Carboidrati

I Carboidrati sono le molecole organiche più abbondanti in natura e rappresentano le fondamentali molecole di riserva energetica negli organismi viventi. I carboidrati vengono comunemente distinti in tre tipologie a seconda del numero di zuccheri che contengono.

Monosaccaridi: detti anche zuccheri singoli o semplici, sono formati da una catena di atomi di carbonio alla quale sono legati atomi di idrogeno e di ossigeno secondo la proporzione di un atomo di carbonio, due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Possiamo rappresentarli con la formula (CH2O)n in cui se ad esempio n è uguale a 4 avremo C4H8O4, se n è uguale a 2 avremo invece C2H4O2 e così via. Quindi abbiamo questa catena di atomi di carbonio, in cui ognuno di questi, eccetto uno, lega un gruppo ossidrilico -OH, mentre l'altro atomo di carbonio forma un gruppo carbonilico  -C=O. Entrambi questi gruppi sono idrofili e in virtù di questo i monosaccaridi sono facilmente solubili in acqua. Quando sono in soluzione si trovano nella forma ad anello e in questo caso il gruppo carbonilico vene convertito in un gruppo ossidrilico. I monosaccaridi più comuni in natura sono quelli definiti "pentosi" o "esosi", che presentano rispettivamente 5 e 6 atomi di carbonio. Tra i monosaccaridi ricordiamo ad esempio il Glucosio, il Fruttosio, il Galattosio, il Ribosio.

Disaccaridi: questi contengono invece due molecole di zucchero legate covalentemente. Troviamo tra questi il Saccarosio, comune zucchero da tavola, formato da una molecola di glucosio e una di fruttosio; il Lattosio, formato da una molecola di glucosio e una di galattosio; il Maltosio, formato invece da due molecole di glucosio. Nella sintesi (produzione) di un disaccaride si forma un legame tra due monosaccaridi grazie all'eliminazione di una molecola di acqua, questa reazione chimica viene definita "Sintesi per Deidratazione", ma si tratta di un processo che richiede una cospicua quantità di energia. Quando invece un disaccaride deve essere utilizzato come fonte di energia, deve necessariamente essere scisso in due monosaccaridi, ciò avviene tramite l'aggiunta di una molecola di acqua. Questa reazione è definita "Idrolisi" e, al contrario della sintesi per deidratazione, è un processo che libera energia e che per questo ricopre un ruolo importante nei trasferimenti energetici all'interno delle cellule.

Polisaccaridi: si tratta invece di polimeri costituiti da monosaccaridi che si uniscono in lunghe catene e possono avere funzione di riserva o anche una funzione strutturale. Ricordiamo l'Amido, il Glicogeno, la Cellulosa, la Chitina.

 L'Amido, principale polisaccaride di riserva nelle piante, è costituito da catene di molecole di glucosio e si presenta sotto due forme: 1) Amilosio, molecola non ramificata; 2) Amilopectina, molecola ramificata. 

Il Glicogeno è invece il principale polisaccaride di riserva nei procarioti, nei funghi e negli animali. Somiglia alla molecola di Amilopectina, ma presenta un grado di ramificazione più elevato. Sappiamo inoltre che in alcune piante, i principali polisaccaridi di riserva sono dei polimeri del fruttosio, i Fruttani. 

La Cellulosa, rappresenta il più abbondante composto organico in natura e pur essendo costituita da monomeri di glucosio, così come l'amido e il glicogeno, si differenzia da essi perchè mentre l'amido e il glicogeno possono essere utilizzati come fonte di energia da quasi tutti gli organismi viventi, la cellulosa può essere scissa, idrolizzata, solo da alcuni microrganismi che possono essere procarioti, protozoi, funghi e da pochissimi animali. Se pensiamo ai ruminanti, questi possono utilizzare la cellulosa a proprio vantaggio grazie alla presenza, nel loro apparato digerente, di microrganismi in grado di scinderla. Ricordiamo che la cellulosa ha principalmente un ruolo strutturale, infatti è il principale componente della parete cellulare delle cellule vegetali. 

Sappiamo inoltre che la differenza tra amido, glicogeno e cellulosa è legata alle caratteristiche della molecola di glucosio che li compone. Il glucosio è uno zucchero a sei atomi di carbonio che si presenta, in soluzione, nella forma ad anello.  L'anello può presentarsi però sotto due forme: alfa e beta; queste sono in equilibrio e si trasformano in continuazione l'una nell'altra passando attraverso la forma intermedia, rappresentata dalla catena aperta. L'amido e il glicogeno sono costituiti interamente da unità di alfa-glucosio, mentre la cellulosa da beta-glucosio. Questo fa sì che la molecola di cellulosa sia lineare, lunga e non ramificata, per questo la cellulosa è inaccessibile agli enzimi che invece scindono tranquillamente amido e glicogeno. 

La Chitina è invece un polisaccaride strutturale formato da monomeri di N-acetilglucosammina (formata da una molecola di glucosio alla quale è legato un gruppo che contiene azoto) ed è il principale costituente della parete cellulare dei funghi, ma anche dell'esoscheletro di insetti e crostacei.