Los glúcidos son principios inmediatos
orgánicos formados por C, O y H en la proporción Cn(H2O)n,
por lo que antiguamente fueron llamados "hidratos de carbono" o
"carbohidratos". Resultan de sustituir en un polialcohol, mediante deshidrogenación,
uno de los grupos funcionales alcohol (-OH), por otro grupo funcional
aldehídico (-COH) o cetónico (-CO-).
Dentro de los glúcidos distinguiremos para
su estudio tres grupos: monosacáridos, disacáridos y polisacáridos. Por
su sabor dulce, los dos primeros se denominan "azúcares".
1.5.2. Monosacáridos:
funciones
Son azúcares o glúcidos sencillos de fórmula
general Cn(H2O)n, siendo n, ordinariamente, 3,
4, 5, 6 ó 7 (rara vez más). No son hidrolizables (es
decir, no se descomponen por hidrólisis en azúcares más sencillos). Presentan
isómeros ópticos (propiedad que estudiaremos después). Los monosacáridos tienen
sabor dulce (azúcares), color blanco, son solubles en agua y tienen poder
reductor debido al grupo carbonilo (aldehído o cetona) que puede oxidarse para
dar lugar a un grupo ácido (-COOH).
Según cuál sea el grupo funcional (aldehído o cetona), distinguimos
dos familias de monosacáridos: aldosas y cetosas.
Según cuál sea el número de C de la molécula tendremos: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas.
La aldosa de 3 C (gliceraldehído)
presenta un "C asimétrico", es decir, con cada una de sus 4
valencias saturada por un grupo químico diferente: el C2. Los
compuestos con este tipo de carbonos son ópticamente
activos, es decir, sus disoluciones desvían el plano de la luz polarizada.
El sentido de la desviación depende de la posición que ocupan los radicales -H
y los -OH respecto al C asimétrico al que se encuentran unidos: si en una
posición desvían el plano hacia la derecha (sustancia dextrógira), en la
otra lo desviarán hacia la izquierda (sustancia levógira). Se trata de
la isomería óptica.
Una mezcla equimolecular de isómeros ópticos
contrarios, será ópticamente inactiva, es decir, no
hará girar en ningún sentido el plano de la luz polarizada.
Los isómeros que presentan los glúcidos se
dividen en dos series: serie D y serie L, según cuál sea la posición del grupo
-OH unido al C contiguo al grupo alcohólico primario.
No todos los azúcares de la serie D son dextrógiros, ni levógiros los
de la serie L. Por eso la notación completa de estas sustancias incluye el
signo referente a la serie a la que pertenecen y el correspondiente a su
actividad óptica:
D (+) gliceraldehídoyL
(-) gliceraldehído
La mayoría de los glúcidos naturales
pertenecen a la serie D.
Las D-aldosas de máxima importancia
biológica son el D-gliceraldehído, la D-ribosa, la
D-glucosa, la D-manosa y la D-galactosa.
Las cetosas más importantes biológicamente
son la dihidroxiacetona, la D-ribulosa
y la D-fructosa.
La forma habitual de la glucosa hallada en la naturaleza es dextrorrotatoria o dextrógira ([a]D = +52'7º), mientras que la forma corriente de la fructosa es levorrotatoria o levógira ([a]D = -92'4º).
Sin embargo, ambas pertenecen a la serie D.
Las aldosas y cetosas
de la serie L son imágenes especulares de sus correspondientes formas D: isomería
espacial o estereoisomería.
En la naturaleza se encuentran L-azúcares, pero no son tan abundantes
como los D-azúcares. Entre los más importantes se encuentran la L-fucosa y la L-ramnosa (desoxiazúcares) y la L-sorbosa.
Pero estas estructuras lineales de monosacáridos sólo se dan en estado
sólido (cristalino), pues se ha comprobado que esos azúcares en disolución
adoptan una estructura de cadena cerrada o cíclica (con excepción de triosas o tetrosas, que mantienen
su estructura lineal).
Las estructuras cíclicas se producen por la unión del C que lleva el
grupo aldehídico o cetónico con un C que lleva un
grupo alcohol dentro de la misma molécula. Se trata de un enlace hemiacetal. En las hexosas
reacciona el grupo carbonilo (aldehído o cetona)con el
hidroxilo del C5, mientras que en las pentosas
lo hace con el hidroxilo del C4.
La formación del enlace hemiacetal
constituye el C1 (o el C2 en las cetosas)en un nuevo C asimétrico, lo que da lugar a los isómeros a y b (denominados anómeros) según cuál sea la posición del -OH unido a
ese C). Dicho C se denominará C anomérico.
Los anómeros presentan una actividad óptica
específica. Así la D (+) glucosa recientemente disuelta tiene un poder
rotatorio de +109º, que decrece hasta alcanzar un valor de +52'5º. Este
fenómeno, que se conoce como mutarrotación, se
debe a la coexistencia en el equilibrio de las formas a y b, cuyas rotaciones
son respectivamente +109º y +19'8º.
Las fórmulas cíclicas pueden ser representadas de manera espacial
mediante las fórmulas en perspectiva propuestas por Haworth.
De estas fórmulas, las que presnetan anillos
pentagonales se denominan furanosas (cetohexosas y aldopentosas), y
las que presentan anillos hexagonales (p. ej. las aldohexosas) reciben el nombre de piranosas.
Aunque en las formas cíclicas se pierda la función aldehído o cetona,
no desaparece el poder reductor, debido a que en toda solución se da un
equilibrio en el que coexisten formas cíclicas con pequeñas cantidades no
cíclicas.
*Funciones: en cuanto a las funciones de los monosacáridos
hay que destacar como principal la energética. Es el caso de la glucosa,
que entra en la ruta denominada glucolisis,
que se prolonga -en presencia de oxígeno- con el ciclo de Krebs
y la cadena de transporte de electrones. También la fructosa entra en dicha
ruta. Y otros azúcares (como la galactosa, etc. se transforman en glucosa para
seguir el mismo proceso. Se trata de una energía de aporte rápido, pues al ser
solubles en agua, los azúcares son llevados con facilidad a través de la sangre
a las diferentes partes del cuerpo. Pero los monosacáridos con función
energética se almacenan normalmente en forma de polisacáridos (que ya
estudiaremos).
Otros monosacáridos se asocian entre sí para dar lugar a polisacáridos
con función estructural (que también estudiaremos). De igual forma, las pentosas ribosa y desoxirribosa asociadas a grupos fosfato
cumplen funciones de "engarce" para las bases nitrogenadas en la
estructura de los ácidos nucleicos.
Por último, recordar que las pentosas
también forman parte de coenzimas, como los adenosín-fosfatos
y los piridín-nucleótidos.
1.5.2. Disacáridos. El
enlace glucosídico
Son también de sabor dulce, cristalizables y solubles en agua, pero
muchos de ellos no tienen poder reductor, como ya veremos.
Se forman por unión de 2 moléculas de monosacárido mediante un enlace
O-glucosídico con desprendimiento de una molécula de
agua.
El enlace O-glucosídico se establece al reaccionar un grupo hidroxilo (-OH) de un
monosacárido con otro grupo de idéntica naturaleza de otra molécula. Se forma
un puente de O y se desprende H2O:
monosac.-OH+HO-X====>monosac.-O-X+H2O
En el caso de los disacáridos, ambos grupos -OH pertenecen a
monosacáridos:
C6 H12O6+C6
H12O6=========>C12 H22O11+H2O
El enlace O-glucosídico puede establecerse:
1) Entre los -OH de los grupos carbonilo de ambos monosacáridos.
2) Entre el -OH del grupo carbonilo de un monosacárido y otro -OH no
del grupo carbonilo del segundo monosacárido.
En el primer caso quedan anulados ambos grupos carbonilos y por eso el
disacárido resultante carece de poder reductor.
En el segundo caso permanece el poder reductor, al mantener uno de los
monosacáridos su grupo carbonilo sin bloquear.
*Sacarosa:
-Es el azúcar de caña y de remolacha.
-No presenta poder reductor.
-Inversión de azúcares:
invertasa
sacarosa(+66º)====>glucosa(+52º) +
fructosa(-92º)
(la mezcla resultante se denomina azúcar
invertido, por su actividad óptica)
*Lactosa:
-Azúcar de la leche.
-Hidrólisis ácida (intervienen b-galactosidasas,
en células del intestino). Los niños intolerantes a la leche presentan
carencia total o parcial de galactosidasas.
-Sí es reductor.
*Maltosa:
-Azúcar de la malta.
-Producto intermediario del catabolismo del
almidón.
-Se rompe por la a-glucosidasa.
-Sí es reductor.
c) Polisacáridos
Resultan de la unión de n moléculas de monosacáridos por enlaces glucosídicos con desprendimiento de n-1 moléculas de agua.
Los polisacáridos no cristalizan. Tampoco forman verdaderas soluciones
en el agua, sino coloides. Por hidrólisis se
descomponen en disacáridos y, después, en monosacáridos.
*Almidón: es la principal reserva alimenticia de los
vegetales. Muy abundante en tubérculos, semillas, etc. Se almacena en las
vacuolas de la célula vegetal. Con el agua forma una solución coloidal
denominada "engrudo de almidón", que se colorea en azul
al añadirle tintura de yodo. Presenta entre 1.000 y 5.000 unidades de
glucosa.
El almidón es en realidad una mezcla de 2 componentes: amilosa y amilopectina.
-Amilosa: enlaces a(1==>4) entre las moléculas de glucosa. Sin ramificaciones.
Estructura helicoidal: cada vuelta con 8-10 restos de glucosa. Con 200
moléculas de glucosa como mínimo. Soluble en agua caliente.
-Amilopectina: enlaces a(1==>4) con ramificaciones a(1==>6) cada 18-22
restos. Con unas 1.000 moléculas de glucosa. Insoluble en agua caliente (de ahí
el aspecto grumoso del almidón en agua).
El iodo: en la amilosa produce un color
azul, ya que se integra en la estructura.
en
la amilopectina, color pardo (no se
integra en la estructura).
Las enzimas amilolíticas
(hidrolasas del almidón): hidrolizan el almidón según
la secuencia:almidón
===> dextrina ===> maltosa ===> glucosa
La dextrina está constituida por la parte de molécula respetada por
las enzimas que no hidrolizan el enlace 1==>6: a partir de las
ramificaciones.
Las amilasas hidrolizan enlaces 1==>4 y dan lugar a restos
de maltosa. Las enzimas desrramificantes
hidrolizan los enlaces 1==>6. La maltasa hidroliza la maltosa y da
lugar a restos de glucosa.
*Glucógeno: es la reserva alimenticia en animales.
Por eso se le denomina también "almidón animal". Se almacena en el
hígado principalmente. También en músculo. En el hígado se producen variaciones
diarias de hasta un 20% debido a los procesos de glucogenogénesis
(síntesis de glucógeno) y glucogenolisis
(degradación).
Está constituido el glucógeno por restos de glucosa unidos por enlaces
a(1==>4) y ramificaciones a(1==>6) cada
10-12 restos. Está más ramificado que la amilopectina:
se empaqueta y almacena más fácilmente.
La frecuencia de ramificaciones es mayor en el interior de la molécula
que en el exterior.
Puede alcanzar dimensiones de 5.000-30.000 restos de glucosa.
En la síntesis de glucógeno intervienen la glucógeno sintetasa y la enzima ramificante
1,4-a-glucano (para las ramificaciones
1==>6).
En la degradación, la glucógeno fosforilasa
(para los enlaces 1==>4) y la enzima desramificante
(que deshace las ramificaciones 1==>6 y las recoge en forma lineal,
1==>4, para que actúe la glucógeno fosforilasa).
-¿Por qué el glucógeno en lugar de las grasas para almacenar
energía?
1) Las grasas son más
difíciles de movilizar (para energía rápida no sirven).
2) Las grasas no se pueden
utilizar como fuente de energía en ausencia de O2.
3) Las grasas no son sustrato
para la obtención de glucosa, y hay células que requieren glucosa.
-¿Por qué glucógeno en lugar de glucosa libre?
1) Mientras que [glucógeno]
es aprox. 0'01mM, con glucosa libre aumentaría la [glucosa] hasta 400mM y se
alteraría la P (presión osmótica).
2) Al estar ramificado
se almacena mejor. Además la ramificación dificulta que se agote el glucógeno.
3) La actividad de la
glucógeno sintetasa aumenta al disminuir el tamaño
del cebador (resto de glucógeno), por lo que se dificulta la hidrólisis
total del glucógeno celular. Y disminuye la actividad de la glucógeno sintetasa al aumentar mucho las dimensiones del cebador
(por lo que no se almacena glucógeno en exceso).
Recién comido aumenta la glucogenogénesis
del organismo. 2 ó 3 horas después, aumenta la glucogenolisis.
Pero el organismo humano regula la glucemia entre 0'8 y 1'2 g de glucosa/l de
sangre.
*Celulosa: tiene función estructural en las células
vegetales (forma parte de la pared celular). Sin ramificaciones. Moléculas
de b-D-glucosa
(en lugar de la a-D-glucosa de almidón y glucógeno) con enlaces 1==>4.
Entre 3.000 y 15.000 restos de glucosa por cadena.
Además de los enlaces covalentes b(1==>4) entre los restos de glucosa de una misma cadena, también se
establecen puentes de H y fuerzas de Van derWaals entre las cadenas, por lo que la estructura se
estabiliza más.
Los haces de cadenas constituyen microfibrillas,
que a su vez se agrupan en láminas, y éstas se amontonan en capas
(se presentan las microfibrillas de una lámina
cruzadas respecto a las de la lámina contigua).
La hidrólisis del enlace b(1==>4) entre moléculas de glucosa se realiza por acción de las celulasas. Estas enzimas se hallan presentes en
algunas bacterias. Como algunas de esas bacterias se encuentran presentes en el
estómago de los rumiantes, estos animales pueden alimentarse de celulosa ya que
dichas bacterias colaboran en el proceso digestivo descomponiendo la celulosa
en restos de glucosa.
*Otros polisacáridos: sin ser exhaustivos, conviene citar la
función estructural de los polisacáridos que forman parte de los péptidoglicanos en la pared bacteriana; y de la quitina
(polímero de unos 100 restos de N-acetilglucosamina) que recubre el exoesqueleto de
artrópodos.
