Bioquímica de las Biomoléculas: Carbohidratos y Lípidos

Carbohidratos (Hidratos de Carbono)

Los carbohidratos están formados por moléculas simples o complejas y sus derivados. Se definen químicamente como polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas.

Clasificación de los carbohidratos:

• Monosacáridos: Azúcares simples.
• Oligosacáridos: Moléculas formadas por la unión de dos a veinte monosacáridos.
• Polisacáridos: Moléculas formadas por más de veinte monosacáridos.

Monosacáridos

Se clasifican como aldosas (si contienen un grupo aldehído) o cetosas (si contienen un grupo cetona). Además, se clasifican según el número de átomos de carbono por molécula: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc.

Estructura de los monosacáridos:

En solución acuosa, los monosacáridos pueden existir en formas lineales y cíclicas. La estructura cíclica se forma a través de una reacción intramolecular que genera un hemiacetal (en aldosas) o un hemicetal (en cetosas). Por ejemplo, en la glucosa, el carbono 1 (C1, aldehídico) se une al oxígeno del grupo hidroxilo (OH) del carbono 5 (C5), formando un hemiacetal. El C1 se convierte en el carbono anomérico, con un OH hemiacetálico, que le confiere carácter reductor. Este OH hemiacetálico puede enlazarse a moléculas no azucaradas (agluconas), formando glucósidos.

Estructura Cíclica (Estructuras de Haworth):

Las estructuras cíclicas se representan mediante las proyecciones de Haworth, basadas en los anillos de furano (5 átomos, para pentosas) y pirano (6 átomos, para hexosas). Los grupos químicos a la derecha en la estructura lineal se escriben hacia abajo en la estructura cíclica, y los que están a la izquierda se escriben hacia arriba. Existen dos formas anoméricas: α (OH hemiacetálico hacia abajo) y β (OH hemiacetálico hacia arriba).

Reacciones de los monosacáridos:

• Oxidación: Los aldehídos se oxidan fácilmente a ácidos carboxílicos. Las aldosas, al reaccionar con oxidantes suaves como el Cu(II) alcalino, producen ácidos aldónicos, ácidos aldáricos y ácidos aldurónicos.
• Reducción: El grupo aldehído de una aldosa se reduce para producir un alcohol de azúcar denominado alditol. Por ejemplo, la glucosa reducida se llama glucitol o sorbitol.
• Esterificación (Formación de Fosfoazúcares): La reacción entre un alcohol y un ácido produce un éster y agua. Los monosacáridos reaccionan con el ácido fosfórico, gracias a sus grupos OH, formando fosfoazúcares. Estos desempeñan funciones metabólicas cruciales, ya que la fosforilación activa el azúcar para su metabolismo.
• Formación de aminoazúcares: Un grupo amino (NH₂) se une al monosacárido, generalmente en el C2. Estos aminoazúcares son componentes de polisacáridos importantes en la célula. Ejemplo: Glucosamina, esencial en la formación del líquido sinovial de las articulaciones.
• Formación de glicósidos: Unión de residuos de monosacáridos mediante enlaces glicosídicos (enlaces acetal). Esta unión se produce por la reacción entre el grupo OH hemiacetálico de un monosacárido y un grupo OH de otro monosacárido, formando disacáridos, trisacáridos y polisacáridos. Ejemplo: La unión de dos D-glucosas forma maltosa o celobiosa. Las uniones pueden ser α 1-4 (cuando el C1 del primer residuo de glucosa es α y se une al C4 de otro residuo) o β 1-4. Otros ejemplos incluyen la lactosa (unión de glucosa y galactosa) y la sacarosa.

Oligosacáridos

Están formados por cadenas de hasta 20 monosacáridos.

Polisacáridos

Son los carbohidratos más abundantes, constituyentes de las paredes celulares de plantas, bacterias y animales.

Clasificación según el número de tipos de monosacáridos:

• Homopolisacáridos (Homoglucanos): Contienen solo un tipo de monosacárido. La glucosa se almacena en forma de polímeros para evitar altas presiones osmóticas. Ejemplos: almidón y celulosa (en vegetales) y glucógeno (en animales).
  • Almidón: Formado por amilopectina (ramificada, con enlaces α (1,6)) y amilosa (no ramificada, con enlaces α (1,4)).
  • Glucógeno: De origen animal, muy ramificado, con predominio de enlaces α (1,6).
  • Celulosa: Con enlaces β (1,4).
• Heteropolisacáridos (Heteroglucanos): Contienen más de un tipo de monosacárido.
  • Ácido Hialurónico: Componente principal de fluidos orgánicos (tejidos conectivos, humor vítreo, cartílagos, piel). Polímero lineal de ácido D-glucurónico y N-acetilglucosamina.
  • Heparina: Mucopolisacárido anticoagulante, formado por unidades de ácido D-glucurónico y sulfato de D-glucosamina.
  • Sulfato de condroitina: Mucopolisacárido del tejido cartilaginoso, formado por ácido D-glucurónico y sulfato de N-acetil-D-galactosamina.
  • Mureína: Glucoproteína de la pared bacteriana, formada por N-acetilglucosamina, ácido N-acetilmurámico y un oligopéptido.

Clasificación según su función biológica:

• De reserva: Fuente de energía para la célula (almidón y glucógeno).
• Estructurales: Forman tejidos (celulosa en la pared celular vegetal).

Lípidos

Compuestos insolubles o ligeramente solubles en agua. Se clasifican en:

• Hidrofóbicos: Insolubles en agua y no polares.
• Anfipáticos: Tienen regiones polares y no polares.

Clasificación general de los lípidos:

• Esteroides.
• Vitaminas lipídicas.
• Otros terpenos.
• Ácidos grasos y sus derivados:
  • Esfingolípidos (ceramidas, glucolípidos, gangliósidos, cerebrósidos y esfingomielinas).
  • Ceras.
  • Triacilgliceroles.
  • Glicerofosfolípidos (fosfatidatos/fosfolípidos [fosfatidiletanolaminas {cefalina}, fosfatidilserinas, fosfatidilcolinas] y plasmalógenos).
  • Eicosanoides.

Ácidos Grasos

Ácidos carboxílicos de alto peso molecular, libres o esterificados. Son fuentes de energía. Se clasifican en:

• Saturados: Enlaces simples C-C. Ejemplo: Ácido palmítico (carnes, lácteos).
• Insaturados: Doble enlace C-C. Ejemplo: Ácido oleico (aceite de oliva).
• Ácidos grasos Omega: Poliinsaturados, esenciales (no producidos por el organismo).

Actividad Bioquímica

Los lípidos, y en particular los ácidos grasos, desempeñan un papel crucial en numerosas funciones biológicas, incluyendo el almacenamiento de energía, la formación de membranas celulares y la señalización celular.