Glucide

  Sunt compuşi ternari formaţi din carbon, hidrogen şi oxigen.

            Se întâlnesc în toate organismele vii, având rol energetic.

            Din catabolismul glucidelor nu rezultă produşi intermediari toxici, degradarea făcându-se până la CO₂, H₂O şi energie.

            Glucidele satisfac 60% din necesarul energetic al organismului uman.

            D.p.d.v. chimic glucidele sunt aldehide sau
cetone ale polialcoolilor, deci sunt oxialdehide sau oxicetone.

            Clasificare:

            După comportatea la hidroliză, există 2 grupe mari:

I.                   Oze (monozaharide) – nu dau naştere prin hidroliză la alte molecule mai mici.

D.p.d.v. chimic există: - aldoze (-C         )

  - cetoze (-C=O).

După numărul atomilor de carbon există:

- trioze (3 atomi de C) - gliceraldehida

- tetroze (4 atomi de C)  - eritroza

- pentoze (5 atomi de C) - riboza, xiloza

- hexoze (6 atomi de C) - glucoza, fructoza, manoza

II.                Ozide (zaharuri complexe) - dau naştere prin hidroliză la molecule mai mici.

Există:

1.      Holozide – dau naştere prin hidroliză la oze

Ex.:

a.       Oligozaharide:  -  dizaharide – zaharoza, maltoza, lactoza

-          trizaharide – rafinoza

-          tetrazaharide – stahioza

b.      Polizaharide:  -    glucani – amidon, glicogen, celuloza

-          fructani – inulina

2.      Heterozide – dau naştere prin hidroliză la una sau mai multe molecule de oze şi la o grupare străină, neglucidică numită aglicon.

D.p.d.v. al structurii chimice ozele se pot prezenta sub 3 forme: liniară (aciclică), ciclică, de perspectivă.

○  Forma liniară (aciclică) - redă structura ozelor presupunând că toţi atomii din moleculă se găsesc în acelaşi plan. S-a convenit că atomul de carbon din gruparea aldehidică a ozei să fie notat cu cifra 1 iar cel din gruparea cetonică cu cifra 2.
○  Forma ciclică (formula de proiecţie Fischer) - presupune un proces de ciclizare intramoleculară bazat pe reacţia de formare a acetalilor, respectiv a cetalilor, datorită legăturii dintre gruparea carbonilică şi hidroxilică intermediară. Ca urmare a acestor reacţii apare un atom de carbon asimetric pe care se găseşte grefată o grupare hidroxil numită hidroxil glicozidic (semiacetalic sau cetalic) şi prezintă o reactivitate chimică deosebită. Hidroxilul glicozidic ce rezultă prin ciclizare poate fi orientat de aceeaşi parte cu atomul de oxigen aflat în punte reprezentând o configuraţie b sau de partea opusă, reprezentând o configuratie a.

 Ozele care au ciclurile formate din 5 atomi de carbon şi un atom de oxigen sunt de tipul piranoză, iar cele care au cicluri formate din 4 atomi de carbon şi un atom de oxigen sunt de tipul furanoză. În natură glucoza se găseşte predominant în forma piranozică, iar fructoza în forma furanozică.

Pentru cetoze:  -     ciclul piranozic: între C₂ şi C₆

-          ciclul furanozic: între C₂ şi C₅

Pentru aldoze:  -    ciclul furanozic: între C₁ şi C₄

-          ciclul piranozic: între C₁ şi C₅

○  Formula  ciclică de perspectivă (formulă de proiecţie în spaţiu sau formulă de perspectivă Haworth). Această formulă reprezintă configuraţia spaţială, adică structura ozei în care atomii sau grupările de atomi sunt plasaţi în planuri diferite. Conform reprezentării spaţiale, hidroxilul glicozidic în poziţia α este orientat sub planul ciclului, iar hidroxilul glicozidic în poziţia β deasupra planului ciclului. Cele 2 forme, α şi β se numesc izomeri. De asemenea, ozele prezintă şi izomeri optici (datorită atomului de C asimetric), dextrogiri şi levogiri.

Proprietăţi fizice

-          Sunt substanţe solide, cristaline, de culoare albă, cu gust dulce, solubile în apă

-          La încălzire se caramelizează şi apoi se carbonizează

-           Au activitate optică

Proprietăţi chimice

Sunt determinate de gruparea carbonilică, gruparea OH şi de catenă.

1.      Proprietăţi determinate de gruparea carbonilică

a.       Oxidarea lentă (la gr. carbonil) – în prezenţa diferiţilor reactivi (Tollens – Ag(NH₃)₂OH sau Fehling – Cu(OH)₂) se formează oxiacizi aldonici.

Ex.: glucoză → acid gluconic

b.      Oxidare menajată (la C6) – se protejează gruparea carbonil şi grupările hidroxil secundare cu diferite substanţe (hidrazină, hidroxilamină) şi se oxidează doar gruparea OH primară, rezultând acizi uronici.

Ex.: glucoză → acid glucuronic

c.       Oxidare energică (la C1 şi C6) – în prezenţa agenţilor oxidanţi (KMnO4∕H₂SO_4, HNO₃ concentrat) ozele formează oxiacizi dicarboxilici.

Ex.: glucoză → acid glucozaharic

d.      Oxidarea ozelor în mediu alcalin şi la cald – ozele au proprietatea de a reduce sărurile metalelor grele la oxizi sau chiar la metale. Pe această proprietate se bazează identificarea şi dozarea ozelor în urină sau în alte lichide din organism.

2.      Proprietăţi determinate de gruparea OH

Esterificarea – este reacţia prin care ozele formează esteri, în special cu acizi organici şi anorganici (acid fosforic). Esterii ozelor sunt metaboliţi intermediari cu rol în procesele de fermentaţie, respiraţie.

3.      Proprietăţi determinate de catenă

a.       Izomerizarea sterică – când ozele, sub acţiunea unor baze slabe formează izomeri prin transpoziţie între gruparea carbonil şi C vecin. Reacţia se mai numeşte epimerizare, iar produsul rezultat epimer.

Ex.: glucoza, fructoza şi manoza sunt epimeri pentru că au aceeaşi structură, cu excepţia atomilor de C 1 şi 2.

b.      Hidroliza ozelor sub acţiunea bazelor tari

Ex.: glucoza → acid lactic

c.       Fermentaţia alcoolică – prin care ozele formează substanţe mai simple (alcool etilic şi CO₂)

I.                   Oze (Monozaharidele)

Sunt substanţe solide, cristaline, inodore, solubile în apă şi insolubile în solvenţi organici, cu gust dulce. Punctul de topire este de 146-165^oC. La încălzire se topesc şi caramelizează.  Prezintă proprietăţi optice.

                Clasificare:

1.      În funcţie de numărul atomilor de carbon (C):

Ø  Trioze (C₃)

Ø  Tetroze (C₄₎

Ø  Pentoze (C₅)

Ø  Hexoze (C₆), etc.

2.      Dupa natura grupei carbonil:

Ø  Aldoze (conţin o grupare aldehidică)

Ø  Cetoze (conţin o grupare cetozică)

            Structura

            Poziţia grupei carbonil faţă de grupele hidroxil din moleculă, influenţează atât structura cât şi proprietatile ozelor.

            Triozele şi tetrozele au o structură aciclică, cele conţinând 5, 6 sau mai mulţi atomi de C pot adapta structuri ciclice.

Reprezentanţi

1.      Triozele – gliceraldehida şi dihidroxiacetona – se găsesc în natură sub formă de esteri fosforici, care apar ca intermediari în transformările biochimice ale hidraţilor de carbon.

2.      Tetroze – eritroza; tetrozele nu se găsesc în natură, se obţin prin degradarea pentozelor.

3.      Pentozele - se găsesc în natură sub formă de glicozizi, esteri şi polizaharide

-          Arabinoza -  în sfecla de zahăr

-          Xiloza - în paie, lemn, seminţe de floarea soarelui, etc.

-          Riboza si Dezoxiriboza -în toate celulele vii

4.      Hexozele sunt larg răspândite în natură

-          Glucoza - se găseşte în fructe dulci, miere de albine, în sânge, în lichid cefalorahidian. Se găseşte în oligozaharide, polizaharide şi glicozide. Glucoza se obţine industrial prin hidroliza enzimatică sau acidă a amidonului.

-          Galactoza - se găseşte în galactozide şi fosfatide (lipide complexe din creier), în alge marine

-          Manoza - în polizaharide numite manini

-          Fructoza - se găseşte în regnul vegetal, în stare liberă în fructe dulci, se foloseşte la fabricarea produselor de panificaţie, băuturi nealcoolice

-          Sorboza - este materia primă în sinteza vitaminei C

5.      Glicozidele - sunt derivaţi ai monozaharidelor, denumiţi în funcţie de monozaharidul de la care provin: glucozide, galactozide, fructozide, din plante de vanilie, migdale, sâmburi de prune, cireşe, piersici, etc.

-          glicozidele se găsesc în nucleozide, cerebrozide

-          galactozamina - se găseşte în cartilagii şi numeroase vegetale, intră în structura streptomicinei

II.                Ozide

1.      Holozide

a.       Oligozaharide - sunt compuşi din clasa zaharidelor, în a căror structură moleculară intră un număr mic de unitaţi de monozaharide, identice sau diferite, unite prin ele prin legături glicozidice. După numărul  unităţilor de monozaharide componente se întâlnesc di-, tri-, tetrazaharide.

-          Dizaharidele - se obţin prin eliminarea unei molecule de apă între două monozaharide. În natură cele mai adesea dizaharidele sunt formate din hexoze (glucoza, galactoza, fructoza). Unirea ozelor într-un dizaharid se realizează prin legătura monocarbonilică (între hidroxilul glicozidic al unei oze şi hidroxilul alcoolic de la cealaltă oză - are loc între C₁ al primei oze şi C₄ al următoarei oze) şi legătura dicarbonilică (între cele 2 grupări hidroxil gicozidice – are loc între C₁ al primei oze şi C₁ al celei de-a doua oze). Formula generală a dizaharidelor este C₁₂H₂₂O₁₁. Exemple:

-          Maltoza- se găseşte în cantităţi mici în plante, în seminţele plantelor în curs de germinare, în drojdia de bere, în unele secreţii animale. Maltoza este unitatea structurală a amidonului. Este formată din 2 molecule de α glucoză.

-          Celobioza - este unitatea structurală a celulozei; se formează din 2 molecule de β glucoză.

-          Lactoza - se găseşte în laptele mamiferelor, polenul unor flori, unele fructe tropicale; se formează din β-glucoză şi β-galactoză.

-          Trehaloza- a fost identificată în ciuperci, în drojdii şi în unele plante superioare

-          Zaharoza -  formează zahărul. Se găseşte în fructe, în plante, în cantitate mare în sfecla  şi trestia de zahăr. Este formată din α-glucoză şi β-fructoză.

-          Trizaharidele – rafinoza – conţine galactoză, fructoză şi glucoză; se gaseşte în sfecla de zahăr şi apare ca impuritate în zahărul nerafinat.

-          Tetrazaharidele – stahioza - prezentă în unele vegetale, mai ales în boabele plantelor aparţinătoare familiei Fabaceae (soia, fasole, mazăre,linte, arahide). În cantităţi mici se mai găseşte în cariopsele cerealelor, mai ales în boabele de porumb şi de  grâu.

a.       Polizaharide – sunt substanţe macromoleculare cu formula generală (C₆H₁₀O₅)_n. Sunt substanţe solide, cristaline, de culoare albă, cu aspect amorf, insolubile sau greu solubile în apă, cu activitate optică. Nu au gust dulce. Sunt formate din monozaharide unite între ele prin legături glicozidice. Sunt răspândite atât în regnul vegetal (celuloza, amidonul), cât şi în regnul animal (glicogen).

-          Amidonul - se găseşte în fructe, seminţe (grâu, 57-75%), tuberculi de cartofi. Este un polizaharid ce are ca reacţie de recunoaştere reacţia cu iodul, în urma căreia se formează un compus de culoare albastră. Prin hidroliză formează produşi intermediari numiţi dextrine care nu mai dau culoare albastră cu iodul. Aceşti produşi intermediari dau prin hidroliză maltoza, apoi 2 molecule de α-glucoză.

-          Glicogenul – este un polizaharid de rezervă, de origine animală, nu dă reacţia de culoare albastră, ci roşie; se găseşte în toate ţesuturile animale, este substanţă de rezervă din ficat, muşchi, se găseşte şi în ciuperci, drojdii

-          Celuloza – este formată din molecule de β-glucoză. Este constituentul de bază al ţesuturilor vegetale şi componenta principală a membranei celulare din toate plantele superioare, inclusiv din speciile lemnoase. În ţesuturile vegetale celuloza se află sub formă de fibre, avînd rolul unei substanţe schelet, de care sînt fixaţi toţi ceilalţi componenţi chimici principali şi secundari ai lemnului.

-          Chitina – în peretele celular al ciupercilor

-          Inulina – formată din molecule de fructoză; se găseşte în rădăcina unor plante

-          Manani – în lemnul coniferelor, în cojile dure ale unor seminţe

-          Galactani – în ciuperci şi microorganisme

-          Xilani – în plantele superioare

2.      Heterozidele

Sunt zaharuri ce au o grupare specifică, neglucidică.

-          Heparina – se găseşte in ficat, inimă, plămâni; are acţiune anticoagulantă;

-          Cerebrozidele – se gasesc în substanţa nervoasă şi contin galactoză sau lactoză, o bază azotatăşi un acid gras;

-          Gume şi mucilagii vegetale – sunt formate din acizi glucuronici şi arabinoză. Sunt întâlnite la vişini, pruni, migdali, în locurile cu leziuni;

-          Acizii condroitin şi mucoitin sulfuric – care împreună cu o componentă proteică formează glicoproteinele din ţesutul conjunctiv: condrina, mucina;

-          Imunopolizaharide – intră în structura peretelui celular şi al capsulei unor bacterii

-          Heterozide sterolice – indicanul – din care se extrage indigoul

Digestia şi absorbţia glucidelor

Pentru a putea fi folosite de organism, glucidele trebuie să fie hidrolizate până la monoglucide (glucoză, fructoză, galactoză) sub acţiunea enzimelor din sucurile digestive.

 Procesul începe în cavitatea bucală unde amidonul este hidrolizat de ptialină (amilaza salivară) în dextrine şi maltoză. Dacă bolul alimentar este ţinut mai mult în cavitatea bucală şi maltoza poate hidroliza în molecule de glucoză.

La nivelul stomacului sucul gastric inhibă activitatea amilazei aşa încât procesul de digestie a glucidelor va continua în intestin.

În intestinul subţire există amilaza pancreatică care hidrolizează amidonul în maltoză, iar dizaharidele (maltoză, lactoză, zaharoză) vor fi hidrolizate la nivelul mucoasei intestinale sub acţiunea enzimelor specifice (maltază, zaharază, lactază).

Toate glucidele vor fi hidrolizate până la hexoze şi pentoze, cu excepţia celulozei.

Celuloza – nu prezintă la nivelul mucoasei intestinale enzime specifice, dar este elementară pentru alimentaţia omului deoarece favorizează peristaltismul intestinal. Celuloza este degradată la nivelul intestinului gros sub acţiunea florei intestinale saprofite, degradare ce duce la formarea de CO₂, O₂ şi acizi organici.

           

Absorbţia glucidelor

Reprezintă trecerea produşilor rezultaţi din digestie prin vilozităţile intestinale în sânge.

Se face sub formă de hexoze şi pentoze prin procese active şi pasive.

Procesele active se realizează cu consum de energie rezultată din moleculele de ATP. Sunt absorbite activ hexozele.

Pentozele se absorb pasiv, fără consum de energie, prin difuziune.

Forma de absorbţie a glucidelor, în special a hexozelor, este de esteri fosforici (glucozofosfat, fructozofosfat, galactozofosfat).

În vilozităţile intestinale esterul se desface, iar acidul fosforic va lega noi molecule de glucide care vor trece în circulaţie şi prin vena portă la ficat. Ficatul foloseste glucoza pentru:

-          Refacerea rezervelor de glicogen

-          Menţinerea constantă a glicemiei

-          Lipogeneză (trabsformarea surplusului de glucoză în lipide)

Pentru a putea utiliza galactoza şi fructoza, ficatul conţine o enzimă care transformă cele 2 oze în glucoză.

În cazuri patologice cele 2 oze apar crescute în sânge (fructozemie, galactozemie) şi în urină (fructozurie, galactozurie).

            Metabolismul intermediar

Anabolismul (sinteză de substanţe) cuprinde 2 procese:

1.      Glicogenogeneza – sinteza glicogenului din glucoză

2.      Gluconeogeneza – sinteza glucozei din substanţe neglucidice: cetoacizi, acizi graşi, acid piruvic, acid lactic.

Ambele procese au ca etapă obligatorie formarea esterilor cu acidul fosforic (glucozo-fosfat).

Catabolismul (degradare de substanţe) – cuprinde 2 procese:

1.      Glicogenoliza – constă în hidroliza glicogenului în ficat, muşchi, celule, ţesuturi.

2.      Glicoliza – consumul tisular de glucoză; se realizează în 2 faze: anaerobă şi aerobă.

Faza anaerobă – glucoza se transformă în acid piruvic. Acest proces se desfăşoară printr-un lanţ de reacţii în care participă esterii hexozofosforici şi se formează ATP.

Prin degradarea unui mol de glucoză se formează 8 moli de ATP.

1mol de ATP = 7500 calorii.

8 moli ATP × 7500 calorii → 60000 de calorii = 10% din energie; restul de 90% se obţine în faza aerobă.

Faza aerobă – constă în transformarea acidului piruvic prin ciclul Krebs până la CO₂, H₂O şi energie.

Dacă într-un ţesut apare un timp îndelungat starea de hipoxie, acidul piruvic se transformă în acid lactic şi apare oboseala.

Reglarea metabolismului presupune procese de control asupra vitezei şi direcţiei reacţiilor metabolice de anabolism şi catabolism. Astfel, între cele 2 procese există un control şi un echilibru permanent. Se stabileşte între gluconeogeneză şi glicoliză. Raportul dintre aceste 2 procese reprezintă glicemia = 0,7 – 1,1 g%₀.

Menţinerea constant a acesteia se realizează pe baza activităţii enzimelor, enzime care au anumiţi inhibitori (ioni de Mg) şi cele 2 categorii de hormoni, unii cu acţiune hiperglicemiantă (glucagon) şi alţii cu acţiune hipoglicemiantă (insulina).

Mecanismul hormonal este controlat de sistemul nervos în raport cu concentraţia glucozei din sânge, mecanism feed-back pozitiv sau negativ.

Tulburările sunt determinate de modificări ale enzimelor ca urmare a unor mutaţii sau a absenţei congenitale a enzimelor respective.

Cele mai importante tulburări:

-          Glicogenoza – depuneri de glicogen la nivelul diferitelor organe (hepatic, renal, generalizat)

-          Galactozemia, galactozuria, fructozemia, fructozuria – apar datorită deficienţei de enzime care să transforme galactoza şi fructoza în glucoză.

-          Diabetul zaharat – boală biochimică care se manifestă prin tulburări ale metabolismului biochimic, glicemic, peste pragul renal (1,6 – 1,8g%₀), glucozurie, dar şi tulburări ale metabolismului proteic, lipidic (creşterea concentraţiei corpilor cetonici în sânge – cetonemie şi în urină – cetonurie). D.p.d.v. clinic, diabetul se manifestă prin polifagie, polidipsie şi poliurie. Stările de poliurie şi polidipsie apar şi într-o boală endocrină – diabet insipid (tulburare a hipofizei posterioare).