UNIDADES ESTRUCTURALES DE LOS CARBOHIDRATOS: GLÚCIDOS

Concepto de Glúcido

Son moléculas orgánicas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son solubles en agua y se clasifican de acuerdo a la cantidad de carbonos y por el grupo funcional que tienen adherido. Son la forma primaria de almacenamiento y consumo de energía.

El nombre de “hidrato de carbono” es propio de moléculas con carbonos enlazados a moléculas de agua, y por tanto, es poco apropiado. Estas constan de átomos de carbono unidos a otros grupos funcionales químicos. Su fórmula general es (C_nH₂O)_n. De aquí el nombre de carbono hidratado.

Azúcares

Este término solo puede usarse para los monosacáridos (aldosas y cetosas) y los oligosacáridos inferiores (disacáridos). En singular, “azúcar” se utiliza para referirse a la sacarosa o azúcar de mesa.

Sacáridos

Es la raíz principal de los principales glúcidos (monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos).

Estereoisómeros

Son aquellos monosacáridos que tienen una estructura especular en el plano (D y L), por dextrógira y levógira respectivamente. La nomenclatura D-L permite designar la configuración espacial absoluta de un enantiómero que posee un solo carbono asimétrico.

Para conocer qué letra asignar a cada enantiómero, se parte de la proyección de Fischer, en la cual se proyecta la molécula sobre el plano del papel del siguiente modo:

1. La cadena carbonada se sitúa en dirección vertical.
2. La cadena se orienta con la parte de la función química más oxidada arriba y la más reducida abajo.
3. Los sustituyentes están dirigidos hacia la parte anterior del plano.
4. Aplicando estas reglas, el isómero D es el que presenta el grupo funcional a la derecha y el isómero L a la izquierda.

Los dos isómeros presentan actividad óptica.

Quiral: Carbono asimétrico. Un carbono cuyos 4 radicales están saturados con grupos distintos. Ejemplo: gliceraldehído.

Monosacáridos

Los monosacáridos son los glúcidos más sencillos que no se hidrolizan. Contienen de 3 a 7 átomos de carbono. Cada monosacárido está formado por una cadena carbonada (3-9 C) en la que todos los carbonos tienen un grupo hidroxilo excepto uno que posee un grupo carbonilo. Los monosacáridos poseen carbonos asimétricos (o carbono quiral que es el carbono saturado por cuatro grupos distintos. Ejemplo: el gliceraldehído).

También podemos clasificarlos según el número de carbonos, dependiendo de la función cetona o aldehído y dependiendo del carbono asimétrico; los epímeros tienen la misma fórmula empírica pero distinta distribución de un grupo hidroxilo. Los anómeros son dos monosacáridos ciclados que se diferencian en un solo grupo -OH.

Los enantiómeros son aquellos monosacáridos que poseen actividad óptica (dextrógiros o levógiros). La forma cíclica se produce al estar en disolución, formando un enlace hemiacetálico, es decir, un puente de oxígeno intramolecular entre carbonos.

Los monosacáridos se clasifican a su vez en:

• Número de carbonos
• Función del grupo carbonilo (aldehído o cetona)
• Carbonos asimétricos (derecha o izquierda)

Epímeros: Misma fórmula empírica y distinta disposición de un solo grupo hidroxilo.

Anómeros: Dos monosacáridos ciclados que se diferencian solo en el grupo -OH. Dan lugar a las configuraciones alfa y beta.

Disacáridos

Son dos monosacáridos unidos por un enlace O-glucosídico. Entre ellos están:

• Sacarosa: Glucosa + fructosa.
• Lactosa: Galactosa + glucosa.
• Maltosa: Glucosa + glucosa.

Oligosacáridos

(Inulina, oligofructosa y galactooligosacáridos)

Polisacáridos

(Gran cantidad de monosacáridos y función de reserva energética y estructural. Peso elevado). Son glúcidos de elevado peso molecular que resultan de la polimerización de los monosacáridos unidos por enlaces O-glucosídicos.

Los polisacáridos se clasifican:

Según su estructura:

• Homopolisacáridos: Son polímeros formados por la repetición de un monosacárido.
• Heteropolisacáridos: Dentro de su estructura existen diferentes tipos de monosacáridos.

En ambos casos pueden ser lineales o ramificados tanto en los que tienen un solo tipo de monómero como en los que tienen múltiples monómeros.

Según su función:

• De reserva energética: La mayoría son glucanos (polímeros de glucosa). Generalmente son glucosa alfa. En los animales es el glucógeno y en las plantas el almidón.
• Estructurales: El más importante es la celulosa (principal componente de la pared celular de las plantas). La quitina cumple el mismo papel pero en los hongos y es la base del exoesqueleto de los artrópodos.

Almidón

Polisacárido de reserva en vegetales almacenado en cloroplastos y amiloplastos, se hidroliza mediante los enzimas amilasas (producen maltosa) y maltasas (producen glucosa). En una célula, al aumentar el número de glucosas aumentaría la presión osmótica y la célula reventaría, por tanto las glucosas se polimerizan en almidón y lo evitan. En realidad está formado por dos tipos de polímeros: la amilosa, polímero no ramificado de alfa-D-glucosa enlazadas por uniones alfa (1→4). Por acción de la amilasa se obtienen dextrinas y maltosas. El otro polisacárido es la amilopectina: formada por cadenas de alfa-D-glucosa con enlaces alfa (1→4) es un polímero ramificado cada 30 glucosas, en los puntos de ramificación el enlace es alfa (1→6).

Celulosa

Es el principal componente de las paredes celulares en vegetales. Es un polímero no ramificado de beta-D-glucosa. La celulosa está unida por enlaces beta (1→4) conformado por celobiosa. Salvo excepciones, los animales no tienen celulosa y por tanto no pueden usarla como fuente de energía.

Glucógeno

Polímero de reserva inmediata animal, se encuentra en el hígado y en el músculo estriado. Está formado por moléculas alfa-D-glucosa ramificado cada 6-10 glucosas, y se encuentra en el plasma sanguíneo.

Quitina

Componente principal de las paredes celulares de los hongos y los exoesqueletos de los artrópodos, es un polisacárido compuesto por unidades de N-acetilglucosamina unidas entre sí por un enlace beta-1→4.

UNIONES MENOS FRECUENTES

Glicosaminoglicanos

Son cadenas polisacáridas aniónicas formadas por unidades repetitivas de disacáridos. Estos disacáridos contienen un aminoazúcar, glucosamina o galactosamina. Normalmente están unidos a proteínas. La heparina se sintetiza en su forma no sulfatada, que luego es deacetilada y sulfatada. La modificación incompleta produce una mezcla de secuencias con diferente sulfatación (N- y O-). Algunos de ellos actúan como anticoagulantes al unirse específicamente a la antitrombina. Los proteoglicanos contienen el 95% de carbohidratos en peso. Funcionan como lubricantes y componentes estructurales del tejido conectivo y median la adhesión de células a la matriz extracelular. También se unen a factores de proliferación celular.

Glicoproteínas

Es la unión covalente entre los carbohidratos y proteínas. Menor contenido de carbohidratos que en los proteoglicanos. Muchas glicoproteínas son componentes de las membranas celulares.

Funciones: Adhesión celular, unión de los espermatozoides a los óvulos, etc.

Lectinas

Proteínas de unión a azúcares.

Oligosacáridos con enlace-N

El core de pentasacárido sirve de base para la gran diversidad de patrones de oligosacáridos que se encuentran en las glicoproteínas.

Gliceraldehído

Aldosa formada por 3 átomos de carbono (aldotriosa). Es importante porque es el primer monosacárido que se obtiene en la fotosíntesis, durante la fase oscura (ciclo de Calvin).

Dihidroxiacetona

Es una cetotriosa. Tiene un sabor dulce y un sabor característico. Es la cetosa más simple de todas, no posee quiralidad y es la única sin actividad óptica. La forma fosforilada de la DHA es un importante intermediario del metabolismo de la glucólisis en la célula. La DHA fue descrita como un agente bronceador de la piel. Reacciona con los residuos de aminoácidos que forman parte de las proteínas contenidas en la capa de queratina de la superficie de la piel.

Ribosa

Azúcar que forma parte de los nucleósidos, para dar lugar después al ácido ribonucleico (ARN). Procede de la eritrosa y a partir de la ribosa se sintetiza la desoxirribosa en el ciclo de las pentosas.

Desoxirribosa

Monosacárido de 5 átomos de carbono derivado de la ribosa por la pérdida de un átomo de oxígeno en el hidroxilo del carbono 2. Es un sólido cristalino e incoloro, bastante soluble en agua.

Glucosa

Es el compuesto orgánico más abundante en la naturaleza. Es la fuente primaria de energía de las células, mediante su oxidación catabólica, y es el componente principal de polímeros de importancia estructural como la celulosa y el almidón. La D+-glucosa es uno de los componentes más importantes para los seres vivos, incluyendo a los seres humanos.

Galactosa (6 átomos)

Monosacárido formado por 6 átomos (que se convierte en glucosa en el hígado como aporte energético). Es sintetizada por las glándulas mamarias para producir lactosa.

Fructosa (6 átomos)

Es una forma de azúcar presente en las frutas y en la miel. Monosacárido con la misma fórmula empírica que la glucosa pero con distinta estructura. Glucosa + fructosa = sacarosa.

Monosacáridos: derivados por oxidación y por reducción

Derivados por oxidación:

Se forman los azúcares ácidos, como el ácido glucónico que facilita la eliminación renal de sustancias poco solubles en agua, como la bilirrubina o los esteroides.

• Carbono 1 (ácidos aldónicos)
• Carbono 6 (ácidos urónicos)
• Carbono 1 y 6 (ácidos aldáricos)

Derivados por reducción:

Se originan los desoxiazúcares y los alditoles. Los primeros carecen de hidroxilo en uno de sus carbonos. Los alditoles se forman por reducción del grupo aldehído a alcohol: así las triosas originan el glicerol, presente en los lípidos. El glicerol es un constituyente esencial en muchos lípidos, y su éster fosfórico es un importante intermediario metabólico.

Aminoderivados

(Manitol, ribitol, sorbitol), “Sustitución de un grupo OH por un amino NH₂”.

Ésteres fosfóricos (el aporte de cargas negativas a los monosacáridos facilita su interacción con enzimas o con otras estructuras celulares.)