Glúcidos: clasificación y funciones

1. Concepto de glúcido y clasificación

Los glúcidos son componentes esenciales de los seres vivos, donde desempeñan tres tipos de funciones principales:

1. Función energética: Fácilmente descomponibles en el metabolismo celular, proporcionan energía de forma rápida.
2. Función estructural: Su capacidad de polimerización les permite formar grandes cadenas que constituyen estructuras celulares.
3. Función informativa o de reconocimiento: Situados en la cara externa de la membrana celular, actúan como señales de reconocimiento para otras células y moléculas.

Químicamente, los glúcidos son biomoléculas orgánicas que se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Según el número de unidades moleculares que poseen, se clasifican en:

1. Monosacáridos: Los más simples, contienen un solo grupo aldehído o cetona. Generalmente tienen de 3 a 7 átomos de carbono.
2. Disacáridos: Formados por la unión de dos monosacáridos.
3. Oligosacáridos: Formados por la unión de unos pocos monosacáridos, generalmente de 3 a 15.
4. Polisacáridos: Formados por la unión de numerosos monosacáridos.

2. Monosacáridos

Son los glúcidos más sencillos y no pueden descomponerse en otros más pequeños. Son dulces, solubles en agua (debido a la fuerte polaridad de los grupos -OH y los puentes de hidrógeno) y forman cristales blancos en estado sólido que pueden caramelizarse por el calor. Poseen la capacidad de reducir el Cu²⁺ a Cu⁺ en medio básico.

Su nomenclatura se basa en añadir el sufijo»-os» al prefijo que indica el número de carbonos de la molécula: triosas (3), tetrosas (4), pentosas (5), etc. Presentan varios grupos alcohol (-OH; hidroxilo) y un grupo carbonilo aldehído o cetona.

• Aldosas: Monosacáridos con un grupo funcional aldehído (siempre en el carbono 1).
• Cetosas: Monosacáridos con un grupo funcional cetona (siempre en el carbono 2).

La numeración de los átomos de carbono comienza a partir del grupo carbonilo (aldosas) o del grupo más próximo a este (cetosas).

Estereoisomería

A pesar de tener la misma fórmula empírica, los monosacáridos presentan diferente distribución espacial, lo que les confiere distintas propiedades físicas, químicas y biológicas. Esta característica se debe a la presencia de carbonos asimétricos (unidos a 4 radicales distintos), dando lugar a la estereoisomería geométrica.

• Formas D y L: Se clasifican según la posición del grupo OH en el carbono asimétrico más alejado del grupo aldehído o cetona. Si el OH está a la derecha, es una forma D; si está a la izquierda, es una forma L.
• Enantiómeros o enantiomorfos: Son imágenes especulares, donde cambia la posición de todos los grupos OH.
• Epímeros: No son imágenes especulares, ya que solo cambia la posición de uno de los grupos OH.

En cuanto a su comportamiento frente a la luz polarizada (estereoisomería óptica), pueden ser:

• Dextrógiros (+): Desvían el plano de polarización a la derecha.
• Levógiros (-): Desvían el plano de polarización a la izquierda.

Estereoisomería geométrica

En la naturaleza, los monosacáridos más comunes pertenecen a la serie D. Las enzimas del metabolismo humano y de la mayoría de los seres vivos reconocen específicamente las formas D, lo que permite diferenciarlas en el laboratorio.

Estereoisomería óptica

Al pasar un haz de luz polarizada a través de un enantiómero, el plano de polarización gira. Los enantiómeros separados giran el plano el mismo número de grados, pero en direcciones opuestas.

Formas anoméricas. Mutarrotación

En disolución acuosa, los monosacáridos adoptan estructuras cíclicas, generando un nuevo carbono asimétrico (carbono anomérico) en el carbono 1 (glucosa) o 2 (fructosa). Esto da lugar a nuevos estereoisómeros llamados anómeros, que se denominan α o β según la posición del grupo OH (debajo o encima del plano del ciclo).

En disolución acuosa, las formas α y β se interconvierten continuamente en un proceso llamado mutarrotación.

3. Disacáridos

Formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glicosídico (con pérdida de una molécula de agua). Son dulces, solubles en agua y cristalizables. Su carácter reductor depende de la presencia de carbonos anoméricos libres. La sacarosa, por ejemplo, no es reductora.

Su nomenclatura se construye añadiendo»-i» al primer monosacárido, seguido del número de los carbonos que forman el enlace O-glicosídico entre paréntesis. Finalmente, se nombra el segundo monosacárido con la terminación»-os» (si solo participa un carbono anomérico) o»-ósid» (si participan ambos).

4. Oligosacáridos

Formados por la unión de 3 a 15 monosacáridos mediante enlaces O-glicosídicos. Su gran diversidad estructural les permite almacenar información. Se encuentran en la superficie exterior de la membrana celular, formando parte del glicocálix en células animales.

5. Polisacáridos

Formados por la unión de muchos monosacáridos mediante enlaces O-glicosídicos, con la pérdida de moléculas de agua. No son dulces, ni cristalinos, ni solubles en agua, aunque sí son hidrófilos. Algunos, como el almidón, forman disoluciones coloidales. No poseen carácter reductor.

Sus funciones principales son:

1. Reserva energética: Presentan enlaces α (más débiles). Ejemplos: almidón y glucógeno.
2. Estructural: Presentan enlaces β (más fuertes). Ejemplos: celulosa y quitina.

Pueden ser:

• Homopolisacáridos: Formados por un solo tipo de monosacárido.
• Heteropolisacáridos: Formados por más de un tipo de monosacárido.

Almidón

Principal reserva energética de las plantas, se almacena en los amiloplastos. Es una mezcla de dos polisacáridos:

1. Amilosa: Polímero lineal helicoidal de maltosas (α-D-glucosa) unidas por enlaces α(1-4), representa el 30% del almidón.
2. Amilopectina: Polímero de maltosas unidas por enlaces α(1-4) con ramificaciones α(1-6) (isomaltosas) cada 24-30 glucosas, representa el 70% del almidón.

La hidrólisis total del almidón produce maltosas e isomaltosas por la acción de α-amilasa y β-amilasa, y finalmente glucosa por la acción de maltasa y α-dextrinasa.

Glucógeno

Polisacárido de reserva energética en animales, se almacena en músculos e hígado. Su estructura es similar a la amilopectina, pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-10 glucosas). Su hidrólisis produce glucosa.

Celulosa

Biomolécula orgánica más abundante en la biosfera, es el principal componente de la pared celular vegetal. Está formada por β-D-glucosa unidas por enlaces β(1-4), lo que le confiere gran resistencia. Es hidrolizada por la enzima celulasa.

Heteropolisacáridos

• Hemicelulosa: Componente de la pared celular, es un polímero de xilosa, arabinosa y otros monosacáridos.
• Agar-agar: Obtenido de algas rojas, se utiliza como soporte en medios de cultivo y espesante alimentario.
• Gomas vegetales: Exudados vegetales utilizados como pegamentos y espesantes.
• Mucopolisacáridos: Abundantes en la sustancia intercelular del tejido conjuntivo, le confieren viscosidad y elasticidad. Ejemplos: condroitina, heparina y ácido hialurónico.

6. Funciones biológicas de los glúcidos

. A) Función energética: la glucosa es la molécula suministradora de energía esencial en los seres vivos. Algunos órganos como el cerebro la utilizan exclusivamente como fuente de energía. Se almacena en forma de glucógeno en los animales y como almidón en las plantas. La reserva energética de los animales a corto plazo es el glucógeno, pero a largo plazo lo son los lípidos. Los animales se mueven y es mejor para ellos acumular grasas que glucógeno, que a igual peso produce el doble de energía. La glucosa es transportada por el sistema circulatorio en animales dotados de este sistema. En las plantas, el glúcido que circula por el floema es la sacarosa. B) Función estructural y mecánica. La celulosa es el componente principal de la pared celular de la célula vegetal, lo que la convierte en el compuesto orgánico más abundante de la biosfera. La quitina en el exoesqueleto de los artrópodos y en la pared celular de muchos hongos. La ribosa y la desoxirribosa, son componentes esenciales del RNA y del DNA respectivamente. Algunos mucopolisacáridos determinan las propiedades mecánicas de algunos tejidos animales. C) Función informativa. Los Oligosacáridos se combinan con lípidos y proteínas de la membrana plasmática formando glucolípidos y glucoproteinas que confieren a dicha membrana su identidad. D) Otras funciones: Numerosos glúcidos, libres o combinados son importantes metabolitos. Ej: D-gliceraldehido, D-ribulosa y la fructosa.