Glúcidos, Apuntes de Bioquímica

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Los glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por carbono , hidrógeno y oxígeno fundamentalmente (aunque también podemos encontrar algunas con nitrógeno , azufre y fósforo ), que forman parte de todos los seres vivos y especialmente de los vegetales, ya que intervienen en los procesos de fotosíntesis y respiración celular. Además, presentan sus estructuras esqueléticas de celulosa, sus reservas energéticas de almidón y sus líquidos internos con un alto contenido en sacarosa. En el mundo animal, predominan más los lípidos y las proteínas, pero los glúcidos también juegan un papel muy importante en la vida de estos, ya que la glucosa proporciona la energía necesaria para realizar todas las funciones vitales mediante una vía más rápida que la combustión de grasas; además, estos glúcidos pueden utilizarse incluso por vías anaeróbias. Se unen mediante enlace covalente glucosídico. Los glúcidos presentan muy diversas funciones según el tipo de enlaces (α yβ), y también según sus componentes. Estos pueden estar formados por un monosacárido o cortas cadenas de ellos, o bien por miles de monosacáridos.

Los átomos de carbono están 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 (C=O). El grupo carbonilo puede ser un grupo aldehído (-CHO) , o un grupo cetónico (-CO-). Así pues, los glúcidos pueden establecerse como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

Los glúcidos son sólidos a temperatura ambiente, suelen ser blancos y dulces: de ello

viene que se les conozca como azúcares. Su fórmula empírica es (CH 2 O) (^) n

CLASIFICACIÓN

Š 1. HOLOSIDOS, son las cadenas formadas únicamente por componentes glucídicos.

MONOSACÁRIDOS : son los glúcidos formados por una sola cadena polihidroxialdehido o polihidroxicetona. DISACÁRIDOS : glúcidos formados por dos cadenas de monosacáridos mediante un enlace glucosídico. OLIGOSACÁRIDOS : glúcidos formados por la unión de dos a diez monosacáridos, unidos por enlace glucosídico. POLISACÁRIDOS : son los glúcidos formados por miles de monosacáridos unidos entre sí por enlaces glucosídicos.

Š 2. HETERÓSIDOS, estas cadenas están formadas por glúcidos asociados a otro tipo de biomolécula, como los glucolípidos y las glucoproteínas.

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desviación

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ad es independiente de su pertenencia a la serie D o L y, obviamente, la

se debe a la ausencia de planos de simetría de la molécula.

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Clasificación de monosacáridosClasificación de monosacáridos

a) Los monosacáridos según el grupo funcional se clasifican en cetosas (con el grupo ceto el segundo C) y en aldosas (con el grupo aldehído en el primer C)

b) También se clasifican añadiendo la terminación –osa al número de carbonos , así tenemos las triosas, tetrosas, pentosas y hexosas.

TRIOSAS Son los monosacáridos más simples, formados por tres carbonos. Hay dos tipos de triosas, una en grupo aldehído y otra cetona.

ALDEHÍDO Aldotriosa , llamada gliceraldehído. Este tiene posibilidad de isomería, porque el segundo carbono es asimétrico. Se llama D-gliceraldehído (grupo – OH del C* a la derecha). Su isómero es L-gliceraldehído, (grupo –OH del C*a la izquierda). Son enantiomorfos, y por tanto, isomeros ópticos ya que desvían el plano de la luz polarizada de modo distinto.

CETONA La cetotriosa, llamada dihidroxiacetona , no presenta la posibilidad de isomería ya que no presenta ningún carbono asimétrico.

El gliceraldehído y la dihidroxiacetona son intermediarios metabólicos que intervienen en la degradación de la glucosa para obtener energía ( glucólisi s).

TETROSAS

Son los glúcidos formados por cuatro átomos de carbono. Puesto que la configuración D o L se determina tomando como referencia el carbono asimétrico mas alejado del grupo carbonilo, en las aldotetrosas es el número tres. Existen dos aldotetrosas:

La eritrosa , que dos isómeros enantiomorfos, la D-eritrosa , cuyo grupo –OH se encuentra a las derecha, y la L-eritrosa que se formaría cambiando los grupos –OH de los dos carbonos asimétricos hacia el lado izquierdo. La treosa , con otros dos isómeros enantiomorfos D y L según la posición del grupo -OH del carbono tres.

La D-eritrosa y la D-treosa son isómeros epímeros en el carbono 2 , es decir, solo se diferencian en la posición del H-OH del carbono asimétrico dos.

Las tetrosas suelen ser intermediarios metabólicos de la fotosínte sis, especialmente las de configuración D.

La glucosa es la aldosa más importante. La D-glucosa tiene todos los grupos OH a la derecha menos en el C 3. Es el combustible universal, se usa directamente para obtener energía. Polimerizada da lugar a polisacáridos con función energética, como el almidón el glucógeno; o con función estructural, como la celulosa. Además, la glucosa, se encuentra formando parte de oligosacáridos y otros polisacáridos. La glucosa se encuentra especialmente disuelta en líquidos como el citosol. Siempre hay una cantidad de glucosa en sangre: la glucemia , que debe ser de 1g/litro, es decir, unos cinco gramos en total.

Otras hexosas importantes son: la D-manosa , epímero de la D-glucosa en el C dos; la D-galactosa , epímero de la D-glucosa en el C cuatro, está en la leche; y la fructosa, que es la cetohexosa más importante, sustituye el grupo aldehido de la glucosa por uno cetona. La fructosa abunda en la uva y en otros frutos vegetales, y es soluble. Todas son combustibles energéticos.

Otras hexosas menos importantes son la idosa, la talosa, astrosa y alosa.

Ciclación El estudio de esta fue realizado por Haworth y se conoce con el nombre de proyección de Haworth.

En este esquema puede apreciarse como se cierra la molécula de un monosacárido, en este caso una hexosa (glucosa). El grupo carbonilo del C1 queda próximo al C5 y entre ellos reaccionan sus radicales en una reacción intramolecular entre un grupo aldehído (el del C1) y un grupo alcohol (el del C5), formándose un hemiacetal (no tiene H) y liberando una molécula de agua. Ambos carbonos quedarán unidos mediante un átomo de oxígeno. El enlace hemiacetálico crea un nuevo centro de asimetría en el carbono 1, con lo que cada molécula en forma abierta puede originar dos tipos de formas cerradas que serán epiméricas en el carbono hemiacetálico. Estos epímeros reciben el nombre de anómeros, y según la posición del grupo –OH del carbono anomérico, si coincide o no con la del carbono que determina la pertenencia a la serie D o L, serán α o β. La configuración del carbono anomérico no es estable y puede cambiar desde la forma α a la β y viceversa en disolución. Cuando un isómero en concreto es disuelto en agua, se produce un cambio gradual con el tiempo (parte de uno se convierte en otro) hasta establecerse un equilibrio entre ambas formas. Ese fenómeno se llama mutarrotación. Estos cambios pueden observarse midiendo el cambio de rotación óptica por ejemplo, en el caso de la glucosa: inicialmente la desviación del plano de la luz polarizada de α es de 122,2º y 18,7º de β; al final, debido al cambio de conformación (colocación) de unas moléculas que eran α a β (2/3 de las moléculas están en formaβ) el ángulo es de 52,5º. Por tanto, se obtiene una mezcla de ambos isómeros al cincuenta por ciento.

Ciclación de la glucosa

La glucosa al disolverse en agua, se hidrata, ya que el grupo carbonilo capta una molécula de agua. El hidrato así formado es inestable.

En realidad, las estructuras cíclicas de la glucosa no son planas, sino que pueden adoptar dos conformaciones en el espacio, en forma de nave y en forma de silla. Ello se debe a que átomos y enlaces se orientan en el espacio y no en el plano (las moléculas son siempre tridimensionales).

Los radicales de una molécula se encuentran en posición CIS cuando están en el mismo lado del plano de dicha molécula. Cuando están a diferentes lados de este plano , se encuentran en posición TRANS. (Ejemplo:β-D-glucosa (cis) y α-D-glucosa (trans).

Dado que la estructura abierta de las hexosas no es lineal, sino quebrada, es decir, se cierra sobre sí misma en disolución, forma un anillo de seis átomos (5C+O) parecido al de una molécula llamada PIRANO. La terminación del nombre de estas estructuras se llamará –piranosa.

manosa ya cicladas:

to la terminación del nombre

jemplos son la D-ribofuranosa y la D-fructofuranosa.

Aquí se muestran la galactosa y

En las aldopentosas y cetohexosas, se formaría una molécula pentagonal -anillo de 5 átomos (4C+O)- semejante al de una molécula llamada FURANO, por es de estas estructuras será –furanosa. E

LOS ENLACES N-GLUCOSÍDICO Y O-GLUCOSÍDICO:

Se pueden establecer dos tipos de enlaces entre un monosacárido y otras moléculas: Hay dos tipos de enlaces entre un monosacárido y otras moléculas.

a) El enlace O-Glucosídico se realiza entre dos -OH de dos monosacáridos , pierde agua. Es un enlace de tipo éster. Para que se separe de nuevo necesita que se produzca la hidrólisis del mismo modo que se ha formado, tomando agua

Será α -Glucosídico si el primer monosacárido es α; y β- Glucosídico si el primer monosacárido es β.

b) El enlace N-Glucosídico se forma entre un -OH y un compuesto aminado , originando aminoazúcares.

1.2. Los DISACÁRIDOS

Son moléculas formadas por dos unidades de monosacáridos unidas entre si por enlace O- glucosídico , cuya función es energética. Esta unión puede estar realizada de dos formas distintas: ---Enlace monocarbonìlico entre el carbono anomérico del primer monosacárido y un carbono cualquiera no anomérico del segundo. En este enlace, al quedar un carbono anomérico con el hemiacetal libre, la molécula tiene la capacidad de reducir el reactivo de Fehling. La t erminación del nombre del primer monosacárido es –osil , y la del segundo es – osa. ---Enlace dicarbonílico : el que se establece entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, por lo que no son reductores.

La terminación del nombre del primer monosacárido es –osil y la del segundo

monosacárido es –ósido.

-Las propiedades de los disacáridos son: conservan el sabor dulce , son sólidos solubles en agua, algunos pierden el poder reductor y por hidrólisis dan monosacáridos.

Algunos de los dipolisacáridos más importantes son los siguientes:

Maltosa (α-D-glucapiranosil (1→4) D-glucopiranosa)

Es un disacárido formado por dos moléculas de D- glucopiranosa , unidas mediante enlace α (1 → 4) .Presenta un enlace O-glucosidico (enlace covalente).El primer monosacárido se denomina

α -D-glucopiranosil , debido a que el –OH esta sustituido.

El segundo se denomina α- D-glucopiranosa debido a que el –OH del carbono anomérico es libre. La maltosa no existe libre en la naturaleza , si no que es una etapa de transición de la hidrólisis del almidón o del glucógeno.

Sacarosa (α-D-glucopiranosil(1→2) β –D-fructofuranosido)

Es un disacárido formado por la unión de una molécula α -D-glucopiranosa y otra β – D-fructofuranosa , unidas por medio de un enlace α (1 → 2 ) formándose un glucopiranosil-fructofuranósido. Esta molécula pierde la función reductora al unirse sus componentes debido a que el enlace se realiza entre el –OH del carbono anomérico del primer monosacárido y el –OH del carbono anomérico del segundo monosacárido, no deja libre ningún –OH libre para reaccionar. No hay posibilidad de isomería.

calorías. No es un glúcido.

La ruptura de este enlace se deberá llamar hidrólisis debido a que es necesaria agua para romperlo. De su ruptura se liberara glucosa y fructosa. La sacarosa se encuentra en los vegetales (tallo, frutas, semillas, raíces, etc.) como consecuencia de la fotosíntesis. De ella se obtiene el azúcar puro; es por ella de color blanco, soluble en agua y el sabor dulce. La sacarosa se digiere muy rápido una vez a llegada al estómago. También existe la sacarina que es dulce, pero no tiene

1.3. Los Trisacáridos

Son moléculas formadas por tres unidades de monosacáridos unidos mediante enlaces glucosídicos. Las más importantes son la Rafinosa y Melicitosa. Se encuentran en ciertos vegetales.

1.4. Los OLIGOSACÁRIDOS

Son cortas cadenas de monosacáridos (de 3 a 10 unidades de monosacáridos) unidos por enlace glucosídico con distintas secuencias, que juegan un papel muy importante en los seres vivos debido a que se unen a lípidos y proteínas de las membranas de las células animales, siempre en la cara externa, formando glucolípidos (Ej_. Celebrósidos_ en las membranas del cerebro, y gangliósidos en las membranas de los ganglios del sistema nervioso); y glucoproteínas.

La posición de estos oligosacáridos en la superficie de la membrana hace que sean especialmente indicados para formar parte de los procesos de reconocimiento celular y de identidad celular (identidad de célula, identidad de tejido, identidad de individuo), es decir, permiten que la célula pueda diferenciarse de las demás células (especificidad). Además, constituyen receptores de membrana, pues reciben la información enviada por las hormonas y neurotransmisores que le dicen a la célula lo que tiene que hacer. Gracias a esta función, bacterias, virus y moléculas, solo pueden relacionarse con éstas células si pueden reconocer a estos receptores de la membrana. Su gran variación en la secuencia de monosacáridos explica muchos de sus papeles biológicos, como estimular la síntesis de anticuerpos, permitir el reconocimiento entre las células del mismo tejido, constituir receptores de membrana de muchas sustancias, etc. Hay oligosacáridos que se unen a moléculas que van a ser segregadas al exterior y actúan etonces fuera de la célula, como las enzimas digestivas, hormonas o anticuerpos (linfocitos). Se fabrican en el ribosoma, pasan al retículo endoplasmático y el aparato de Golgi hasta ser segregadas. La fracción glucídica es esencial para su secreción y para la llegada a su destino.

1.5. POLISACÁRIDOS

Están formados por la unión de miles de monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos con la pérdida de una molécula de agua por cada enlace. Estos no presentan un sabor dulce y sus pesos moleculares son muy elevados. Pueden ser insolubles o formar dispersiones coloidales. No presentan la capacidad de reducción puesto que solo presentan un –OH libre de los miles de moléculas por los que está formado. Desempeñan dos grandes funciones: reserva de combustible energético o función estructural. Los que tiene función estructural presentan enlaces β-glucosídico, y los que desempeñan una función de reserva presentan enlaces α-glucosídico.

Hay dos grandes grupos de polisacáridos: HOMOPOLISACÁRIDOS : estos son polisacáridos que repiten únicamente una unidad de monosacáridos. HETEPOLIROSACÁRIDO S: son los polisacáridos que repiten más de un tipo de monosacáridos.

HOMOPOLISACÁRIDOS

Función de reserva energética - ALMIDÓN -GLUCÓGENO

Almidón Se forma en los cloroplastos de las células vegetales a partir de la polimerización de la glucosa. De esta manera los cloroplastos se van transformando en amiloplastos. Las plantas polimerizan la glucosa, si su concentración es alta, y forman el almidón, que no es soluble en agua y por lo tanto no afecta a la presión osmótica. Si baja, el almidón se hidroliza y suelta glucosa. Es un polisacárido de reserva que se encuentra únicamente en los vegetales. El almidón se encuentra en tallos, raíces (zanahorias), frutos (plátanos), semillas(arroz, cebada) y tubérculos como la patata. A partir de ellos, las plantas y animales pueden obtener energía sin necesidad de luz. Es insoluble en agua pero hasta un cierto punto. Se encuentra formando gránulos hidratados en el citoplasma (retienen agua), en los amiloplastos e incluso en los cloroplastos de las células vegetales. Es un glúcido de absorción lenta debido a que posee miles de unidades de glucosa y por esto la destrucción de todos sus enlaces (mediante α-amilasas) resultará más costosa.

Hay 2 tipos de cadena: -Amilosa -Amilopectina

Glucógeno Se podría decir que es el equivalente al almidón pero propio de los animales. Es otra reserva de combustible osmóticamente inactiva, por ser insoluble, aunque se produciría hidratación. Es un homopolisacárido cuya unidad que se repite a lo largo de la cadena es la glucosa. Este, al igual que la amilopectina, está constituido por maltosas unidas mediante

enlaces α(1→4) con ramificaciones en posición α(1→6); se ramifica aproximadamente

cada ocho moléculas de glucosa. Presenta una mayor abundancia de ramificaciones que el almidón, sin embargo, no presenta un equivalente a la amilosa.

Prácticamente la totalidad de los glúcidos que consumimos son transformados en glucosa y absorbidos por el intestino. Posteriormente pasan al hígado donde son transformados en glucógeno, este será utilizado en períodos en que no hay suficiente glucosa disponible. Según se va necesitando, el glucógeno se convierte en glucosa, que pasa a las sangre para ser utilizada por los diferentes tejidos. También se almacena glucógeno en los músculos, pero esta reserva solo se utiliza para producir energía en el propio músculo. El glucógeno se almacena hasta una cantidad máxima de unos 100 gramos en el hígado, disponible para ser utilizado, y 200 gramos en los músculos, que es para su propio consumo; a partir de ahí, el exceso de glucosa se almacena en forma de grasa en el tejido adiposo. Transformación posible gracias al esqueleto que comparten de carbono.

GLUCÓGENO Y ALMIDÓN C,H,O 1gr – 4kcal se hidrata hasta un 60% debido a su polaridad. 900 kcal de más suponen: 225gr + 135gr (agua)=360 gr aumento de peso.

GRASA C,H,O 1gr – 9kcal anihidra 900 kcal de más suponen: 100 gr Es óptima para los excesos. Más conveniente como reserva energética

Todos los procesos metabólicos en los que interviene la glucosa están controlados por las hormonas , que a través de la insulina , el glucagón , y en momentos puntuales los glucocorticoides y la adrenalina regulan el nivel de esta glucosa en sangre.

Cuando los niveles de glucosa en la sangre aumentan, el páncreas estimula la producción de la hormona insulina , la cual se encarga de hacer que la glucosa se almacene en el hígado , o promover su transformación a grasa o su utilización como combustible. Por otro lado, cuando los niveles de glucosa en la sangre disminuyen disponemos de otra hormona producida en el páncreas, llamada glucagón que facilita la hidrólisis del glucógeno a glucosa, la cual pasará a formar parte del torrente sanguíneo, así como provoca que se utilicen otras moléculas como combustible. Debe haber un equilibrio de insulina y glucagón, para conseguir que el nivel de glucosa se mantenga entre 0,8 y 1, gr/l en sangre.

Función de estructural -CELULOSA

-QUITINA

CELULOSA

La celulosa es un polisacárido vegetal, que se determina la estructura de la pared celular de las plantas. Es la molécula más abundante en el mundo, el 50% de las biomoléculas carbonadas son de celulosa. Es una molécula lineal, insoluble en agua, fibrosa, resistente a la tracción y dura. Ideal para formar estructuras.

Las moléculas de glucosa se unen mediante enlaces β (1 → 4) forman cadenas moleculares no ramificadas, que se pueden disponer paralelamente en haces , con las cadenas unidas mediante enlaces por puente de hidrógeno. Pre sen tan un a fun ció n esq uelé tica , constituyen el elemento principal de sostén de la pared celular de los vegetales , inmersa en otras sustancias cementantes: hemicelulosa y pectinas, también de naturaleza polisacárida. Los enlaces por puente de hidrógeno unen una varilla con otra formando los haces que a su vez varias capas que integran el resistente armazón de la pared de estas células. La celulosa es, a igualdad de grosor, más dura que el acero.

intracelular.

A pesar de que está formada por glucosas, el hombre no puede utilizar a la celulosa como fuente de energía, ya que no cuenta con la enzima necesaria para romper los enlaces β-1,4-glucosídicos, sin embargo, constituye la fibra vegetal fisiológicamente útil y recomendable desde el punto de vista de la alimentación ya que es importante incluirla en la dieta humana porque al mezclarse con las heces, facilita la defecación. Tolera los desequilibrios osmóticos. La pared está interrumpida por una serie de poros que permiten la comunicación

En el intestino de los rumiantes y otros herbívoros, existen microorganismos que atacan (mediante una serie de bacterias) al enlace β-1,4-glucosídico y al hidrolizarse la molécula de celulosa quedan disponibles las glucosas como fuente de energía.

Mureína o peptidoglucano

Es un heterosacárido que presenta componentes no glucídicos puesto que presenta aminoácidos adheridos.

Esta molécula está formada por una secuencia alternante de N-acetil-glucosamina ( NAG ) y el ácido N-acetil-murámico(NAM ) unidos mediante enlaces β(1→4). La cadena es recta y no ramificada, constituyendo la estructura básica de la pared celular bacteriana, la cual aporta sostén e impide el estallido osmótico, evitando así la destrucción de la bacteria. El ácido N-acetilmurámico es un éster resultante de la unión del oxhidrilo del carbono 3 de la molécula de N-acetil-glucosamina con el oxhidrilo del ácido láctico. El ácido N-acetilmurámico puede tener enlazada una cadena de cuatro aminoácidos- tetrapéptido (L-alanina, D-glutámico, L-lisina o M-Diaminopimélico y D-alanina).

Estas cadenas están unidas por enlaces pentapeptídicos que se establecen entre las cadenas de aminoácidos.

La penicilina hace que no se formen los enlaces cruzados que unen los aminoácidos que se precisan para formar este armazón, impidiendo de esta forma la proliferación. No mata la bacteria sino que al formarse nuevas a partir de estos, su pared no se forma bien y mueren por choque osmótico.

Mucopolisacáridos ácidos

Son heteropolisacáridos viscosos y son ácidos debido a que una de las unidades de monosacáridos presenta un COO- en lugar de un CH 2 OH. Los compuestos ácidos se nombraran como –ato porque en un pH neutro serán ácidos cederan el protón. Son sustancias ácidas que contienen ácidos urónicos y N-acetilaminoazúcares principalmente. Los residuos de carbohidratos están dispuestos de modo regular y forman moléculas lineales que se combinan con proteínas mediante enlaces iónicos y en menor proporción con enlaces covalentes. Algunos compuestos importantes son el ácido hialurónico, la condroitina y la heparina.

ÁCIDO HIALURÓNICO Es un heteropolisacárido que presenta alternancia de enlaces β(1→4) y enlaces β(1→3). Esta formado por la repetición del ácido glucurónico y N-acetilglucosamina. Se encuentra formando parte de la matriz extracelular , en esta, actúa como cementante muy abundante en los tejidos cartilaginosos, óseos y en los conjuntivos, los cuales están compuestos por células(fibrocitos), fibras(colágenos) y sustancia intercelular cementante. En estos tejidos conjuntivos la sustancia intercelular existente es fundamentalmente ácido hialurónico que no existe libre, se une a proteínas para dar los protoglucanos (moléculas formadas por una gran fracción de polisacáridos denominados mucopolisacáridos ácidos y una pequeña fracción proteica). El ácido hialurónico forma parte también de la cubierta del óvulo, del humor vítreo y del líquido sinovial en las articulaciones, donde un hueso contacta con otro, actuando como lubricante.

Acido hialurónico : D-glucuronato β (1 → 3) N-acetil-D-glucosamina) β (1 → 4)

CONDROITINA Es también un heteropolisacárido que presenta la misma alternancia de enlaces que el ácido hialurónico. Presenta también una función estructural , forma parte de los cartílagos e incluso del hueso. Está formado por ácido glucurónico y N- acetilgalactosamina como unidades que se repiten.

Las condroitinas suelen aparecer en forma de sulfatos:

4- Sulfato de condroitina : D-glucuronato β(1→3) N-acetil-D-galactosamina) β(1→4)