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GLUCIDOS
Los glúcidos son biomoléculas orgánicas constituidas fundamentalmente por átomos de
carbono, oxígeno e hidrógeno en la proporción 1:2:1 (o muy similar). Ejemplos: ribosa
(C (^) 5H10O (^) 5), glucosa (C (^) 6H12O (^) 6), sacarosa (C (^) 12H22O 11 ). Químicamente son polialcoholes que poseen un grupo carbonilo (aldehído o cetona). Es decir, que podemos definirlos como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas:
Esta manera de representar las moléculas en el plano se denomina proyección de Fischer y resulta de proyectar en el plano las estructuras tetraédricas de los átomos de carbono, de manera que al dibujarlas los enlaces formen ángulos rectos. El grupo funcional principal se sitúa en la parte superior y los grupos hidroxilo a la derecha o izquierda, según el caso. El grupo carbonilo se caracteriza por su poder reductor, es decir, por su capacidad de oxidarse a ácido carboxílico. Que un glúcido conserve libre este grupo determinará su capacidad para actuar como reductor, hecho que se puede comprobar mediante la reacción de Fehling. Los glúcidos más simples se denominan osas o monosacáridos. La unión de estos monómeros da lugar a moléculas más complejas llamadas ósidos que pueden contener un número variable de osas e incluso asociarse a otras moléculas diferentes, como lípidos o proteínas.
2.- Clasificación de los glúcidos.
Los glúcidos se pueden clasificar en dos grandes grupos: osas y ósid
- Las osas o monosacáridos, también llamados azúcares simples, son moléculas pequeñas (en general, de 3 a 7 carbonos). Si llevan la función aldehído se llaman aldosas, y si es la cetónica, cetosas.
- Los ósidos son cadenas moleculares más o menos largas formadas por la unión de osas. Los ósidos pueden ser de dos clases, holósidos y heterósidos.
· Los holósidos son cadenas formadas exclusivamente por osas. Si son cortas, es decir, constituidas por la unión de 2 a 20 osas, las cadenas se llaman oligósidos uoligosacáridos, y si
son más largas, poliósidos o polisacáridos.
· Los heterósidos, por ejemplo, glucolípidos y glucoproteínas, resultan al combinarse los glúcidos con diversos componentes no glucídicos (que se llaman, en general, agluconas).
De manera simplificada, pueden considerarse tres grupos:
- Monosacáridos u osas (son las unidades estructurales).
- Oligosacáridos (cadenas formadas por la unión de 2 a 20 osas).
- Polisacáridos (cadenas formadas por más de 20 osas).
(aldopentosa), ribulosa (cetopentosa), glucosa y galactosa (aldohexosas), fructosa y sorbosa (cetohexosas), etc.
TRIOSAS
Son dos: el gliceraldehído (aldotriosa) y la dihidroxiacetona (cetotriosa). Aparecen fosforilados como intermediarios en el metabolismo de la glucosa.
TETROSA S
Destacamos la eritrosa (aldotetrosa), como intermediario del metabolismo autótrofo.
PENTOSAS
Destacamos la ribosa (aldopentosa), componente estructural de los nucleótidos y ácidos nucleicos, y la ribulosa (cetopentosa), intermediario de la fijación del dióxido de carbono en los seres autótrofos.
HEXOSAS
- Glucosa (aldohexosa). Se encuentra libre en los frutos o formando polisacáridos de reserva (almidón, glucógeno) o estructurales (celulosa). Su degradación en la respiración celular supone la principal fuente energética celular.
- Galactosa (aldohexosa). Con la glucosa forma el disacárido lactosa. Forma parte de polisacáridos (gomas, pectina, mucílagos). Asociada a lípidos forma cerebrósidos.
- Fructosa (cetohexosa). Se encuentra libre en las frutas o unida a la glucosa formando el disacárido sacarosa.
LA ISOMERÍA DE LOS MONOSACÁRIDOS
Entre los compuestos orgánicos es muy frecuente la existencia de isómeros, es decir, moléculas con diferente estructura que se pueden representar por la misma fórmula molecular. Los monosacáridos presentan con frecuencia esta característica y va a definir algunas propiedades particulares en cada uno de ellos. A grandes rasgos, podemos distinguir dos tipos de isomería: la isomería constitucional, en la que los átomos se enlazan de manera diferente, y la estereoisomería, según la cual las moléculas se diferencian sólo en la disposición espacial de sus átomos.
ISOMERÍA estructural
Dentro de este tipo, en los monosacáridos destaca la denominada isomería de función, según la cual aquellos que, presentando la misma fórmula molecular, se caracterizan por tener grupos funcionales distintos. Esto es debido a la posibilidad del grupo carbonilo de formar parte del monosacárido como aldehído o cetona. Así ocurre, por ejemplo, entre el gliceraldehído y la dihidroxiacetona:
Pero si la imagen especular de una molécula nos proporciona otra molécula no superponible, esta será un estereoisómero de la primera:
Este tipo de isomería se debe a la presencia de carbonos asimétricos en la molécula, es decir, carbonos unidos a cuatro sustituyentes o radicales distintos. Una consecuencia de la existencia de carbonos asimétricos en estas moléculas es que presentan actividad óptica. Cuando dos isómeros son imagenes especulares no superponibles se les denomina enantiómeros, y en ellos las posiciones de todos los grupos hidroxilo (-OH) cambia. Pero también existen otro tipo de estereoisómeros que se diferencian en la posición de un solo grupo hidroxilo y se denominan diastereoisómeros o epímeros. Observa las diferencias entre unos y otros en las siguientes tetrosas:
Además, en el caso de los monosacáridos, la posición del grupo hidroxilo del carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo permite diferenciar dos formas de estereoisómeros: la forma D, cuando el -OH está a la derecha, y la forma L, cuando el - OH está a la izquierda.
Esta distinción es relevante en Biología pues los monosacáridos más abundantes en la Naturaleza pertenecen a la serie D, y las enzimas son capaces de distinguir entre un estereoisómero y otro y, por tanto, seleccionarlos en su actividad biocatalizadora. Existe otro tipo de isomería llamada anomería que surge de la ciclación de los monosacáridos en en disolución.
LAS FORMAS CÍCLICAS DE LOS MONOSACÁRIDOS
Los monosacáridos de mayor tamaño (aldopentosas y hexosas) cuando se encuentran en disolución no presentan estructuras lineales sino estructuras cíclicas, con forma pentagonal o hexagonal. Si el ciclo resultante tiene forma pentagonal se denomina furanosa y si es hexagonal se llama piranosa, por su similitud con las moléculas de furano y pirano:
Las formas cíclicas se representan mediante las proyecciones de Haworth, en las cuales los sustituyentes se sitúan por encima y por debajo del plano de la molécula.
reversibles y se establece un equilibrio entre todas ellas en disolución. La conversión de una estructura en otra se conoce como mutarrotación. Conviene aclarar que, aunque sean la manera más útil para nosotros de visualizar los monosacáridos, las proyecciones de Haworth son unas representaciones planas de la estructura cíclica de las moléculas, y que existen maneras más realistas de representarlas, en las que se identifica con más precisión la estructura tridimensional de estas moléculas debida a la configuración tetraédrica del carbono. Se conocen como representaciones de silla y de bote:
Representación con forma de “silla” de la glucosa. Las dos formas anoméricas están en equilibrio (mutarrotación), siendo la forma β la más estable.
Todo lo descrito anteriormente es aplicable al resto de aldohexosas como, por ejemplo, la galactosa:
β-D-galactopìranosa
CICLACIÓN DE LA FRUCTOSA
La molécula de fructosa es una cetohexosa, por lo que en su ciclación se favorece la estructura pentagonal (el ciclo se cierra entre el carbono 2 y el 5). El enlace que se produce entre el grupo cetónico y el hidroxilo se denomina enlace hemicetal, y es análogo al que se produce en los aldehídos. La ciclación de la D-fructosa conduce a la D-fructofuranosa:
Igualmente, existen dos anómeros de la fructofuranosa, según sea la posición del grupo hidroxilo en el carbono anomérico (la de la imagen anterior es la forma β, por estar el grupo -OH por encima del plano de la molécula).
Además de las cetohexosas, las aldopentosas también tienen formas cíclicas pentagonales y forman furanosas. Así ocurre con la ribosa:
Finalmente, es importante recalcar que los monosacáridos poseen poder reductor debido a la presencia del grupo carbonilo. El poder reductor se conserva en las formas cíclicas, aunque el grupo carbonilo no sea explícito, ya que la ciclación es un proceso reversible, y todas sus formas coexisten en el equilibrio (el grupo carbonilo puede estar disponible en cualquier momento y actuar como reductor en un reacción).
ACTIVIDAD ÓPTICA DE LOS MONOSACÁRIDOS
La existencia de carbonos asimétricos determina una importante propiedad de los monosacáridos en disolución: la actividad óptica. Ésta es la capacidad para desviar el plano de polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución.
Según la teoría ondulatoria, la luz es una onda electromagnética que se propaga gracias a la oscilación de un campo eléctrico asociado a un campo magnético. La luz del Sol o de una bombilla no está polarizada pues su vibración se produce en todas las
- Si en el enlace interviene el grupo hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro grupo alcohol del segundo monosacárido (que no sea el de su carbono anomérico), se establece un enlace monocarbonílico.
- Si en el enlace intervienen los dos grupos hidroxilos de los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, se forma un enlace dicarbonílico.
DISACÁRIDOS
Los disacáridos se forman por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O- glucosídico. La hidrólisis de este enlace desprendería de nuevo los monosacáridos lo forman:
Como en el enlace siempre participa el grupo hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido, el poder reductor de un disacárido vendrá determinado por el segundo monosacárido:
- Los disacáridos unidos mediante enlace monocarbonílico tendrán poder reductor, pues el hidroxilo del carbono anomérico del segundo monosacárido permanece libre.
- Los disacáridos formados por un enlace dicarbonílico no tendrán poder reductor, ya que están implicados los hidroxilos de los dos monosacáridos. Los principales disacáridos son:
- Maltosa: α-D-glucopiranosil-(1→4)-α-D-glucopiranosa. Está formado por dos moléculas de α-D-glucosa, unidas mediante enlace monocarbonílico α(1→4). Tiene carácter reductor. Llamado azúcar de malta, es producto de la hidrólisis del almidón o del glucógeno.
- Celobiosa: β-D-glucopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa. Está formado por dos moléculas de β-D-glucosa, unidas mediante enlace monocarbonílico β(1→4). Tiene poder reductor. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa.
- Lactosa: β-D-galactopiranosil-(1→4)-β-D-glucopiranosa. Está formado por una molécula de β-D-galactosa y otra de β-D-glucosa, unidas mediante enlace monocarbonílico β(1→4). Tiene poder reductor. Se encuentra libre en la leche de los mamíferos y no forma polímeros.
- Sacarosa: α-D-glucopiranosil-(1→2)-β-D-fructofuranosa. Está formado por una molécula de α-D-glucosa y otra de β-D-fructosa, mediante un enlace
suelen ser enlaces tipo α, que se hidrolizan con facilidad. Destacan el almidón y el glucógeno.
- Función estructural: otros polisacáridos se encargan de proporcionar soporte y protección a determinadas estructuras y organismos, por lo que generalmente se forman mediante enlaces tipo β, mucho más estables y resistentes. Entre ellos tenemos la celulosa, la quitina o los heteropolisacáridos.
ALMIDÓN
Es el homopolisacárido de reserva energética en las células vegetales y se almacena en los plastos, especialmente abundante en semillas, tubérculos y raíces.
Está formado por moléculas de α-D-glucosa y en su estructura distinguimos dos componentes:
- Amilosa: cadenas largas de α-D-glucosa unidas mediante enlaces α(1→4), que adoptan una estructura helicoidal:
- Amilopectinas: estructuras de mayor tamaño formadas por un esqueleto de α-D-glucosa con uniones α(1→4) y numerosas ramificaciones, cada 15-30 monómeros, que se establecen mediante enlaces α(1→6):
El hecho de que el enlace α(1→4) obligue a girar constantemente a la molécula supone un beneficio para su función. Su estructura compacta permite almacenar gran cantidad de glucosas y permite al almidón almacenar gran cantidad de energía. La degradación del almidón libera maltosa y glucosa por la acción de amilasas, maltasas y enzimas desramificadoras.
GLUCÓGENO
Es el homopolisacárido de reserva energética en las células animales, especialmente abundante en el hígado y en el músculo. Su estructura es similar a la de la amilopectina con enlaces α(1→4)y α(1→6), pero con mayor número de ramificaciones, cada 8 o 12 monómeros:
El glucógeno tiende a almacenarse hidratado, es decir, junto a moléculas de agua, por lo que su masa molecular aumenta considerablemente. Por este motivo, las reservas de glucógeno de los animales son limitadas y se agotan rápidamente. Los animales
HETEROPOLISACÁRIDOS
A continuación, se mencionan brevemente algunos de ellos:
- Pectinas: es un polímero del ácido galacturónico, derivado de la galactosa, con enlaces α(1→4) y que se posee otros monosacáridos intercalados de los que surgen ramificaciones. Aparece en la pared celular de las células vegetales, donde forma una matriz en la que se disponen las fibras de celulosa.
- Hemicelulosas: formados por una cadena lineal de un mismo tipo de monosacárido con enlaces β(1→4), de la que salen ramificaciones cortas formadas por monosacáridos diferentes. Se encuentran en la pared celular de las células vegetales recubriendo la superficie de las fibras de celulosa y permitiendo su anclaje a la matriz celular.
- Agar-agar: polímero de D y L galactosa que se extrae de las algas rojas. Actúa como espesante y sirve de base para elaborar medios de cultivo de microorganismos.
- Gomas: polímeros de arabinosa, galactosa y ácido glucurónico con función denfensiva en las plantas. las segregan al exterior en zonas abiertas por golpes. Algunas, como la goma arábiga, tienen interés industrial.
- Mucílagos: similares a los anteriores, se utilizan en la industria farmacéutica para elaborar preparados saciantes en dietas hipocalóricas.
¿Cuándo se dice que un carbono es asimétrico?
Un carbono es asimétrico cuando está unido a cuatro radicales o sustituyentes diferentes. Espacialmente, los radicales ocuparían los vértices de un tetraedro en cuyo centro estaría el átomo de carbono. Aunque lo usual es la representación plana, debe tenerse en cuenta la
disposición tetraédrica:
La importancia de calcular la cantidad de carbonos anomericos radica en la posibilidad de saber la cantidad de isómeros que posee la molecula
2 n^ = numero de isómeros de la molecula
n= numero de carbonos anomericos
