IL GLUCOSIO, LA FAMIGLIA DEI GLUCIDI E LA FERMENTAZIONE ALCOLICA

Il glucosio (C6H12O6) rappresenta sicuramente una delle molecole più importanti ai fini dell'attività metabolica dell'organismo umano e non solo.
Esso rientra nella famiglia generale dei glucidi o saccaridi o zuccheri o carboidrati.
Gli elementi di tale famiglia assumono un ruolo veramente importante per l'organismo umano poiché:

• dalla degradazione di essi, si ottiene un'ingente quantità di energia (4 kcal/g), che viene poi immagazzinata specialmente nel legame fosforico dell'ATP (adenosintrifosfato), ossia la forma più comune di "contenitore" energetico nei sistemi biologici. Questa energia è inoltre immediatamente utilizzabile dall'organismo;
• sono coinvolti nella sintesi di tutte le biomolecole.
  

In natura, solamente le piante verdi sono capaci di sintetizzarli da sostanze inorganiche, mediante il noto processo di fotosintesi clorofilliana.
Le piante, infatti, sfruttando l'anidride carbonica (CO2) dell'aria, l'H2O del terreno e l'energia solare, attraverso la fotosintesi, concorrono a produrre glucosio e a liberare ossigeno.
L'insieme delle varie reazioni chimiche inerenti la fotosintesi clorofilliana si può sintetizzare nella reazione seguente:

6CO2 + 6H2O + luce ⇒ C6H12O6 + 6O2

Le cellule delle piante sono anche in grado di dar vita a zuccheri più complessi (polisaccaridi) sintetizzandoli dai monosaccaridi:

nC6H12O6 ⇔ (C6H10O5)n + (n-1)H2O

La freccia utilizzata indica che si tratta di una reazione a doppio senso: infatti dal polisaccaride si può ritornare al monosaccaride tramite l'idrolisi.
Si possono distinguere 3 gruppi principali di glucidi:

1) monosaccaridi o zuccheri semplici: vengono a loro volta classificati secondo il numero di atomi di carbonio presenti sulla singola catena in:

-triosi: 3 atomi di C;
-tetrosi: 4 atomi di C;
-pentosi: 5 atomi di C;
-esosi: 6 atomi di C;
-eptosi: 7 atomi di C.

I più importanti sono:

-la gliceraldeide: un trioso che si forma nella glicolisi e che, in forma ridotta (glicerolo) entra nell'anabolismo dei grassi;
-il ribosio e il desossiribosio: pentosi presenti rispettivamente nel RNA e nel DNA;
-il glucosio e il fruttosio: esosi fondamentali per quanto concerne il metabolismo energetico.

2) oligosaccaridi: costituiti da 2 (disaccaridi) fino a 12 molecole di monosaccaride unite fra loro mediante legame glicosidico -O-, che si forma per eliminazione di una molecola di H2O fra il gruppo -OH di uno e -H dell'altro. I più importanti sono rappresentati da 3 disaccaridi:

-saccarosio;
-maltosio;
-lattosio.

3) polisaccaridi: macromolecole generate dalla sintesi di numerose molecole di monosaccaridi tramite legame glicosidico. A seconda della loro funzione esistono:

• polisaccaridi di riserva (amido, glicogeno, ecc.);
• polisaccaridi strutturali (cellulosa, chitina, pectina, ecc.).
  

Dunque, i glucidi, in generale, sono composti costituiti da:

-carbonio;
-idrogeno;
-ossigeno.

Il rapporto atomi idrogeno/atomi ossigeno è 2:1, come nella molecola di H2O.
Per questo, si era erroneamente creduto che tali composti fossero formati da carbonio e molecole d'acqua, da cui il nome carboidrati.
Dal punto di vista prettamente chimico, i glucidi più semplici sono composti organici aventi una catena di 3-7 atomi di C che reca 2 o più ossidrili alcolici nonché una funzione aldeidica o chetonica.
Infatti:

• se il carbonile (gruppo funzionale formato da un atomo di carbonio ed uno di ossigeno legati da un doppio legame C=O) si trova all'estremità di una catena, allora si genera una funzione aldeidica ed il composto prende il nome di aldoso;
• se, al contrario, il carbonile è situato all'interno della catena, in tal caso si ottiene una funzione chetonica ed il composto viene denominato chetoso.
  

Riporto adesso la splendida descrizione relativa al glucosio compiuta da Penny Le Couteur e Jay Burreson nel libro "I bottoni di Napoleone":

"Il glucosio è il più comune fra gli zuccheri semplici, chiamati a volte monosaccaridi dalla parola latina saccharum, per zucchero. La struttura del glucosio può essere rappresentata come una catena rettilinea


o come un lieve adattamento di questa catena, nel quale ogni intersezione di linee verticali e orizzontali rappresenta un atomo di carbonio. Un insieme di convenzioni attribuiscono numeri agli atomi di carbonio, a partire dall'atomo più in alto, che riceve sempre il numero 1. Questo tipo di rappresentazione è noto come formula di proiezione di Fischer, dal chimico tedesco Emil Fischer che nel 1891 determinò la struttura reale del glucosio e di vari altri zuccheri affini. Benché gli strumenti scientifici e le tecniche disponibili a quell'epoca fossero molto rudimentali, i suoi risultati rimangono ancora oggi uno fra gli esempi più eleganti di logica chimica. Egli ricevette nel 1902 il premio Nobel per la sua ricerca sugli zuccheri. Anche se oggi possiamo continuare a rappresentare zuccheri come il glucosio in questa forma di catena rettilinea, sappiamo che essi esistono di norma in una forma diversa: quella di strutture cicliche (ad anello). Le rappresentazioni di queste strutture cicliche sono note come formule di Haworth, dal chimico britannico Norman Haworth che nel 1937 ricevette il premio Nobel per le sue ricerche sulla vitamina C e sulle strutture dei carboidrati. L'anello esagonale del glucosio è formato da 5 atomi di carbonio e uno di ossigeno. Il glucosio esiste in 2 versioni della forma ad anello, le quali si distinguono per la posizione dell'OH legato al carbonio numero 1, sopra o sotto l'anello. Questa potrebbe sembrare una distinzione di poco conto, ma ha conseguenze molto importanti per le strutture di molecole più complicate contenenti unità di glucosio, come i carboidrati complessi. Se l'OH legato al carbonio numero 1 si trova sotto l'anello, il glucosio è noto come alfa-glucosio (α-glucosio). Se l'OH è sopra l'anello, si parla di beta-glucosio (β-glucosio)."



Un ulteriore aspetto da sottolineare per quanto concerne il glucosio è il suo ruolo in un processo noto come fermentazione alcolica.
Infatti, il glucosio presente nei prodotti naturali come cereali e frutta, può subire un processo anaerobico chiamato appunto fermentazione alcolica, che avviene per mano di particolari microrganismi: i saccaromiceti (saccharomyces cerevisiae).
I saccaromiceti appartengono al regno dei funghi e rappresentano una famosa specie di lieviti che si riproducono per gemmazione.
Essi vivono da saprofiti su tutti i substrati organici, specialmente su quelli zuccherini (superficie di frutti, nettare di fiori, ferite di tessuti vegetali, ecc.).
Costituiscono probabilmente la famiglia di lieviti più importanti per l'alimentazione umana.
Infatti, il loro utilizzo è noto sin dall'antichità per la panificazione e la produzione di vino e birra.
Essi pertanto sono, come detto, alla base del processo di fermentazione, nel quale, lo zucchero si trasforma in etanolo (C2H5OH) e diossido di carbonio, seguendo la formula stabilita dal chimico-fisico francese Gay-Lussac (celebre anche per le leggi sui gas perfetti):

C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂