I carboidrati ZUCCHERI o CARBOIDRATI o SACCARIDI formula bruta: CnH2nOn o Cn(H2O)n (dove n= 3-9) struttura monomerica o polimerica Classi: Monosaccaridi Oligosaccaridi (2(2-11 monomeri monomeri)) Polisaccaridi (> 11 monomeri monomeri)) fonte energetica (es. glucosio e amido) materiali strutturali (es. cellulosa e lignina) riconoscimento proteinaproteina-proteina e cellulacellula-cellula P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006 Ripassiamo un po’: la formula planare di Fisher Alcuni zuccheri presentano una particolare isomeria: quando uno è l’immagine speculare dell’altro si parla di enantiomeria C2, carbonio asimmetrico Forma destrogira, D Forma levogira, L Il D-glucosio e L-glucosio sono enantiomeri, cioè sono immagini speculari. I Diasteroisomeri sono isomeri che non sono immagini speculari. Il D-glucosio e D-galattosio sono diasteroisomeri e cambia solo la configurazione attorno al C4. Si definiscono epimeri. Epimeri o isomeri? Isomero: stessa formula chimica ma struttura differente Epimero: differiscono solo per la configurazione di un atomo di C (non carbonilico) P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006 L’albero “genealogico” degli aldosi In rosso, il C asimmetrico più lontano dal gruppo aldeidico che determina la designazione D Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 … e quello dei chetosi In rosso, il C asimmetrico più lontano dal gruppo cheto che determina la designazione D I pentosi e gli esosi possono dare origine ad anelli da cinque (furanosi (furanosi)) o da sei atomi (piranosi (piranosi). ). La formazione dell'anello crea un nuovo centro chirale sul C1 con la formazione di due anomeri anomeri.. Gli anomeri α e β sono in equilibrio tra loro in un processo denominato mutarotazione,, passando mutarotazione attraverso l'apertura della forma ciclica dello zucchero. Gli anelli possono assumere due conformazioni: a barca o a sedia. La sedia è più stabile perchè nella barca sono presenti repulsione tra i gruppi in posizione assiale Formazione dei piranosi In soluzione acquosa il glucosio si “piega” e l'ossidrile in posizione 5 si avvicina al carbonio carbonilico. E' possibile un solo tipo di ripiegamento per motivi di ingombro sterico e di repulsione elettronica tra il doppietto non condiviso dell'ossidrile in 5 e il doppietto dell'ossigeno carbonilico. L'attacco del carbonio porta alla formazione di glucosio con catena chiusa ed è caratterizzato dalla reazione tra aldeidi ed alcoli che forma i cosidetti emiacetali. Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 Formazione dei furanosi Il gruppo OH sul C5 attacca il gruppo chetonico in C2 per formare un emichetale intramolecolare. Sono possibili due anomeri (α e β). Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 Il fruttosio può formare sia anelli furanosici che piranosici esatomici Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 Reattività dei monosaccaridi Reazioni di ossidazione Reazioni di riduzione CH2OH COOH OHCH HCOH HOCH HOCH CHO HCOH HOCH HCOH HCOH CH2OH D-glucosio HCOH CH2OH HCOH HCOH C=O HCOH CH2OH Acido DD-gluconico HOCH HCOH HCOH CHO HCOH HOCH CH2OH D-fruttosio CH2OH D-mannitolo CH2OH HCOH HOCH HCOH HCOH HCOH HCOH COOH Acido DD-glucuronico CH2OH D-sorbitolo Il legame glicosidico tra due monosaccaridi genera un disaccaride….. del ß-galattosio ………ma, per fortuna, non è indissolubile! Il legame glicosidico e il feeling con le proteine Gli zuccheri semplici nella cellula sono fosforilati. Perché? PO32- PO32- PO32- Diidrossiacetone fosfato (DHPA) Gliceraldeide 3 fosfato La fosforilazione rende intrappolati nella cellula gli zuccheri Glucosio 6 fosfato anionici: rimangono La fosforilazione crea intermedi reattivi (vedere lezione sui composti ad alta energia): formano facilmente legami con altre molecole Derivati dei monosaccaridi Sono spesso esposti sulle superfici cellulari Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 DISACCARIDI Lattosio: 1 molecola di glucosio e 1 molecola di galattosio Lattosio: legati con legame b-glicosidico tra il carbonio anomerico (C (C1 1) del galattosio ed il C4 del glucosio glucosio.. E’ uno zucchero riducente (l’O legato al carbonio anomerico non è impegnato in legami e può ossidarsi ossidarsi)) E’ lo zucchero del latte Viene idrolizzato dall’enzima β-galattosidasi o lattasi lattasi.. Il galattosio viene poi epimerizzato a glucosio e quindi assorbito assorbito.. L’intolleranza al lattosio La b- galattosidasi è un’enzima intestinale. In caso di carenza/assenza della b- galattosidasi, lo zucchero non scisso transita velocemente verso il colon. Nel colon, la fermentazione batterica genera CO 2 e H2O e acidi organici irritanti. E’ ora disponibile un tipo di latte in cui il lattosio è stato già idrolizzato. L’intolleranza al lattosio: come si riconosce? DISACCARIDI Maltosio:: 2 molecole di glucosio legate con legame a-1,4Maltosio glicosidico. E’ uno zucchero riducente glicosidico. riducente.. In natura si trova in quantità discrete solamente nei semi germogliati. Si produce per idrolisi dall’amido che è costituito da amilosio e amilopectina, un polimero ramificato, legami (14) e (16) glucosidici. Viene idrolizzato dalla maltasi (stessa localizzazione della lattasi) DISACCARIDI Saccarosio (lo zucchero da tavola) tavola):: 1 molecola di glucosio + 1 molecola di fruttosio legati con legame glicosidico (configurazione α nel glucosio e β nel fruttosio) che unisce i due carboni anomerici (C (C11 del glucosio e C2 del fruttosio) . Non è quindi uno zucchero riducente Si ottiene per estrazione dalla barbabietola e dalla canna da zucchero Viene scisso nei due componenti monosaccaridici dall’enzima saccarasi Un piccolo inciso: i dolcificanti artificiali La saccarina: transita attraverso l'apparato digerente senza alterare l’insulinemia e senza fornire elevata energia all'organismo. Problema: cancerogeno??? Aspartame: È composto da due aa: acido aspartico e fenilalanina. Pur avendo la stessa quantità di calorie del saccarosio, il suo potere dolcificante è 200 volte maggiore. Le persone che soffrono di fenilchetonuria, (difficoltà nel metabolizzare la fenilalanina), devono controllare l'assunzione di aspartame in quanto fonte di fenilalanina. Un piccolo inciso: i dolcificanti artificiali Acesulfame Dolcificante (5,6dimetil--1,2,3,ossa dimetil ,ossa--tiazina tiazina--4(3H) H)--uno uno-2,2-biossido) circa 200 volte più dolce dello zucchero zucchero.. A differenza dell'aspartame, è a contenuto calorico nullo (come la saccarina).. saccarina) Resiste ad alte temperature e può essere utilizzato con cibi da cuocere.. cuocere Fu approvato nel 1988 dall'FDA, con un'assunzione consigliata non superiore a 15 mg/kg di peso peso.. Non solo pane! La birra viene prodotta dalla fermentazione alcoolica dei carboidrati presenti nei cereali come polisaccaridi. Inizialmente si demoliscono i polisaccaridi con il processo della maltazione (germinazione dell’orzo fino ad ottenere gli enzimi necessari all’idrolisi dei legami β della cellulosa e altri enzimi quali la maltasi e la α-amilasi). Quindi si aggiunge il lievito che ossida il piruvato formato dalla glicolisi a CO2 e H2O. Quando tutto l’ossigeno presente nel mosto è consumato, il lievito innesca il metabolismo anaerobico del glucosio a etanolo e CO2. La schiuma dipende dalla quantità di proteine disciolte e non digerite dagli enzimi proteolitici liberati dal processo di maltazione P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006 I Polisaccaridi o glicani Omopolisaccaridi Eteropolisaccaridi costituiti da un unico tipo di unità monomerica es. amido, glicogeno, destrani destrani)) costituiti da diverse unità monomeriche Ruolo prevalente: Ruolo prevalente: Strutturale (chitina nell’esoscheletro dei coleotteri) e riserva energetica (glicogeno) Strutturale (agar nelle alghe rosse) e signalling (interazione cellula--cellula e risposta cellula immunitaria, coagulazione del sangue) I carboidrati complessi: la struttura Il cellobiosio ha un legame glicosidico β-(1 4) tra le due molecole di glucosio glucosio.. E’ il monomero della cellulosa cellulosa.. La conformazione del legame glicosidico ß-(1 4) comporta la formazione di una struttura piatta, a nastro stabilizzata da catene interne di legami ad idrogeno L'amilosio è un polimero con legami glucosidici α(1 4). La conformazione del legame α(1 4) comporta la formazione tridimensionale di una struttura ad elica. Ciò produce granuli visibili in molte cellule Glicogeno e l'amido sono polisaccaridi di riserva con strutture altamente ramificate. I residui di glucosio sono in entrambi i casi legati da legami α(14), mentre la ramificazione si crea con legami α(16). Cellulosa ed amilosio: ottimizziamo gli spazi e non solo…… solo…….. Cellulosa Amilosio 1b 1b 1 1 La catena lineare formata dai legami β è adatta alla costruzione di fibre con elevata resistenza alla trazione. Al contrario l’elica formata dai legami α è adatta a formare una riserva di zucchero, facilmente utilizzabile L’uomo non ha la cellulasi quindi non può digerire la cellulosa. Ciononostante, nella dieta le fibre sono importanti perché quelle insolubili (cellulosa) aumentano la velocità del transito intestinale, quelle solubili (pectine) migliorano l’assorbimento di nutrienti. Inoltre aumentano il senso di sazietà! Berg et al., BIOCHIMICA 6/E, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2007 il livello ematico di glucosio (glicemia (glicemia)) deve essere mantenuto entro un intervallo molto stretto (70(70 -110 mg/dl) l’eccesso di glucosio proveniente dalla dieta viene immagazzinato sotto forma di glicogeno (glicogenosintesi glicogenosintesi)) (fegato, muscolo) per correggere l’ipoglicemia il glucosio viene mobilizzato dal glicogeno (glicogenolisi (glicogenolisi)) o sintetizzato ex novo (gluconeogenesi (gluconeogenesi)) Struttura del glicogeno legame (1 (1--->6) >6) Estremità riducente Estremità non riducenti Punto di ramificazione Estremità non riducente Punto di ramificazione Estremità riducente legame (1 (1--->4) >4) Demolizione del glicogeno: l’enzima glicogeno fosforilasi Nelson & Cox Principi di Biochimica del Lehninger IV edizione - Zanichelli L’enzima deramificante Glicogeno fosforilasi Att ività tranferasica dell’enzima deramificante Att ività glucosidasica (1-6) dell’enzima deramificante Polimero (1-4) deramificato: può subire ancora l’azione della fosforilasi I residui di glucosio vicini alla ramificazione vengono rimossi con un processo a due tappe: 1. L’enzima trasferisce 3 residui di glucosio sull’estremità riducente più vicina legandolo con legame α-14 (attività transferasica)) transferasica 2. il residuo di glucosio attaccato alla catena con legame α -16, viene rilasciato dall’attività α 16 glucosidasica dell’enzima Nelson & Cox Principi di Biochimica del Lehninger IV edizione Zanichelli La parete cellulare dei batteri e delle alghe contiene oligosaccaridi strutturali: i peptidoglicani Le catene polipeptidiche (palline colorate) uniscono le catene polisaccaridiche formando una struttura che avvolge strettamente la cellula e ne impedisce il rigonfiamento e la lisi per effetto dell’ingresso osmotico dell’acqua Nelson & Cox Principi di Biochimica del Lehninger IV edizione Zanichelli Glicosaminoglicani (GAG) costituenti di matrici extracellulari e tessuti connettivi •Sono polisaccaridi complessi di elevate dimensioni fino a milioni di Dalton. •Costituiscono complessi di membrana o matrici extracellulari. •Alcuni GAG presenti sulle cellule legano fattori di crescita e hanno (forse) la funzione di immagazzinare questi fattori. •Nei tessuti connettivi, i complessi igroscopici assorbono l'acqua e funzionano da giunture cuscinetto. •La cartilagine è flessibile e resistente per la presenza di proteoglicani (glicosaminoglicani associati a specifiche proteine). Glicosaminoglicani L’elevata densità di cariche negative, per effetto di repulsione di carica, impone la conformazione distesa tipica di queste molecole.. molecole GlcNAc6P GlcNAc6 = Nacetilglucosamina 6 fosfato;; GlcU = acido fosfato glucuronico;; IdoA= ß-Lglucuronico iduronato.. iduronato P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006 Proteoglicani o mucopolisaccaridi:: mucopolisaccaridi le proteine integrali di membrana In alcuni casi le proteine sono transmembrana (sindecani), in altri casi possono essere ancorate mediante un glicolipide legato covalentemente alla membrana Nelson & Cox Principi di Biochimica del Lehninger IV edizione - Zanichelli Interazioni proteiche con i domini S dell’eparan dell’ eparan solfato: non solo anticoagulante Nelson & Cox Principi di Biochimica del Lehninger IV edizione Zanichelli Glicoproteine:: coniugati carboidrati Glicoproteine carboidrati--proteine in cui la parte oligosaccaridica ha una massa molecolare molto più piccola e strutturalmente diversa da quella dei glicosaminoglicani che costituiscono i proteoglicani proteoglicani.. Nei globuli rossi, i glicani sono ancorati a una glicoproteina della superficie cellulare chiamata glicoforina A, che agisce anche come recettore per il parassita della malaria (plasmodium falciparum). Le glicoproteine come trappole per virus Perché cercare di uccidere virus come l'Hiv con farmaci quando si potrebbe approntare per loro una trappola chimica? Due team di ricercatori, indipendentemente l'uno dall'altro, stanno cercando di individuare un metodo per costruire “trappole” di questo genere La strategia è tanto perfida quanto diretta ed efficace: tendere una trappola ai virus inducendoli a entrare nelle cellule "sbagliate", nelle quali il microrganismo non troverebbe le strutture necessarie alla sua replicazione e, quindi, alla sua sopravvivenza. Gli eritrociti maturi mancano di DNA o delle strutture di replicazione dello stesso, e sono quindi inutilizzabili per la crescita da parte di qualsiasi invasore virale. Riassumiamo…. P. Champe, R. Harvey, D. R. Ferrier, LE BASI DELLA BIOCHIMICA, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2006 Il codice saccaridico Le cellule utilizzano specifici oligosaccaridi per codificare informazioni come localizzazione intracellulare delle proteine, interazioni cellula-cellula e segnalazione extracellulare Il ruolo delle selectine (mediatori dei processi di riconoscimento e adesione) nel movimento dei linfociti verso il sito di danno tissutale o infiammatorio infiammatorio..
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