Atlante di chimica: Carboidrati

I carboidrati, conosciuti anche come glucidi o idrati di carbonio, sono una classe di molecole biologiche. La loro caratteristica chimica è la presenza di atomi di idrogeno e di carbonio. Assumono una particolare importanza poiché sono le principali molecole energetiche utilizzate dalle cellule per ottenere e conservare energia. Dal punto di vista biologico, i carboidrati hanno molti altri ruoli. Nella membrana cellulare, ad esempio, sono importanti molecole capaci di segnalare l'identità della cellula stessa.

Grazie al loro potere dolcificante sono anche definiti con il termine di zuccheri. La loro capacità dolcificante è utilizzata nell'industria alimentare per migliorare la palatabilità degli alimenti.

Ruolo biologico

I carboidrati hanno una grande importanza biologica. Il loro ruolo energetico li rende i principali attori del complesso metabolismo cellulare. Il glucosio, ad esempio, è un carboidrato d'elezione poiché rappresenta, universalmente, la molecola chiave del sistema energetico endocellulare. Negli animali, l'eccesso di energia è conservato sotto forma di glicogeno, un polimero formato da migliaia di molecole di glucosio legate tra loro.

Il ruolo dei carboidrati, nelle piante, è ancora più marcato. Il glucosio è biosintetizzato a partire dall'anidride carbonica (CO₂) e dall'acqua ed è immediatamente utilizzato oppure è conservato sotto forma di amido, anch'esso un carboidrato. Nei vegetali, un altro importante carboidrato è rappresentato dalla cellulosa, che fa parte della parete cellulare delle cellule vegetali.

Importanza metabolica

Il glucosio è un composto facilmente ossidabile e per questo motivo è un componente chiave del metabolismo. Gli esseri viventi, a eccezione delle piante, traggono l'energia per sopravvivere dalla demolizione controllata delle molecole introdotte mediante l'alimentazione. Il glucosio inizializza una tra le principali vie metaboliche presenti in ogni essere vivente, compresi i batteri e le alghe: la glicolisi. Attraverso questo processo una molecola di glucosio viene trasformata mediante dieci tappe in due molecole piruvato il quale, a sua volta, è il precursore di un altro importante ciclo metabolico: il ciclo di Krebs.

Importanza strutturale

Alcuni monosaccaridi sono elementi importanti di tessuti e di organi. L'n-acetil-glucosamina, ad esempio, è un aminocarboidrato (aminozucchero) presente nel tessuto connettivo umano.

Carboidrati nella dieta

Secondo le più recenti raccomandazioni, l'apporto dei carboidrati in una dieta equilibrata dovrebbe essere pari a circa il 50-60% della composizione giornaliera. Le ragioni di questa abbondanza sono da ricercare nella facilità con la quale i carboidrati sono assimilati dall'organismo. Tuttavia, la qualità dei carboidrati deve essere sempre tenuta in considerazione. Alcuni carboidrati, tra i quali spicca il comune zucchero da cucina, determinano uno squilibrio della glicemia ed hanno un effetto negativo sui livelli d'insulina.

Esistono diverse chiavi utilizzate per la classificazione dei carboidrati che possono essere divisi in base alla struttura molecolare (ad esempio alla presenza di determinati gruppi funzionali, o al numero di atomi di carbonio). La classificazione secondo il numero di atomi di carbonio permette di definire zuccheri a sei atomi di carbonio (esosi), a cinque atomi di carbonio (pentosi), a tre atomi di carbonio (triosi) e via dicendo.

Due o più molecole di carboidrati possono unirsi tra loro permettendo un ulteriore livello di classificazione che tiene conto del numero di singole molecole legate tra loro. Secondo quest'ultima logica si classificano mono-saccaridi, di-saccaridi, tri-saccaridi e, genericamente, poli-saccaridi.

Classificazione in base al gruppo funzionale

La classificazione primaria degli zuccheri avviene in base al gruppo funzionale della molecola: gli zuccheri aldeidici possiedono, come gruppo funzionale, una aldeide (R-CHO) mentre gli zuccheri chetonici un gruppo chetonico (R=O). 

Monosaccaridi

La classificazione dei carboidrati può avvenire secondo diversi criteri che tengono conto del numero di atomi o della funzionalità del loro gruppo caratteristici.

Classificazione in base al numero di atomi

La classificazione secondo il numero di atomi di carbonio vede prevalere due classi. Quella dei carboidrati esosi e pentosi che, rispettivamente, possiedono sei e cinque atomi di carbonio. Il D-glucosio, ad esempio, è un carboidrato esoso in quanto possiede sei atomi di carbonio,

Classificazione in base alla funzionalità

Il gruppo "in testa" dei carboidrati è generalmente un aldeide oppure un chetone In base alla presenza di tale gruppo si distinguono carboidrati aldeidici o carboidrati chetonici.

Il glucosio è un carboidrato aldeidico in quanto ha tale funzionalità, a differenza del fruttosio che è chetonico.

Classificazione mista

Secondo alcuni criteri classificativi è possibile ordinare i carboidrati tenendo conto sia del loro conteggio degli atomi di carbonio che della loro funzionalità. Il glucosio, quindi, è un aldoesoso in quanto possiede sia la funzionalità aldeidica sia un numero di atomi di carbonio pari a 5. L'arabinosio, invece, è un aldopentoso e il fruttosio è un chetoesoso.

Epimieri

Gli atomi di carboni, all'interno di una molecola, che differiscono nella conformazione di un carbonio chiralico si definiscono epimeri. Il mannosio, ad esempio è un epimero del glucosio in quanto soltanto i carboni, rispettivamente presenti in C-2, possiedono una differente conformazione.