Características generales y clasificación de los glúcidos

1. Características generales y clasificación de los glúcidos

Los glúcidos son moléculas orgánicas que contienen átomos de C, H y O; algunos de ellos poseen también átomos de N. Con frecuencia se denominan azúcares, ya que muchos de ellos tienen sabor dulce, lo cual parece corresponder a combinaciones de carbono con agua. Sin embargo, esta denominación resulta incorrecta, pues los glúcidos son polialcoholes con un grupo funcional carbonilo (aldehído o cetona); es decir, constituyen polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Se trata, fundamentalmente, de moléculas energéticas, es decir, que son utilizadas por los seres vivos como material para obtener energía, aunque también existen otros glúcidos no energéticos que cumplen diversas funciones.

Monosacáridos u osas

Comprenden los glúcidos más simples, que no pueden ser hidrolizados.
Según el tipo de grupo funcional que presentan, los monosacáridos se dividen en:
- Aldosas: el grupo carbonilo es un aldehído.
- Cetosas: llevan un grupo cetona.

Ósidos

Son moléculas más grandes, formadas por la unión de varios monosacáridos.
Pueden experimentar reacciones de hidrólisis que liberan los monosacáridos componentes.
Según el número de monosacáridos que poseen, se clasifican en:
- Oligosacáridos: formados por la unión de dos a nueve monosacáridos.
- Polisacáridos: compuestos por un número elevado de monosacáridos.

2. Monosacárido

Pueden utilizarse directamente como fuente energética. Los ósidos, sin embargo, deben ser previamente hidrolizados.

2.1 Propiedades de los monosacáridos

Todos los monosacáridos son moléculas sólidas cristalinas e incoloras, perfectamente solubles en agua y tienen sabor dulce.

2.2 Estereomería

La estereomería implica la existencia de moléculas con la misma fórmula pero distinta estructura espacial. Esto sucede siempre que hay algún átomo de carbono asimétrico, es decir, un carbono que está unido a cuatro grupos diferentes. Estos carbonos asimétricos son frecuentes en los glúcidos y se identifican las moléculas con un asterisco.

>Representación de estereoisómeros en el plano: Para representar los estereoisómeros en el plano del papel se utiliza habitualmente la proyección de Fisher, en la que las cadenas de carbono se disponen verticalmente y los grupos unidos a los carbonos asimétricos se sitúan a la izquierda y a la derecha de estos.

>Representación de estereoisómeros en el espacio: La estructura tridimensional se observa fácilmente y se trata de moléculas distintas, ya que no es posible superponerlas aunque se gire y a pesar de que sus propiedades físico-químicas son iguales. Ambas presentan un comportamiento diferente frente a la luz polarizada, lo que demuestra que no son idénticas. Las disoluciones de estereoisómeros son capaces de desviar el plano de polarización hacia la derecha o hacia la izquierda. En el primer caso se simboliza mediante el signo más (+) y en el segundo con el signo menos (-).

2.3 Clasificación de los monosacáridos

D-Triosas
- D-aldotriosas: D-gliceraldehído, intermedio esencial en el metabolismo de los glúcidos.
- Cetotriosas: dihidroxiacetona, intermediario esencial en el metabolismo de los glúcidos. No presenta estereoisomería, pues carece de carbonos asimétricos.
D-Pentosas
- D-aldopentosas
  - D-ribosa: constituyente de los nucleótidos del ácido ribonucleico (ARN).
  - 2-D-desoxirribosa: forma parte de los nucleótidos del ácido desoxirribonucleico (ADN).
- D-cetopentosas
  - D-rebulosa: fija el CO2 durante la fase oscura de la fotosíntesis.
D-Hexosas
- D-aldohexosas
  - D-glucosa: principal combustible metabólico de las células.
  - D-galactosa: unido a la glucosa, forma el azúcar de la leche, la lactosa.
- D-cetohexosas
  - D-fructosa: es el azúcar de las frutas. Su anómero B, asociado a la glucosa, constituye la sacarosa.

2.4 Estructura de los monosacáridos en disolución

El sistema empleado para representar la estructura de los monosacáridos, conocido como proyección de Fisher, muestra moléculas lineales, es decir, de estructura abierta. Sin embargo, cuando los monosacáridos de cinco átomos de carbono o más están disueltos, lo cual ocurre siempre que se encuentran en un ser vivo, únicamente un porcentaje muy bajo forma estructuras abiertas como las descritas. La mayoría de estos monosacáridos se presentan construyendo moléculas cíclicas con anillos de cinco o seis átomos. Esta estructura cíclica se origina al reaccionar el grupo carbonilo con uno de los grupos hidroxilo, obteniéndose un hemiacetal o un hemicetal. La mayoría de los hemiacetales de cadenas abiertas son inestables. Sin embargo, los hemiacetales cíclicos obtenidos por reacción entre grupos de la misma molécula son totalmente estables. Una relación análoga origina los hemicetales. Debido a que los ángulos de los enlaces de carbono son estables, los ciclos de cinco y de seis átomos son estables. En estos ciclos, uno de los átomos siempre es oxígeno y el resto son átomos de carbono. Los ciclos pentagonales se denominan furanosas y los hexagonales piranosa. Para representarlos y ciclarlos de una forma abierta, se suele seguir el método de proyección de Haworth. Como resultado de la ciclación, el carbono del grupo carbonilo pasa a ser asimétrico y, por tanto, se originan dos nuevos estereoisómeros que se denominan anomeros.

2.5 Nomenclatura de pentosas y hexosas

De todo lo anterior se deduce que el nombre completo de todo monosacárido ciclado debe indicar:

El tipo de anómero (α o β).
El tipo de enantiómero (D o L).
El nombre de la molécula (glucosa, galactosa, etcétera).
El tipo de estructura cíclica (furanosa o piranosa).

3. Enlace O-glucosídico

Los monosacáridos pueden unirse entre sí para constituir otros glúcidos más complejos (ósidos). Esta unión se denomina condensación (cuando se unen dos monosacáridos) o polimerización (cuando se unen muchos monosacáridos) y se lleva a cabo al interactuar dos grupos hidroxilo de dos moléculas distintas. Se libera entonces una molécula de agua y se produce la unión de los dos monosacáridos por el oxígeno de uno de los dos grupos hidroxilo implicados. El enlace creado se denomina O-glucosídico. La reacción inversa es una hidrólisis en la que, mediante la adición de una molécula de agua, se rompe el enlace O-glucosídico y se regeneran los dos grupos hidroxilo, de forma que ambos monosacáridos quedan separados.

4. Disacáridos

Los disacáridos están constituidos por la unión de dos monosacáridos mediante un enlace O-glucosídico. Cuando los dos grupos -OH implicados en el enlace son anoméricos, este enlace se denomina dicarbonítico, mientras que si uno de ellos no es anomérico, el enlace se llama monocarbonílico.

4.1 Propiedades de los disacáridos

Presentan las mismas propiedades que los monosacáridos: solubles en agua, cristalizables, incoloros y de sabor dulce. Su capacidad reductora, según se ha dicho, está condicionada por la existencia de un grupo anomérico libre.

4.2 Nomenclatura

El nombre del disacárido debe indicar claramente los monosacáridos constituyentes y los carbonos entre los que se realiza el enlace O-glucosídico. En primer lugar, se escribe el nombre del monosacárido que emplea el -OH del grupo carbonilo en la unión, cambiando la terminación -osa por -osil. A continuación, se expresan entre paréntesis los carbonos participantes en el enlace, separados por una flecha corta. Por último, se escribe el nombre del segundo monosacárido, con la terminación -osa si el enlace es monocarbonílico, o con la terminación -ósido si es dicarbonílico. Sin embargo, se suele emplear una denominación más corta, que alude a los productos donde se encuentra el disacárido. Por ejemplo, la B-D-galactopiranósil (1 -> 4) B-D-glucopiranosa recibe también el nombre de lactosa.

4.3 Disacáridos más importantes

La sacarosa es el azúcar de consumo habitual tanto de caña como de remolacha. Este glúcido es uno de los componentes principales de la savia elaborada, la cual circula desde las hojas, donde se sintetiza, hasta las partes no fotosintéticas de los vegetales, donde se consume. Los monosacáridos constituyentes de la sacarosa son la glucosa y la fructosa, y no tiene carácter reductor, pues posee un enlace dicarbonítico.
La lactosa se encuentra libre en la leche y unida a otras moléculas constituyendo algunos glucolípidos.

Otros disacáridos

La maltosa procede de la hidrólisis del almidón y del glucógeno y se encuentra en las semillas en germinación.
La isomaltosa se obtiene también del almidón y del glucógeno. Se diferencia de la maltosa en que el enlace es 1-6.
La celobiosa se obtiene de la hidrólisis del polisacárido celulosa.

5. Polisacáridos

Los polisacáridos están formados por largas cadenas de monosacáridos unidos mediante enlaces O-glucosídicos, por tanto, son moléculas gigantescas o macromoléculas. Estas cadenas pueden ser lineales o ramificadas. La formación de los polisacáridos a partir de los monosacáridos constituye un ejemplo de polimerización, en la que se libera una molécula de agua por cada enlace O-glucosídico creado. La rotura de estos enlaces se realiza, pues, por hidrólisis.

5.1 Propiedades de los polisacáridos

Al tratarse de macromoléculas, los polisacáridos no se disuelven fácilmente en agua y pueden ser insolubles o originar dispersiones coloidales. Además, no son cristalinos ni tienen sabor dulce.

5.2 Clasificación de los polisacáridos

Homopolisacáridos:

Si se trata de anómeros α, el polisacárido desempeña la función de reserva energética, puesto que puede hidrolizarse fácilmente liberando los monosacáridos cuando sea necesario. A diferencia de los monosacáridos y de los disacáridos, los polisacáridos constituyen la forma idónea de acumulación de glúcidos, ya que, al no ser solubles en agua, la concentración de las células en las que se encuentran se conserva inalterada y se evitan problemas osmóticos. Por el contrario, la existencia de anómeros confiere una gran resistencia a la hidrólisis del polisacárido, por lo que estos polisacáridos realizan funciones estructurales.

Homopolisacáridos de reserva:
- Almidón: se encuentra en los amiloplastos de las células vegetales, sobre todo en la semilla, las raíces y los tallos. También aparece en algunas protistas. Se compone de dos moléculas:
  - Amilosa: está formada por α-D-glucopiranosas unidas mediante enlaces (1 -> 4) en una cadena sin ramificar. Esta cadena adopta una disposición helicoidal y tiene seis monómeros por cada vuelta de la hélice.
  - Amilopectina: también está constituida por α-D-glucopiranosas, aunque forma una cadena ramificada en la que existen uniones (1 -> 4), como en el caso anterior, y enlaces (1 -> 6) que originan lugares de ramificación cada doce monómeros.
- Glucógeno: constituye el polisacárido de reserva propio de los hongos y de los animales, en los que forma gránulos visibles y abundantes en el hígado y en los músculos estriados. Aparece también en algunas bacterias. El glucógeno es un polímero de α-D-glucopiranosas con una estructura semejante a la amilopectina, aunque con ramificaciones más frecuentes (aproximadamente, cada ocho o diez moléculas de glucosa).
Dextranos: están formados por α-D-glucopiranosas que dan lugar a cadenas ramificadas, pero las ramificaciones son variadas.

Homopolisacáridos estructurales:
- Celulosa: se trata del componente fundamental de las paredes celulares de los tejidos vegetales. Se encuentra, por tanto, en productos de consumo humano como el papel, la madera o el algodón. La celulosa es un polímero lineal de β-D-glucopiranosas, con enlaces (1 -> 4), formado por largas cadenas.
- Pectina: es otro componente de la pared de las células vegetales. Constituye la matriz en la que se sitúan las microfibrillas de celulosa. Está formada por un monómero derivado de la galactosa.
- Quitina: polisacárido estructural, es el componente fundamental de las cutículas y del exoesqueleto de los artrópodos; también forma parte de los recubrimientos celulares de los hongos. El monómero constituyente es un derivado de la glucosa (N-acetil-β-D-glucosamina). La unión entre ellos se realiza por enlace (1 -> 4), que da lugar a una cadena lineal, similar a la celulosa.

Heteropolisacáridos:
- Hemicelulosa: es uno de los componentes de la matriz de la pared celular de los vegetales. Contiene las aldopentosas xilosa y arabinosa.
- Gomas: forman parte de algunas secreciones vegetales y se considera que desempeñan un papel defensivo.
- Mucílagos: como en el caso anterior, constituyen también un grupo muy variado. Todos ellos tienen la propiedad de absorber gran cantidad de agua y se encuentran en los vegetales, las bacterias y las algas. Entre estas últimas se puede citar el agar-agar, que contiene D y L-galactosa, así como ésteres sulfúricos de ambas, y se usa en la industria alimentaria como espesante en la elaboración de sopas, flanes, helados, etc. También se emplea en investigaciones microbiológicas como base para preparar medios de cultivo sólidos.
- Mucopolisacáridos: son heteropolisacáridos de origen animal que desempeñan funciones diversas y se caracterizan por su variedad de monosacáridos de origen posicional. Suelen asociarse a proteínas para formar productos como sustancias intercelulares y, en ocasiones, lubricantes. Los mucopolisacáridos más importantes son el ácido hialurónico, la condroitina y la heparina.