1. Concepto de Glúcido y Clasificación

Los glúcidos son componentes esenciales de los seres vivos, desempeñando tres funciones principales:

1.1 Funciones de los Glúcidos

1. Función energética: Fácilmente descompuestos en el metabolismo celular para obtener energía.
2. Función estructural: Poseen la capacidad de polimerizarse y formar grandes cadenas que proporcionan soporte estructural.
3. Función informativa o de reconocimiento: Se encuentran en la cara externa de la membrana celular, participando en procesos de reconocimiento celular.

Químicamente, los glúcidos son biomoléculas orgánicas que se definen como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

1.2 Clasificación de los Glúcidos

Según el número de unidades moleculares que poseen, los glúcidos se clasifican en:

1. Monosacáridos: Los glúcidos más simples, con 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

Los 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 la formación de puentes de hidrógeno) y forman cristales blancos en estado sólido que pueden caramelizarse por el calor. Además, pueden reducir el Cu²⁺ a Cu⁺ en medio básico.

2.1 Nomenclatura de los Monosacáridos

Se nombran añadiendo el sufijo -osa al prefijo que indica el número de carbonos de la molécula: triosas (3), tetrosas (4), pentosas (5), etc. Poseen varios grupos alcohol (-OH o hidroxilo) y un grupo carbonilo aldehído o cetona.

2.2 Aldosas y Cetosas

• Aldosas: Monosacáridos con un grupo funcional aldehído (localizado siempre en el C1).
• Cetosas: Monosacáridos con un grupo funcional cetona (localizado siempre en el C2).

Los átomos de carbono se numeran a partir del grupo carbonilo (en aldosas) o del grupo más próximo a este (en cetosas).

2.3 Estereoisomería

La estereoisomería se refiere a moléculas con la misma fórmula empírica pero distinta distribución espacial, lo que les confiere diferentes propiedades físicas, químicas y biológicas. Los monosacáridos tienen carbonos asimétricos (carbono unido a 4 radicales distintos), presentando estereoisomería geométrica.

• Formas D y L:
  • Formas D: Presentan el grupo OH a la derecha del carbono asimétrico más alejado del grupo aldehído o cetona.
  • Formas L: Presentan el grupo OH a la izquierda.
• Tipos de Estereoisómeros:
  • Enantiómeros o enantiomorfos: Cambia la situación de todos los grupos OH, siendo imágenes especulares entre sí.
  • Epímeros: Cambia la situación de un solo grupo OH, no siendo imágenes especulares.

2.3.1 Estereoisomería Óptica

Por su comportamiento respecto a la luz polarizada, los monosacáridos pueden ser:

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

2.3.2 Estereoisomería Geométrica en la Naturaleza

En la naturaleza, los monosacáridos más frecuentes pertenecen a la serie D. Las enzimas encargadas del metabolismo reconocen las formas D y no las formas L, lo que permite diferenciarlas en el laboratorio.

2.4 Formas Anoméricas y Mutarrotación

Al formarse las estructuras cíclicas en disolución acuosa, aparece un nuevo carbono asimétrico (carbono anomérico) situado en C1 (ej. glucosa) o en C2 (ej. fructosa). Surgen nuevos estereoisómeros llamados anómeros, que se denominan α o β según la posición del grupo OH (debajo o encima del plano del ciclo, respectivamente). En disolución acuosa, las formas α y β se interconvierten continuamente en un proceso llamado mutarrotación.

3. Disacáridos

Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glicosídico (enlace O-glucosídico) con pérdida de una molécula de agua. Son dulces, solubles en agua y cristalizables. Son reductores, excepto aquellos que, como la sacarosa, no tienen ninguno de sus carbonos anoméricos libres.

3.1 Nomenclatura de los Disacáridos

Se nombran añadiendo el sufijo -il al primer monosacárido y, a continuación, entre paréntesis, el número ordinal de los carbonos que forman el enlace O-glicosídico. Finalmente, se nombra el segundo monosacárido terminado en -osa (si en el enlace solo interviene un carbono anomérico) o en -ósido (si intervienen los dos).

4. Oligosacáridos

Los oligosacáridos están formados por la unión de 3 a 15 monosacáridos mediante enlaces O-glucosídicos. La gran variedad de combinaciones posibles les confiere una alta capacidad para almacenar información. Se encuentran en la superficie exterior de la membrana celular (glicocálix de la célula animal).

5. Polisacáridos

Los polisacáridos están formados por la unión de muchos (n) monosacáridos mediante (n-1) enlaces O-glucosídicos, con pérdida de (n-1) moléculas de agua. No son dulces, ni cristalizan, ni son solubles en agua, pero son hidrófilos. Algunos, como el almidón, forman disoluciones coloidales. No poseen carácter reductor.

5.1 Funciones de los Polisacáridos

1. Reserva energética: Presentan enlace α (menos fuerte). Ejemplos: almidón y glucógeno.
2. Estructural: Presentan enlace β (más fuerte). Ejemplos: celulosa y quitina.

Pueden ser homopolisacáridos (formados por un solo tipo de monosacárido) o heteropolisacáridos (formados por más de un tipo de monosacárido).

5.2 Almidón

El almidón es la principal reserva energética de las plantas (amiloplastos). Está formado por la mezcla de dos polisacáridos:

1. Amilosa: Polímero lineal con estructura helicoidal, formado por maltosas (α-D-glucosa) unidas por enlaces α(1-4). Representa aproximadamente el 30% del peso total del almidón.
2. Amilopectina: Polímero de maltosas unidas mediante enlaces α(1-4), con ramificaciones unidas mediante enlaces α(1-6) (isomaltosas) cada 24 ó 30 restos de glucosa. Representa aproximadamente el 70% del peso total del almidón.

La hidrólisis total del almidón produce primero maltosas e isomaltosas por la acción de la α-amilasa (rompe enlaces α(1-4)) y la β-amilasa (actúa por los extremos reductores). Finalmente, se obtienen glucosas por la acción de la enzima maltasa y la α-dextrinasa (rompe enlaces α(1-6)).

5.3 Glucógeno

El glucógeno es el polisacárido de reserva energética en los animales. Se almacena en los músculos y en el hígado. Su estructura es similar a la de la amilopectina, pero con ramificaciones más frecuentes (cada 8-10 glucosas). Su hidrólisis se lleva a cabo por enzimas específicas, formándose glucosa.

5.4 Celulosa

La celulosa es la biomolécula orgánica más abundante en la biosfera, siendo el principal componente de la pared celular vegetal. Es insoluble en agua. Está formada por unas 15000 moléculas de β-D-glucosa unidas mediante enlaces β(1-4), lo que le confiere gran resistencia. Es hidrolizada por la enzima celulasa. Cada fibra de celulosa está formada por láminas paralelas, unidas por puentes de hidrógeno, de entre 60 y 70 D-glucosa.

5.5 Heteropolisacáridos

• Hemicelulosa: Forma parte de la pared celular. Es un polímero de xilosa, arabinosa y otros monosacáridos.
• Agar-agar: Se obtiene de las algas rojas. Se utiliza como soporte inerte en medios de cultivo bacterianos y como espesante en la industria alimentaria.
• Gomas vegetales (arábiga, de cerezo, de ciruelo, etc.): Exudados viscosos vegetales que se utilizan como pegamentos, espesantes, etc.
• Mucopolisacáridos: Abundan en la sustancia intercelular del tejido conjuntivo, confiriéndole viscosidad y elasticidad. La condroitina del tejido cartilaginoso, la heparina y el ácido hialurónico pertenecen a este grupo.

6. Funciones Biológicas de los Glúcidos

6.1 Función Energética

La glucosa es la principal molécula suministradora de energía 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 a corto plazo en animales es el glucógeno, mientras que a largo plazo son los lípidos. Los animales, al moverse, acumulan grasas en lugar de glucógeno, ya que a igual peso producen el doble de energía. La glucosa es transportada por el sistema circulatorio en animales que lo poseen. En las plantas, el glúcido que circula por el floema es la sacarosa.

6.2 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 forma parte del exoesqueleto de los artrópodos y de la pared celular de muchos hongos. La ribosa y la desoxirribosa son componentes esenciales del ARN y del ADN, respectivamente. Algunos mucopolisacáridos determinan las propiedades mecánicas de algunos tejidos animales.

6.3 Función Informativa

Los oligosacáridos se combinan con lípidos y proteínas de la membrana plasmática formando glucolípidos y glucoproteínas, que confieren a la membrana su identidad.

6.4 Otras Funciones

Numerosos glúcidos, libres o combinados, son importantes metabolitos. Ejemplos: D-gliceraldehído, D-ribulosa y la fructosa.