Mondo Cucina: I glucidi

I glucidi, chiamati anche carboidrati (da idrati di carbonio) o saccaridi, sono la più abbondante delle quattro principali classi di biomolecole. Hanno numerose funzioni biologiche tra cui quella di riserva energetica e trasporto dell'energia (esempio: amido, glicogeno) e sono anche noti come componenti strutturali della cellulosa nelle piante e della cartilagine negli animali. Inoltre i carboidrati e i loro derivati giocano un ruolo fondamentale nel sistema immunitario, nella fertilizzazione e nello sviluppo biologico.

Dal punto di vista chimico i carboidrati sono aldeidi o chetoni a cui sono stati aggiunti vari gruppi ossidrili, solitamente uno per ogni atomo di carbonio che non fa parte del gruppo funzionale aldeidico o chetonico. Le singole unità di carboidrati sono chiamate monosaccaridi. Tra questi ricordiamo il glucosio, il galattosio e il fruttosio. La formula generale di un monosaccaride è (C·H₂O)_n, dove n è un numero maggiore o uguale a tre; ad ogni modo non tutti i carboidrati si adattano a questa precisa definizione stechiometrica (per esempio gli acidi uronici, i deossizuccheri come il fucosio).

I monosaccaridi possono legarsi tra di loro in moltissimi modi per formare i polisaccaridi o gli oligosaccaridi. Molti carboidrati contengono uno o più unità di monosaccaridi a cui sono stati tolti o aggiunti vari gruppi. Per esempio il deossiribosio, un componente del DNA, è una versione modificata del ribosio.

Classificazione

La classica classificazione dei carboidrati

MONOSACCARIDI: -Glucosio -Fruttosio -Galattosio

DISACCARIDI: -Maltosio -Lattosio -Saccarosio

POLISACCARIDI: -Amido -Cellulosa -Glicogeno -Pectina

I carboidrati possono essere classificati come semplici (monosaccaridi e disaccaridi) o complessi (oligosaccaridi e polisaccaridi). Le linee guida per l'alimentazione generalmente consigliano i carboidrati complessi, e alcuni cibi ricchi di carboidrati semplici come la frutta (che contiene glucosio e fruttosio) o i prodotti caseari (che contengono lattosio) come sola fonte di carboidrati nella dieta. Ciò esclude alcune fonti di zuccheri semplici come i dolci o le bevande zuccherate.

L'indice glicemico e il carico glicemico sono concetti sviluppati per analizzare il comportamento del cibo durante la digestione. Questi classificano i cibi ricchi di carboidrati in base alla velocità del loro effetto sul livello di glucosio nel sangue. L'indice insulinico è una classificazione simile, più recente, che classifica il cibo in base al suo effetto sui livelli di insulina nel sangue, causato dal glucosio (o dall'amido) e da alcuni amminoacidi presenti nel cibo. L'indice glicemico è una misura di quanto velocemente il glucosio del cibo viene assorbito, mentre il carico glicemico è una misura del glucosio totale che può essere assorbito dal cibo.

I carboidrati complessi non assimilabili, come la cellulosa, l'emicellulosa e la pectina, sono una importante componente della fibra alimentare.

Ruolo biologico

I monosaccaridi sono la più grande risorsa per il metabolismo, dato che vengono usati come fonte di energia. Quando non c'è immediato bisogno di monosaccaridi spesso sono convertiti in forme più vantaggiose per lo spazio, spesso in polisaccaridi. In molti animali, compresi gli umani, questo forma di deposito è il glicogeno, sito nelle cellule del fegato e dei muscoli. Le piante invece utilizzano l'amido.

Oligosaccaridi e polisaccaridi

Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi sono composti da lunghe catene di monosaccaridi (monomeri) legati da legami glicosidici. La distinzione tra i due è basata sul numero di monosaccaridi presenti nella catena. Gli oligosaccaridi tipicamente contengono da sette a nove monosaccaridi, mentre i polisaccaridi contengono più di dieci monosaccaridi.

I polisaccaridi rappresentano un'importante classe di polimeri biologici. La loro funzione negli organismi vivente è di solito strutturale o di deposito. L'amido (un polimero del glucosio) è utilizzato come polisaccaride di deposito nelle piante, e si trova sia nella forma di amilosio sia in quella ramificata dell'amilopectina. Negli animali, il polimero di glucosio strutturalmente simile è il più densamente ramificato glicogeno, qualche volta chiamato "amido animale". Le proprietà del glicogeno gli permettono di essere metabolizzato più rapidamente, il che si adatta alle vite attive degli animali che si muovono.

I polisaccaridi si suddividono in omopolisaccaridi ( costituiti da tante unità di uno stesso monosaccaride ripetuto più volte) e eteropolissaccaridi (costituiti da tante unità monosaccaridiche diverse). La cellulosa e la chitina sono esempi di polisaccaridi strutturali. La cellulosa è usata nelle pareti cellulari e in altri organismi, e si ritiene che sia la più abbondante molecola organica sulla Terra. Ha molti utilizzi, come un ruolo significativo nell'industria tessile e della carta, ed è usata come materia prima per la produzione del rayon (attraverso il processo viscoso), acetato di cellulosa, celluloide, e nitrocellulosa. La struttura della chitina è simile, ha delle catene laterali che contengono azoto, aumentandone la forza. Si trova negli esoscheletri degli artropodi e nelle pareti cellulari di alcuni funghi. Ha molti usi, tra cui il filo di sutura chirurgico.

Nutrimento

I carboidrati sono la più comune fonte di energia negli organismi viventi, e la loro digestione richiede meno acqua di quella delle proteine o dei grassi. Le proteine e i grassi sono componenti strutturali necessari per i tessuti biologici e per le cellule, e sono anche una fonte di energia per la maggior parte degli organismi.

I carboidrati non sono nutrienti essenziali per gli esseri umani: il corpo può ottenere tutta l'energia necessaria da proteine e grassi. Però una dieta completamente priva di carboidrati può portare a chetosi. Comunque, il cervello e i neuroni in genere non possono consumare direttamente i grassi e hanno bisogno di glucosio da cui ricavare energia: questo glucosio può essere ricavato da alcuni degli amminoacidi presenti nelle proteine e anche dal glicerolo presente nei trigliceridi. I carboidrati forniscono 3.75 kcal per grammo, le proteine 4 kcal per grammo, mentre i grassi forniscono 9 kcal per grammo. Nel caso delle proteine, però, quest'informazione è fuorviante in quanto solo alcuni degli amminoacidi possono essere utilizzati per ricavare energia. Allo stesso modo, negli esseri umani, solo alcuni carboidrati possono fornire energia, tra questi ci sono molti monosaccaridi e alcuni disaccaridi. Anche altri tipi di carboidrati possono essere digeriti, ma solo grazie all'aiuto dei batteri intestinali. I ruminanti e le termiti possono addirittura digerire la cellulosa, che non è digeribile dagli altri organismi.

Tra i cibi ricchi di carboidrati ricordiamo il pane, la pasta, i legumi, le patate, la crusca, il riso e i cereali. La maggior parte di questi cibi sono ricchi di amido.

La FAO (Food and Agriculture Organization) e l'OMS (Organizzazione Mondiale della Sanità)) raccomandano di ingerire il 55-75% dell'energia totale dai carboidrati, ma solo il 10% dagli zuccheri semplici.

Metabolismo

CATABOLISMO:

Le principali vie metaboliche dei monosaccaridi sono:

La glicolisi: processo attraverso il quale una molecola di glucosio viene trasformata in due molecole di piruvato con un rilascio di energia sotto forma di 2 molecole di ATP e con la riduzione di due molecole di NAD⁺ a NADH + H⁺.
Il ciclo di Krebs: processo continuo atto a disorganicare i due carboni presenti nell'Acetil-CoA (risultato dell'azione della piruvato deidrogenasi sul piruvato) in due molecole di anidride carbonica con un rilascio di energia sotto forma di 3 NADH + 3 H⁺, 1 FADH₂ e 1 GTP (facilmente convertibile in ATP tramite l'azione dell'enzima nucleoside difosfato chinasi).
Via del fosfogluconato: processo parallelo alla glicolisi atto a rifornire l'organismo diribosio-5-fosfato e NADPH.

Gli oligosaccaridi e i polisaccaridi sono prima scissi in monosaccaridi da enzimi detti glicosidasi per poi essere catabolizzati singolarmente. In alcuni casi, come per la cellulosa, il legame glicosidico è particolarmente difficile da scindere e pertanto sono necessari enzimi specifici (in questo caso la cellulasi) senza i quali è impossibile catabolizzare tali zuccheri.