniosa Es.d gliceraldeide3P + dididrossiacetone P = D fruttosio1-6 DP reazione nel nostro organismo catalizzata dall�aldolasi Il meccanismo organico � catalizzato da una base che stacca l�Hin alfa del chetone generando un carbanione che viene stabilizzato per risonanza e che fa un addizione nucleofila al c parzialmente positivo del gruppo carbonilico (aldeide)dell�altra molecola

22. Le aldeidi e ichetoni reagiscono con gli alcoli per dare i semiacetali e semichetali e se un composto contiene sia un gruppo aldeidico che un gruppo alcolico si forma un semiacetale ciclico che ha una grande stabilit� se l�anello atomico � a 5 o 6 atomi di C ( per la teoria delle tensioni di legame)Le aldeidi e ichetoni reagiscono con gli alcoli per dare i semiacetali e semichetali e se un composto contiene sia un gruppo aldeidico che un gruppo alcolico si forma un semiacetale ciclico che ha una grande stabilit� se l�anello atomico � a 5 o 6 atomi di C ( per la teoria delle tensioni di legame)

23. le proiezioni di Haworth rappresentano le forme cicliche in forma piana gli anelli in realt� come nel cicloesano tali anelli preferiscono assumere sempre per la teoria delle tensioni di legame la conformazione a sedia Nel D glucosio il sostituente pi� voluminoso � in posizione equatoriale (si tende sempre alla posizione equatoriale) L�unica eccezione � per il C anomerico che pu� averlo sia assiale che equatoriale In realt� per il glucosio come per tutti gli zuccheri dove � possibile c�� una preferenza per la forma a sei atomi (piranosica) Chiaramente per il fruttosio non � possibile quindi sar� furanosica ( a 5 atomi)le proiezioni di Haworth rappresentano le forme cicliche in forma piana gli anelli in realt� come nel cicloesano tali anelli preferiscono assumere sempre per la teoria delle tensioni di legame la conformazione a sedia Nel D glucosio il sostituente pi� voluminoso � in posizione equatoriale (si tende sempre alla posizione equatoriale) L�unica eccezione � per il C anomerico che pu� averlo sia assiale che equatoriale In realt� per il glucosio come per tutti gli zuccheri dove � possibile c�� una preferenza per la forma a sei atomi (piranosica) Chiaramente per il fruttosio non � possibile quindi sar� furanosica ( a 5 atomi)

24. Bisogna tener conto che le configurazioni si vedono meglio utilizzando la rappresentazione lineare (Tollens), mentre con la rappresentazione di Haworth il C1 ed il C5, pur avendo la stessa configurazione, appaiono uno in basso (C1) ed uno in alto (C5). Nel caso della rappresentazione a sedia il C5 porta il sostituente in posizione equatoriale, il C1 in quella assiale.Bisogna tener conto che le configurazioni si vedono meglio utilizzando la rappresentazione lineare (Tollens), mentre con la rappresentazione di Haworth il C1 ed il C5, pur avendo la stessa configurazione, appaiono uno in basso (C1) ed uno in alto (C5). Nel caso della rappresentazione a sedia il C5 porta il sostituente in posizione equatoriale, il C1 in quella assiale.

25. Tutti gli zuccheri non utilizzano mai il gruppo alcolico primario per fare il semiacetale quindi questi zuccheri possono esistere solo in forma furanosicaTutti gli zuccheri non utilizzano mai il gruppo alcolico primario per fare il semiacetale quindi questi zuccheri possono esistere solo in forma furanosica

27. La mutarotazione pu� essere spiegata ricordando che la formazione dei semiacetali � un processo reversibile per cui si verifica che se si parte indifferentemente da una o dall�altra forma semiacetalica l�anello si apre per dare l�aldeide aciclica che poi pu� ciclizzare di nuovo In realt� i due anomeri hanno una diversa attivit� ottica L�alfa d glucopiranosio ha una rotazione specifica di 110� mentre il beta di 19,7� se ci fosse una sintesi racemica dovrebbe esserci una rotazione specifica di 64,8� mentre in realt� � di 54� Questo significa che il glucosio in acqua � presnte per il 36% in forma alfa e per il 64% in forma beta che ha il minor contenuto energeticoLa mutarotazione pu� essere spiegata ricordando che la formazione dei semiacetali � un processo reversibile per cui si verifica che se si parte indifferentemente da una o dall�altra forma semiacetalica l�anello si apre per dare l�aldeide aciclica che poi pu� ciclizzare di nuovo In realt� i due anomeri hanno una diversa attivit� ottica L�alfa d glucopiranosio ha una rotazione specifica di 110� mentre il beta di 19,7� se ci fosse una sintesi racemica dovrebbe esserci una rotazione specifica di 64,8� mentre in realt� � di 54� Questo significa che il glucosio in acqua � presnte per il 36% in forma alfa e per il 64% in forma beta che ha il minor contenuto energetico

28. Propriet� fisiche solidi bianchi di sapore dolce e dato l�alto numero di gruppi alcolici sono molto solubili inj acqua; scarsamente solubili in alcol e insolubili nei solventi organici Le propriet� chimiche dipendono dalla presenza del guppo aldeidico e chetonico e dei gruppi alcolici primari e secondariPropriet� fisiche solidi bianchi di sapore dolce e dato l�alto numero di gruppi alcolici sono molto solubili inj acqua; scarsamente solubili in alcol e insolubili nei solventi organici Le propriet� chimiche dipendono dalla presenza del guppo aldeidico e chetonico e dei gruppi alcolici primari e secondari

29. La La

34. L�ossidrile semiacetalico formatosi nella forma ciclica di un monosaccaride � pi� reattivo degli altri ossidrili alcolici e abbiamo gi� visto che reagendo con un altro ossidrile alcolico si ha una reazione di sostituzione nucleofila con eliminazione di una molecola di acqua formando l�acetale o nel caso degli zuccheri il legame glicosidico Questo legame � di tipo etere La formazione di un legame glicosidico � un processo difficilmente reversibile sono stabili (es. carta legno) IMPORTANZA BIOLOGICA : lo troviamo nei disaccaridi e poli, hanno azione farmacologica (es i derivati della digitale, la streptomicina ec)L�ossidrile semiacetalico formatosi nella forma ciclica di un monosaccaride � pi� reattivo degli altri ossidrili alcolici e abbiamo gi� visto che reagendo con un altro ossidrile alcolico si ha una reazione di sostituzione nucleofila con eliminazione di una molecola di acqua formando l�acetale o nel caso degli zuccheri il legame glicosidico Questo legame � di tipo etere La formazione di un legame glicosidico � un processo difficilmente reversibile sono stabili (es. carta legno) IMPORTANZA BIOLOGICA : lo troviamo nei disaccaridi e poli, hanno azione farmacologica (es i derivati della digitale, la streptomicina ec)

36. Importanti N glicosidi sono: i NUCLEOSIDI, NUCLEOTIDI e nell�ATPImportanti N glicosidi sono: i NUCLEOSIDI, NUCLEOTIDI e nell�ATP

37. Un gran numero di reazioni chimiche ed enzimatiche produce derivati degli zuccheri semplici Zuccheri con funzione acida (zuccheri riducenti sono quelli che hanno l�atomo di carbonio anomerico libero e pu� reagire con acqua ossig o alcuni metalli (CuSo4fheling) Un gran numero di reazioni chimiche ed enzimatiche produce derivati degli zuccheri semplici Zuccheri con funzione acida (zuccheri riducenti sono quelli che hanno l�atomo di carbonio anomerico libero e pu� reagire con acqua ossig o alcuni metalli (CuSo4fheling)

38. Gli aldosi esistono anche se in una piccola percentuale in forma aperta e quindi i gruppi aldeidici possono essere facilmente ossidati ad acidi L�ossidazione pu� avvenire sul C1 o sul C6 o su tutti e due L�acido glucuronico � presente nei mucopolisaccaridi si trova nel sangue e nell�urina sotto forma di fenilglucuronico Gli acidi uronici o alduronici che gli acidi aldonici hanno la forte tendenza a formare esteri interni (cio� lattoni a 5 o 6 termini) es acido gluconico- glucono lattone I CHETOSI sono pi� resistenti all�ossidazione servono ossidanti molto energici per rompere il carbonile O l�alternativa � mettere il chetoso in ambiente alcalino che tramite la tautomeria cheto enolica passa ad aldoso che in presenza di un assidante pu� essere ossidato e tolto all�equilibrio Nel nostro organismo la reazione avviene a pH neutro e a 37�C velocemente ad opera di isomerasi (fruttosio � ene diolo � glucosio) Esistono tre diversi reattivi per operare l'ossidazione alcalina degli aldosi e dei chetosi che vengono trasformati in acidi gliconici Reattivo di Fehling e di Benedict (in cui la specie ossidante � il rame) Reattivo di Tollens (in cui la specie ossidante � l�Ag che precipita formando lo specchio d�argento) Gli aldosi esistono anche se in una piccola percentuale in forma aperta e quindi i gruppi aldeidici possono essere facilmente ossidati ad acidi L�ossidazione pu� avvenire sul C1 o sul C6 o su tutti e due L�acido glucuronico � presente nei mucopolisaccaridi si trova nel sangue e nell�urina sotto forma di fenilglucuronico Gli acidi uronici o alduronici che gli acidi aldonici hanno la forte tendenza a formare esteri interni (cio� lattoni a 5 o 6 termini) es acido gluconico- glucono lattone I CHETOSI sono pi� resistenti all�ossidazione servono ossidanti molto energici per rompere il carbonile O l�alternativa � mettere il chetoso in ambiente alcalino che tramite la tautomeria cheto enolica passa ad aldoso che in presenza di un assidante pu� essere ossidato e tolto all�equilibrio Nel nostro organismo la reazione avviene a pH neutro e a 37�C velocemente ad opera di isomerasi (fruttosio � ene diolo � glucosio) Esistono tre diversi reattivi per operare l'ossidazione alcalina degli aldosi e dei chetosi che vengono trasformati in acidi gliconici Reattivo di Fehling e di Benedict (in cui la specie ossidante � il rame) Reattivo di Tollens (in cui la specie ossidante � l�Ag che precipita formando lo specchio d�argento)

39. L�acido ascorbico � un gamma lattone (della forma enolica dell�acido 2 cheto gulonico) sintetizzato dalle piante e da quasi tutti gli animali eccetto i primati e le cavie (serve per la corretta formazione del collageno) In condizioni fisiologiche l�acido ascorbico viene ossidato reversibilmente ad acido deidroascorbico che poi pu� essere idrolizzato in maniera irreversibile ed eliminatoL�acido ascorbico � un gamma lattone (della forma enolica dell�acido 2 cheto gulonico) sintetizzato dalle piante e da quasi tutti gli animali eccetto i primati e le cavie (serve per la corretta formazione del collageno) In condizioni fisiologiche l�acido ascorbico viene ossidato reversibilmente ad acido deidroascorbico che poi pu� essere idrolizzato in maniera irreversibile ed eliminato

40. Il gruppo carbonile degli aldosi e dei chetosi pu� essere ridotto da svariati reagenti (H2, NaBH4) I prodotti sono i Polioli . La reazione decorre per riduzione della piccola quantit� di aldeide in equilibrio con il semiacetale ciclico ,man mano che la forma aldeidica viene ridotta l�equilibrio si sposta a destra cos� che alla fine tutto lo zucchero pu� essere convertito Nel caso dei chetosi il gruppo chetonico pu� essere ridotto a gruppo alcolico secondario con conseguente formazione di due epimer per il pssaggio del C 2 da prochirale a chirale Il sorbitolo, mannitolo ( deriva dalla riduzione del fruttosio con l�OH a destra mentre se � a sx si ha sempre il sorbitolo) e xilitolo sono ampiamente usati come dolcificanti succedanei dello zucchero L�accumulo di sorbitolo nei diabetici che si verifica negli occhi � implicato nella formazione della cataratta Il glicerolo � componente dei lipidi Il gruppo carbonile degli aldosi e dei chetosi pu� essere ridotto da svariati reagenti (H2, NaBH4) I prodotti sono i Polioli . La reazione decorre per riduzione della piccola quantit� di aldeide in equilibrio con il semiacetale ciclico ,man mano che la forma aldeidica viene ridotta l�equilibrio si sposta a destra cos� che alla fine tutto lo zucchero pu� essere convertito Nel caso dei chetosi il gruppo chetonico pu� essere ridotto a gruppo alcolico secondario con conseguente formazione di due epimer per il pssaggio del C 2 da prochirale a chirale Il sorbitolo, mannitolo ( deriva dalla riduzione del fruttosio con l�OH a destra mentre se � a sx si ha sempre il sorbitolo) e xilitolo sono ampiamente usati come dolcificanti succedanei dello zucchero L�accumulo di sorbitolo nei diabetici che si verifica negli occhi � implicato nella formazione della cataratta Il glicerolo � componente dei lipidi

43. ) )

44. Ester dei monosaccaridi con l�acido fosforico sono presenti in tutte le cellule viventi come intermedi del metabolismo dei carboidrati Gli ossidrili alcolici dei monosaccaridi possono essere esterificati con acido fosforico . Abbiamo cos� il G6P e il Ribosio 5P ; il fruttosio avendo due gruppi alcolici primari pu� dare sia il F1P che il F6P come il F1-6 difosfato Tutti questi esteri fosforici hanno un�enorme importanza biologica Fosforilare un monosaccaride serve non solo a renderlo pi� reattivo ma anche per favorire (avendo la carica negativa del fosfato) l�attacco agli enzimi che li devono modificareEster dei monosaccaridi con l�acido fosforico sono presenti in tutte le cellule viventi come intermedi del metabolismo dei carboidrati Gli ossidrili alcolici dei monosaccaridi possono essere esterificati con acido fosforico . Abbiamo cos� il G6P e il Ribosio 5P ; il fruttosio avendo due gruppi alcolici primari pu� dare sia il F1P che il F6P come il F1-6 difosfato Tutti questi esteri fosforici hanno un�enorme importanza biologica Fosforilare un monosaccaride serve non solo a renderlo pi� reattivo ma anche per favorire (avendo la carica negativa del fosfato) l�attacco agli enzimi che li devono modificare

47. Derivano dai monosaccaridi per sostituzione di un ossidrile con un gruppo amminico in posizione c2 La d glucosammina si trova nei glicolipidi nei mucopolisaccaridi nelle sostanze specifiche dei gruppi sanguigni e sotto forma di nacetilglucosammina nell�acido ialuronico La galattosammina si trova nei glicolipidi in alcuni polisaccaridi Diversi antibiotici contengono aminozuccheriDerivano dai monosaccaridi per sostituzione di un ossidrile con un gruppo amminico in posizione c2 La d glucosammina si trova nei glicolipidi nei mucopolisaccaridi nelle sostanze specifiche dei gruppi sanguigni e sotto forma di nacetilglucosammina nell�acido ialuronico La galattosammina si trova nei glicolipidi in alcuni polisaccaridi Diversi antibiotici contengono aminozuccheri

48. L�acido sialico � un derivato dell�nacetilmannosamina e dell�acido piruvico : � un importante costituente delle glicoproteine e dei glicolipidi � un substrato delle neuraminidasiL�acido sialico � un derivato dell�nacetilmannosamina e dell�acido piruvico : � un importante costituente delle glicoproteine e dei glicolipidi � un substrato delle neuraminidasi

49. L'inevitabile esposizione delle proteine del nostro organismo a zuccheri riducenti nell'ambito dell'intra ed extra cellulare induce una "aggregazione" chimica chiamata glicazione non enzimatica. Il processo di glicaazione non enzimatica ha origine dalla reazione tra la forma aperta aldeidica di uno zucchero (glucoso, fruttoso, riboso) ed un aminoacido (di solito lisina, idrossilisina o valina) di una proteina. La velocit� di questa reazione dipende dalla basicit� del gruppo aminico, dalla sua accessibilit� sterica, dal pH, dalla quantit� di molecole disponibili e da molti altri fattori ambientali. Il primo prodotto (aldimina) � instabile e reversibile e si trasforma spontaneamente (settimane) in una forma pi� stabile definita chetoamina (forma emiacetalica ciclica). La fase precoce della glicazione - con la formazione del cosiddetto prodotto di Amadori - � stata studiata nell'uomo a partire dagli anni '70; innumerevoli altri contributi sono seguiti successivamente, chiarendo che tutte le proteine, circolanti o meno, possono venire "glicate" a seconda della loro emivita, del livello del glucosio, dei gruppi aminici disponibili, etc. Dopo la formazione del prodotto di Amadori (chetoamina), se l'emivita della proteina � abbastanza lunga si possono avere ulteriori passaggi chimici, che portano alla loro degradazione o alla formazione di prodotti (es. deossiglucosone) anche pi� reattivi delle zucchero che li ha generati: infatti l'interazione dei nuovi composti con altri radicali aminici permette la formazione di prodotti irreversibili, brunescenti, responsabili di cross-links tra proteine. Lo studio di questi prodotti � stato possibile proprio per la caratteristica di molti di questi esseri di essere fluorescenti; la prima dimostrazione della loro presenza in vivo nel cristallino e la loro riproducibilit� in vitro � stata fornita da Monnier. Successivamente altri studi in vivo ed in vitro hanno dimostrato la presenza degli stessi nel collagene di vari tessuti. La glicazione proteica, in quanto dipendente dal contenuto di zuccheri nel sangue, costituisce anche un marcatore di valutazione del controllo metabolico. Ci� avviene mediante la misurazione dell�emoglobina glicosilata GHb, in quanto lo zucchero si lega alla parte proteica dell�emoglobina Si formano dapprima le basi di Schiff, prodotti estremamente instabili e reversibili. In seguito compaiono gli addotti di Amadori (pi� stabili) ed infine i prodotti di glicazione avanzata (AGEs), chimicamente stabili e non degradabili enzimaticamente. In presenza di agenti ossidanti, la produzione di AGEs � pi� rapida. I prodotti della reazione di Maillard innescano la trascrizione di geni prosclerotici e di collageni, e interferiscono anche nel bilancio ossido-riduttivo, con stimolo macrofagico alla sintesi di radicali liberi e di molecole ad essi strettamente correlate (IL-1� e TNF L'inevitabile esposizione delle proteine del nostro organismo a zuccheri riducenti nell'ambito dell'intra ed extra cellulare induce una "aggregazione" chimica chiamata glicazione non enzimatica. Il processo di glicaazione non enzimatica ha origine dalla reazione tra la forma aperta aldeidica di uno zucchero (glucoso, fruttoso, riboso) ed un aminoacido (di solito lisina, idrossilisina o valina) di una proteina. La velocit� di questa reazione dipende dalla basicit� del gruppo aminico, dalla sua accessibilit� sterica, dal pH, dalla quantit� di molecole disponibili e da molti altri fattori ambientali. Il primo prodotto (aldimina) � instabile e reversibile e si trasforma spontaneamente (settimane) in una forma pi� stabile definita chetoamina (forma emiacetalica ciclica). La fase precoce della glicazione - con la formazione del cosiddetto prodotto di Amadori - � stata studiata nell'uomo a partire dagli anni '70; innumerevoli altri contributi sono seguiti successivamente, chiarendo che tutte le proteine, circolanti o meno, possono venire "glicate" a seconda della loro emivita, del livello del glucosio, dei gruppi aminici disponibili, etc. Dopo la formazione del prodotto di Amadori (chetoamina), se l'emivita della proteina � abbastanza lunga si possono avere ulteriori passaggi chimici, che portano alla loro degradazione o alla formazione di prodotti (es. deossiglucosone) anche pi� reattivi delle zucchero che li ha generati: infatti l'interazione dei nuovi composti con altri radicali aminici permette la formazione di prodotti irreversibili, brunescenti, responsabili di cross-links tra proteine.

77. Proteoglicani = Proteina + glicosaminoglicani Glicosaminoglicani (GAG) Lunghe catene di unit� di-saccaridiche 5 classi di GAG Acido ialuronico o hyaluronan Condroitin solfato Dermatan solfato Eparina & Eparan solfato Keratan solfato