TEÓRICO

GLÚCIDOS

1.      Concepto de glúcido

Los glúcidos son biomoléculas formadas básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Se les suele llamar hidratos de carbono o carbohidratos. Este nombre es en realidad poco apropiado, ya que se trata de átomos de carbono unidos a grupos alcohólicos (-OH), llamados también radicales hidroxilo, y a radicales hidrógeno (-H). en todos los glúcidos siempre hay un grupo carbonilo, es decir, un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO) o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden definirse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

2.      Clasificación de los glúcidos

Los glúcidos se clasifican según el número de átomos de carbono que contengan. Se distinguen los siguientes tipos:

·         Monosacáridos, de 3 a 8 átomos de carbono.

·         Oligosacáridos, de 2 a 10 monosacáridos. Los más importantes son los disacáridos (unión de 2 monosacáridos).

·         Polisacáridos, de más de 10 monosacáridos.

FUNCIONES GENERALES DE LOS GLÚCIDOS

Los glúcidos son uno de los cuatro principios inmediatos orgánicos propios de los seres vivos. Su proporción en las plantas es mucho mayor que en los animales. En las plantas constituyen con mucho el principal componente orgánico. Se forman directamente en la fotosíntesis. En los seres vivos realizan dos funciones principales:

·         Por lo que respecta a la función energética, el glúcido más importante es la glucosa, ya que es el monosacárido más abundante en el medio interno.

·         En lo que concierne a la función estructural, se ha de destacar la importancia del enlace b. Entre los glúcidos con función estructural podemos citar: la celulosa en los vegetales, la quitina en los artrópodos, la ribosa  y desoxirribosa en los ácidos nucleicos de todos los seres vivos, y los peptidoglucanos en las bacterias.

Otras funciones específicas de determinados glúcidos son la de antibiótico, la de vitamina C, la anticoagulante, la hormonal, la enzimática, y la inmunológica.

Monosacáridos

Son glúcidos constituidos por una sola cadena polihidroxialdehídica o polihidroxicetónica. Se nombran añadiendo la terminación –osa al número de carbonos (triosa, tetrosa).

·         Propiedades físicas: son sólidos cristalinos, de color blanco, hidrosolubles y de sabor dulce. Su solubilidad en agua se debe a que presenta una elevada polaridad eléctrica.

·         Propiedades químicas: los glúcidos son capaces de oxidarse frente a otras sustancias que se reducen. Otra propiedad química de los glúcidos es su capacidad para asociarse con grupos amino –NH₂.

Se nombran haciendo referencia al nº de carbonos (3-12), terminado en el sufijo osa. Así para 3C: triosas, 4C:tetrosas, 5C:pentosas, 6C:hexosas,  etc.

No son hidrolizables y a partir de 7C son inestables.

Presentan un esqueleto carbonado con grupos alcohol o hidroxilo y son portadores del grupo aldehído (aldosas) o cetónico (cetosas). 

Estructura e isomería. Los azúcares mas pequeños pueden escribirse por proyección en el plano (Proyección de Fischer) como se aprecia en la figura con indicación de la estructura tridimensional.

Todas las osas tienen al menos un C unido a cuatro radicales distintos o asimétricos. Aparecen así los esteroisómeros, presentando los monosacáridos esteroisomería.

La disposición del grupo -OH a la derecha en el C asimétrico determina el isómero D, si está situado a la izquierda es un isómero L. Cuando un monosacárido tiene varios esteroisómeros, todos los que poseen a la derecha el grupo OH del C más alejado del grupo carbonilo son de la serie D, y los que lo poseen a la izquierda son L.

D-gliceraldehido

L-Gliceraldehido

Si dos monosacáridos se diferencian solo en el -OH de un carbono se denominan epímeros. Si son imagenes especulares entre sí se denominan enantiomeros.

Al tener uno o mas carbonos asimétricos, desvían el plano de luz polarizada cuando esta atraviesa una disolución de los mismos. Si lo hacen a la derecha son dextrógiros (+), hacia la izquierda levógiros (-). Esta cualidad es independiente de su pertenencia a la serie D o L y, obviamente, la desviación se debe a la ausencia de planos de simetría de la molécula.

Estructura cíclica. Los grupos aldehídos o cetonas pueden reaccionar con un hidroxilo de la misma molécula convirtiéndola en anillo.

Ciclación de la glucosa (forma piranosa)

Ciclación de la fructosa (forma furanosa)

Si el aldehído reacciona con el -OH se forma un hemiacetal, y un hemicetal si es la cetona la que produce dicha reacción. En todo caso hablamos de enlaces intra moleculares. El anillo puede ser pentagonal o furanósico (por su semejanza al furano), o hexagonal o piranóxico (por su semejanza al pirano). Una fructosa ciclada será una fructofuranosa y una glucopiranosa será el caso de la glucosa. Las formas cíclicas pueden ser representadas dándole un sentido tridimensional de acuerdo con la formulación de Haworth.

Formas anoméricas. En las formas cíclicas aparece un nuevo carbono asimétrico o anómero (el que antes tenia el aldehído o cetona).

Los anómeros serán  si el -OH de este nuevo carbono asimétrico queda hacia abajo y  si lo hace hacia arriba en la forma cíclica.

-D-glucopiranosa

-D-glucopiranosa

Al no ser plano el anillo de piranosa, puede adoptar dos conformaciones en el espacio. La forma "cis" o de nave y la "trans" o silla de montar.

1.      Triosas

Son glúcidos formados por 3 átomos de carbono. Hay dos triosas: una que tiene un grupo aldehído y otra que tiene un grupo cetónico. La aldotriosa se llama gliceraldehído, y la cetotriosa se llama dihidroxiacetona. La fórmula empírica de ambas es C₃H₆O₃. El gliceraldehído tiene un átomo de carbono asimétrico, es decir, un carbono que tiene sus cuatro valencias saturadas por radicales diferentes. Se pueden distinguir dos isómeros espaciales o estereoisómeros: el D-gliceraldehído, cuando el –OH está a la derecha, y el L-gliceraldehído, cuando el –OH está a la izquierda. Cada uno de estos isómeros espaciales es imagen especular no superponible del otro y se les denomina estructuras enantiomorfas. La presencia de carbonos asimétricos da a estas moléculas la propiedad de la actividad óptica. Al incidir sobre ellas un rayo de luz polarizada, se produce una desviación en el plano de polarización. Si lo desvían hacia la derecha, se llaman dextrógiras y se simbolizan con el signo (+), y si lo desvían hacia la izquierda, se denominan levógiras y se simbolizan con el signo (-).

2.      Tetrosas

Son glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Existen dos aldotetrosas, la treosa y la eritrosa, y una cetotetrosa, la eritrulosa.

3.      Pentosas

Son glúcidos de cinco átomos de carbono. En la naturaleza sólo se encuentran: la D-ribosa, la D-2-desoxirribosa, la D-xilosa, y la L-arabinosa. Entre las cetopentosas cabe citar la D-ribulosa, que desempeña  un importante papel en la fotosíntesis.

4.      Hexosas

Son glúcidos con seis átomos de carbono. Tienen interés en la biología la D-(+)-manosa, la D-(+)-galactosa y la D-(-)-fructosa.

·         Glucosa: es el glúcido más abundante. En la sangre se halla en concentraciones de un gramo por litro. Polimerizada da lugar a polisacáridos con función de reserva energética, como el almidón en los vegetales o el glucógeno en los animales, o con función estructural, como la celulosa de las plantas.

·         Galactosa: se puede hallar en la orina de los animales en forma de b-D-galactosa.

·         Manosa: se encuentra en forma de D-manosa en ciertos tejidos vegetales.

·         Fructosa: se halla en forma de b-D-fructofuranosa en la fruta.

Disacáridos

LOS DISACÁRIDOS

Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos, que se realiza de dos formas:

-          Mediante enlace monocarbonílico entre el carbono anomérico del primer monosacárido y un carbono cualquiera no anomérico del segundo. La terminación del nombre del primer monosacárido es –osil y la del segundo monosacárido es –osa.

-          Mediante enlace dicarbonílico, si se establece entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos. La terminación del nombre del primer monosacárido es –osil y la del segundo monosacárido es –ósido.

  

Principales disacáridos con interés biológico:

·         Maltosa. Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas mediante enlace

a(1à 4).

·         Celobiosa. Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas mediante enlace         b(1 à 4).

·         Lactosa. Disacárido formado por una molécula de D-galactopiranosa y otra de D-gluopiranosa unidas por medio de un enlace b(1 à 4).

·         Sacarosa. Disacárido formado por una molécula de a-D-glucopiranosa y otra de b-D-fructofuranosa unidas por medio de un enlace a(1à 2).

·         Isomaltosa.  Disacárido formado por dos moléculas de D-glucopiranosa mediante enlace a(1à 6).

Estructura de los disacáridos

Los disacáridos se producen cuando se combinan químicamente dos monosacáridos. Consideremos tres de los más importantes disacáridos: la maltosa, la lactosa y la sacarosa. La hidrólisis de estos tres disacáridos produce diferentes combinaciones de monosacáridos:

maltosa		glucosa + glucosa
lactosa		glucosa + galactosa
sacarosa		glucosa + fructosa

Un monosacárido se combina con otro y forma un acetal. Los hemiacetales no son muy estables y pueden reaccionar con otra molécula de alcohol para producir una molécula más estable, un acetal.

En esta ecuación el átomo de carbono anomérico, o carbono hemiacetálico se combina con una molécula de etanol para producir un glucósido, un acetal de la glucosa. En enlace que se forma se conoce como un enlace glucosídico, es decir, un enlace acetálico de la glucosa. En forma más general, este enlace se denomina enlace glicosídico, un enlace acetálico de cualquier carbohidrato, no solamente de la glucosa. Los enlaces glicosídicos también se denominan alfa o beta, dependiendo de si el átomo de oxígeno en el acetal está debajo (alfa) o encima (beta) del anillo.

Para sintetizar la mayoría de las moléculas de disacáridos, el átomo de carbono anomérico (átomo de carbono 1) de uno de los monosacáridos reacciona con un grupo -OH del cuarto o sexto átomo de carbono de otro monosacárido 

Maltosa

La maltosa o azúcar de malta existe en pequeñas cantidades en la naturaleza. Sin embargo, la maltosa es muy importante puesto que es uno de los productos hidrolíticos del almidón. Cuando se produce maltosa en el tracto digestivo, ésta se hidroliza para dar dos moléculas de glucosa. Un enlace glucosídico a-1,4 une las dos moléculas de glucosa.

Lactosa

La lactosa es el disacárido más importante en la leche: por lo tanto, a veces se denomina azúcar de leche. La hidrólisis hace que la lactosa produzca glucosa y galactosa. La estructura de la lactosa es bastante diferente a la de la maltosa. El átomo de carbono anomérico de la galactosa está unido al cuarto átomo de la glucosa por un enlace glicosídico ß-1,4.

Sacarosa

La sacarosa o azúcar de mesa, es el agente edulcorante más utilizado en el mundo. Se conoce con nombres tales como azúcar de remolacha, azúcar de caña, o simplemente azúcar. La hidrólisis de la sacarosa produce glucosa y fructosa. Comparada con la maltosa y la lactosa, la sacarosa tiene un conjunto de propiedades únicas; no presenta mutarrotación y no es un azúcar reductor. Los átomos de carbono anoméricos de ambos azúcares están unidos por un enlace glicosídico alfa-1,2; por lo tanto, no hay ningún átomo de carbono anomérico que sufra mutarrotación u oxidación.

La sacarosa tiene una rotación específica de -66.5°, pero si se hidroliza produce cantidades iguales de glucosa y fructosa. Puesto que una mezcla en equilibrio de glucosa que tiene una rotación específica negativa mayor (-92.4°) que una mezcla en equilibrio de glucosa que tiene una rotación positiva (-52.7°), la rotación neta de los productos es levorrotatoria.

La sacarosa es probablemente el compuesto orgánico de mayor venta en el mundo. El azúcar refinado es un sólido cristalino blanco; el azúcar sin procesar es de color pardo castaño y contiene entre 96 y 98% de sacarosa, el resto son melasas.

Polisacáridos

Están formados por la unión de muchos monosacáridos, de 11 a cientos de miles.
Sus enlaces son O-glucosídicos con pérdida de una molécula de agua por enlace.
Características

• Peso molecular elevado.
• No tienen sabor dulce.
• Pueden ser insolubles o formar dispersiones coloidales.
• No poseen poder reductor.

Sus funciones biológicas son estructurales (enlace -Glucosídico) o de reserva energética (enlace -Glucosídico). Pueden ser:

a) Homopolisacáridos: formados por monosacáridos de un solo tipo.
        - Unidos por enlace  tenemos el almidón y el glucógeno.
        - Unidos por enlace  tenemos la celulosa y la quitina.
b) Heteropolisacáridos: al polímero lo forman más de un tipo de monosacárido.
        - Unidos por enlace  tenemos la pectina, la goma arábiga y el agar-agar.


 Almidón

Es un polisacárido de reserva en vegetales. Se trata de un polímero de glucosa, formado por dos tipos de moléculas: amilosa (30%), molécula lineal, que se encuentra enrollada en forma de hélice, y amilopectina (70%), molécula ramificada.

Procede de la polimerización de la glucosa que sintetizan los vegetales en el procesos de fotosíntesis, almacenándose en los amiloplastos.

Se encuentra en semillas, legumbres y cereales, patatas y frutos (bellotas y castañas).

En su digestión intervienen dos enzimas: -amilasa (rompe enlaces 1-4) y la  (1,6) glucosidasa para romper las ramificaciones. Al final del proceso se libera glucosa.

 Glucógeno

Es un polisacárido de reserva en animales, que se encuentra en el hígado (10%) y músculos (2%).
Presenta ramificaciones cada 8-12 glucosas con una cadena muy larga (hasta 300.000 glucosas). Se requieren dos enzimas para su hidrólisis (glucógeno-fosforilasa) y  (1-6) glucosidasa, dando lugar a unidades de glucosa.

Dado que los seres vivos requieren un aporte constante de energía, una parte importante del metabolismo de los azúcares está relacionado con los procesos de formación de almidón y glucógeno y su posterior degradación.

Celulosa

Polisacárido estructural de los vegetales en los que constituye la pared celular.
Es el componente principal de la madera (el 50% es celulosa) algodón, cáñamo etc. El 50 % de la materia orgánica de la Biosfera es celulosa.

Quitina

Forma el exoesqueleto en artrópodos y pared celular de los hongos. Es un polímero no ramificado de la N-acetilglucosamina con enlaces  (1,4)