Glúcidos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos (resumen)

Los glúcidos son biomoléculas formadas principalmente por C, H y O, en una proporción (CH2O)n.Todos los glúcidos presentan un grupo carbonilo: un carbono unido a un oxígeno mediante un doble enlace. Este puede ser un aldehído (-CHO) o una cetona (-CO-). Según tengan un grupo o el otro, se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.  

CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS 

Según número de polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas: 

• Monosacáridos. Glúcidos constituidos por una sola unidad de polihidroxi-carbonilo 

• Oligosacáridos. Glúcidos formados por uníón de 2-10 monosacáridos. Los más importantes:  disacáridos, formados por dos monosacáridos. 

• Polisacáridos. Glúcidos formados por la uníón de +10 monosacáridos (centenares) 

Los oligosacáridos y polisacáridos pueden ser holósidos (formado por varios monosacáridos, o sea, solo  componente glucídico) o heterósidos (glucoproteínas, glucolípidos…). Estos se pueden hidrolizar  (romperse en monosacáridos por hidrolasas). Los monosacáridos NO. 

MONOSACÁRIDOS 

Composición química 

Los monosacáridos contienen entre 3 y 7 átomos de carbono. Desde el punto de vista químico, son  polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, es decir, polialcoholes (poseen varios grupos -OH) con un grupo  . 

aldehído (–CHO) o cetona (–CO). Todos los monosacáridos tienen carácter reductor, debido a la presencia de los grupos aldehído o cetona (Carbono carbónílico), que pueden oxidarse a carboxilos. Esta propiedad es detectable a través de la reacción de Fehling. El licor de Fehling consta de una solución A, que aporta sulfato de cobre, y una solución B, que constituye el medio alcalino necesario para que se verifique la reacción. En medio alcalino y en presencia de un azúcar reductor, el CuSO4 (Cu2+) de color azul, se reduce formando Cu2O (Cu+), de color rojo ladrillo. 

Según el grupo funcional principal que presentan, se clasifican en dos tipos: 

▪ Aldosas: un grupo aldehído en el C1 y grupos hidroxilo en el resto de los carbonos. 

▪ Cetosas: un grupo cetona en el C2 y grupos hidroxilo en el resto de la cadena. 

Los monosacáridos se nombran anteponiendo el prefijo aldo- o ceto- al nombre que indica su número de átomos de carbono (tri-, tetra-…) seguido de la terminación -osa (aldotriosa, p.E.) 

Isomería La isomería es una carácterística de compuestos que, teniendo la misma fórmula molecular, presentan  distintas propiedades físicas y químicas debido a la diferente disposición de sus átomos. Los  monosacáridos presentan diversos tipos: 

1. Isomería de función. La tienen los compuestos que (como aldosas y cetosas), poseen igual  fórmula molecular, pero tienen distintos grupos funcionales. Como el gliceraldehído y la dihidroxiacetona, cuya fórmula molecular es C3H6O3. 

2. Estereoisomería. La poseen moléculas aparentemente iguales, pero con diferentes propiedades, al tener sus átomos distinta disposición espacial. Se debe a la presencia de carbonos asimétricos o quirales (unidos a cuatro radicales diferentes entre sí). 

Entre los estereoisómeros se distinguen los siguientes: 

▪ Enantiómeros: la posición de todos los –OH de los carbonos asimétricos varía. Por tanto, una  molécula es la imagen especular de su enantiómero. La ubicación del -OH del C asimétrico más  alejado del grupo carbonilo permite diferenciar ambas moléculas: 

-forma D, cuando el –OH está a la derecha. 

– forma L, si el –OH queda a la izquierda. 

En la naturaleza, salvo raras excepciones, los monosacáridos tienen la forma D. 

 Diastereoisómeros: son estereoisómeros no superponibles que presentan la misma forma (D o L), pero no son imágenes especulares. Se denominan epímeros cuando se distinguen en la posición del grupo –OH de un único carbono asimétrico. 

Actividad óptica 

La presencia de carbonos asimétricos determina una propiedad de los monosacáridos: la actividad  óptica. Las moléculas que tienen al menos un carbono quiral son capaces de desviar el plano de  polarización de un haz de luz polarizada que atraviesa la disolución. Cada molécula efectúa una rotación  carácterística del plano de polarización, un ángulo concreto hacia la derecha o hacia la izquierda. 

• Cuando la rotación se efectúa en el sentido de las agujas del reloj, reciben el nombre de 

dextrógiros o (+). 

• Cuando la rotación es contraria a las agujas del reloj, son levógiros o (–). 

El valor de rotación angular no se corresponde necesariamente con las formas de isomería óptica; las  sustancias dextrógiras o levógiras pueden presentar tanto estructuras D como L. 

CICLACIÓN DE MONOSACÁRIDOS La formación del ciclo se realiza mediante un enlace intramolecular entre un grupo hidroxilo (–OH del C  quiral más alejado del grupo carbonilo) y el grupo carbonilo de la propia molécula. Se habla de enlace  

Hemiacetal (aldehído) y hemicetal (cetona). 

En la forma cíclica, el carbono carbónílico se transforma en otro carbono asimétrico, llamado  carbono anomérico(⭩) y queda unido a un -OH. 

• La posición de dicho -OH determina un nuevo tipo de estereoisomería, anomería. Dos formas anoméricas: 

- Alfa (α). El -OH del carbono anomérico queda bajo el plano. Se denomina configuración trans,  porque este -OH queda al lado contrario del -OH del C  exterior al ciclo (el que va  “para arriba”).

- Beta (β). El -OH del carbono anomérico queda sobre el plano. 

TRIOSAS (3C) 

Se encuentran en forma de ésteres fosfóricos en el interior de las células de la mayoría de los organismos  como intermediarias del metabolismo de la glucosa y de otros glúcidos. 

• Gliceraldehído. Es la aldotriosa más simple y presenta un solo carbono asimétrico. 

• Dihidroxiacetona. Es el único monosacárido que no posee actividad óptica (no tiene quiral).

TETROSAS (4C) 

Son compuestos intermediarios del metabolismo de la glucosa. Dos aldotetrosas y una cetotetrosa 

• Eritrosa. Interviene en procesos bioquímicos relacionados con la nutrición autótrofa. 

• Treosa. 

• Eritrulosa. Cetosa 

PENTOSAS (5C) 

Entre los monosacáridos con cinco átomos de carbono destacan por su relevancia: 

• Ribosa. Es un componente estructural de nucleótidos ien estado libre, como el ATP (adenosín trifosfato), y de ácidos nucleicos, como el ribonucleico (ARN).2- Desoxirribosa en el ADN. 

• Ribulosa. Es la molécula sobre la que se fija del CO2 atmosférico en los organismos autótrofos 

HEXOSAS (6C) 

Los monosacáridos que contienen seis átomos de carbono más importantes desde el punto de vista  

biológico son los siguientes: 

• Glucosa. Es el monosacárido más abundante en la naturaleza y el principal nutriente de los seres  vivos que, mediante la respiración celular, es degradado parcial o totalmente para obtener energía.  

Se encuentra libre en el citoplasma celular, en los frutos (uvas, p.E.) y en la sangre. Asimismo, es el  constituyente de los polisacáridos más comunes en vegetales (almidón y celulosa) y animales (glucógeno). Otras denominaciones son: glucopiranosa (porque en disolución tiende a ciclarse) y dextrosa, por ser muy dextrógira. 

• Galactosa. No se encuentra libre; forma parte de la lactosa (disacárido de la leche), de polisacáridos complejos y de  heterósidos. 

• Manosa. Componente de polisacáridos presentes en vegetales, bacterias, levaduras y hongos, forma parte de la  

estreptomicina, una sustancia con actividad antibiótica. 

• Fructosa.Se halla en las frutas, libre o unido a la glucosa, constituyendo en este último caso el disacárido sacarosa. Las  

células hepáticas la transforman en glucosa, por lo que tiene un valor nutritivo equivalente al de esta. Se denomina también levulosa, por ser una molécula fuertemente levógira. Su forma ciclada es la β-D-fructofuranosa. 

ENLACE O-GLUCOSÍDICO 

Se establece entre dos grupos hidroxilo de diferentes monosacáridos. Se realiza un proceso de síntesis  por condensación o deshidratación debido a la liberación de una molécula de agua, quedando ambos  monosacáridos unidos por un puente de oxígeno. Estos compuestos reciben el nombre de O-glucósidos. 

• Si en el enlace intervienen el hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y otro grupo  alcohol del segundo monosacárido, se establece un enlace monocarbonílico. Como en el  

segundo monosacárido queda libre el carbono anomérico (que es carbónílico), mantiene poder  reductor. 

• Si participan los grupos hidroxilo de los carbonos anoméricos de ambos monosacáridos, será un  enlace dicarbonílico. Al no quedar libres carbonos carbónílicos, pierde poder reductor.

DISACÁRIDOS :Se forman por la uníón de dos monosacáridos mediante enlace O-glucosídico monocarbonílico o  dicarbonílico que, además, puede ser α o β (el enlace) en función de la posición del grupo –OH del carbono anomérico del primer monosacárido.  

MALTOSA Llamado azúcar de malta, es producto de la hidrólisis del almidón o del glucógeno. 

Está formado por dos moléculas de α-D-glucosa(α-D-glucopiranosa, aunque la segunda puede ser tanto α como β) unidas por enlace monocarbonílico α(1 → 4) fácilmente hidrolizable. Posee carácte reductor. 

Se puede encontrar en semillas como resultado de la hidrólisis del almidón, en la malta. 

CELOBIOSA 

No existe en estado libre en la naturaleza, pues resulta de la hidrólisis de  la celulosa. Está formada por dos moléculas de β-D-glucosa unidas con enlace β(1 → 4) monocarbonílico. Posee carácter reductor y se hidroliza con dificultad. 

LACTOSA
Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Está compuesta por la uníón monocarbonílica β(1 → 4) de β-D-galactosa y β-D-glucosa. Tiene carácter reductor y se encuentra libre, ya que no forma polímeros. La lactasa se encarga de su hidrólisis, por eso las personas con ausencia de esta enzima presentan intolerancia a la lactosa. 

SACAROSA 

Es el azúcar de consumo habitual. Se extrae de la caña de azúcar y de la remolacha. Está constituida por la uníón dicarbonílica α(1 → 2) de α-D-glucopiranosa y β-D-fructofuranosa. El sufijo -ósido evidencia la falta de carácter reductor de esta molécula. 

POLISACÁRIDOS 

Son polímeros constituidos por la uníón de muchos monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos,  que originan largas cadenas moleculares lineales o ramificadas. 

Pueden contener enlaces glucosídicos de tipo α o β. Los enlaces α son más débiles, y se forman y se  rompen con gran facilidad, por lo que se encuentran en los polisacáridos con función de reserva. El  enlaceβ es mucho más estable y resistente, por lo que es carácterístico de los polisacáridos con función  estructural. 

Los polisacáridos no se consideran azúcares, ya que carecen de sabor dulce y no tienen carácter reductor.  Algunos(celulosa) son insolubles en agua; otros(almidón) constituyen dispersiones coloidales. 

HOMOPOLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES : Los polisacáridos son los polisacáridos más abundantes y están compuestos por un solo tipo de  monosacárido. La función de los homopolisacáridos estructurales es proporcionar soporte y protección a  diversas estructuras y organismos. Segúnsu composición: 

• Celulosa. Es un polímero lineal de moléculA β-D-glucosa con enlaces β (1 → 4). Cada pareja  

de glucosas es una celobiosa. Debido a este tipo de enlace, cada molécula de glucosa gira 180°  con respecto a sus vecinas. Además, las cadenas lineales se disponen en paralelo y se mantienen estrechamente unidas unas con otras mediante puentes de hidrógeno intercatenarios. Esta configuración permite formar una estructura de gran resistencia. Los humanos no disponen de enzimas celulasas. La uníón de unas 60 o 70 cadenas de celulosa forma la micela de celulosa.  

Al asociarse 20 o 30 micelas da lugar a una microfibrilla que se puede unir con otras dando fibras, que forman láminas en dirección alternante y constituyen la pared celular vegetal 

 Quitina. Es un polímero lineal de N-acetil-β-D-glucosamina con enlaces β(1 → 4). Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de las paredes celulares de los hongos. Su estructura  es similar a la de la celulosa y, como ella, se organiza en capas alternas. Esta cualidad confiere a los organismos una gran resistencia y dureza. 

HOMOPOLISACÁRIDOS DE RESERVA  Las células necesitan energía que obtienen preferentemente a través de la degradación de la glucosa. Los  seres vivos almacenan este monosacárido en forma de polisacáridos de reserva, que se acumulan en  gránulos insolubles en el citoplasma celular o en orgánulos especializados. Este tipo de almacenamiento no provoca un aumento de la  presión osmótica, como ocurriría si se acumularan  moléculas libres de glucosa. Los de mayor interés  biológico son: 

• Almidón. Es el homopolisacárido de reserva de las células vegetales. Está formado por una mezcla de: 

- amilosa, constituida por cadenas largas no ramificadas de moléculas de α-D-glucosa unidas con enlaces α(1 →  4), que adoptan una estructura helicoidal. 

- amilopectina, muy ramificada, con un esqueleto de monómeros de α-D-glucosa con uniones  α(1 → 4) y puntos de ramificación con enlaces α(1 → 6) cada 15 o 30 monómeros. 

Al  hidrolizarse, quedan maltosas y dextrina límite (núcleo de ramificación con enlaces (1→6)),  que se rompen mediante enzimas desramificantes. El almidón se encuentra en los plastos de las células vegetales y es abundante en los órganos de  reserva de las plantas, como tubérculos o raíces, y en las semillas 

• Glucógeno. Es el homopolisacárido de reserva de las células animales. Su constitución es similara la de las cadenas de amilopectina con enlaces α(1 → 4), aunque posee más ramificaciones en α  (1 → 6): aproximadamente, 1 cada 8 o 12 monómeros. Se almacena en forma de gránulos en el hígado y en el músculo esquelético, donde se hidroliza fácilmente y rinde gran cantidad de glucosa cuando se requiere. En una persona bien nutrida de 70  kg, la cantidad total de glucógeno es de 375 g a 475 g; de ellos, aproximadamente, el 70 %  corresponde a glucógeno muscular, el 25 %, a glucógeno hepático y el 5 %, a glucosa sanguínea. 

HETEROPOLISACÁRIDOS • Pectina. Polímeros derivados de la galactosa unidos por enlaces α(1 → 4) y presentan  intercalados otros monosacáridos de los que surgen ramificaciones. Se encuentran en la pared celular de las células vegetales formando una matriz en la que se disponen las fibras de celulosa. 

+HEMICELULOSAS: conjunto heterogéneo de polisacáridos constituidos por un solo tipo de monosacáridos unidos por enlaces beta (1-4) que dan lugar a una cadena lineal de la que salen ramificaciones cortas de monosacáridos distintos. Se hallan en la pared de las células vegetales.

• Agar. Polímero de D y L-galactosa que se extrae de las algas rojas. Actúa como espesante de líquidos y su digestión resulta muy difícil. Se utiliza como espesante en la industria alimentaria; y como base para elaborar medios de cultivo. 

• Gomas. Sustancia secretada por plantas para cerrar posibles heridas. Se aprovecha como  pegamento. 

+MUCÍLAGOS: similares a las gomas y se emplean para la elaboración de preparados saciantes en dietas hipocalóricas.

+MUREINA: es un polímero de n-acetilglucosamina y n-acetilmurámico unidos mediante enlaces beta (1-4) y forman parte de la pared bacteriana.

• Glucosaminoglicanos. Son polímeros lineales de N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina y ácido glucurónico. Se encuentran en la matriz extracelular de los tejidos conectivos, donde cumplen diversas funciones. Existen varios tipos: 

- Ácido hialurónico. Muy hidratado, aporta resistencia y actúa como lubricante. Participa,además, en funciones relacionadas con la comunicación y diferenciación celular. 

- Condroitín sulfato. Presente en cartílagos, piel, vasos sanguíneos, ligamentos y tendones. 

- Heparina. Localizado en los vasos sanguíneos de los pulmones, el hígado y la piel. Interviene como anticoagulante. Tanto el condroitín sulfato como la heparina se hallan unidos covalentemente a una proteína central, formando

proteoglicanos (forma de escobilla) 

HETERÓSIDOS Los heterósidos son moléculas constituidas por un glúcido unido a otra molécula no glucídica denominada aglucón. Atendiendo a la naturaleza del aglucón, los heterósidos se pueden clasificar en glicolípidos,  glicoproteínas, peptidoglucanos, proteoglucanos y principios activos de plantas medicinales: 

• Glucolípidos. El aglucón es un lípido (ceramida). Los más importantes son los cerebrósidos, que contienen galactosa o glucosa, y los gangliósidos, con un oligosacárido ramificado. Se encuentran en la membrana celular actuando como receptores específicos de membrana. 

• Glicoproteínas. La fracción no glucídica es una molécula de naturaleza proteica. Se diferencian de los peptidoglicanos y de los proteoglicanos porque en estas el porcentaje de proteína es mayor que el de glúcidos. En este grupo se encuentran glicoproteínas sanguíneas como la protrombina, que participa en el proceso de coagulación; o las inmunoglobulinas, con función  defensiva; las mucinas de secreción (como las salivales); y las glucoproteínas de membrana.