Carboidrati

I carboidrati sono prodotti alimentari in tutto il mondo. Ottengono anche molta attenzione negativa nei media. Come nuove diete entrano e fuori moda, ognuno ha un’idea diversa per la giusta quantità di carboidrati da consumare. Anche se una volta era considerato un super cibo, lo zucchero (i carboidrati più semplici) è ora mostrato in una luce malvagia. C’è anche un movimento per avere lo zucchero riclassificato come una droga pericolosa e coinvolgente! Polisaccaridi (ciò che la gente pensa tradizionalmente come “carboidrati”) sono stati universalmente covato a pochi anni fa, ma ora ci sono opinioni contrastanti. Diete chetogeniche (basso contenuto di carboidrati, alto contenuto di proteine e grassi) sono caduti in disgrazia a causa di rischi per la salute, tuttavia, c’è ancora un dibattito sul fatto che i carboidrati siano buoni o meno per te. Culturisti sostengono che sono buoni per le prestazioni di esercizio e il metabolismo. I nutrizionisti avvertono sui rischi di aumento di zucchero nel sangue e aumento di peso. Dal contesto del dibattito sulla salute alimentare, non è sempre chiaro esattamente quali sono i carboidrati. Il termine tende ad abituarsi come un catch-all per qualsiasi cibo amidaceo. Mentre l’amido è un carboidrato, ce ne sono anche molti altri. I carboidrati sono un macronutriente (molecole che devono essere consumate in quantità relativamente grandi per sostenere la vita). Sono la biomolecola più abbondante sulla terra e assumono molte forme. Zuccheri, molecole di segnalazione, parti o il nostro sistema immunitario, acidi nucleici e molti componenti strutturali sono tutti formati da carboidrati.

La composizione chimica dei carboidrati conferisce loro diverse proprietà che li aiutano a riempire così tanti ruoli diversi. Soprattutto, sono formati da unità fondamentali che possono quindi essere collegate tra loro come mattoncini Lego per formare molecole grandi e uniche. Le uniche biomolecole che sono migliori dei carboidrati a fare questo sono le proteine. La formula molecolare comune per qualsiasi carboidrato è

Cn (H2O)n

Il nome di queste molecole deriva da questo rapporto: per ogni atomo di carbonio (carbo-) c’è una quantità uguale di acqua (- idrato). Poiché la combinazione di carbonio, idrogeno e ossigeno può essere facilmente ossidata, ma tende a non decomporsi da soli, i carboidrati hanno sia un alto potenziale energetico che una stabilità strutturale. Questo li rende ideali per alimentare reazioni biochimiche. Infatti, l’ossidazione del glucosio del carboidrato è la reazione chimica fondamentale che alimenta tutta la vita sulla terra.

I più piccoli gruppi funzionali di carboidrati sono monosaccaridi. La parola radice “saccaride” deriva dalla parola greca per dolce, perché queste unità hanno un caratteristico sapore dolce. I monosaccaridi sono talvolta indicati come zuccheri semplici. Formano i carboidrati più semplici e sono catene di carboni con molti gruppi funzionali di alcol (- OH) e uno speciale ossigeno a doppio legame (chetone o aldosio) che consente alla catena di formare un anello. Ci sono molti esempi di zuccheri semplici che vengono consumati per l’energia. Il glucosio è la molecola che viene misurata in valori di zucchero nel sangue ed è la fonte chiave di energia biologica per tutta la vita.

Il fruttosio è un tipo di zucchero prodotto nelle piante. È la fonte di dolcezza nello sciroppo di mais ad alto fruttosio.

Il galattosio è un tipo di zucchero prodotto dai mammiferi che può legarsi con il glucosio per formare lattosio.

Ci sono anche molti tipi di monosaccaridi che non vengono digeriti per l’energia. Il ribosio è il componente strutturale primario nei nucleotidi che compongono il DNA e l’RNA. Il mannosio è uno zucchero semplice presente nelle molecole di segnalazione note come glicoproteine.

Disaccaridi

I tipi di zuccheri che la maggior parte delle persone avrà familiarità con sono disaccaridi, due monosaccaridi collegati tra loro da un legame speciale. Il legame che collega i due monosaccaridi è chiamato legame glicosidico. Si verificano perché un carbonio speciale nell’anello di un monosaccaride (il carbonio anomerico) può combinarsi con il gruppo-OH su un monosaccaride diverso per creare un legame più acqua. I disaccaridi hanno una struttura a doppio anello più grande e hanno una varietà di proprietà in base alle quali i monosaccaridi sono collegati, così come la posizione e la stereochimica dei legami glicosidici. Molti zuccheri naturali sono disaccaridi di glucosio e qualche altro monosaccaride. Il saccarosio (zucchero da tavola) è costituito dai due monosaccaridi glucosio e fruttosio. Il lattosio (zucchero del latte) è costituito dai monosaccaridi glucosio e galattosio. Il maltosio (amido parzialmente digerito) è composto da due monosaccaridi di glucosio uniti ed è il prodotto del malto.

Polisaccaridi

La maggior parte dei carboidrati non esistono come monosaccaridi o disaccaridi relativamente piccoli, ma formano invece catene massicce di zuccheri semplici collegati tra loro da legami glicosidici. Queste strutture sono molto diverse nella forma e nella funzione, ma sono collettivamente conosciute come polisaccaridi. Tecnicamente il termine carboidrato include tutti i saccaridi, tuttavia, nel linguaggio informale le persone lo usano per riferirsi all’amido. I polisaccaridi tendono a non avere il caratteristico sapore dolce dei monosaccaridi e dei disaccaridi. Possono variare notevolmente in termini di dimensioni, che vanno da poche unità di monosaccaridi, a complessi tentacolari di centinaia di monosaccaridi. Possono anche avere strutture diverse. I polisaccaridi in cui il legame glicosidico si verifica nello stesso punto su ogni unità formano lunghe catene che si avvolgono intorno a sé per formare strutture elicoidali. In alternativa, alcune unità possono avere più legami glicosidici, causando una struttura sciolta e ramificata. Infine, i polisaccaridi possono essere composti interamente da una singola unità monosaccaride (omopolisaccaridi) o possono avere schemi ripetuti di due o tre diversi monosaccaridi (eteropolisaccaridi).

Omopolisaccaridi

I polisaccaridi utilizzati come fonti energetiche tendono ad essere omopolisaccaridi composti da glucosio. Nelle piante, questa fonte di energia è chiamata amido ed è disponibile in due varietà. L’amilosio è un amido non ramificato. Forma le eliche strette che imballano in una struttura cristallina. Poiché è imballato strettamente, l’amilosio è più energia densa, ma meno solubile e più difficile da digerire. L’amilopectina è un amido con catene corte e ramificate. È facilmente digeribile e facilmente si dissolve in acqua, ma è meno energia densa perché i rami impediscono l’imballaggio stretto. I cuochi usano gli amidi come fonti di energia e agenti addensanti. Animali e funghi hanno una molecola analoga all’amido chiamata glicogeno. Invece di formare strutture elicoidali come l’amido, il glicogeno forma granuli di catene altamente ramificate di glucosio attaccate a una proteina centrale. È fatto nel fegato e serve come accumulo di energia a medio termine per il tessuto muscolare. La sostanza gelatinosa chiara nella parte inferiore di una lattina di spam è per lo più glicogeno.

Gli omopolisaccaridi possono anche formare materiali strutturali robusti. La cellulosa è un materiale robusto e fibroso che aiuta a creare pareti cellulari in piante e microrganismi. È costruito da catene lineari di glucosio. Tuttavia, a differenza dell’amilosio, la forma dei legami glicosidici rende la struttura insolubile e difficile da digerire. La cellulosa è indicata come fibra alimentare negli alimenti e costituisce la maggior parte della fibra di cotone, dei prodotti di carta e del legno. La chitina è un altro omopolisaccaride strutturale che si verifica frequentemente in natura. Forma gli esoscheletri degli insetti e le squame dei pesci. Come la cellulosa, la chitina si forma su catene insolubili di glucosio lineare. Tuttavia, ogni unità di glucosio viene modificata per avere un gruppo amminico (-NH2) collegato ad esso.

Eteropolisaccaridi

Gli eteropolisaccaridi contengono due o tre diversi monosaccaridi in schemi ripetuti. Questi carboidrati sono solitamente strettamente associati a un lipido o una proteina che forma strutture ibride chiamate glicolipidi o glicoproteine. Queste molecole si trovano ampiamente tra piante, animali e microrganismi. I componenti e la forma di queste molecole hanno un’enorme diversità e la struttura esatta di molte di esse è ancora sconosciuta. Molti eteropolisaccaridi sono rilevanti dal punto di vista medico. Gli esempi includono l’acido ialuronico che funziona come assorbente e lubrificante altamente idrofilo in cartilagine, pelle e tessuti neurali; eparina, che è un anticoagulante naturalmente presente nel sangue e immunoglobuline (anticorpi) che sono essenziali per il sistema immunitario attivo.

Conclusione

I carboidrati sono una vasta classe di biomolecole la cui complessità e diversità di funzione rivaleggiano con quella delle proteine. Le loro dimensioni possono variare da monosaccaridi relativamente semplici a complessi tentacolari di polisaccaridi. Hanno una combinazione unica di stabilità strutturale e di alta energia potenziale che li rende ideali tra le macromolecole per alimentare il metabolismo, ma hanno anche molte altre funzioni tra cui la struttura e la segnalazione cellulare. Facciamo carboidrati un disservizio pensando solo a loro come pasta e patate. Sono una famiglia unica e altamente diversificata di molecole essenziali per tutta la vita sulla terra.