Fundamentos de Bioquímica: Estructura, Clasificación y Funciones de los Carbohidratos

Introducción a la Bioquímica

La Bioquímica comprende el estudio de las biomoléculas orgánicas y las reacciones químicas que ocurren en los procesos vitales de una célula, tejido, órgano u organismo.

Clasificación de los Carbohidratos

Los carbohidratos se clasifican según el número de unidades de monosacáridos que contienen:

• Monosacáridos: Una sola unidad.
• Oligosacáridos: De 2 a 10 unidades de monosacáridos.
• Polisacáridos: Más de 10 unidades de monosacáridos, generalmente más de 100 unidades.

Monosacáridos: Azúcares Simples

Los monosacáridos son las unidades de las que se forman todos los carbohidratos. Son polihidroxi aldehídos o polihidroxi cetonas que contienen al menos 3 átomos de carbono y no pueden hidrolizarse a carbohidratos más simples.

Monosacáridos de Importancia Biológica

• La Glucosa es el monosacárido más abundante.
• La Fructosa es el segundo en abundancia.
• La Ribosa es muy importante, ya que forma parte del ARN (RNA).
• Su derivado, la Desoxirribosa, forma parte del ADN (DNA).

Estereoquímica de los Carbohidratos

Carbonos Quirales

Si un átomo de carbono tiene unidos 4 sustituyentes diferentes, se denomina carbono QUIRAL o ASIMÉTRICO.

Entre el total de estereoisómeros siempre habrá pares de compuestos que son imágenes de espejo entre sí (enantiómeros). Aquellos isómeros que no son imágenes especulares se denominan Diasterómeros.

Epímeros y Derivados

• Epímeros: Son dos monosacáridos que difieren entre sí en la configuración de un solo carbono (con excepción del centro quiral más alejado del grupo funcional).
• Alditoles: Se obtienen mediante la reducción del grupo carbonilo de un azúcar, para convertirse en un alcohol polihidroxilado.

Sacarosa

La Sacarosa es el azúcar de forma libre que se encuentra en mayor abundancia en las plantas y es la principal molécula de transporte en el floema.

Polisacáridos

Los Polisacáridos son moléculas que constan de muchas unidades de monosacáridos unidos covalentemente y tienen rangos de masa molecular en millones de Dalton.

Funciones de los Polisacáridos

Cumplen funciones esenciales en los organismos:

• Funciones Estructurales:
  • Celulosa en plantas.
  • Quitina en crustáceos, hongos e insectos.
• Fuentes de Reserva de Energía:
  • Almidón en plantas.
  • Glucógeno en animales.

Polisacáridos Específicos

Pectinas

La fibra soluble como complemento de la dieta puede ser útil en el tratamiento de ciertas enfermedades, por ejemplo, diarreas, obesidad y diabetes. Las Pectinas son polisacáridos que no se absorben en el intestino. Las frutas en general son ricas en pectina, sustancia que es también utilizada como aditivo espesante en la industria de conservas y mermeladas.

Hemicelulosa

Son cadenas de homo o heteropolisacáridos con una gran variedad de pentosas, hexosas y sus correspondientes ácidos urónicos. Se encuentran en frutas, tallos de plantas y las cáscaras de granos. Al igual que la celulosa, son indigeribles, pero pueden ser fermentadas por hongos y bacterias.

Glicosaminoglicanos (GAGs)

Los Glicosaminoglicanos (GAGs) son los heteropolisacáridos más abundantes en animales. Son moléculas largas sin ramificaciones que contienen repeticiones de una sola unidad de disacárido. Sus disacáridos se forman con la unión de un derivado aminado unido a un ácido urónico.

Los GAGs son moléculas extendidas con un gran número de cargas negativas que ligan moléculas de agua e imparten las siguientes propiedades a las soluciones biológicas:

• Alta viscosidad.
• Baja compresibilidad.

Lo cual hace que estas moléculas sean ideales como líquido lubricante de las articulaciones.

Los GAGs específicos de significancia fisiológica son:

• Ácido hialurónico
• Dermatán sulfato
• Condroitina sulfato
• Heparina
• Heparán sulfato
• Queratán sulfato

Matriz Extracelular Animal (MEC)

La Matriz Extracelular animal es el medio que rodea a las células animales. Es un entramado de moléculas, proteínas y carbohidratos que son sintetizados y secretados por las propias células para disponerse en el espacio intercelular.

Funciones de la MEC

• Cohesión y resistencia de los tejidos.
• Forma senderos por los que se mueven las células.
• Mantiene la comunicación celular.
• Modula la fisiología y diferenciación celular.

Dermatán Sulfato

El Dermatán sulfato se encuentra principalmente en la piel, pero también en vasos sanguíneos, válvulas del corazón, tendones, pulmones y mucosa intestinal. Posee un papel fundamental como constituyente de tejidos y órganos, y participa en la reparación de heridas, la coagulación de la sangre y la respuesta a infecciones.