Glucide

Studiul monozaharidelor, dizaharidelor și polizaharidelor, cu proprietățile și importanța lor biologică.

Ce sunt glucidele și cum se clasifică

Glucidele (zaharidele) sunt compuși organici cu funcțiune mixtă: conțin o grupă carbonil (aldehidă sau cetonă) și mai multe grupe hidroxil. De aici și denumirile lor tehnice: polihidroxialdehide și polihidroxicetone.

Denumirea veche de hidrați de carbon vine de la formula generală Cn(H2O)m, dar este greșită conceptual — în moleculă nu există molecule de apă, ci grupe –OH și –CHO sau –CO–. Este o observație care apare frecvent la itemii de tip adevărat/fals.

Clasificarea cerută la examen:

• Monozaharide – nu hidrolizează; sunt unitatea de bază. Exemple: glucoza și fructoza (hexoze, C6H12O6), riboza și dezoxiriboza (pentoze, din acizii nucleici).
• Oligozaharide, dintre care contează dizaharidele (C12H22O11): zaharoza, maltoza, lactoza. Prin hidroliză dau două monozaharide.
• Polizaharide – (C6H10O5)n: amidonul, celuloza, glicogenul. Prin hidroliză totală dau un număr mare de molecule de glucoză.

După natura grupei carbonil, monozaharidele sunt aldoze (cu grupă –CHO, ca glucoza) sau cetoze (cu grupă cetonică, ca fructoza). După numărul de atomi de carbon: trioze, tetroze, pentoze, hexoze.

Glucoza și fructoza au aceeași formulă moleculară, C6H12O6, dar structuri diferite — sunt izomeri de funcțiune. Este cea mai simplă și mai des verificată relație de izomerie din acest capitol.

Glucoza – structură liniară și structură ciclică

Glucoza este cea mai importantă monozaharidă. Formula moleculară: C6H12O6, masa molară 180 g/mol.

În forma liniară (aciclică), glucoza este o aldohexoză: are o grupă –CHO la C1 și cinci grupe –OH la atomii C2–C6, dintre care patru secundare și una primară (la C6). Conține patru atomi de carbon asimetrici, deci este optic activă.

În soluție apoasă, glucoza există însă preponderent în formă ciclică. Grupa –OH de la C5 se adiționează intramolecular la grupa carbonil de la C1 și se formează un ciclu de șase atomi (piranozic). Consecințe:

• apare o grupă –OH nou formată, numită hidroxil glicozidic (anomeric), la C1 — este mai reactivă decât celelalte;
• în funcție de poziția ei rezultă doi anomeri, alfa-glucoza și beta-glucoza;
• în soluție cele două forme ciclice și forma liniară se află în echilibru, iar trecerea de la una la alta se numește mutarotație.

Fructoza este o cetohexoză: are grupa carbonil la C2 și cinci grupe –OH. Se ciclizează într-un ciclu de cinci atomi (furanozic).

Proprietăți fizice: substanțe solide, cristaline, incolore, cu gust dulce, foarte solubile în apă (datorită numeroaselor legături de hidrogen), insolubile în solvenți nepolari. Fructoza este cea mai dulce dintre glucidele naturale, mai dulce decât zaharoza.

Reacțiile monozaharidelor: oxidare, reducere, fermentație

Oxidarea blândă este reacția-cheie de identificare. Deoarece în echilibru există și forma liniară cu grupă –CHO, glucoza se comportă ca o aldehidă și dă:

• reacția Tollens (cu reactiv Tollens, soluție amoniacală de azotat de argint) – depune oglinda de argint, iar glucoza se transformă în acid gluconic (sub formă de sare);
• reacția Fehling (cu reactiv Fehling, soluție alcalină de sulfat de cupru complexat) – dă un precipitat roșu-cărămiziu de Cu2O.

Glucidele care dau aceste reacții se numesc glucide reducătoare. Sunt reducătoare: toate monozaharidele (inclusiv fructoza, care în mediu bazic se izomerizează la glucoză), maltoza și lactoza. NU sunt reducătoare: zaharoza, amidonul, celuloza, glicogenul.

Oxidarea energică (de exemplu cu acid azotic) atacă și grupa –CH2OH terminală și duce la acid glucaric (zaharic), un diacid.

Reducerea (hidrogenare catalitică, Ni) transformă grupa carbonil în grupă alcoolică: glucoza dă sorbitol (glucitol), un polialcool folosit ca îndulcitor în produsele pentru diabetici.

Fermentațiile sunt procese enzimatice, catalizate de microorganisme. Trei sunt obligatorii:

• fermentația alcoolică: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2, sub acțiunea enzimelor din drojdie; stă la baza obținerii alcoolului și a dospirii aluatului;
• fermentația lactică: C6H12O6 → 2 CH3–CH(OH)–COOH (acid lactic); apare la murarea legumelor, la iaurt și în mușchi la efort intens;
• fermentația acetică: etanolul se oxidează la acid acetic — mecanismul prin care vinul se oțetește.

Cu alcooli, hidroxilul glicozidic dă glicozide; cu anhidrida acetică, toate cele cinci grupe –OH ale glucozei se esterifică, ceea ce confirmă numărul lor.

Dizaharidele: zaharoza, maltoza, lactoza

O dizaharidă se formează prin eliminarea unei molecule de apă între două monozaharide; legătura care le unește se numește legătură glicozidică. Formula moleculară comună: C12H22O11, masa molară 342 g/mol.

Zaharoza (zahărul obișnuit, din trestie sau sfeclă) este formată din o moleculă de glucoză și una de fructoză. Particularitatea decisivă: legătura se face între cei doi hidroxili glicozidici, deci niciunul nu mai rămâne liber. De aceea zaharoza:

• nu are caracter reducător — nu dă reacția Tollens și nu dă reacția Fehling;
• nu poate trece în formă liniară cu grupă carbonil.

Prin hidroliză (acid sau enzima invertază) zaharoza dă un amestec echimolecular de glucoză și fructoză, numit zahăr invertit (componenta principală a mierii), care este reducător.

Maltoza (zahărul de malț) este formată din două molecule de glucoză. Un hidroxil glicozidic rămâne liber, deci maltoza este reducătoare. Rezultă la hidroliza parțială a amidonului.

Lactoza (zahărul din lapte) este formată din glucoză și galactoză, are un hidroxil glicozidic liber și este reducătoare. Persoanele cu intoleranță la lactoză nu produc suficientă lactază, enzima care o hidrolizează.

Rezumatul care se cere la BAC: dintre dizaharidele din programă, singura nereducătoare este zaharoza — pentru că doar la ea ambii hidroxili glicozidici sunt blocați în legătură.

Polizaharidele: amidon, celuloză, glicogen

Polizaharidele sunt polimeri naturali ai glucozei, cu formula generală (C6H10O5)n. Toate sunt nereducătoare și, prin hidroliză totală, dau glucoză.

Amidonul este polizaharida de rezervă a plantelor (cartofi, cereale). Este format din unități de alfa-glucoză și are două componente: amiloza (lanț liniar, solubilă în apă caldă) și amilopectina (lanț ramificat, insolubilă). Reacția de identificare, obligatorie la examen: cu iodul dă o coloraţie albastră-violet, care dispare la încălzire și reapare la răcire.

Hidroliza amidonului se face în trepte: amidon → dextrine → maltoză → glucoză. În organism începe în cavitatea bucală, sub acțiunea amilazei salivare — de aceea pâinea mestecată îndelung capătă gust dulce.

Celuloza este polizaharida de structură a plantelor (bumbacul este aproape celuloză pură). Este formată din unități de beta-glucoză, legate liniar, fără ramificații. Diferența alfa/beta pare minoră, dar are consecințe uriașe: lanțurile de celuloză se împachetează în fibre rigide, insolubile, iar organismul uman nu are enzima care să rupă legăturile beta-glicozidice — de aceea nu digerăm celuloza, în timp ce rumegătoarele o pot folosi datorită florei microbiene. Fiecare unitate de glucoză din celuloză păstrează trei grupe –OH libere, ceea ce permite obținerea de nitroceluloză (cu amestec sulfonitric) și acetat de celuloză — materii prime pentru fibre artificiale precum vâscoza și mătasea acetat.

Glicogenul este polizaharida de rezervă a organismelor animale, depozitată în ficat și mușchi. Este format tot din alfa-glucoză, dar are catena mult mai ramificată decât amilopectina, ceea ce permite mobilizarea rapidă a glucozei când glicemia scade.

Importanță: glucidele sunt principala sursă de energie a organismului (circa 17 kJ pe gram), glucoza fiind combustibilul direct al celulei nervoase, iar celuloza și amidonul stau la baza industriilor hârtiei, textilelor, alcoolului și alimentației.

Test — 6 întrebări ca la examen