Editori: Emiliano Fiori, Michela Capotosto. Autori: Marco Della Medaglia, Luca Di Bella, Giorgia Di Santo, Francesco Bernardini CARBOIDRATI

Data: 30 Ottobre Editori: Emiliano Fiori, Michela Capotosto

Autori: Marco Della Medaglia, Luca Di Bella, Giorgia Di Santo, Francesco Bernardini

CARBOIDRATI

Il carboidrato è la più abbondante classe di molecole organiche presenti in natura. La chiave di volta della chimica del carbonio sul pianeta sono gli idrocarburi che competono con i carboidrati, ma i carboidrati sono completamente rinnovabili.

Molto del carboidrato lo si capisce già da quelle che sono le informazioni di struttura, perché se si comprende la struttura si comprendono le dinamiche e le relazioni chimiche che stabilisce.

Sono molecole molto versatili, costituiscono la forma tipica di conservazione dell’energia solare nonché la più redditizia.

Alcuni batteri, alghe e piante verdi producono questi carboidrati, precursori metabolici di quasi tutte le molecole organiche; tutta l’energia del mondo animale deriverà dal catabolismo dei carboidrati.

Per dare uno spettro della diffusione di questi in ambienti biologici basti pensare che possono esistere legati covalentemente a lipidi e proteine, come nel caso del collagene con funzione strutturale ma la modificazione che provocano può essere molto specifica e circostanziata neglio effetti: le glicotossine, che vanno a disturbare l’armonia della membrana delle arteriole, sono glicoderivati dalla cottura ad alte temperature dei carboidrati.

Caratteristiche chimiche

Presentano uno o più centri di asimmetria, possono alternare agevolmente in modo dinamico una struttura lineare ed una ciclica senza alcuna perdita netta di peso molecolare (vd. emiacetale) formano polimeri tramite condensazione glicosidica, con espulsione di una molecola d’acqua, hanno grande propensione a formare legami idrogeno multipli: la chiave del carboidrato è essere capace a fare altri legami idrogeno che lo renderanno solubile, capace di impacchettarsi e di essere diabolico nel momento in cui nel transito intestinale questo carboidrato non viene assorbito e scisso e provocando le diarree da mal assorbimento. Spesso hanno un sapore dolce in quanto essendo alla base del metabolismo energetico il cervello ha elaborato un sistema di

apprezzamento della sostanza o meglio sono stati privilegiati nella selezione quegli individui capaci di apprezzare un prodotto così prezioso.

Nomenclatura

I monosaccaridi sono zuccheri semplici sono multipli di questa formula bruta C(H2O) ovviamente zuccheri così semplici non possono essere scissi in zuccheri più semplici; gli oligosaccaridi arrivano ad una decina di residui al massimo e perciò possono essere scissi negli zuccheri più semplici (quelli di cui più ci occuperemo maggiormente sono i disaccaridi); i polisaccaridi sono polimeri di zuccheri semplici o loro derivati, possono essere lineari o ramificati dipende a seconda se siano di origine animale o vegetale ma hanno un peso molecolare simile. La ragione dell’

impacchettamento è che, come ci ricorda la legge della pressione osmotica 𝜋 = 𝑛𝑅𝑇 dove “n” è il numero delle specie presenti in soluzione, accumulando carboidrati come singole molecole avrò una crescita del valore diretto della pressione osmotica, se invece li immagazzino come polimero “n” sarà uguale ad uno e questo abbatterà la pressione osmotica ed il conseguente richiamo di acqua; una tale soluzione di stoccaggio consente in un secondo momento una

scissione e l’avviamento a processi metabolici.

È necessario a questo punto della spiegazione fare un appunto che contestualizzi le scarse conoscenze che si hanno sulle funzioni di fine regolazione biologica proprie dei carboidrati.

Dipende dal fatto che i carboidrati si studiano male con le tecniche finora inventate rispetto

alle altre molecole organiche come le proteine e gli acidi nucleici che possiamo analizzare nei dettagli. Queste limitazioni per esempio non ci hanno permesso di comprendere come invecchia o come viene modulata una proteina man mano che vi si applicano carboidrati come glicoconiugati di proteine di membrana, è ovvio però che con l’aggiunta di carboidrati diminuirà la possibilità di formare legami idrogeno o meglio la capacità di interazione con altre molecole. Anche da un punto di vista Istologico si trovano difficoltà elevatissime a discriminare i carboidrati disciolti o coniugati in un tessuto, l’unica tecnica utilizzata è l’Acido Periodico Schiff (PAS). Nonostante

questo, lo studio della glicomica riveste un ruolo di primissimo piano nella ricerca in quanto questa pellicola, grossolanamente detta glicocalice, che riveste le cellule, partecipa inevitabilmente ai sistemi di riconoscimento tra cellule come nel caso della fecondazione o della trasformazione neoplastica.

Classificazione

Vi sono due gruppi funzionali che saranno strategici in queste molecole e sono il gruppo aldeidico ed il gruppo chetonico, possono essere definiti dunque poliidrossi-aldeidi o poliidrossi-chetoni.

Che cosa cambia? Se noi consideriamo il prototipo della gliceraldeide vediamo che il carbonio 2 ha costituisce un centro chirale in quanto lega quattro sostituenti diversi. Se qui avessimo un

carbonile (=O) perderemmo la chiralità poiché questo carbonio avrebbe 2 legami soddisfatti con l’ossigeno. Tutti i carboidrati saranno enantiomeri della gliceraldeide e tutti i carboidrati complessi derivati saranno rapportati alla gliceraldeide. Il D ed L cioè destrogiro e levogiro sono basati sulle proprietà ottiche della gliceraldeide. Se un carbonio di uno zucchero lega un gruppo chetonico, a quel livello (es, C1; C2 …) non potrà esservi un centro chirale ma se un altro carbonio dello stesso zucchero lega 4 sostituenti diversi questo ha comunque proprietà chirali. È importante ricordare che la numerazione dei carbonii di un carboidrato ha sembre inizio da quello legante il gruppo aldeidico o chetonico.

Pentosi, a 5 atomi di carbonio. Quelli che ci riguardano sono:

- Ribosio, presente prevalentemente negli acidi nucleici, la sua importanza biochimica è di essere elemento strutturale dei coenzimi, di flavoproteine e del NAD. Diribosio-fosfati sono intermedi della via metabolica del pentoso fosfato.

- Ribulosio, esso si forma nei processi metabolici ed è un altro intermedio della via del pentoso fosfato.

- Arabiosio, è un costituente delle glicoproteine ma per la maggior parte è presente nelle piante sotto forma di resina cristallina (gomma arabica).

- Xilosio, è una gomma del legno, si trova ligato in glicoproteine.

- Isosio , lo troviamo nel muscolo cardiaco, potrebbe conferire alle membrane la possibilità di lavorare con quel tipo di conduzione dell’impulso elettrico. È un costituente di una isoflavina isolata dal muscolo cardiaco.

- Xilulosio, che è un intermedio della via degli acidi uronici. Ha un significato clinico, lo si trova infatti nelle urine dei casi di pentosuria essenziale, urine arricchite da questo zucchero.

Esosi:

Glucosio

Sappiamo che il glucosio ha come fonti i succhi di frutta, l'idrolisi dell'amido, lo zucchero di canna, il maltosio e il lattosio. Il glucosio è la moneta energetica più importante, più diffusa. Per qualsiasi via metabolica si passa comunque dal glucosio. Quando noi parliamo di fonti di glucosio dobbiamo riflettere sul fatto che ci siamo evoluti come soggetti che hanno bisogno di un tipo di glucosio che arrivi lentamente, cioè che abbia una biodisponibilità compatibile con quelli che sono i cicli con cui ci siamo evoluti. Oggi c'è una biodisponibilità di glucosio che è estremamente semplice e veloce.

Lo sciroppo di glucosio serve come additivo negli alimenti. Ovviamente negli alimenti così dolcificati si trova un tipo di glucosio disponibile in maniera immediata. Quando parliamo di fonti glucosio facciamo riferimento ad un tipo di zucchero che l'organismo deve lavorare per ottenere questa biodisponibilità altrimenti viene a crearsi una variazione nella concentrazione di glucosio nel sangue che può essere sfavorevole su quello che è l'effetto sul pancreas, causare problemi con l'insulina e molte altre problematiche. Il glucosio è, come tutte le fonti energetiche, qualcosa che deve essere maneggiato con cura. Si deve imparare ad approvvigionarsi con dosi che prevedono un regime di biodisponibilità non immediata. Ovviamente è lo zucchero dell'organismo, è quello che viene trasportato dal sangue ai tessuti ed è quello che viene principalmente usato. Ha un significato clinico: è presente nelle urine e coinvolto in una patologia, il diabete mellito, che è dovuto al mancato funzionamento dei sistemi di trasporto del glucosio nelle cellule.

Fruttosio:

Il fruttosio ha come fonti succhi di frutta, miele, idrolisi dello zucchero di canna, inulina (tipo

particolare di carciofo). Sarebbe opportuno rileggere la forte polemica che c'è stata sulle bibite con contenuti di zuccheri a basso peso molecolare (soprattutto glucosio e fruttosio). Un lavoro

scientifico afferma che questo tipo di prodotti crea più problemi del tabagismo e dà anche una forte dipendenza. Vi fu una forte polemica per cui perfino il ministro della salute decise di inserire una piccola tassa di 5 centesimi su ogni bottiglia. Successivamente furono prodotte altre sostanze come ad esempio la CocaCola 0 che non è altro che un prodotto che non contiene quelle sostanze, che si sapeva quindi essere nocive, ma comunque altri ingredienti che danno altre problematiche.

Sempre degli zuccheri vedremo che sono coinvolti in tutte le reazioni di trasformazione ad alte temperature. Per cui tutto ciò che è abbrustolito e che piace contiene sostanze che danno dipendenza e che danno problematiche. In queste sostanze vi sono delle molecole precise che

creano dipendenza. Prima si inizia a far abituare l'organismo ad avere piacere-dipendenza, più questo fenomeno si instaurerà in modo radicale. Se si abitua un bambino al fumo all'età di 8/10 anni è più facile che diventi dipendente dal fumo. Lo stesso per altre sostanze (CocaCola, patatine).

Il fruttosio può essere trasformato in glucosio nel sangue (se un cibo non contiene fruttosio possiamo da questo ricavare il glucosio).

Galattosio:

Il galattosio deriva dall'idrolisi del lattosio. Esso si trova nel latte (materno e vaccino) e può essere trasformato in glucosio e metabolizzato. Viene sintetizzato dalla ghiandola mammaria (per formare il lattosio del latte) ed è il costituente di molti glicolipidi e glicoproteine. L'incapacità di

metabolizzare il galattosio provoca sia un aumento di galattosio nel sangue (galattosemia), sia intrappolamento di galattosio nel cristallino dell'occhio che provoca la cataratta.

Mannosio:

Si ottiene dall'idrolisi dei mannani, carboidrati importanti perché li introduciamo in svariate glicoproteine.

Sono gli esosi i monosaccaridi più abbondanti, gli aldopentosi sono i costituenti degli acidi nucleici e dei polisaccaridi mentre triosi ed eptosi gli introduciamo come intermedi nel metabolismo dei carboidrati.

Questi carboidrati non esistono come forma lineare ma ciclica e assumono un ulteriore un assetto chirale. I carboidrati hanno un centro chirale in più rispetto a

quello previsto. Essi non emanano cattivo odore. L'alito di una persona che è in chetosi, digiunatore o bambino, è un alito forte. Hanno un brutto odore anche le aldeidi. I carboidrati pur avendo un gruppo aldeidico e uno chetonico non hanno brutto odore perché questo gruppo chetonico e questo gruppo aldeidico vengono ridistribuiti al fine di creare una molecola un po' diversa in cui c'è un nuovo centro chirale che sarà

importante in quanto è quello che offrirà l'ossidrile che si impegna nei legami di polimerizzazione del carboidrato. Il fenomeno è chiamato: Mutarotazione. Come si vede che un

carboidrato ha forma “D” o “L”? Si vede una luce piano polarizzata diversa a seconda che sia cristallizzata in acqua o in un solvente basico come piridina. Le 2 formule D ed L hanno differenti proprietà chimico-fisiche. In acqua, se inserisco una quantità di glucosio αe una β la soluzione assume un'unica capacità di rotazione perché all'equilibrio ci sono sempre due forme in “β” e una forma in “α” e queste forme sono a catena a forma ciclica e non a forma aperta. La reazione chimica che è alla base della mutarotazione (capacità di transare in modo autonomo nelle due isoforme anomeriche rompendo momentaneamente l’eterociclo) è data da ciò. In pratica un aldeide e un alcool possono reagire per trasformarsi in emiacetale. Un alcool e un chetone

possono ridistribuire i loro elettroni in maniera tale da ottenere una nuova situazione elettronica. La

“driving force” di tutto ciò qual'è? È quel carbonio che ha un doppio legame con l'ossigeno che ha una situazione energetica diversa, termodinamicamente “scomoda”.

È circondato da carboni sp3, lui è sp2 e quindi, un po' la vicinanza col gruppo ossidrilico, un po' il fatto che in natura le differenze non piacciono, cioè dove c'è differenza c'è alto contenuto

energetico, questa cosa fa sì che ci sia una ridistribuzione tale che quel carbonio con energia differente assume la stessa quantità di energia degli altri, ha un ossidrile ed un idrogeno e diventa ibrido sp3.

Guardiamo il glucosio:

tutti i carboni sono ibridi sp3, tutti ripiegati in un certo modo. Succede che l'ossidrile si trova ad interagire con il carbonio e quello che si ottiene fuori è che si instaura un'interazione tra il C1 che contiene l'ossigeno dell'aldeide e l'ossigeno in C5. Tutto ciò comporterà l'instaurarsi di un legame tra l'ossigeno e il carbonio e questo soddisferà la valenza.

Quando succede ciò, è sparita l'aldeide ed è comparso un nuovo centro chirale. Il glucosio aveva un centro chirale sull'ossidrile sopra il piano che non era chirale ma che lo diventa

successivamente al di sotto o al di sopra del piano. La forma al di sotto si chiamerà “αglucosio” e quella al di sopra del piano “β glucosio”. E due forme sono chiamate anomeri (epimeri che si interconvertono ciclicamente tra loro). In effetti, quello che succede in una soluzione acquosa è un continuo passare da una forma all'altra. L'aldeide esiste ma per un tempo talmente limitato che non posso percepire. Se mettessimo in soluzione solo forma α in poco tempo troverei un equilibrio:

2/3 forma β, 1/3 formaα.

Proprietà anomeri:

Il punto di fusione varia solo di 4°. Attraverso un microscopio con un piatto riscaldante di cui si può regolare la temperatura è possibile trovare il punto di fusione. La mia telecamera dello strumento non farà altro che monitorare i cristalli man mano che la temperatura aumenta. Ad un certo punto a 146 ° l'α-glucosio si fonde, la forma β a 150° e ciò indica che i 2 composti sono fisicamente molto diversi. Tra l'altro la solubilità in acqua cambia perché si passa da 82,5 g a 178 g, questo dipende da una situazione di accessibilità sterico-elettrostatica per le molecole d’acqua all’ossidrile del C anomerico. La cosa più interessante la vedremo nella suscettibilità agli enzimi, i quali sono specifici nel discriminare le due molecole. Il β-glucosio non è riconosciuto dagli enzimi che

ossidano il glucosio mentre l'α-glucosio sì. Ciò evidenzia che queste molecole sono chimicamente diverse. Il fruttosio fa la stessa cosa con una reazione del chetone che comporta la perdita del doppio legame dell'ossigeno del gruppo chetonico e la formazione di un ulteriore carbonio

anomerico. Anche il fruttosio può avere 5 o 6 termini ma a noi interessa la posizione del gruppo anomerico. Sia nella forma piranosica e sia in quella furanosica, a 6 termini, continua ad avere la stessa conformazione. Gli anelli non sono planari, la forma a 6 termini sarà quella a minore contenuto energetico ma al medico importa poco.

Quello che interessa al medico è la capacità che ha lo zucchero di formare legami, che tipo di contenuto energetico ha e che tipo di biotrasformazioni avrà.

Descrivere il carbonio anomerico è importante e strategico perché da questo derivano tutti i legami di polisaccaridi e oligosaccaridi nonché la capacità riducente di alcuni zuccheri, anche composti.

Quanto sono stabili i polisaccaridi è necessario saperlo.

Negli acidi diluiti sono abbastanza stabili mentre negli acidi concentrati si degradano e formano dei composti che vengono detti forturali.

L'elevata disponibilità di ossidrili, in ambiente alcalino, comporta:

• una ridistribuzione dei carboni intorno a quello anomerico

• la formazione di strutture enoliche.

Inoltre, sempre in ambiente basico, ad elevate temperature si verificano rottura e polimerizzazione.

Gli zuccheri pertanto risultano essere stabili solamente in acidi caldi e diluibili, tutte le altre condizioni comportano delle trasformazioni irreversibili.

Esistono vari monosaccaridi modificati che derivano dall'addizione di sostituenti non ossidrilici, localizzati sulle superfici cellulari:

1. metili

2. gruppi acetilici, come l'acetil-galattosammina 3. l'acido sialico

Tutte queste molecole sono essenziali nella lubrificazione delle cartilagini.

In alcuni soggetti in cui è avvenuta la perdita di acetil-galattosammina e di acetil-glucosammina, le superfici risultano essere inadatte a svolgere i compiti attribuitigli dalla natura.

Risulta possibile che ci siano dei sostituenti come i metili, ovvero metilglicosidi e N-glicosidi dove il gruppo NH2 CH3 viene introdotto, trattandosi così di glicosammine.

Al posto dell’NH2 ci si può essere qualsiasi altro NH2, è un legame che si può instaurare.

NB: l’ossidrile reattivo è quello del carbonio anomerico.

L'acilazione dei gruppi ossidrilici è una reazione che si ottiene in laboratorio usando l'anidride acetica, e più viene fornito tale materiale e più si ottengono legami, comportando la distruzione dello zucchero per fini chimici e di modificazioni della molecola.

Risulta possibile metilare i gruppi ossidrilici, in modo da titolarli in maniera specifica, e sfruttarli nei sistemi di riconoscimento di alcuni zuccheri.

Alcune molecole, che si ritrovano nella biochimica alla base di varie patologie dell'occhio, si formano per riduzione del gruppo carbonilico, tramite idrogeno gassoso con funzione di catalizzatore, oppure tramite enzimi, e sono:

 il Sorbitolo, lo ritroviamo nell'occhio

 il Mannitolo, utile come diuretico nei trattamenti chemioterapici

 il Mannitolo, tracciante della permeabilità intestinale e presente nelle caramelle

 il Glicerolo, molecola strategica alla base dei lipidi

 il Mio-Inositolo, composto a 6 termini tutto CHOH, presente in alcuni lipidi e nella composizione del muscolo.

Glucidi acidi

1. Aldonico 2. Aldarico 3. Uronico

I glucidi acidi sono prodotti di ossidazione del glucosio, in cui il CH2OH si trasforma in un COOH.

Rientrano in questa categoria gli acidi uronici, dove è l'ossidrile primario ad essere ossidato, ed i quali partecipano alla costituzione di molti polisaccaridi.

La molecola che viene studiata con più attenzione è quella dell'acido ascorbico, ovvero la Vitamina C, la quale funge da cofattore enzimatico nella formazione di Idrossiprolina ed Idrossilisina.

Esso, inoltre, risulta essenziale nell'assorbimento del Fe a livello dell'enterocita, poiché in sua assenza lo ione non avrà una forma adatta ad essere trasportata nella suddetta cellula.

Le carenze di Vitamina C comportano difetti a carico del tessuto connettivo ed una maggiore predisposizione alle infezioni, specialmente nel periodo invernale in cui è consigliato un supplemento di tale molecola.

L'acido ascorbico è anche un importante anti-ossidante, un composto instabile che si ossida con facilità ad acido deidroascorbico; l’acido L-ascorbico è utilizzato come conservante nella birra, in quanto previene l'ossidazione dei cibi.

Quando diventa deidroascorbico non è più capace di adempiere al suo ruolo di antiossidante.

I residui di idrossiprolina ed idrossilisina si formano per modifiche post-traduzionali e l'enzima idrossilasi, alla base di questo evento, richiede Fe, ascorbato, O2, alpha cheto glutarato il quale sarà ossidato a succinato ed anidride carbonica; un atomo di ossigeno è incorporato nell'idrossilina ed idrossiprolina, l'altro è incorporato nel succinato.

L'acido L-Ascorbico si ossiderà ad acido L- Deidroascorbico, perdendo due ossidrili, e diventando incapace di agire da agente anti-ossidante; tale evento comporterà una progressiva ossidazione del cibo che era stato conservato con il suddetto acido. Esso è un importante cofattore nell'intestino per il citocromo, in quanto permette al Fe di trovarsi nello stato ridotto ed essere assorbito dall'enterocita:

• un atomo di Fe si riduce ed una molecola di acido ascorbico si consuma per tale reazione.

Pertanto, se ad un paziente si somministra un supplemento di Fe, senza il contributo di Vitamina C, risulta molto difficile che l'individuo sia in grado di assorbire in Fe in aggiunta.

N.B. Bisogna conoscere la formula dei Glucidi Acidi, dell'Acido Ascorbico e spiegare come e dove avviene la trasformazione in acido Deidroascorbico.

Glucidi fosfati

I Glucidi fosfati sono dei derivati fosforici dei monosaccaridi e sono presenti in tutte le cellule, come intermedi del metabolismo dei carboidrati.

Deossi-zuccheri

Un'altra classe importante di zuccheri sono i deossi-zuccheri, ovvero quelli che hanno perso l'ossigeno ed in questo caso l'ossigeno in posizione 2.

Il 2- deossi-D-Ribosio è essenziale nella costituzione del DNA.

Molti altri deossi-zuccheri risultano essere componenti della parete batterica: L-Ramnosio ed L- Fucosio.

Amino-zuccheri

Gli amino-zuccheri sono quelle molecole in cui l'ossidrile, sempre in posizione 2, è stato sostituito con dei gruppi aminici:

 D- Glucosamina

 D-Galattosammina

Gli zuccheri con residui amminici si ritrovano anche nelle pareti batteriche e delle cellule eucariotiche.

Ad oggi le maggiori difficoltà risiedono nell'effettuare prelievi di tessuto, da individui diversi, ed analizzare le differenze che intercorrono, per esempio, nella struttura dell'acido sialico.

Gli aldopiranosi, cioè aldeidi in forma alpha o beta, reagiscono con gli alcoli formando dei

glicosidi anomerici in alpha o beta (ovvero sopra o sotto il piano) ed il legame che si crea prende il nome di legame glicosidico.

In termini chimici il legame glicosidico è un acetale misto, formato da un carbonio anomerico della forma piranosica dell'aldoesoso e dall'ossidrile di un alcol.

In genere, è sufficiente dire che l'ossidrile di un carbonio anomerico entra in relazione con l'ossidrile di un alcol con conseguente eliminazione di una molecola di acqua.

I carboidrati polimerici più piccoli sono i disaccaridi, ovvero quelli formati da due glucidi.

I disaccaridi sono unità monocarboniose legate tramite legame glicosidico, idrolizzabili in acido e resistenti alle basi.

Si possono menzionare:

 il Saccarosio, polimero di Glucosio e Fruttosio

 il Lattosio, polimero del Galattosio e Glucosio

 il Maltosio, polimero di Glucosio

 il Cellobiosio, non digeribile dall'uomo

Il Maltosio presenta un carbonio anomerico alpha, al di sotto del piano, reagente con un gruppo alcolico, con conseguente eliminazione di una molecola di acqua. Il carbonio anomerico prende il

nome di carbonio locante, in quanto fornisce la possibilità di formare il legame.

Osservando la parte destra della formula emerge che, in termini pratici, il carbonio anomerico non può aprirsi e chiudersi, essendo implicato nel legame glicosidico.

Tuttavia, osservando il carbonio anomerico esso risulta capace di passare da una forma lineare ad una forma chiusa, e viceversa, ed è pertanto considerato uno zucchero

riducente, con un gruppo carbonile potenzialmente libero che può essere ossidato.

Il legame glicosidico del Maltosio è scindibile grazie all'azione di enzimi specifici: le maltasi.

Questi enzimi sono essenziali per l'assorbimento del Maltosio, che risulta assimilabile a livello degli enterociti solo dopo essere stato scisso dall'azione enzimatica.

Il gemello del Maltosio, in configurazione beta, è il Cellobiosio, anch’esso uno zucchero con capacità riducente.

Gli uomini, non essendo erbivori, non sono in grado di digerire questo zucchero e di scindere il legame in configurazione beta.

Esistono in commercio molti prodotti a base di alghe, utilizzati per perdere peso, i quali non sono altro che lassativi, che una volta arrivati a livello intestinale formano un elevato numero di legami H, richiamando acqua e promuovendo la defecazione.

Lo stesso concetto si ritrova in quei soggetti che, adottando un'alimentazione ricca di vegetali, presentano le feci molto idratate.

Il legame in configurazione beta del Cellobiosio risulta essere un limite per l'uomo, non dotato dell'enzima per scindere tale legame. Al contrario, gli erbivori sono in grado di sfruttare questa fonte energetica.

Il Lattosio è un polimero formato da Glucosio e Galattosio.

Il Galattosio possiede l'OH al di sopra del piano del Glucosio, in posizione 3 e 4 nel Galattosio ed in posizione 3 nel Glucosio.

Il Galattosio ha un carbonio anomerico in configurazione beta che si impegna come locante in un legame con il carbonio alcolico in posizione 4 di un Glucosio.

Il Lattosio è pertanto un disaccaride misto formato da Galattosio in configurazione beta, ed un Glucosio ed è inoltre considerabile uno zucchero riducente.

Il lattosio, per essere assorbito a livello intestinale, necessita di un enzima: la lattasi.

La lattasi è espressa nell'orletto a spazzola dell'enterocita ed è in grado di scindere lo zucchero nei due monosaccaridi costituenti.

Tramite l'attività di trasportatori specifici sarà in grado di entrare nell'enterocita, passare nel torrente circolatorio e raggiungere il fegato.

In alcune popolazione l'espressione del gene della lattasi risulta soppressa, ad un certo punto dello sviluppo, per silenziamento genico.

In questi individui l'assunzione di latte crea dei problemi, poiché si viene a determinare la medesima condizione del Cellobiosio:

1. vengono richiamati i liquidi 2. vengono rimossi i sali

3. si raggiunge un quadro clinico compromesso: disidratazione e squilibrio elettrolitico.

Un soggetto giovane, non esprimente la lattasi, manifesta diarrea dovuta a trasporto di acqua ed elettroliti a causa della mancata scissione del Lattosio. Le popolazione caucasiche, in genere, non smettono di esprimere l'enzima, ovvero non diventano intolleranti al lattosio.

Ad oggi, l'intolleranza al lattosio è molto diffusa e si presume che essa sia dovuta alla diminuita espressione della lattasi nell'orletto a spazzola, non tanto per il silenziamento genico ma

semplicemente perché l'enterocita è in sofferenza, per motivi che saranno approfonditi in seguito, e non risulta essere in grado di esprimere un corredo enzimatico completo.

L'orletto a spazzola va incontro ad una diminuzione della propria efficienza ed inoltre ad un

progressivo assottigliamento, perdendo la fisiologica capacità assorbente della mucosa intestinale.

Gli individui, che non appartengono a quelle etnie che sono predisposti geneticamente al silenziamento genico, smettono di esprimere quantità sufficienti di enzima lattasi e manifestano tutti gli effetti collaterali dell'esposizione al lattosio.

Dovere del medico in casi del genere è prescrivere una dieta priva di lattosio, per indurre il ripristino della funzionalità dell'enterocita, e solo in seguito potrà rintrodurre piccole quantità di lattosio.

Il lattosio lo si trova anche come eccipiente in molti medicinali, quindi per i soggetti che hanno problemi di orletto a spazzola potranno avere problemi di intolleranza anche a minime quantità di lattosio presenti in questi casi.

Per riepilogare il lattosio ha un legame di configurazione beta, è uno zucchero riducente e il carbonio locante è dato dal galattosio.

Il Saccarosio

Il saccarosio è lo zucchero delle canne, è un polimero composto da fruttosio (in basso) e glucosio (in alto)

Struttura: il carbonio locante entra in contatto con l'altro carbonio anomerico del fruttosio.

Tutti e due i carboni anomerici sono coinvolti in un legame, e quindi ovviamente questo non è uno zucchero riducente, perché non può essere assolutamente ossidato.

Sintesi:

 lo troviamo in molte piante

 assente negli animali superiori

 non è riducente

 è un importante prodotto della fotosintesi

 viene assorbito grazie alla saccarasi, che lo scinde nell'intestino tenue in fruttosio e glucosio.

Per il saccarosio sono state fatte guerre paragonabili a quelle per il petrolio nell'ultimo secolo.

Tutta quell'epopea esistente sul Mar dei Caraibi, è tale perché alla scoperta della fonte del saccarosio e le sue tecnologie di lavorazione, vi sono state guerre economiche e pratiche per il controllo di questo tipo di risorsa.

Oggi il saccarosio è una molecola di larga disponibilità tanto che è facilmente acquistabile in qualsiasi supermercato; all’epoca, invece, disporre o meno di grandi quantità di questo zucchero era fondamentale per definire l’importanza di una nazione.

NB: Saccarina

Il saccarosio viene riconosciuto dalle papille gustative come dolce, ma la molecola del recettore può essere facilmente ingannata.

A parità di peso è una quarantina di volte più attiva, ed essendo molto dolce la saccarina è una

“pasticca microscopica” rispetto a un cucchiaino di zucchero perché è più dolcificante. C'è stata una grande polemica riguardo questa molecola se fosse o meno cancerogena.

(principio chiave: in grande quantità ogni cosa è tossica)

Ovviamente se delle cavie da laboratorio vengono trattate con grandi quantità di saccarina, queste svilupperanno un carcinoma del fegato.

I polisaccaridi

 Omopolisaccaridi, costituiti da un solo monomero.

 Eteropolisaccaridi, se costituiti da più monomeri.

Polisaccaridi di deposito: sono, per esempio, i polisaccaridi dell'amido.

Amido: lo troviamo nelle specie vegetali.

Quando i carboidrati sono lavorati abbiamo fonti energetiche enormi a disposizione.

Quello che si vede nell'amido è che ci sono praticamente tutti i legami 1-4 con delle estremità che possono essere carboni monomerici liberi perché c'è un legame alfa 1-6.

In questo caso abbiamo:

 Un'estremità che non è più riducente.

 Un'estremità che rimane riducente.

In questo carbonio molto importante è il tipo di legame tra i monomeri che rende conto della fondamentale capacità di impacchettamento della molecola.

Le molecole, una volta “impacchettate” potranno essere lavorate e poi reidratate, in maniera tale da farci alimenti come la pasta.

Per rendere commestibile materiale di questo genere dobbiamo comunque idratarlo.

Vanno idratate le farine per fare il pane, e poi va gonfiato in qualche modo con la lievitazione;

bisogna fornire tanta energia, tanta acqua per scompaginare il legame idrogeno

dell'impacchettamento quando si va a cucinare quella che è la pasta per riuscire ad ottenere l'inserirsi delle molecole d'acqua.

I due principali polisaccaridi dell’amido sono:

 Alfa-amilosio: non è ovviamente solubile in acqua, può essere solubile in acqua soltanto se io gli do molta energia.

Struttura: formato da polimeri di glucosio con legame alfa 1-4, che devono essere digeriti.

La prima digestione è presente nella saliva, alfa-amilasi (nel succo pancreatico e nel tratto gastrointestinale).

I prodotti finali sono sempre glucosio, quindi monomeri di glucosio o oligomeri di glucosio, quindi maltosio.

Quindi la beta-amilasi va a staccare il maltosio dall'estremità NON riducente.

Ci sono le alfa-amilasi che producono glucosio e maltosio a partire da alfa-amilosio:

il maltosio è un disaccaride e non può essere assorbito, quindi a sua volta sarà tagliato dalle beta-amilasi all'estremità non riducente, cioè dalla parte dove non c'è il carbonio anomerico libero per dare due molecole di glucosio.

 L'amilopectina

L'amilopectina presenta una struttura molto ramificata.

Sostanzialmente gli enzimi alfa e beta vanno a digerire tutto il digeribile, finché non rimane una molecola che si chiama destrina limite.

Dopo le beta-amilasi intervengono altri enzimi, detti deramificanti che scindono il legame 1-6 e così le amilasi possono agire. (si vedrà con l’assorbimento del glucosio).

Sintesi:

Quando arriva un carboidrato complesso:

 prima sono presenti maltosio e glucosio;

 la destrina limite

 interviene l'enzima deramificante.

La differenza tra l'immissione di 100 miliardi di molecole di glucosio libere o 100 miliardi di molecole di glucosio legate così è ben definita perché il tempo di immissione nel torrente circolatorio sarà ben diverso, e quindi l'impatto su ghiandole tipo quelle del pancreas sarà molto diverso.

“Il pancreas, in condizioni fisiologiche, manda un po' di insulina perché c'è il glucosio, così da farlo entrare all’interno della cellula grazie all’ormone secreto.

Invece, lo stesso organo può andare incontro a un surplus importantissimo, per cui la liberazione di queste molecole (insulina) fa anche entrare lo zucchero nei tessuti e anche tante altre cose, ad esempio (glicolisi).”

Quindi ricapitolando…

Una molecola di amilopectina di lunghezza intermedia subisce:

 Azione degli enzimi deramificanti (come le glucossidasi) che tagliano il legame alfa 1-6 e permettono l'azione completa delle amilasi come le beta-amilasi, che scindono il maltosio.

Anche le alfa-amilasi si trovano nella saliva, mentre le beta-amilasi soltanto al livello intestinale.

Il trasporto del glucosio è una delle cose più importanti, quindi la biochimica di trasporto di queste molecole va conosciuta bene.

Lume intestinale: ci sono due tipi di cellule che sono, l'enterocita e l'epatocita.

Nel trasporto e nelle attività enzimatiche, queste due cellule sono come delle “fabbriche”, di cui vanno conosciuti i funzionamenti e gli elementi base.

Il Glucosio:

dopo avere subito tagli enzimatici da parte di beta-amilasi, alfa-amilasi, alfa glicosidasi, va ad impattare su quello che è l'enterocita.

 Con un sistema di cotrasporto questo glucosio entrerà quindi nel capillare.

 I due enterociti sono tenuti insieme da tight junction.

 I disaccaridi non si assorbono, frammenti proteici non entreranno nell’enterocita se non sono stati assorbiti tutti.

 Di conseuguenza, tutte le volte che una tight junction tra due enterociti non è sana, si avrà un passaggio di materiale tra due enterociti.

 Questo provocherà sicuramente fenomeni infiammatori, fenomeni di malassorbimento.

Rappresenta una delle problematiche della performance dell'intestino:

l'intestino è un selettore di assorbimento di materiale chimico, quando si rompe l'integrità del pavimento perché saltano dei legami di proteine speciali (tight junctions) dei disaccaridi possono andare sotto mucosa, ma anche elementi proteici (glutine) e tutto questo “fa arrabbiare” moltissimo il sistema immunitario.

La persistenza di un’infiammazione è alla base, sul lungo periodo, dell’insorgenza prima di un’infiammazione cronica, poi di una neoplasia.

Altri polisaccaridi deposito Altri polisaccaridi deposito sono:

 I destrani, che somigliano al glicogeno ma con legami di vario tipo.

 I fruttani, che sono polimeri di fruttosio.

 L'inulina, che proviene dal carciofo.

 I Mannani, che sono presenti nei batteri.

 Xilani e Arabinani, che sono presenti nei vegetali.

 La cellulosa: è data da polimeri di glucosio con legame in configurazione beta, l'impacchettamento poi fa tantissimi legami idrogeno, al punto da avere strutture robustissime come quelle degli alberi.

Questo tipo di legame può essere scisso solo da un’idratazione ad alta temperatura.

L'acido ialuronico

L’acido ialuronico è un eteropolisaccaride che è dato da:

 N-acetilglucosamina

 Acido glucuronico.

Il legame è β1→3 e NON il classico β1→4 si ripetono in un lungo polimero che permette uno scivolamento delle superfici.

Dove: L'acido ialuronico è presente in tutta la medicina estetica, sia in quella canonica che in quella da “parrucchiere”.

Questa molecola è endogena, non può essere sicuramente tossica, ha un destino metabolico molto misterioso perché non è una molecola che deve essere digerita a livello epatico.

Allora che fine fanno i polimeri di acido ialuronico mano a mano che "lavano via" dai compartimenti dove sono stati inseriti? Domande:

1. Sul lungo periodo che succede agli abusatori?

2. Tracciabilità, ovvero, chi ha prodotto l’acido ialuronico che verrà somministrato

Pericolosità dell’utilizzo eccessivo dell’acido ialuronico.

Chitina e Cheratansolfato