Proprietà e classificazione

I carboidrati sono definiti chimicamente come aldeidi o chetoni arricchiti da gruppi ossidrile (-OH). Infatti i glucidi possono essere generalmente schematizzati con la formula Cn(H2O)n. Essi vengono suddivisi in base al numero di unità funzionali ripetute, unite da legami glicosidici: - ‍monosaccaridi, con una solo unità ripetuta (glucosio, fruttosio, galattosio);‍ - oligosaccaridi, tra due e nove unità funzionali ripetute,‍ - polisaccaridi, formate da più di dieci unità ripetute come l’amido. Vengono ulteriormente suddivisi in carboidrati semplici (monosaccaridi e oligosaccaridi) e carboidrati complessi. ‍I monosaccaridi a loro volta vengono classificati in base al numero di atomi di carbonio (triosi 3 atomi di C, pentosi 5 atomi di C, esosi, eptosi ecc.),  la presenza del gruppo aldeidico (aldosi) e chetonico (chetosi), la chiralità e la posizione del gruppo -OH. Invece, i polisaccaridi sono classificati in base a due parametri:‍ - ‍similitudine con lo zucchero,‍ - la presenza di unità ripetitive uguali o diverse tra loro (omopolisaccaridi e eteropolisaccaridi).

Ruolo biologico

Fonte energetica, deposito e funzione strutturale Il principale ruolo dei carboidrati è quello di fonte energetica per l’organismo, infatti la loro digestione richiede molta meno energia rispetto a quella delle proteine e dei grassi, in particolare per i monosaccaridi. Quando questi ultimi però non sono immediatamente necessari all’organismo, vengono convertiti in polisaccaridi. Hanno inoltre una funzione di deposito; un esempio è il glicogeno che viene utilizzato come riserva nell’uomo e negli animali, mentre per i vegetali svolge questa funzione l'amido. ‍Il glicogeno epatico, presente nel fegato è particolarmente importante poiché costituisce per 24 ore una riserva di zucchero ed energia negli animali, mentre quello muscolare viene usato come fonte di energia direttamente dalle cellule muscolari.Sono importanti anche per la loro funzione strutturale (come nell’esoscheletro degli artropodi, glicogeno ramificato negli animali), poiché essi chimicamente sono polimeri biologici stabili.  Alimentazione Il corpo umano ha bisogno di energia che viene ottenuta dal glucosio e dai chetoni, cioè metabolizzando sostanze, tra cui carboidrati, in queste sostanze più semplici. Monosaccaridi e disaccaridi vengono digeriti attraverso i batteri presenti nell’intestino in sostanze più semplici e fonte di energia. Pertanto è importante seguire un’alimentazione che comprende anche l’assunzione di carboidrati, come ad esempio pasta, pane, legumi, patate, cereali e riso. La Food and Agricolture Organization (FAO) e l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) non definiscono una quantità giornaliera da assumere ma suggeriscono di consumare il 5% di zuccheri semplici al giorno rispetto al cibo consumato e non superare il 10%. Metabolismo I monosaccaridi sono i glucidi più facili da metabolizzare e possono seguire tre processi metabolici: - la glicolisi, una molecola di glucosio viene convertita in due di piruvato con conseguente rilascio di ATP, quindi di energia; - il ciclo di Krebs, con la formazione dell'Acetil Coenzima A e successiva trasformazione di anidride carbonica ed energia; - via del fosfogluconato, con formazione di ribosio-5-fosfato e NADPH, via parallela alla glicolisi.

Reazioni chimiche dei carboidrati

Il gruppo reattivo dei carboidrati è il gruppo aldeidico che di solito subisce reazioni di riduzione ed ossidazione con conseguente formazione di acidi aldonici. Uno zucchero che principalmente promuove reazioni di ossidazione è detto zuccheri riducenti come lo saccarosio. Per definire se uno zucchero ha proprietà riducenti o meno si utilizzano i reattivi di Benedict e di Fehling attraverso dei saggi in laboratorio. Se un carboidrato reagisce con un acido periodico (acido derivato dallo iodio), la molecola subisce una vera e propria scissioni in due diverse molecole. Questa reazione è chiamata scissione ossidativa, che comporta la rottura di un legame semplice carbonio-carbonio e la formazione di due chetoni o di un acido carbossilico e un chetone in base alle caratteristiche chimiche della molecola iniziale; in particolari condizioni si possono formare due chetoni ed una molecola di acido formico. Un’altra reazione che caratterizza gli zuccheri è la formazione dell'emiacetale. Questa reazione avviene quando un monosaccaride lineare reagisce attraverso il suo gruppo chetonico o aldeidico con un gruppo ossidrile legato ad un altro atomo di carbonio. Si formerà un composto ciclico con un ponte di ossigeno che può essere chiamato furano o pirano (in base al numero di atomi di carbonio che lo compongono, cinque o sei). Il carbonio a cui è legato l’ossigeno del gruppo chetonico o aldeidico dopo la reazione diventa un carbonio anomerico con un centro chirale. Si possono quindi formare da questa reazione due diversi stereoisomeri, detti anomeri, a causa dell’anomeria.