tema 3 - LOS GLÚCIDOS - INFORMACIÓN

I-3

 GLÚCIDOS

CONCEPTO, CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES GENERALES DE LOS GLÚCIDOS

 Los glúcidos son compuestos orgánicos constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno; en algunos casos pueden tener además otros elementos químicos como nitrógeno o azufre.

 Se les ha llamado hidratos de carbono porque algunos responden a la fórmula general Cn(H₂O)_m  y azúcares por su sabor dulce, aunque sólo los de baja masa molecular lo tienen.

Concepto: Químicamente son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas, sus derivados o sus polímeros (más adelante se explicarán estos conceptos).

Algunos son moléculas de relativamente baja masa molecular; la glucosa tiene una Mm=180 da. Otros, como el almidón, tienen masas moleculares de más de 100 000 da y son grandes moléculas, macromoléculas.

 Sus propiedades físicas y químicas son muy variadas. Y en cuanto a sus funciones biológicas:

-La glucosa, sacarosa, glucógeno y almidón son sustancias  energéticas. Los seres vivos obtienen energía de ellas o las usan para almacenar energía. Esta energía está contenida en determinados enlaces que unen los átomos de estas moléculas.

-Celulosa y quitina son estructurales. Forman parte de las paredes de las células vegetales (celulosa) o de las cubierta de ciertos animales (quitina).

-Ribosa y desoxirribosa forman parte de los ácidos nucleicos.

 Estos son sólo algunos ejemplos que nos pueden ilustrar sobre las funciones que cumplen los glúcidos.

CLASIFICACIÓN DE LOS GLÚCIDOS

 Atendiendo a su complejidad se clasifican en:

Monosacáridos u osas: Son los más sencillos. No son hidrolizables; esto es, no se pueden descomponer por hidrólisis en otros glúcidos más simples. Constituyen los monómeros a partir de los cuales se forman los demás glúcidos.

Ósidos: Formados por la unión de varios monosacáridos mediante enlaces "O-glicosídicos", pudiendo poseer en su molécula otros compuestos diferentes de los glúcidos. Son hidrolizables, descomponiéndose en los monosacáridos y demás compuestos que los constituyen. Se dividen en:

* Holósidos. Son aquellos que están constituidos por carbono, hidrógeno y oxígeno, exclusivamente. A su vez se subclasifican en:

 -Oligosacáridos, formados por entre 2 y 10 monosacáridos unidos.

-Polisacáridos, formados por un gran número de monosacáridos. 

* Heterósidos. Formados por osas y otros compuestos que no son glúcidos. Por lo tanto, además de carbono, hidrógeno y oxígeno, contienen otros elementos químicos.

LOS MONOSACÁRIDOS

CONCEPTO Y NATURALEZA QUÍMICA

Concepto: Químicamente son polihidroxialdehídos, polihidroxicetonas o sus derivados. Se caracterizan por no ser hidrolizables.

 Un polihidroxialdehído es un compuesto orgánico que tiene una función aldehído en el primer carbono y en los restantes carbonos una función alcohol. Las polihidroxicetonas en lugar de una función aldehído tienen una función cetona, normalmente en el carbono 2. Los monosacáridos que tienen función aldehído se llaman aldosas y cetosas los que tienen una función cetona.

 Los monosacáridos responden a la fórmula empírica Cn(H₂O)_n, de aquí proviene el nombre de hidratos de carbono. El valor de n normalmente está comprendido entre 3 y 7.

 Según el número de átomos de carbono se clasifican en :

            Triosas........n=3

            Tetrosas.......n=4

            Pentosas.......n=5

            Hexosas........n=6

            Heptosas.......n=7

 Así, un monosacárido con 6 átomos de carbono y con la función aldehído será una aldohexosa; si tiene cuatro átomos de carbono y una función cetona, será una cetotetrosa, y así sucesivamente.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS MONOSACÁRIDOS             

- Propiedades físicas: Los monosacáridos son sólidos, cristalinos, incoloros o blancos, de sabor dulce. Como los grupos hidroxilo son polares, los monosacáridos son muy solubles en agua, pues se establecen enlaces polares con las moléculas de agua.

- Propiedades químicas: El grupo carbonilo reduce fácilmente los compuestos de cobre (licor Fehling) y de plata oxidándose y pasando a grupo ácido. Esta propiedad es característica de estas sustancias y permite reconocer su presencia, pues la reducción de las sales cúpricas del licor de Fehling a cuprosas hace virar el reactivo del azul al rojo ladrillo.

Cu++  ð Cu+                azul       rojo

FÓRMULA LINEAL DE LOS MONOSACÁRIDOS

DIASTEREOISOMERÍA

 Las fórmulas lineales de los monosacáridos se escriben con el carbono 1, el carbono que lleva la función aldehído o el carbono más próximo a la función cetona, en la parte superior y el resto de los carbonos en orden descendente.

 Los monosacáridos tienen átomos de carbono asimétricos (carbonos que tienen 4 sustituyentes diferentes) por lo que presentan diastereoisomería (isómeros ópticos). Los diastereoisómeros se diferencian en su formulación en la colocación de los H y OH de cada carbono asimétrico a un lado u otro del esqueleto carbonado de la molécula.

 El número de isómeros ópticos, para un monosacárido dado, es de 2ⁿ, siendo n el número de átomos de carbono asimétricos que tenga. La glucosa con cuatro átomos de carbono asimétricos tendrá 2⁴=16 isómeros ópticos. De los 2ⁿ isómeros posibles de un monosacárido, la mitad pertenecen a la serie D, y la otra mitad son sus imágenes especulares y pertenecen a la serie L. Los monosacáridos que tienen el OH del último átomo de carbono asimétrico a la derecha pertenecen a la serie D, los de la serie L lo tienen a la izquierda. En los seres vivos normalmente sólo aparece una de las formas. Por convenio se ha decidido que esta forma es la D.

Diastereoisomería en la glucosa

EL HEMIACETAL INTRAMOLECULAR. CICLACIÓN DE LA MOLÉCULA

 Si las aldopentosas y las hexosas se disuelven en agua, o si forman parte de los disacáridos o polisacáridos, el grupo carbonilo (-C=O) reacciona con el grupo hidroxilo ( -C-O-H) del carbono 4, en las aldopentosas, o del carbono 5, en las hexosas, formándose un hemiacetal (reacción entre un alcohol y un aldehído) o un hemicetal (reacción entre un alcohol y una cetona) y la molécula forma un ciclo.

Las fórmulas cíclicas de la hexosas se representan, según la proyección de Haworth, con el plano del anillo perpendicular al plano de escritura, los carbonos 2 y 3 dirigidos hacia delante, el carbono 5 y el oxígeno del anillo hacia detrás.

Los OH que en la fórmula lineal estaban a la derecha se ponen por debajo del plano y los que estaban a la izquierda se ponen hacia arriba. En la formas D el -CH₂OH se pone por encima y en las L por debajo.

Si las fórmulas cíclicas forman un anillo pentagonal reciben el nombre de furanosas, mientras que si éste es hexagonal se denominan piranosas. En éstas últimas, a su vez, el anillo puede adoptar dos disposiciones diferentes: de silla, si el carbono 1 y el 4 están a ambos lados del plano formado por los carbonos 2, 3 y 5, y de bote o nave si están a un mismo lado.

FORMAS α y ß

 Cuando se produce la ciclación de la molécula aparece un nuevo átomo de carbono asimétrico, el carbono 1 en las aldosas o el 2 en las cetosas. Este carbono recibe el nombre de carbono anomérico. El OH de este carbono, -OH hemiacetálico, puede estar a uno u otro lado del plano de la molécula originándose dos nuevos isómeros ópticos. Cada uno de estos isómeros se distingue mediante los símbolos α y ß (formas α y ß).

La forma α se representa situando el OH hemiacetálico por debajo del plano de la molécula; en la forma ß se sitúa por encima. Las formas α y ß de un monosacárido reciben el nombre de formas anómeras..

NOMENCLATURA DE LAS FORMAS CÍCLICAS

 Para nombrar la forma cíclica de un monosacárido, se indica en primer lugar si es  α o ß, a continuación, si es D o L y, por último, el nombre del monosacárido y el tipo de anillo. Por ejemplo: α-D-glucopiranosa, ß-D-fructofuranosa

                     EJEMPLOS DE MONOSACÁRIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO

LOS OLIGOSACÁRIDOS. EL ENLACE O-GLICOSÍDICO.

 Los oligosacáridos están  formados por la unión de 10 o menos de 10 monosacáridos mediante un enlace O-glicosídico.

  Así, si reaccionan el -OH hemiacetálico de un monosacárido con otro -OH , hemiacetálico o no, de otro monosacárido, ambas sustancias quedarán unidas mediante un enlace O-glicosídico. Como consecuencia de la unión se forman un disacárido y una molécula de agua.

                                         C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ ® C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O

 El -OH o los -OHs que intervienen en la unión pueden encontrarse bien en forma α o ß, lo que dará lugar a sustancias diferentes.

Los disacáridos son sustancias de propiedades similares a las de los monosacáridos. Ahora bien, si los -OH hemiacetálicos de ambos monosacáridos intervienen en el enlace glicosídico, enlace dicarbonílico, el disacárido no será reductor pues no tiene ningún OH hemiacetálico libre y es este OH el que les da las propiedades reductoras. Los disacáridos por hidrólisis se descomponen en los monosacáridos que los forman.

 Los oligosacáridos se encuentran, junto a lípidos y proteínas, en la membrana plasmática donde actúan como receptores de muchas sustancias y como moléculas que sirven para que las células se reconozcan entre sí.

 La hidrólisis de los oligosacáridos proporciona los correspondientes monosacáridos:

                                         C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O ® C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

                          EJEMPLOS DE DISACÁRIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO

Sacarosa: Formada por α-D-glucosa y  ß-D-fructosa (enlace 1α® 2ß), ambas unidas por sus OH hemiacetálicos y por lo tanto no reductor. Es el azúcar de mesa. Se encuentra en la caña de azúcar y en la remolacha.
Lactosa: Formada por ß-D-galactosa y  D-glucosa, unidas 1ß ® 4 . Reductor. Se encuentra en la leche de los mamíferos.
Maltosa: Formada por dos D-glucosas unidas por un enlace 1α ® 4. Reductor. Se obtiene por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Aparece en la germinación de la cebada empleada en la fabricación de la cerveza. Tostada se emplea como sucedáneo del café (malta).
Celobiosa: Formada por dos D-glucosas unidas por un enlace 1ß®4. Reductor. Se obtiene por hidrólisis de la celulosa.

POLISACÁRIDOS

 Uno de los monosacáridos de la maltosa presenta libre su OH hemiacetálico y podrá unirse mediante un nuevo enlace O-glicosídico al OH alcohólico de otro monosacárido. Este proceso puede repetirse y formarse un compuesto constituido por la unión de muchos monosacáridos al que llamaremos polisacárido.

Los polisacáridos son sustancias insípidas, amorfas e insolubles en agua, algunos, como el almidón, pueden formar dispersiones coloidales.

 Aunque los polisacáridos podrían estar constituidos por diferentes monosacáridos, lo normal es que sea un sólo monosacárido el que forma la molécula. Los polisacáridos son macromoléculas, moléculas de elevada masa molecular, miles o centenares de miles de daltons. Por ejemplo, cada molécula de celulosa, polisacárido vegetal, contiene de 300 a 3 000 moléculas de glucosa y tiene un peso molecular que oscila entre 54 000 y 540 000 da. Algunos polisacáridos presentan ramificaciones.

 Es de destacar que los polisacáridos, al tener un sólo -OH hemiacetálico por molécula libre, presentan un carácter reductor tan pequeño que se puede considerar como que no son reductores.

POLISACÁRIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO

 Los polisacáridos de mayor importancia biológica están formados por un sólo tipo de monosacárido. Se trata, por lo tanto de homopolisacáridos. Veamos algunos ejemplos:

El almidón: polisacárido con función energética. Es sintetizado por los vegetales. Está formado por miles de moléculas de glucosa en unión 1α ® 4. La molécula adopta una disposición en hélice, dando una vuelta por cada 6 moléculas de glucosa, además, cada 12 glucosas, presenta ramificaciones por uniones 1α ® 6. El almidón se reconoce fácilmente por teñirse de violeta con disoluciones de iodo (solución de Lugol). Se encuentra en abundancia en las semillas de los cereales y en el tubérculo de la patata.

El glucógeno: Polisacárido de reserva energética en los animales. Se encuentra en el hígado y en los músculos donde se hidroliza transformandose en glucosa. Su estructura es similar a la del almidón, aunque más ramificado y su masa molecular es mucho mayor.

La celulosa: Sintetizada por los vegetales, tiene función estructural, formando parte importante de la pared celular. Está formada por la unión  1ß ® 4 de varios millares de moléculas de glucosa. Debido al tipo de enlace cada molécula de glucosa está girada 180^o respecto a la anterior, lo que le da a la celulosa una estructura lineal pero "retorcida". Esta disposición permite que se formen gran cantidad de puentes de hidrógeno entre cadenas yuxtapuestas, lo que produce muy fibras resistentes.

La quitina. Formada por un derivado nitrogenado de la glucosa: la N-acetil-glucosamina. Constituye los exoesqueletos de los artrópodos.

También podemos encontrar en los seres vivos otros polisacáridos más complejos. Por ejemplo: 

 - Las pectinas, de las paredes celulósicas de los vegetales, formadas por la polimerización del ácido galacturónico, un derivado ácido de la galactosa

- Los péptidoglucanos de las paredes bacterianas, formados por polisacáridos asociados a cadenas peptídicas.