Lectura sobre glúcidos. Nocturno

Glúcidos

Son las biomoléculas más abundantes. Su principal sintetizador son las plantas y algas, las que mediante el proceso de fotosíntesis convierten más de 100 mil millones de toneladas métricas de dióxido de carbono y agua en celulosa y otros productos.

Definición

“Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, o bien sustancias que dan lugar a estos compuestos después de su hidrólisis.”

Son polialcoholes con función aldehído o cetona, debido a la existencia de varios grupos hidroxilos y un grupo carbonilo, el cual puede ser primario o secundario, dando origen a un aldehído o una cetona.

Características generales

Son conocidos como sacáridos, palabra que proviene del griego y significa azúcar.

La mayor parte de los sacáridos son sustancias reductoras, principalmente los de estructuras más pequeñas.

Se presentan generalmente incoloros, o con una coloración blanca.

Son de sabor dulce en la mayoría de los casos.

Clasificación

Desde el punto de vista de la hidrólisis, se pueden clasificar, separándolos en tres grupos de sacáridos con características muy similares.

Monosacáridos

Son aquellos glúcidos o azúcares simples, que no se pueden hidrolizar, siendo, por lo tanto, el monómero de los sacáridos. Ejemplo: D-galactosa y D-glucosa, siendo este último el monosacárido más abundante.

Oligosacáridos

Son sacáridos de cadenas cortas, los que al hidrolizarlos se obtienen dos o más unidades de monosacáridos. Los más abundantes son los disacáridos, como por ejemplo: sacarosa y maltosa. La sacarosa, o azúcar de caña, es el más común de estos, formado por una unidad de D-glucosa y una de D-fructosa.

Los monosacáridos y los disacáridos comunes tienen sus nombres con terminación “osa”.

Polisacáridos

Contienen cadenas largas de monosacáridos, formadas por cientos o incluso miles de estas unidades. Por lo tanto, al hidrolizar los polisacáridos se obtienen muchas unidades de monosacáridos. Son ejemplos de polisacáridos la celulosa y el almidón.

Estructuras y características de los glúcidos

Monosacáridos

Los monosacáridos son los glúcidos de menor tamaño. Son sólidos incoloros y cristalinos, solubles en agua e insolubles en solventes apolares, en su mayoría poseen sabor dulce.

Pueden ser aldehídos o cetonas con dos o más grupos hidroxilo. Esta variante en el grupo funcional predominante hace que existan varios tipos de monosacáridos, pudiendo hacerse una subclasificación de estos.

Clasificación de monosacáridos

En primer lugar se pueden clasificar según el grupo funcional que predomine en la molécula. Otra forma de clasificarlos es según el número de átomos del elemento carbono que tengan en su estructura.

Según el grupo funcional predominante

En este caso, a la terminación osa de los monosacáridos se le agrega el prefijo que indica cual es el grupo funcional que predomina.

Aldosa: Si el grupo carbonilo se encuentra en un extremo de la cadena carbonada del monosacárido, es un aldehído.

Cetosa: Cuando el doble enlace con oxígeno se encuentre en un carbono secundario, es una cetona.

Según el número de átomos del elemento carbono

A la terminación “osa” que caracteriza a los monosacáridos se le agrega un prefijo que indica la cantidad de átomos del elemento carbono que posee (tri, tetr, pent, hex y hept). Ejemplos: tetrosas, para indicar cuatro átomos del elemento carbono, pentosas, para indicar cinco y hexosas para indicar seis, siendo estos últimos dos ejemplos los más importantes.

Es común que se utilicen ambas clasificaciones para referirse a un monosacárido, ya que de esa forma se están indicando la cantidad de átomos del elemento carbono que lo forman y el grupo funcional que predomina, pudiendo ser ejemplos la aldopentosa o la cetohexosa.

Estructuras

Su estructura básica es una cadena de carbonos no ramificada, unida por enlaces simples entre los átomos de carbono. Uno de estos átomos de carbono posee un doble enlace con un átomo de oxígeno (grupo carbonilo) y en todos los demás átomos de carbono existen grupos hidroxilo.

Estructura de la glucosa

La D-glucosa es el monosacárido más abundante en la naturaleza. Consta de seis átomos del elemento carbono que se encuentran alineados. Es una aldohexosa, ya que posee el grupo carbonilo en un carbono primario (posición C-1 en rojo en la imagen que sigue) y en las demás los grupos hidroxilo, los que tienen sus orientaciones específicas en cada posición.

 

Posee cuatro átomos carbonos quirales, que van desde la posición del C-2 al C-5.

La existencia de estos cuatro centros quirales permite que existan 16 estereoisómeros de la glucosa.

Epímeros de la glucosa

Se le llama epímero a los estereoisómeros de un compuesto que difieren en un único centro quiral. Es decir, que presenten la misma configuración absoluta en todos sus centros quirales, menos en uno (es decir que en uno de los carbonos tiene los grupos enlazados invertidos).

En el caso de la glucosa, existen dos epímeros que se presentan en compuestos naturales, la D-galactosa y la D-manosa.

La D-galactosa es un epímero de la D-glucosa porque difiere de la configuración en el cuarto átomo de carbono, por lo que es su epímero en el carbono – 4, mientras que la D-manosa difiere de la configuración del segundo átomo de carbono, epímero en el carbono – 2.

A continuación se muestran las estructuras de los dos epímeros de la glucosa.

 

La D-galactosa a la izquierda y la D-manosa a la derecha. Ambos epímeros de la D-glucosa.

Estructuras cíclicas

Los monosacáridos que presentan cinco o más átomos del elemento carbono en su cadena, suelen encontrarse formando estructuras cíclicas en soluciones acuosas. En estas estructuras, el grupo carbonilo ha formado un enlace covalente con uno de los átomos de oxígeno, de un grupo hidroxilo. Esto se ha comprobado, debido a la existencia de dos estructuras cristalinas con propiedades ópticas diferentes. Cuando se cristaliza la D-glucosa a partir de una solución, se obtienen dos posibles formas de este compuesto. Si la solución es acuosa, se obtiene la α-D-glucosa, pero si la solución es en piridina, se obtiene β-D-glucosa.

Estos compuestos tienen una estructura cíclica en forma de hexágono, que consta de cinco átomos de carbono y uno de oxígeno. Como es muy similar a la estructura del pirano, se les llaman pirosas. Por lo que estas estructuras quedan con un nombre que indique esta forma, α-D-glucopiranosa, o β-D-glucopiranosa, siempre que se trate de la glucosa.

Estos compuestos, tienen un átomo de carbono asimétrico adicional, pudiendo por lo tanto, existir en dos formas estereoisómeras diferentes.

Estas dos formas del compuesto son denominadas anómeros, ya que solo difieren de en la configuración alrededor del átomo de carbono 1.

A continuación se presentan las dos estructuras anoméricas de la D-glucosa.

Si observamos estas dos estructuras (α y β), vemos que son casi idénticas, difiriendo sólo en la configuración de la posición C-1 (el carbono anomérico).

En caso de tratarse de una cetosa, la formación del anillo da la obtención de un pentágono, ya que es la reacción entre un grupo cetona y un alcohol. La D-fructosa, es un ejemplo de esto, cuando en solución acuosa da origen a sus dos estructuras cíclicas, una α y una β. La estructura cíclica de pentágono, β-D-fructofuranosa, es la más común. La terminación furanosa es debido a que se parece al furano, compuesto cíclico con cinco vértices.

Mutarrotación

Cuando se prepara una solución acuosa de D-glucosa, estas dos estructuras (α y β) se interconvierten en un proceso llamado mutarrotación. Por lo tanto, una solución de una de estos isómeros, al final  terminan siendo mezclas con proporciones en equilibrio, la cual contiene, aproximadamente, un tercio de α-D-glucosa, dos tercios de β-D-glucosa y una porción muy pequeña de la estructura lineal.

Este proceso se puede comprobar al medir el ángulo de desviación de la luz polariza al momento de preparar la solución y volver a comprobar el ángulo poco tiempo después. Hasta que el equilibrio no se establezca la desviación de la luz polarizada va variando en proporción a la formación de los distintos isómeros en la solución.

Estructuras de Haworth

Las estructuras cíclicas de los monosacáridos, como las que se han mencionado anteriormente, se suelen representar con las estructuras de Haworth.

Estas estructuras representan las moléculas de una forma sencilla, haciéndolas planas, ya sean pentágonos o hexágonos.

Monosacáridos reductores

Los monosacáridos pueden ser oxidados por agentes reductores relativamente suaves.

En estas reacciones, el átomo de carbono, que se encuentra en la posición 1 (el que posee el grupo carbonilo), se oxida, formándose un grupo carboxilo. A los monosacáridos que son capaces de reaccionar de esta forma se les llama azúcares reductores.

Esta propiedad es muy útil en el momento de realizar un análisis de identificación de azúcares.

Disacáridos

Estos sacáridos están compuestos por dos unidades de monosacáridos, y se encuentran unidos por medio de un enlace covalente, llamado glicosídico.

Formación del enlace glicosídico

Dos monosacáridos pueden unirse mediante la formación de un enlace glicosídico, el cual se obtiene por medio de la reacción entre el grupo hidroxilo del carbono anomérico del primer monosacárido y un grupo hidroxilo del segundo. En esta reacción siempre ocurre la eliminación de una molécula de agua por cada enlace glicosídico que se forme.

La siguiente tabla representa algunos de los diferentes tipos de enlaces glicosídico que se pueden formar a partir de dos monosacáridos.

 

A continuación se muestra un ejemplo de estas reacciones en la cual se obtiene un disacárido muy común.

Disacáridos reductores

Cuando un carbono anomérico forma parte de un enlace glicosídico, ya no puede reducir a los iones que en otras condiciones lo oxidaban. Por lo tanto, un disacárido que contenga ambos carbonos anoméricos formando el enlace glicosídico, no será un azúcar reductor.

Un ejemplo de disacárido no reductor es la sacarosa, estructura que se presenta a continuación.

La sacarosa tiene ambos carbonos anoméricos ocupados formando el enlace glicosídico, por lo que no puede reaccionar con reactivos como el de Fehling.

No ocurre lo mismo con aquellos disacáridos que presenten un solo carbono anomérico en el enlace, ya que el otro extremo, el otro carbono anomérico, está libre, pudiendo reducir los iones, como el férrico y el cúprico. Ejemplos de estos disacáridos son la maltosa y la lactosa.

Polisacáridos

Son polímeros formados por cientos o miles de unidades de monosacáridos, unidos por enlaces glicosídicos.

Existen diferentes tipos de polisacáridos, pudiendo contener cadenas lineales, o ramificadas como en el caso del glucógeno. Además, pueden estar formados por un solo tipo de monosacárido (homopolisacárido) o más de uno (heteropolisacárido).

Almidón

Muy abundante, y de mayor importancia en la dieta de muchos animales por su fácil aprovechamiento. Se encuentra presente en cereales, leguminosas y raíces.

Presente en los vegetales, aparece formando gránulos, formados esencialmente por dos tipos de compuestos, muy similares, la amilosa y la amilopectina. Ambas están formadas por unidades de D-glucosa.

La amilosa está formada por estructuras definidas invariables, siempre se utilizan los átomos de carbono que se encuentran en la posición C-1 y C-4 para formar el enlace glicosídico. Si se realiza la hidrólisis parcial de la amilosa se obtienen únicamente unidades de maltosa, en cadenas de 25 a 2500 moléculas, que se representan a continuación.

La amilopectina, en cambio, está formada por unidades de glucosa que forman una estructura lineal y una ramificada. Formando estructuras mayores que las de amilosa, de entre las 300 y 6000 moléculas. La formación de este enlace establece diferencias químicas entre los compuestos, como por ejemplo, la posibilidad de digerir estas estructuras requiere la presencia de otra enzima adicional. A continuación se muestra la estructura de la amilopectina.

Glucógeno

Con estructura similar a la de la amilopectina, pero más ramificada, se encuentra fundamentalmente en los animales, en el hígado y músculos. Algunos organismos presentan un alto contenido de glucógeno, como los moluscos.

Celulosa

Es el polisacárido más abundante en la naturaleza, formando parte de los tejidos vegetales como los troncos de los árboles.

Como no es digerible por los humanos no es favorable desde el punto de vista energético, pero cumple otras funciones, como el aumento del volumen de la materia fecal, favoreciendo el funcionamiento del intestino.

Tiene una estructura muy similar a la de la amilosa, con la salvedad de que los enlaces glicosídicos en este caso son β y no α, cambiando al especificidad de las enzimas involucradas en el metabolismo de esas sustancias. Su estructura se muestra a continuación.

Los rumiantes consiguen aprovechar parcialmente la celulosa gracias a colonias de bacterias que poseen en su aparato digestivo, ya que ellos tampoco son capaces de digerirlos por si solos.

Funciones e importancia biológica

Las funciones de los polisacáridos son variadas. A modo de síntesis se van a resumir sus funciones en la siguiente tabla.

Polisacárido	Función	Localización
Almidón	Reserva de energía	Tubérculos
Glucógeno	Reserva de energía	Piel
Celulosa	Sostén	Corteza, raíces
Quitina	Sostén	Exoesqueletos