Noțiuni generale

Zaharidele (cunoscute și sub denumirea de: zaháruri, glucide, carbohidrați sau hidrați de carbon) sunt compuși organici cu funcțiune mixtă, ce au în compoziția lor atât grupări carbonilice (aldehidă sau cetonă), cât și grupări hidroxilice (hidroxil). În majoritatea cazurilor, raportul dintre numărul atomilor de hidrogen și de oxigen este de 2:1 (ca al apei); cu alte cuvinte, au formula empirică C_m(H₂O)_n (unde m poate fi diferit de n). Există și unele excepții; de exemplu, deoxiriboza, o zaharidă componentă a ADN-ului, are formula brută C₅H₁₀O₄. De aceea, zaharidele mai sunt numite și carbohidrați sau hidrați de carbon, dar din punct de vedere structural este corect să fie privite mai degrabă ca polihidroxialdehide sau ca polihidroxicetone.

Nomenclatură

Cel care încearcă prima dată să denumească glucidele este C.Schmidt în anul 1844,care le denumește hidrați de carbon,datorită raportului observat între atomii de hidrogen și oxigen de 2:1.Se propune formula generală de C_n(H ₂O)_n. Formula propusă are 2 incoveniente:

• Hidrogenul și oxigenul nu sunt legați sub forma de molecule de apă de atomul de carbon
• sunt substanțe de tipul aldehidei formice CH₂O, acid lactic C ₃(H₂O)₃, care nu sunt glucide.

Nomenclatura actuală de glucide provine de la grecescul γλικισ (glikis=dulce). Nici această denumire nu este riguros științifică deoarece glucide cu masă mare(celuloză, amidon) nu au gust dulce.

De obicei, pentru zaharide se folosesc denumiri uzuale, inspirate din numele produselor naturale, din care au fost izolate inițial, care au sufixul “-oză”: glucoză, fructoză etc.; denumirile IUPAC se utilizează mai rar.

Clasificare

1.În funcție de comportarea glucidelor la reacția de hidroliză:

Oze

Cunoscute și sub denumirea de monoglucide sunt glucidele care prin hidroliză nu pot fi descompuse în molecule mai simple care să posede proprietăți fizico – chimice caracteristice glucidelor;De asemenea constituie substanțe de rezervă utilizate de către celule și țesuturi. Biosinteza lor se realizează prin fotosinteză.

Ozide

substanțe formate prin unirea mai multor molecule de monozaharide :

• Oligozaharide formate dintr-un număr mic (2-10) de resturi de monozaharide, unite prin punți eterice (C-O-C) și care eliberează, prin hidroliză, monozaharidele constituente (ex.: zaharoza, maltoza, lactoza)
• Polizaharide număr foarte mare de monozaharide (ex. rafinoza)

2.În funcție de numărul de atomi ce carbon:

Monozaharide:

• cu 5 atomi de carbon (ex.: manoza, riboza, dezoxiriboza si arabioza)
• cu 6 atomi de carbon (ex.: glucoza, fructoza și galactoza – toate 3 au formula moleculară C6H12O6, dar proprietăți diferite

Polizaharide:

• Amidonul
• Glicogenul
• Celuloza și hemiceluloza
• Chitina

MONOZAHARIDE. Proprietăți fizico-chimice

• glucoza și fructoza au proprietăți fizice asemănătoare alcoolilor polihidroxilici drept consecință a existenței în moleculele lor a unui număr mare de grupe hidroxil, capabile să formeze legături de hidrogen atât între ele, cât și cu moleculele de apă.
• sunt substanțe solide, cristalizate, albe, care la încălzire avansată se descompun în carbon și apă
• sunt solubile în apă, puțin solubile în alcool și greu solubile în solvenți organici
• au gust dulce, proprietate care se intensifică odată cu creșterea numărului de grupe hidroxil din moleculă

Monozaharidele dau reacții de: oxidare, de reducere cu hidrogen, de condensare, la grupa hidroxil și de fermentație alcoolică:

∞ Reacția de oxidare blândă

Dizaharide

Dizaharidele sunt zaharide formate prin unirea a două molecule de monozaharide. Acestea sunt solubile în apă. Cele mai cunoscute dizaharide sunt: zaharoza, lactoza și maltoza.

Dizaharidele fac parte din categoria oligozaharidelor, iar cele mai comune exemple, zaharoza, lactoza și maltoza, conțin doisprezece atomi de carbon, având formula generală C₁₂H₂₂O₁₁. Diferența dintre dizaharide se datorează diferitelor aranjamente la nivel atomic în moleculă

-Zaharoză-

Polizaharide

Polizaharidele sunt hidrocarbonate compuse din mai multe molecule de monozaharide ca de exemplu glucoză, fructoză care sunt legate între ele în lanțuri cu lungimi diferite formând polizaridele ca glicogen, amidon, chitină și celuloză. Formula generală a unui polizaharid este:

-[C_x(H₂O)_y]_n– unde x are frecvent valoarea 5 și 6 iar y valoarea x-1.

De grupa polizaharidelor aparțin și pectinele, produsele mucilaginoase din cereale formate din galactoză, gluten și manoză, amilopectina.

Polizaharidele hidrlozează în cataliză adică sau enzimatică până la monozaharidele componente. Acest proces se numește zaharificare, deocarece monozaharidele rezultate, spre deosebire de polizaharide, au gust dulce.

Amidonul

Amidonul este o polizaharidă care, din punct de vedere structural, este alcătuită din amiloză și amilopectină. Amidonul este una dintre sursele energetice importante ale organismelor uman și animal. Nimerind în organism cu hrana, amidonul se supune hidrolizei enzimatice în prezența amilazelor, transformându-se în glucoză. Aceasta este transportată spre celule, unde se consumă parțial pentru necesitățile energetice ale organismului, conform schemei:

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2+ 6H2O + Q

Formula brută a amidonului, determinată prin analiza elementară, este (C6H10O5)n, la fel ca a celulozei. Prin hidroliza cu acizi, amidonul trece în D-glucoza, cu randament cantitativ. Din punct de vedere al compoziției chimice, amidonul este un amestec, format din 2 polizaharide: amilopectină șiamiloză, care diferă între ele prin structură și reactivitate.

-amiloză-

 

Celuloza

Celuloza este o substanță macromoleculară naturală din clasa glucidelor, fiind constituentul principal al membranelor celulelor vegetale. Celuloza este polizaharidă și împreună cu lignina (un compus macromolecular aromatic) și alte substanțe, formează pereții celulelor vegetale și conferă plantei rezistență mecanică și elasticitate. Aceasta are aceeași formulă brută ca și amidonul(C6H10O5)n, unde n poate atinge cifra miilor.

Surse de celuloză

Celuloza apare în stare pură în componența bumbacului. Din acesta se obține cea mai pură celuloză prin îndepărtarea semințelor și spălarea vatei din capsulele de bumbac, iar celuloza rezultată este folosită în industria textilă deoarece are un procent de 91% celuloză. Se găsește în combinație cu lignină în lemn (40-60%). Fibrele de celuloză prezente în lemn sunt sub forma unui polimer complex: lignină. Acesta tratat cu substanțe alcaline duce la formarea hârtiei. Alte surse sunt inul, cânepa, stuful (50%). Formarea celulozei în plante este rezultatul unui proces de biosinteză fotochimică. Peretele celular vegetal este alcătuit din celuloză cu excepția câtorva tipuri de alge. Celuloza este organizată în microfibre. Structura conferă rigiditate plantei și un mediu poros favorabil circulației apei, mineralelor și altor substanțe nutritive. Celuloza formează părțile de susținere ale plantelor împreună cu lignina și alte substanțe necelulozice, și conferă acestora elasticitate. Multe din speciile de plante care conțin un nivel ridicat de celuloză sunt benefice omului.

Numeroasele grupări hidroxil existente de-a lungul lanțului, în resturile glucozice, formează între ele un număr uriaș de legături de hidrogen care împachetează foarte strâns lanțurile macromoleculare și conferă celulozei structura macroscopică de fir. Deși este considerat ca fiind produs de plante și unele bacterii produc celuloză.

Structura celulozei

Glicogenul

Glicogenul este la organismul animal corespondentul amidonului de la plante, fiind un polizaharid compus din mai multe molecule de glucoză (unități de ∝-glucopiranoză, având o structură ramificată, asemănătoare amilopectinei).

Glicogenul servește la înmagazinarea energiei și detoxifierea organismului, o mare parte din glicogen se găsește în ficat. Desfacerea glicogenului în monozaharide ca glucoza se face cu eliberare de energie necesară de exemplu contractiei musculare. Procesul de eliberare sau înmagazinare de energie fiind reversibil și se realizează cu ajutorul ATP-ului.