glicidi

(o glucidi) Sostanze ternarie composte di carbonio, idrogeno e ossigeno, dette anche carboidrati perché molte di esse contengono idrogeno e ossigeno nelle stesse proporzioni dell’acqua. Dal punto di vista chimico sono poliossialdeidi, poliossichetoni o composti che possono formarli per idrolisi. In base alla loro complessità chimica si distinguono: monosaccaridi: glucosio, fruttosio e galattosio; disaccaridi: saccarosio, lattosio e maltosio; polioli: isomalto, maltitolo, mannitolo, sorbitolo, smaltitolo, xilitolo; oligosaccaridi: maltodestrine, frutto-oligosaccaridi; polisaccaridi: amido, cellulosa e glicogeno. I composti presenti nelle prime due categorie sono considerati i carboidrati semplici, comunemente detti zuccheri.

I g. costituiscono un vasto e piuttosto eterogeneo gruppo di sostanze organiche di fondamentale interesse biologico (e anche di notevole importanza industriale), assai più diffuse nel mondo vegetale che in quello animale. I g. vegetali si formano nelle piante verdi, nelle alghe e nei batteri fotosintetici (organismi autotrofi) che, utilizzando l’energia solare, sotto l’azione catalitica della clorofilla trasformano l’acqua e l’anidride carbonica in sostanza organica secondo l’equazione:

6CO₂+6H₂O+luce → C₆H₁₂O₆+6O₂.

Ai g. di origine vegetale appartengono, fra l’altro, il glucosio, il saccarosio, l’amido, la cellulosa, l’emicellulosa, le pectine, le gomme, le mucillagini; il loro significato biologico è diverso perché rappresentano o prodotti ottenuti nel corso di processi di maturazione (alcuni mono- o disaccaridi) o sostanze di riserva (amido) o ‘unità costruttive’ (cellulosa, emicellulosa, pectine) o, infine, presunti prodotti di rifiuto (gomme vegetali). Negli organismi animali i g. hanno ancora struttura semplice (come il glucosio) o complessa (come il glicogeno); possono essere presenti in forma libera o in combinazione con altri composti, come i lipidi (➔ glicolipidi) e i protidi (➔ glicoproteina). Alcuni di essi, anzi, sono parte integrante di complesse molecole dotate di peculiari funzioni biologiche (coenzimi, acidi nucleici ecc.): così per es. il ribosio, che entra nella costituzione della molecola dell’ATP (➔ adenosintrifosfato) e dell’RNA (➔), e il desossiribosio, che è uno dei costituenti del DNA.

Monosaccaridi

I monosaccaridi contengono da 3 a 9 atomi di carbonio, sono le strutture più semplici dei g. e sono suddivisi in: aldosi, se possiedono un gruppo aldeidico, e chetosi, se hanno un gruppo chetonico. A seconda, poi, del numero di atomi di carbonio che formano la catena del monosaccaride, si definiscono triosi (tre atomi di carbonio), tetrosi, pentosi, esosi e così via; per es., un aldoesoso è un monosaccaride con un gruppo aldeidico, sei atomi di carbonio e con formula generale C₆H₁₂O₆ [oppure C₆(H₂O)₆]. La maggior parte dei monosaccaridi in natura sono pentosi o esosi. I monosaccaridi sono anche dei semiacetali, infatti gli alcoli possono sommarsi reversibilmente alle aldeidi formando i semiacetali

In generale, la formazione del semiacetale tra un alcol e un’aldeide è una reazione sfavorita ed è quindi spostata verso sinistra; anche se i legami formati sono globalmente più stabili di quelli di partenza, la reazione è svantaggiosa in termini di entropia, dato che due molecole condensano per darne una. I monosaccaridi costituiscono un’eccezione a questa regola generale poiché possiedono contemporaneamente il gruppo aldeidico e quello alcolico nella stessa molecola e possono formare un semiacetale ciclico per condensazione intramolecolare. Nel glucosio, monosaccaride aldeidico, la formazione del legame semiacetalico porta alla chiusura di un anello a sei atomi privo di tensioni. Questa reazione risulta altamente favorita dato che non comporta diminuzione del numero di molecole e quindi l’entropia non è più sfavorevole. Il D-glucosio esiste, all’equilibrio, prevalentemente in forma ciclica, in cui l’ossidrile in posizione 5 reagisce con il C-1 aldeidico formando un legame semiacetalico intramolecolare, mentre solo una piccola quantità, lo 0,02%, resta nella forma aldeidica libera.

In linea di principio, tutti e cinque gli ossidrili potrebbero sommarsi al gruppo carbonilico per formare semiacetali ciclici di diversa grandezza. Di solito, però, risulta preferita la formazione del’anello a sei atomi che viene chiamato piranosio, nome derivato dal pirano, un etere ciclico. Il glucosio è il composto organico più diffuso in natura, sia libero sia sotto forma di polimeri. La sua molecola è chirale; esistono quindi due enantiomeri, l’uno speculare all’altro, il D-glucosio e l’L-glucosio. Dei due, solo il primo (D) è quello utilizzato e prodotto dagli organismi viventi. In natura si trova principalmente l’enantiomero D (D-glucosio o destrosio), presente allo stato libero in numerosi frutti zuccherini e anche nella maggior parte dei liquidi organici. Il fruttosio (o levulosio) è un monosaccaride chetoso e si trova in natura nella maggior parte dei frutti zuccherini e nel miele. La sua struttura atomica vede un anello pentatomico, ed è quindi diversa da quella del glucosio che è esatomico, nonostante la formula bruta sia la stessa: C₆H₁₂O₆. È un carboidrato importante poiché combinato con il glucosio forma il disaccaride saccarosio, lo zucchero più diffuso nell’ambito alimentare. Il galattosio è un aldoso destrogiro, monosaccaride epimero del glucosio, uguale nella composizione e simile a esso nella struttura, l’unica differenza fra i due esosi è nella posizione dell’-OH sul C-4. Il D-galattosio viene prodotto in piccole quantità dal nostro organismo e viene utilizzato per la sintesi di polimeri complessi.

Disaccaridi

Quando due zuccheri semplici si combinano formano i disaccaridi, che si possono considerare come l’unione di due molecole di monosaccaridi legati tra loro da legami glucosidici. Il saccarosio è il disaccaride chiamato comunemente ‘zucchero’, composto da una molecola di glucosio e da una di fruttosio. Il legame interessa la funzione aldeidica del glucosio e quella chetonica del fruttosio: poiché entrambe le funzioni riducenti sono impegnate nel legame 1→2 glicosidico, il saccarosio è uno zucchero non riducente. Per fermentazione può dare luogo ad alcol etilico, butilico, glicerina e acido citrico.

Il lattosio è un disaccaride riducente e costituisce circa il 5% del latte dei mammiferi e si ottiene commercialmente come sottoprodotto nella fabbricazione dei formaggi. È composto da una molecola di D-glucosio e da una di D-galattosio ed è destrogiro, con formula bruta C₁₂H₂₂O₁₁. Per idrolisi acida si trasforma in quantità uguali di D(+)galattosio e D(+) glucosio. Il maltosio è un disaccaride destrogiro composto da due molecole di α-d-glucosio, che si scindono a contatto con l’enzima maltasi. Può essere altresì ottenuto, insieme ad altri prodotti, per parziale idrolisi dell’amido con acidi acquosi. In natura si trova in certe piante, come l’orzo, o nel miele.

Polioli

Chiamati anche polialcoli, i polioli sono composti chimici che contengono più gruppi ossidrile. Non sono presenti in natura, ma sono ottenuti industrialmente dagli zuccheri per idrogenazione di carboidrati semplici o complessi. Rivestono una grande importanza nelle scienze dell’alimentazione: sono comunemente aggiunti al cibo per il loro valore calorico inferiore o analogo rispetto allo zucchero; tuttavia, sono normalmente meno dolci e quindi spesso uniti ai dolcificanti. L’isomalto è quello più comunemente utilizzato ed è derivato dal saccarosio.

Oligosaccaridi

Quando si combinano da 3 a 9 unità zuccherine si formano gli oligosaccaridi, g. biologicamente attivi se coniugati con proteine (glicoproteine) e lipidi (glicolipidi). Le maltodestrine sono oligosaccaridi derivanti dal processo di idrolisi (o scomposizione) parziale degli amidi. Vengono impiegate come integratori energetici e possono essere utili negli sport di durata, fornendo energia a breve e medio termine senza affaticare troppo l’apparato digerente. I frutto-oligosaccaridi sono catene polisaccaridiche a basso numero di unità che si ottengono per idrolisi enzimatica dell’inulina, polisaccaride di origine vegetale e, in natura, sono presenti solamente in piccole quantità in alcuni legumi, cereali e vegetali. Sono sostanze prebiotiche che ottimizzano selettivamente la crescita e il metabolismo della flora batterica, favorendone il riequilibrio.

Polisaccaridi

Un polisaccaride è costituito da un gran numero di monosaccaridi (da 10 a migliaia) legati insieme, tramite legami glicosidici, per formare molecole grandi e complesse. Sono i carboidrati più abbondanti in natura e si distinguono polisaccaridi vegetali (amidi e fibre) e polisaccaridi di origine animale (glicogeno). I polisaccaridi contenenti un unico tipo di zuccheri vengono chiamati omopolisaccaridi, mentre quelli contenenti tipi diversi di monosaccaridi vengono detti eteropolisaccaridi. Si trovano comunemente nelle piante dove costituiscono dal 50 al 90% del loro peso secco. Negli animali si trovano in quantità minori, ma la loro presenza è essenziale. Poiché il loro peso molecolare è molto variabile, per la maggior parte dei polisaccaridi è impossibile fissare un peso o una formula. Le proprietà dei polisaccaridi sono, per molti aspetti, il contrario di quelle che caratterizzano gli altri carboidrati. Essi, per es., sono quasi insolubili in acqua e ciò dipende dal fatto che le grosse molecole dei polisaccaridi si idratano solo in superficie e in maniera insufficiente a permettere la loro solubilizzazione.

Ruolo in fisiologia

Nell’alimentazione dell’uomo e degli animali i g. occupano un posto di grande rilievo, almeno dal punto di vista quantitativo. Il loro ruolo è prevalentemente energetico, nel senso che essi costituiscono – per la maggior parte delle popolazioni umane – la maggiore fonte di calorie. Le principali sorgenti alimentari di g. sono rappresentate da alimenti di origine vegetale (come cereali, legumi, frutta, patate), mentre quelli di origine animale hanno, a eccezione del latte, un contenuto glicidico molto esiguo.

Per metabolismo glicidico si intende il complesso delle vie di utilizzazione dei substrati glicidici e delle vie biosintetiche capaci di produrre tali composti a partire da precursori elementari o da riserve precedentemente accumulate e di struttura più complessa. La funzione catabolica ha lo scopo di fornire l’energia necessaria per lo svolgimento di numerosissime funzioni cellulari ed extracellulari vitali ed è esplicata da sistemi enzimatici specifici attraverso vie anaerobiche (glicolisi, fermentazione) o aerobiche (ciclo di Krebs, fosforilazione ossidativa). L’anabolismo, di contro (gluconeogenesi, glicogenosintesi, fotosintesi), è preposto alla sintesi dei g. difficilmente reperibili attraverso l’alimentazione rispetto alle richieste fisiologiche cellulari, così come alla formazione di molecole glicidiche complesse (destinate a costituire il materiale energetico di riserva) e alla sintesi di molecole glicidiche a partire da prodotti del catabolismo delle proteine e dei g. stessi.