CARBOIDRATI
CARBOIDRATI (VIII, p. 945)
I grandi progressi compiuti dalla chimica biologica nell'ultimo ventennio impongono una nuova trattazione di questa importantissima categoria di composti. Meglio identificati come glucidi (da γλυκύς = dolce) o saccaridi od osidi, i carboidrati comprendono alcooli polivalenti, aventi gruppi aldeidici o chetonici potenzialmente attivi e composti che per idrolisi possono dare questi alcooli.
Essi comprendono un gran numero di sostanze che rappresentano una parte importantissima nella vita animale e vegetale; nelle piante hanno ufficio di materiale plastico ed energetico, negli animali oltre ad essere fra i costituenti essenziali della cellula (e del nucleo in particolare), hanno un'importanza enorme dal punto di vista alimentare: la combustione dei carboidrati, infatti, fornisce agli organismi animali gran parte (75% circa) dell'energia necessaria per la vita. Le proprietà di questo complesso gruppo di sostanze variano moltissimo; si passa infatti da sostanze a struttura assai semplice (glucoso, fruttoso) solubili, di sapore generalmente dolce, a sostanze di complessità sempre maggiore a massa molecolare sempre più elevata e di carattere prevalentemente colloidale, insipide, generalmente insolubili in acqua (come l'amido e la cellulosa).
I carboidrati si possono classificare in: Monosaccaridi, Oligosaccaridi, Polisaccaridi.
I Monosaccaridi sono zuccheri semplici di natura cristalloidale, non ulteriormente scindibili mediante idrolisi moderata o per azione di enzimi. Dal punto di vista chimico sono aldeido-alcooli o chetoalcooli, aventi almeno un ossidrile (−OH) contiguo al carbonile (>C = O). Si distinguono, a seconda del numero di atomi di carbonio, in biosi, triosi, tetrosi, pentosi, esosi ecc.; a seconda che contengano un gruppo aldeidico o chetonico, in aldosi e chetosi.
Prescindendo dall'aldeide glicolica e dal diossiacetone (l'aldoso e il chetoso più semplici), tutti i monosaccaridi hanno uno o più atomi di carbonio asimmetrici (l'atomo di carbonio asimmetrico è quello legato a quattro atomi o gruppi di atomi differenti fra loro): possono perciò presentarsi in forme stereoisomere. Tutti gli stereoisomeri sono poi otticamente attivi, hanno cioè la proprietà di fare ruotare a destra o a sinistra il piano di luce polarizzata e sono a due a due antipodi ottici (cioè uno immagine speculare dell'altro); si hanno così le due varietà destro e levogira. I monosaccaridi presentano l'interessante fenomeno della mutarotazione, che consiste nel fatto che nelle soluzioni di un monosaccaride (per es. di glucoso) appena allestite si osserva un angolo di rotazione che varia lentamente col tempo, fino a raggiungere un valore determinato e costante.
Questo fenomeno trova spiegazione nel fatto che i monosaccaridi esistono del tutto o prevalentemente non nella forma a catena aperta o ossoforma (esempio: CH2OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO), ma in quella ciclosemiacetalica ad anello chiuso
in cui i gruppi aldeidici o chetonici non sono più liberi. Si preferisce perciò oggi (W. N. Haworth) rappresentare i monosaccaridi nelle loro formule prospettiche più sotto riportate, in cui si suppone che i componenti del ciclo od anello si trovino in un piano e gli atomi ad essi legati siano disposti dalle due parti dello stesso piano e si è convenuto di segnare con linee più spesse i legami che uniscono tra loro gli atomi costituenti la parte anteriore del ciclo e i legami con gli atomi che si trovano al di sopra del ciclo stesso.
I monosaccaridi danno alcune reazioni caratteristiche: sono fortemente riducenti, separano cioè l'argento da soluzioni ammoniacali di nitrato d'argento, l'ossidulo di rame dal liquido di Fehling: quest'ultima reazione si usa anche per la determinazione quantitativa degli zuccheri. Dànno con idrazine aromatiche (fenilidrazina ad es.) composti caratteristici: gli idrazoni e gli osazoni, questi ultimi assai preziosi per la loro identificazione. Riscaldati con alcali dànno caratteristici composti colorati in bruno (Moore); possono formare esteri di varia natura e quelli con l'acido fosforico (fosforilizzazione) hanno un'importanza fondamentale in moltissime reazioni biologiche come la contrazione muscolare, la fermentazione alcoolica ecc. I monosaccaridi esistenti in natura sono quasi tutti aldo- e cheto-pentosi e aldo- e cheto-esosi; unici eptosi naturali sono i due cheto-eptosi vegetali: il sedoeptoso, estratto dal Sedum spectabile ed il perseuloso, estratto dalla Persea gratissima.
Tra gli aldoesosi il glucoso, detto anche destroso, è il monosaccaride più importante per l'organismo animale perché rappresenta la principale, se non l'unica forma, in cui i glucidi vengono utilizzati. Esso si trova come componente normale del sangue nella concentrazione dello 0,1% circa, ma in condizioni patologiche (es. diabete mellito) la concentrazione nel sangue può aumentare molto (iperglicemia) ed allora il glucoso compare nelle urine (glicosuria). Altri aldoesosi sono il mannoso presente in polisaccaridi di molte piante, il galattoso presente nel lattosio. Tra i chetoesosi ricordiamo, oltre il sorboso, il fruttoso (detto anche levulosio) che si trova soprattutto nel saccarosio accanto al glucoso ed è lo zucchero che ha il sapore dolce più intenso. Fra i pentosi ricordiamo l'arabinosio, lo xiloso, il riboso. In una speciale anomalia del ricambio (pentosuria) è stato trovato un pentoso nelle urine.
Ciclosi: un gruppo di sostanze che per la loro composizione ed il sapore dolce hanno molta affinità con gli esosi sono i poliossicicloesani o ciclosi. Il più importante è la inosite o inositolo (esaossiesaidrobenzene) che è molto diffuso (come mesoinosite) nel regno animale e vegetale, è costituente della fitina e oggi va acquistando importanza particolare come fattore di accrescimento nei vegetali e per la sua azione vitaminica negli animali.
Gli oligosaccaridi sono zuccheri di natura cristalloidale e costituiti di poche (2-3-4) molecole di monosaccaridi; sono composti quindi suscettibili di una ulteriore scissione in monosaccaridi. I più diffusi in natura sono i disaccaridi, di formula generale C12H22O11. Il maltoso o zucchero di malto è costituito da due molecole di glucoso ed è un prodotto intermedio dell'idrolisi dell'amido; il laitoso è costituito da una molecola di glucoso e da una di galattoso ed è lo zucchero animale per eccellenza, trovandosi esclusivamente nel latte. In casi particolari può passare in circolo, ritrovandosi nel sangue. È fermentato da alcuni batterî, da altri no; su questo particolare comportamento si fonda oggi un metodo batteriologico per differenziare il bacillo del tifo. Il saccaroso è costituito dall'unione di una molecola di glucoso e una di fruttoso, è diffusissimo nel regno vegetale (ne sono ricchi la canna da zucchero, la barbabietola) ma non si trova nel regno animale; è però molto importante come alimento. Per venire assorbito dall'organismo animale deve essere prima scisso nell'intestino da un enzima speciale: l'invertasi.
I polisaccaridi sono composti a molecola molto più complessa, hanno carattere colloidale e sono costituiti da un gran numero di molecole (da 6 a oltre 1000) di monosaccaridi. A seconda dei monosaccaridi che essi dànno per idrolisi, si possono dividere in:
a) pentosani, che dànno pentosi: es. arabani, xilani. Poco si conosce sull'ufficio di questi composti nel regno animale e vegetale.
b) esosani, che dànno esosi. A questo gruppo appartengono i polisaccaridi più diffusi e importanti (amido, glicogeno, cellulosa).
L'amido è il più importante glucide di riserva delle piante, si forma nelle foglie verdi durante la fotosintesi clorofilliana e si accumula poi nelle radici, nei semi. Ricchi ne sono i cereali, i tuberi, le patate, ecc. L'amido è costituito da microscopici granuli a struttura stratificata, formati da una parte esterna, l'amilopectina e da una parte interna, l'amiloso. In acqua calda forma la cosiddetta salda d'amido. È di fondamentale importanza per l'alimentazione e per azione di speciali enzimi (amilasi, maltasi) viene scisso prima in maltoso e poi in glucoso.
Il glicogeno è il polisaccaride di riserva animale. Glucoso ed altri glucidi vengono trasformati nell'organismo animale in glicogeno, che si deposita soprattutto nel fegato e nei muscoli. È poi rapidamente scisso per fornire glucoso per i bisogni fisiologici, come sorgente immediata di energia. Assai resistente, anche a caldo, in ambiente alcalino (KOH 30%).
La cellulosa è la sostanza organica più abbondante in natura; si calcola infatti che nella cellulosa siano fissati circa 300 milioni di chilogrammi di carbonio. La carta, il legno, il cotone sono costituiti più o meno completamente da cellulosa. Gli animali non hanno enzimi capaci di idrolizzare la cellulosa, che viene perciò eliminata più o meno inalterata con le feci. Molti microorganismi la utilizzano invece largamente. La cellulosa ha una enorme applicazione industriale: basti ricordare l'industria della carta del legno, della seta artificiale (il rajon Chardonnet, il rajon alla viscosa). Chimicamente è costituita da molecole di glucoso.
c) polisaccaridi misti: dànno per idrolisi più di una specie di zucchero e spesso anche loro derivati (es. pectine).
d) polisaccaridi immunitarî batterici. Da determinate specie di batter patogeni (pneumococco, b. tubercolare) sono stati recentemente isolati dei polisaccaridi specifici che sono in genere polimeri più o meno complessi di glucidi, acidi glucidici e aminoesosi a struttura lineare i quali, combinati con una proteina anche se non specifica (per es., una sieroglobulina di cavallo), formano antigeni specifici (corpi, cioè, capaci di provocare la formazione di anticorpi specifici). Se, infatti, si introduce sottocute o endovena un tale antigene artificiale, esso provoca la formazione di sostanze protettive (anticorpi) che producono l'immunità contro le tossine del batterio dal quale il polisaccaride, impiegato nella formazione dell'anticorpo artificiale, è stato isolato. Anche la specificità dei gruppi sanguigni pare legata all'esistenza di polisaccaridi specifici.
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