Glucosio

Il glucosio è una biomolecola con funzioni di riserva e di produzione di energia. È anche un componente strutturale di varie formazioni biologiche. La sua importanza è indiscutibile e qui descriviamo la sua composizione e il suo comportamento chimico nel metabolismo.

Scritto e verificato el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Ultimo aggiornamento: 05 giugno, 2023

Il glucosio è il composto organico più abbondante in natura, in quanto fornisce energia alle cellule di una vasta gamma di esseri viventi. Dal lievito all’uomo, questo monosaccaride è un carburante per lo svolgimento di processi biologici.

È presente liberamente nella frutta e nel miele, ma è anche associato in strutture più complesse per dare origine a glicogeno, chitina, amido e altri polimeri di grande importanza biologica. Per tutti questi motivi è fondamentale conoscere le caratteristiche chimiche del glucosio, il suo meccanismo di sintesi e l’utilità dal punto di vista nutrizionale.

Struttura chimica

Il primo passo per conoscere a fondo qualsiasi molecola è descriverne la struttura chimica. Fortunatamente, vari portali come il National Center for Biotechnology Information (NIH) raccolgono accuratamente tutte queste informazioni.

Il glucosio è un monosaccaride, cioè uno zucchero che non può essere scomposto in altri composti più semplici. La sua formula molecolare è la seguente:

_{C6H12O6 _ _}

Vediamo cosa significa. In primo luogo, si tratta di un esoso, perché come possiamo vedere nella sua formula chimica, è formato da sei atomi di carbonio. Ciascuno di questi atomi di carbonio funge da vertice della sua forma geometrica tridimensionale che corrisponde a un anello ciclico.

Possiamo anche evidenziare che, inoltre, è un aldoso. Ciò significa che contiene un gruppo carbonilico (CHO) all’estremità della molecola.

Per quanto riguarda la sua struttura chimica, infine, è da notare che il glucosio è un isomero del galattosio. Ciò significa che entrambe le molecole hanno la stessa formula chimica, ma la disposizione degli atomi nello spazio è diversa. Glucosio e galattosio sono isomeri, in particolare epimeri, in quanto differiscono solo per la posizione del carbonio numero 4.

Biosintesi

Gli organismi fotosintetici come le piante sono in grado di produrre glucosio attraverso reazioni chimiche che utilizzano composti inorganici, come acqua e anidride carbonica, come base. Questi esseri viventi usano l’energia del sole per sintetizzare la molecola.

D’altra parte, gli animali eterotrofi, come gli esseri umani, devono ottenere questo monosaccaride attraverso la dieta, poiché non possiamo sintetizzarlo da soli. Portali come la Fondazione per la Formazione e la Ricerca Sanitaria della Regione di Murcia riassumono i percorsi del glucosio nelle seguenti righe:

1. Dalla dieta e dalla digestione vengono assorbiti i monosaccaridi come il glucosio, che raggiungono il fegato attraverso la via portale.
2. Nel fegato e nei muscoli può essere ottenuto dalla scomposizione delle molecole di glicogeno.
3. Nel fegato e nella corteccia renale vi è produzione locale per neoglucogenesi.

Metabolismo umano

Così, il glucosio può essere ottenuto direttamente dalla frutta e dal miele, come monosaccaridi dopo la scomposizione di altri alimenti o andando alle riserve di glicogeno presenti nell’organismo. In questo modo, vediamo che ha un ruolo essenziale in diversi percorsi:

• Glicogenogenesi: via metabolica che si basa sull’ottenimento di glicogeno da una molecola più semplice: il glucosio-6-fosfato.
• Glicogenolisi: processo catabolico opposto, poiché si tratta di ottenere glucosio-6-fosfato dal glicogeno.
• Glicolisi: processo metabolico mediante il quale il glucosio viene ossidato a livello cellulare per ottenere energia.
• Gluconeogenesi (o neoglucogenesi): via anabolica che permette la sintesi di glucosio da precursori non carboidratici —che non sono zuccheri o derivati—, come vari amminoacidi (lattato, piruvato o glicerolo).

Infine, va notato che le fonti scientifiche dimostrano che i monosaccaridi come il glucosio, il galattosio o il fruttosio vengono assorbiti nel duodeno e nel digiuno, entrambi componenti dell’intestino tenue. Entrano nelle cellule epiteliali intestinali contro i loro gradienti di concentrazione mediante un meccanismo di cotrasporto sodio (Na+)-dipendente.

A cosa serve il glucosio?

Vari studi evidenziano che, contrariamente alla credenza popolare, il grasso non è il principale composto di accumulo di energia nel corpo umano. Il 60% dell’energia giornaliera per uso umano proviene dai carboidrati, come l’amido.

Questo concetto è legato al glucosio perché, infatti, questi carboidrati vengono scomposti nell’intestino e metabolizzati, dando origine al glucosio, che viene immagazzinato sotto forma di glicogeno nel fegato per i periodi di carenza energetica.

Pertanto, ormoni come l’insulina o il glucagone agiscono inibendo o promuovendo la concentrazione di glucosio nel flusso sanguigno. Dopo l’assunzione di cibo, vengono prodotte più quantità di insulina, poiché si cerca l’immagazzinamento del glucosio sotto forma di glicogeno (glicogenogenesi).

D’altra parte, secondo l’Università di Alcalá de Henares (UAH) e altri portali educativi, la glicogenolisi si verifica nei periodi di digiuno —soprattutto nella sua seconda fase— o di un elevato fabbisogno energetico per ottenere immediatamente carburante.

Si produce così una sorta di danza che riequilibra efficacemente la quantità di glucosio nel sangue. Quando c’è abbondanza, si produce glicogeno; quando si verificano carenze, le riserve di glucosio vengono degradate.

Diverse funzionalità

Per tutti questi motivi, possiamo riassumere le funzioni del glucosio in tre pilastri essenziali:

1. Ottenere energia: l’ossidazione del glucosio nel citoplasma cellulare (glicolisi) dà origine all’ATP, la molecola energetica per eccellenza.
2. Riserva: come abbiamo visto, il glucosio viene immagazzinato sotto forma di glucosio nel fegato e nei muscoli. L’analogo nel mondo vegetale è l’amido, che si trova in concentrazioni più elevate in frutti, tuberi e radici.
3. Struttura: i polimeri del glucosio come la cellulosa e la chitina sono un componente strutturale essenziale nella parete cellulare delle piante e nell’esoscheletro di molti esseri viventi.

Glucosio e alimentazione

Come abbiamo potuto vedere nelle righe precedenti, glucosio e nutrizione sono due concetti interconnessi che non possono essere in alcun modo differenziati. Secondo il Manuale di Nutrizione e Dietetica dell’Università Complutense di Madrid (UCM), il glucosio è di fondamentale importanza nella dieta.

È uno dei due zuccheri che compongono i disaccaridi e l’unità base dei polisaccaridi già nominati, come la cellulosa o l’amido. Possiamo farci un’idea dell’importanza nutrizionale di questo conglomerato di carboidrati con i seguenti dati:

• Un monosaccaride, cioè uno zucchero semplice come il glucosio, riporta 3,74 chilocalorie per grammo.
• Un disaccaride, come il saccarosio o il lattosio, aumenta questa cifra a 3,95 chilocalorie per grammo.
• Infine, il polisaccaride noto come amido fornisce 4,18 chilocalorie per grammo.

Pertanto, l’amido è la principale fonte di energia nella dieta umana. Ricordiamo ancora che questo carboidrato è formato da due polimeri del glucosio: amilosio (25%) e amilopectina (75%).

Oltre a far parte della fonte energetica più comune, il glucosio possiede anche determinate proprietà organolettiche. Secondo fonti già citate — e prendendo come riferimento il saccarosio — il glucosio ha un potere dolcificante di 0,7. Questo dato viene messo in prospettiva quando sappiamo che il lattosio ha un potere dolcificante di 0,25.

Significato evolutivo del glucosio e degli zuccheri

Come nota finale, è interessante conoscere alcuni dei meccanismi evolutivi che hanno promosso la produzione di glucosio nella frutta e nel miele. Articoli di revisione esplorano il perché delle sostanze dolci in natura.

Prima del Triassico, in qualche momento evolutivo, vari gruppi di insetti sono passati da una dieta ematofaga —basata sul sangue di altri animali— a una fitofaga, cioè dalle parti vegetative della pianta. Questo è stato un duro colpo per i taxa vegetali, che si sono trovati sotto pressione per formare agenti tossici repellenti per possibili predatori.

Sfortunatamente, queste sostanze tossiche erano energeticamente molto costose. Quindi la selezione naturale ha trovato una via di mezzo: se non puoi sconfiggere il nemico, unisciti a lui. Invece di sprecare energia producendo agenti repellenti, molte piante hanno deviato queste vie metaboliche verso la formazione di zuccheri come il glucosio, espresso nella frutta e nel miele.

Lo scopo è quello di creare un corpo attrattivo per gli esseri viventi, quelli che predano in determinate aree specifiche, lasciando solo il resto della pianta. Inoltre, fungono da meccanismo di dispersione del polline e dei semi. Non è un caso che i frutti siano così attraenti per noi, poiché l’evoluzione ha promosso che questi corpi fruttiferi siano dolci per disperdere i semi attraverso il mezzo.

Lo zucchero della vita

Come abbiamo visto in queste righe, il glucosio è un monosaccaride che va ben oltre il miele e la frutta. Non solo è un’ottima fonte di energia, ma fa parte dell’amido – l’alimento più importante nella dieta umana – e della cellulosa o della chitina, composti strutturali essenziali.

D’altra parte, anche il glucosio ha diverse proprietà organolettiche e di riserva. Viene immagazzinato nel fegato e nei muscoli per i periodi di carenza energetica. Certo, si tratta di un monosaccaride di ampio interesse biologico e medico.